(57)【要約】【課題】酸素使用量の推定精度を向上させ、酸素プラントの効率的な運転を行う。【解決手段】製鋼工場を含む複数の工場に対して酸素を供給する酸素プラント運転方法であって、製鋼プロセスにおける、転炉、鋼種、溶銑配合率、酸素使用実績量、酸素使用実績時間の操業データをデータベース化しておき、ある時点での製鋼プロセスの際に、データベースを参照し、転炉、鋼種、及び溶銑配合率に応じた酸素使用予測量、及び酸素使用予測時間を算出する。そして、酸素使用予測量と酸素使用実績量との差分、及び酸素使用予測時間と酸素使用実績時間との差分に応じて、以後の製鋼プロセスにおける酸素使用予測量を補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼工場を含む複数の工場に対して酸素を供給する酸素プラント運転方法であって、
製鋼プロセスにおける、転炉、鋼種、溶銑配合率、及び酸素使用実績量の操業データをデータベース化しておき、
予め定めた製鋼プロセスの際に、前記データベースを参照し、転炉、鋼種、及び溶銑配合率に応じた酸素使用予測量を算出し、
前記酸素使用予測量と酸素使用実績量との差分に応じて、以後の製鋼プロセスにおける酸素使用予測量を補正することを特徴とする酸素プラント運転方法。
【請求項２】
前記操業データには、払出温度、装入温度、及び酸素供給速度を含み、
転炉、鋼種、溶銑配合率、払出温度、装入温度、及び酸素供給速度に応じて、前記酸素使用予測量を算出することを特徴とする請求項１に記載の酸素プラント運転方法。
【請求項３】
前記操業データには、酸素使用実績時間を含み、
予め定めた製鋼プロセスの際に、前記データベースを参照し、転炉、鋼種、及び溶銑配合率に応じた酸素使用予測時間を算出し、
前記酸素使用予測時間と酸素使用実績時間との差分に応じて、以後の製鋼プロセスにおける酸素使用予測時間を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素プラント運転方法。
【請求項４】
複数の酸素プラントごとに、大気温度条件、酸素製造量、酸素製造電力、及び酸素製造電力原単位をデータベース化しておき、
前記酸素使用予測量に応じて、複数の酸素プラントのうち、前記酸素製造電力原単位の低いものから優先的に選択すると共に、前記酸素製造電力の総量が最も低くなる組み合わせを選択し、稼働させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の酸素プラント運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄業における酸素使用量予測による酸素プラント運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、製鉄業では吹錬などで酸素を大量に使用している。そのため、所内に大規模な酸素プラントを設置して酸素の製造を行っている。酸素プラントで製造された酸素は、酸素圧縮機で所定の圧力まで圧縮され、酸素ホルダに貯留してから各工場へと供給されている。各工場に酸素を安定的に供給するためには、酸素を貯留する酸素ホルダのガス圧力を所定の範囲内に保つ必要がある。
【０００３】
各工場の酸素使用量の予測に基づいて、酸素プラントで酸素製造量の増減を行うことにより、酸素ホルダのガス圧力を所定の範囲内に保つように調整している。酸素ホルダのガス圧力が所定の範囲を下回る場合には、液体酸素タンクに貯蔵された液体酸素を蒸発させることにより、不足する酸素量を補う場合がる。逆に、酸素ホルダのガス圧力が所定の範囲を上回る場合には、製造した酸素を大気放散する場合がある。
【０００４】
工場の酸素使用パターンは、連続使用と間欠使用の二つに分類できる。連続使用工場では、工場が稼動している間は略一定量の酸素を連続的に使用しており、工場の稼動状態のみで酸素使用量を把握できるため、酸素使用量の予測が容易である。一方、間欠使用工場では、酸素の使用が間欠的であり、短い時間で酸素使用量が大きく変動するために、酸素使用量の予測が困難である。そのため、全体の酸素使用量を精度よく予測するためには、間欠使用工場の酸素使用量の予測が重要である。
【０００５】
製鉄所における間欠使用工場の代表は製鋼工場である。その製鋼工場の操業について次に説明する。製鋼工場では、転炉と呼ばれる容量最大４００トン程度の炉の中に、高炉で製造された溶銑と鉄スクラップなどを装入する。そして、転炉の中に１.６〜２.５ＭＰａＧの高圧酸素を最大約６０,０００Ｎｍ３／Ｈの速度で大量に吹き付け、溶銑中の炭素・珪素・リン・マンガンなどの不純物を燃焼させる。ここで、溶銑に酸素を吹き付けて不純物を燃焼させる処理を吹錬という。吹錬終了後、転炉内の溶鋼を鍋へ排出し、その後、溶鋼を連続的に鋳造し、スラブやブルームなどの鋼片を製造する。
【０００６】
通常の転炉操業では、溶銑と鉄スクラップなどを装入し、吹錬の準備をするのに１０〜２０分の時間を要する。そして、準備完了後、吹錬を１０〜４０分間行う。その後、転炉から溶鋼を排出して一回分の吹錬作業は完了するが、この一回分の作業で３０〜６０分程度の時間を要する。通常、製鋼工場には複数の転炉が設置され、夫々の吹錬スケジュールに従って一連の吹錬作業が繰り返し行われる。したがって、製鋼工場で使用される酸素量は間欠的に大きく変動する。
【０００７】
実際の転炉で使用する酸素量は、溶銑の成分、溶銑や鉄スクラップなどの装入量、酸素送給速度、装入温度、また製造する溶鋼の目標成分などによって異なるため、吹錬ごとに酸素使用量は変動する。また、実際の操業では吹錬作業が計画通りに進捗しない場合が多いために、酸素の使用計画も合わせて変化してゆくことになる。したがって、転炉での酸素使用量を精度よく予測することに合わせて、吹錬開始時間を正確に把握することが酸素プラントの運転方法を決定する上で必要となる。
【０００８】
従来、酸素使用量を予測する方法として、例えば特許文献１で提案されているものがある。これは、鋼種別に酸素使用実績量、及び吹錬実績時間の操業データをデータベース化しておき、今後行う吹錬スケジュールに従ってデータベースを参照し、鋼種別に酸素使用実績量と吹錬実績時間を求める。そして、酸素使用実績量に、製鋼工場以外の高炉工場やその他工場の酸素使用量を加算することで、全体の酸素使用予測量を算出している。そして、酸素使用予測量と酸素使用実績量との誤差について、予測量と実績量における酸素ホルダの圧力勾配比率を算出し、この圧力勾配比率に応じて予測量に対する補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−７５１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、実際の操業では吹錬ごとに溶銑の成分、溶銑と鉄スクラップなどの装入量、製造する溶鋼の目標成分、装入温度、転炉ごとの吹錬方法、酸素送給速度が異なるため、転炉ごとに吹錬の酸素使用量と吹錬時間が変動する。したがって、上記特許文献１に記載された従来技術においても、吹錬ごとの酸素使用予測量と実績量との間に誤差が生じる可能性があり、改善の余地があった。
【００１１】
誤差が大きいと、酸素プラントでの酸素製造量に過不足が生じることになる。例えば、酸素使用予測量よりも酸素使用実績量が低く、酸素製造量が過剰となると、酸素ホルダの圧力が上昇するので、酸素圧縮機の消費電力が増加してしまう。そして、酸素ホルダの圧力が上限値を上回ると、設備保護のために酸素を大気放出せざるを得ない。一方、酸素使用予測量よりも酸素使用実績量が高く、酸素製造量が不足すると、酸素ホルダの圧力が低下してしまう。酸素ホルダの圧力が吹錬に必要な圧力を下回ると吹錬ができなくなるので、液体酸素タンクに貯蔵された液体酸素を加圧蒸発させて、酸素を供給しなければならない。このように、酸素使用予測量と実績量との誤差が大きくなると、酸素圧縮機の消費電力の増加、製造した酸素の大気放出、高価な液体酸素の使用など、コストロスが発生してしまう。
【００１２】
また、一般的に酸素の原料となる空気は大気から吸入されるが、大気温度や湿度によって空気中の水分量が増減するため、酸素プラント当たりの酸素製造量が変動する。したがって、大気条件によっても想定していた酸素が得られず、酸素ホルダの圧力を所定範囲に保つために、液体酸素を使用したり、停止中の酸素プラントを稼働させなければならないことがある。
本発明の課題は、酸素使用量の推定精度を向上させ、酸素プラントの効率的な運転を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る酸素プラント運転方法では、製鋼工場を含む複数の工場に対して酸素を供給する酸素プラント運転方法であって、製鋼プロセスにおける、転炉、鋼種、溶銑配合率、及び酸素使用実績量の操業データをデータベース化しておき、予め定めた製鋼プロセスの際に、データベースを参照し、転炉、鋼種、及び溶銑配合率に応じた酸素使用予測量を算出し、酸素使用予測量と酸素使用実績量との差分に応じて、以後の製鋼プロセスにおける酸素使用予測量を補正する。
【００１４】
本発明の一態様に係る酸素プラント運転方法では、操業データには、払出温度、装入温度、及び酸素供給速度を含み、転炉、鋼種、溶銑配合率、払出温度、装入温度、及び酸素供給速度に応じて、酸素使用予測量を算出する。
本発明の一態様に係る酸素プラント運転方法では、操業データには、酸素使用実績時間を含み、予め定めた製鋼プロセスの際に、データベースを参照し、転炉、鋼種、及び溶銑配合率に応じた酸素使用予測時間を算出し、酸素使用予測時間と酸素使用実績時間との差分に応じて、以後の製鋼プロセスにおける酸素使用予測時間を補正することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る酸素プラント運転方法では、複数の酸素プラントごとに、大気温度条件、酸素製造量、酸素製造電力、及び酸素製造電力原単位をデータベース化しておき、酸素使用予測量に応じて、複数の酸素プラントのうち、酸素製造電力原単位の低いものから優先的に選択すると共に、酸素製造電力の総量が最も低くなる組み合わせを選択し、稼働させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様に係る酸素プラント運転方法によれば、酸素使用量の推定精度が向上するので、酸素プラントの効率的な運転を行うことができる。したがって、酸素ホルダの圧力を適正範囲に保てるので、酸素圧縮機の消費電力を低減し、酸素の大気放散を抑制し、液体酸素の使用を抑制することができる。したがって、酸素プラントの稼働台数と稼働バランスを最適化でき、コスト削減に資する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】酸素供給設備の一例を示す図である。
【図２】酸素使用量予測システムの概略図である。
【図３】酸素使用予測量を算出する一例を示す図である。
【図４】鋼種別使用実績量の誤差量を算出する方法を示す図である。
【図５】吹錬スケジュールを修正する方法を示す図である。
【図６】実施例１の構成図である。
【図７】誤差率の修正有無を比較するための吹錬スケジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、酸素供給設備の一例を示す図である。
一般的に、製鉄所には複数の高炉工場、製鋼工場、及びその他工場が設置されており、各工場が大量に酸素を使用している。酸素プラントのトラブルなどによる停止影響を最小限に抑えるため、一般的に複数の酸素プラントが設置され、酸素の製造が行われている。酸素プラント１（図では四つの酸素プラントを１Ａ〜１Ｄで表記）で製造された酸素は、酸素吸入母菅２を経由して、高炉送風工場１２及び酸素圧縮機３（図では四つの酸素圧縮機を３Ａ〜３Ｄで表記）に供給される。高炉送風工場へ供給された酸素は、送風機に大気と共に吸入され、所定の圧力まで昇圧された後、高炉工場１３（図では四つの高炉工場を１３Ａ〜１３Ｄで表記）へ供給される。また、酸素圧縮機３に供給された酸素は１.６〜２.５ＭＰａＧ程度まで昇圧され、酸素ホルダ５（図では三つの酸素ホルダを５Ａ〜５Ｃで表記）で一旦貯留された後、製鋼工場６（図では二つの製鋼工場を６Ａ、６Ｂで表記）、及びその他工場７へ供給されることが一般的である。さらに、液体酸素タンク８（図では二つの液体酸素タンクを８Ａ、８Ｂで表記）が設置され、酸素ホルダ５からの酸素供給量が不足する場合には、液体酸素を蒸発器９で加圧蒸発させて供給する設備構成となっている。
【００１９】
各工場の酸素使用量に合わせて、酸素プラント１の稼働台数が決まる。そして、酸素使用量が変動した場合、各酸素プラント１の製造量の増減調整を行う。酸素プラント１が複数台設置されている場合は、酸素プラント１ごとに製造能力が異なる場合が多い。一方、各酸素プラント１の酸素製造増減範囲は、プラント能力の約８０〜１００％の範囲が一般的である。例えば、酸素使用量が増加した場合は、各酸素プラント１の製造量を増加させるが、稼動している全ての酸素プラント１の製造能力が１００％以上になる場合には、停止している酸素プラント１を起動する。一方、酸素使用量が減少した場合は、各酸素プラント１の製造量を減少させるが、稼動している全ての酸素プラント１が製造能力の８０％以下程度になる場合は、需給バランスに合わせて適切な台数を停止する。
【００２０】
また、各工場の酸素使用量に合わせて、酸素圧縮機３の流量調整も必要となる。酸素圧縮機３の流量調整は、酸素圧縮機３の稼動台数の増減と、各酸素圧縮機３の流量調節弁１０（図では四つの流量調整弁を１０Ａ〜１０Ｄで表記）の開度調整により行う。流量調節弁１３による流量の増減範囲は、酸素圧縮機３における圧縮能力の約８０〜１００％の範囲が一般的である。例えば、酸素プラント１の製造量を増加させた場合、酸素圧縮機３の吸込圧力が上昇する。この場合は、酸素圧縮機３の流量調節弁１０が吸入圧力を一定に保つように開方向に動作し、酸素圧縮機３から酸素ホルダ５への供給流量が増加する。それでもさらに吸入圧力が上昇する場合には、停止している酸素圧縮機３を起動し、酸素圧縮機３の流量を増加させ、製造量と圧縮量需給バランスを調整する。一方、酸素プラント１の流量を減少させた場合、酸素圧縮機３の吸入圧力が低下する。この場合は、酸素圧縮機３の流量調節弁１０は閉方向に動作し、酸素圧縮機３から酸素ホルダ５に供給される流量が減少する。それでもさらに吸入圧力が低下する場合には、酸素圧縮機３の吐出配管と吸入配管をつなぐ配管に設置しているバイパス弁１１（図では四つのバイパス弁を１１Ａ〜１１Ｄで表記）が開方向に動作する。そして、吐出配管から吸入配管へ供給され、酸素圧縮機３から酸素ホルダ５に供給される流量が低下する。通常、バイパス弁１１が開動作した状態で長時間運転する場合、酸素を圧縮する電力が無駄となるため、酸素需要に合わせた適切な台数を停止する。
【００２１】
酸素ホルダ５のガス圧力は、各工場の酸素使用量の変動に伴い変動する。したがって、各工場に酸素を安定的に供給するためには、酸素ホルダ５のガス圧力を一定の範囲内に制御する必要がある。例えば、各工場の酸素使用量が増加した場合、酸素ホルダ５のガス圧力が低下するため、酸素プラント１の製造量を増加させる必要がある。しかし、製造量を増加させても酸素ホルダ５のガス圧力がさらに低下する場合には、液体酸素タンク８から液体酸素を加圧蒸発させ、酸素ホルダ５のガス圧力を上昇させる。一方、各工場の酸素使用量が減少した場合、酸素ホルダ５のガス圧力は上昇するため、酸素プラント１の製造量を減少させる。製造量が減少すると、前述のとおり、酸素圧縮機３の流量は減少し、酸素ホルダ５のガス圧力は低下する。しかし、製造量を減少させても酸素ホルダ５のガス圧力がさらに上昇する場合には、酸素ホルダ５の設備保護のために酸素を大気に放出しなければならない。通常、酸素を大気に放出しながら長時間運転する場合は、酸素を製造するための電力が無駄となるため、酸素需要に合わせ酸素プラント１と酸素圧縮機３の適切な台数を停止する。
【００２２】
次に、酸素使用量予測方法について説明する。
図２は、酸素使用量予測システムの概略図である。
先ず、酸素使用予測量（Ｑｙ）について説明する。
酸素使用予測量（Ｑｙ）は、連続的に使用される高炉酸素使用予測量（ＱＢＦｙ）と、他工場で使用される酸素雑用予測量（ＱＺｙ）と、間欠的に使用される製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）と、の合計量である。高炉酸素使用予測量（ＱＢＦｙ）は、高炉工場からの指定量であり、酸素雑用予測量（ＱＺｙ）は、各工場の生産量とその他から求められる酸素予測量であり、これらは酸素ホルダ圧力計算部１６へ入力される。
【００２３】
そして、間欠的に使用される製鋼工場の総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）は、二つのデータベース（データテーブル）を用いて算出する。一つ目のデータベースは、各製鋼工場における各転炉の鋼種や吹錬開始時刻や吹錬終了時刻、また各種成分や温度を示す吹錬スケジュールデータベースである。二つ目のデータベースは、各鋼種別転炉別使用量、及び所要吹錬時間を求めるため、製鋼工場での吹錬において過去の１チャージ当たりにおける鋼種別転炉別酸素実績使用量（ＱＬＤｊ）及び吹錬実績時間（ｔｊ）から回帰分析によって算出される関数が入力されているデータベースである。回帰分析によって求まった関数は、鋼種別転炉別使用予測量（ＱＬＤｙ）及び吹錬所要時間（ｔｙ）の誤差を少なくするために、回帰分析の結果と大きく外れる値は除外して関数を補正している。
【００２４】
次に、製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）について説明する。
先ず製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）は、ある時刻における各製鋼工場の各鋼種別転炉別使用量を加算したものである。その製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）を算出するため、各製鋼工場の各転炉１チャージあたりにおける鋼種別転炉酸素使用予測量（ＱＬＤｙ）を求める。その方法は、表１に示すように、転炉別に、鋼種、吹錬開始時刻、吹錬終了時刻、装入量、溶銑配合率、払出温度、装入温度、各主成分、酸素使用実績量、酸素送給速度などの操業データを吹錬情報入力部１４へ入力し、前述した吹錬スケジュールデータベースを作成する。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
そして、吹錬スケジュールデータベースの転炉と鋼種と一致するデータを、吹錬実績データベース１５から探し出し、鋼種別転炉別酸素実績使用量（ＱＬＤｊ）及び吹錬実績時間（ｔｊ）のデータを、酸素ホルダ圧力計算部１６へ入力する。前述した二つのデータベースにおいて、一致するデータを選択する。複数（ｎ）の製鋼工場があり、製鋼工場ごとに複数（ｍ）の転炉がある場合は、同時刻（ｉ）ごとに鋼種別転炉別酸素使用予測量（ＱＬＤｙ）を加算し、製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）を算出する。その製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）の算出式を下記（１）式に示す。
ΣＱＬＤｙ（ｉ）＝ＱＬＤｙ１（ｉ）＋ＱＬＤｙ２（ｉ）
＋  ……  ＋ＱＬＤｙ（ｎ）（ｉ）
ＱＬＤｙ（ｎ）（ｉ）＝ＱＬＤｙ（ｎ）１（ｉ）＋ＱＬＤｙ（ｎ）２（ｉ）
＋  ……  ＋ＱＬＤｙ（ｎ）（ｍ）（ｉ）
………（１）
【００２７】
図３に示す例では、二つの製鋼工場に夫々二つの転炉があるため、ΣＱＬＤｙ（ｉ）＝ＱＬＤｙ１１（ｉ）＋ＱＬＤｙ１２（ｉ）＋ＱＬＤｙ２１（ｉ）＋ＱＬＤｙ２２（ｉ）となる。
図３に示す例では、ある時刻（ｉ）における酸素使用予測量（Ｑｙ（ｉ））は、高炉酸素使用予測量（ＱＢＦｙ）と、酸素雑用予測量（ＱＺｙ）と、製鋼総合酸素使用予測量（ΣＱＬＤｙ）と、を加算して算出する。その酸素使用予測量（Ｑｙ）の算出式を下記（２）式に示す。
Ｑｙ（ｉ）＝ＱＢＦｙ（ｉ）＋ＱＺｙ（ｉ）＋ΣＱＬＤｙ（ｉ）
………（２）
【００２８】
次に、現在発生している酸素プラント製造総合計（ΣＱＯＫｊ）は、図２に示すように、複数台（ｎ）設置している各酸素プラント製造量（ＱＯＫ（ｎ）ｊ）を加算して算出する。その酸素プラント製造総合計（ΣＱＯＫｊ）の算出式を下記（３）式に示す。
ΣＱＯＫｊ＝ＱＯＫ１ｊ＋ＱＯＫ２ｊ＋………＋ＱＯＫ（ｎ）ｊ
………（３）
そして、現在の酸素供給量（ＱＫｊ）は、（３）式で求めた酸素プラント製造総合計（ΣＱＯＫｊ）と、液体酸素蒸発量（ＱＬＯｊ）と、を加算して算出する。その酸素供給量（ＱＫｊ）の算出式を下記（４）に示す。
ＱＫｊ＝ΣＱＯＫｊ＋ＱＬＯｊ                        ………（４）
図２に示す例では、四基の酸素プラントがあるため、ΣＱＯＫｊ＝ＱＯＫ１ｊ＋ＱＯＫ２ｊ＋ＱＯＫ３ｊ＋ＱＯＫ４ｊとなる。
【００２９】
次に、酸素ホルダの圧力変化を算出する。
酸素ホルダの圧力変化は、（２）式で求めた酸素使用予測量（Ｑｙ）と、（４）式で求めた酸素供給量（ＱＫｊ）との差によって発生する。その酸素ホルダの圧力変化を、より正確に把握するために１〜５分間隔のタイムステップ（ｄＴ）ごとに、酸素使用予測量（Ｑｙ）と酸素供給量（ＱＫｊ）との差を比較し算出する。
タイムステップ（ｄＴ）ごとの酸素需給量差（ΔＱｙ／ｄＴ）は、（４）式の酸素供給量（ＱＫｊ）から（２）式の酸素使用予測量（Ｑｙ）を減算して算出する。その酸素需給量差（ΔＱｙ／ｄＴ）を下記（５）式に示す。
ΔＱｙ／ｄＴ＝（ＱＫｊ−Ｑｙ）／ｄＴ                ………（５）
【００３０】
そして、酸素ホルダのタイムステップ（ｄＴ）ごとに変化する時間あたりの圧力予測変化値（ｄＰＹ／ｄＴ）は、酸素需給量差（ΔＱｙ／ｄＴ）を各酸素ホルダの圧力当たりの容量（Ｖ）を加算した総合酸素ホルダの圧力あたりの容量（ΣＶ）で除して算出する。その総合酸素ホルダの圧力あたりの容量（ΣＶ）の算出式を下記（６）式に示し、酸素ホルダ圧力予測変化（ｄＰｙ／ｄＴ）の算出式を下記（７）式に示す。
ΣＶ＝Ｖ１＋Ｖ２＋………＋Ｖ（ｎ）                  ………（６）
ｄＰｙ／ｄＴ＝ΔＱｙ／ｄＴ／ΣＶ                    ………（７）
【００３１】
その結果、ある時刻における酸素ホルダ圧力予測値（Ｐｙ（ｉ））は、実測した酸素ホルダ圧力実績値（Ｐｊ）に、酸素ホルダのタイムステップ（ｄＴ）ごとに変化する時間当たりの圧力予測変化値（ｄＰｙ／ｄＴ）を加算して算出する。その酸素ホルダ圧力予測変化値（ｄＰｙ／ｄＴ）の算出式を下記（８）式に示す。
Ｐｙ（ｉ）＝Ｐｊ＋（ｄ（Ｐｙ（ｉ））／ｄＴ）・ｄＴ  ………（８）
さらに、時刻（ｉ＋ｍ）における酸素ホルダ圧力予測（Ｐｙ（ｉ＋ｍ））は、（８）式にタイムステップ（ｄＴ）ごとに変化する時間あたりの圧力予測変化値（ｄＰｙ（ｉ＋ｍ）／ｄＴ）を加算し、繰り返し計算することで、算出する。その酸素ホルダ圧力予測（Ｐｙ（ｉ＋ｍ））の算出式を下記（９）式に示す。
Ｐｙ（ｉ＋１）＝Ｐｙ（ｉ）＋（ｄ（Ｐｙ（ｉ＋１））／ｄＴ）・ｄＴ
Ｐｙ（ｉ＋２）＝Ｐｙ（ｉ＋１）＋（ｄ（Ｐｙ（ｉ＋２））／ｄＴ）・ｄＴ
Ｐｙ（ｉ＋ｍ）＝Ｐｙ（ｉ＋（ｍ−１））＋（ｄ（Ｐｙ（ｉ＋ｍ））／ｄＴ）・ｄＴ
………（９）
【００３２】
オペレーターは、高炉工場や製鋼工場などへ酸素を安定供給するために、酸素ホルダ圧力Ｐｙ（ｉ＋ｍ）を特定の操業圧力範囲内に保つように、酸素プラント製造総合計（ΣＱＯＫｊ）や液体酸素蒸発量（ＱＬＯｊ）を調整する。その酸素プラント製造総合計（ΣＱＯＫｊ）や液体酸素蒸発量（ＱＬＯｊ）は、コンピュータを活用することで、各酸素プラント及び蒸発器能力範囲内で調整することは可能である。
【００３３】
実操業では、過去のある時刻において予測した酸素ホルダ圧力値（Ｐｙ（ｉ））と酸素ホルダ圧力実績値（Ｐｊ（ｉ））の誤差が、二つの要因から発生する。第一の誤差要因は、各製鋼工場の鋼種別転炉別使用予測量（ＱＬＤｙ）と鋼種別転炉別使用実績量（ＱＬＤｊ）の誤差である。そして、第二の誤差要因は、吹錬準備作業が早くなったり、逆に遅くなったりするために発生する吹錬開始時刻の変動による誤差である。この二つの誤差要因を補正することで、より正確に酸素ホルダの圧力予測ができる。
【００３４】
ここで、第一の誤差要因である吹錬実績データの鋼種別転炉別使用予測量（ＱＬＤｙ）と鋼種別転炉別実績量（ＱＬＤｊ）の誤差の補正方法について説明する。
先ず、過去のある時刻（ｉ）において予測した鋼種別転炉別使用予測量（ＱＬＤｙ）と、鋼種別転炉別使用実績量（ＱＬＤｊ）についての誤差量（ＱＧ）の算出方法について説明する。
誤差量（ＱＧ）は、予測していた酸素ホルダ圧力変化（ΔＰｙ）と実際の酸素ホルダ圧力変化（ΔＰｊ）の差から算出する。誤差量（ＱＧ）は、図４に示すように、過去のある時刻（ｉ）からタイムステップ（ｄＴ）毎に算出する。タイムステップ（ｄＴ）は、誤差量（ＱＧ）をより正確に把握するため、１〜５分間隔内に設定する。
【００３５】
酸素ホルダ圧力予測変化（ΔＰｙ（ｉ））は、時刻ｉよりタイムステップ（ｄＴ）後の（ｉ＋１）時刻における酸素ホルダ圧力予測値（Ｐｙ（ｉ＋１））から時刻ｉにおける酸素ホルダ圧力予測値（Ｐｙ（ｉ））を引いて算出する。その酸素ホルダ圧力予測変化（ΔＰｙ（ｉ））の算出式を下記（１０）式に示す。
ΔＰｙ（ｉ）＝（Ｐｙ（ｉ＋１）−Ｐｙ（ｉ））／ｄＴ
………（１０）
そして、タイムステップ（ｄＴ）毎に繰り返し計算を行い、酸素ホルダ圧力予測変化（ΔＰｙ（ｉ））を算出する。その式を下記（１１）式に示す。
ΔＰｙ（ｉ＋１）＝（Ｐｙ（ｉ＋２）−Ｐｙ（ｉ＋１））／ｄＴ
ΔＰｙ（ｉ＋２）＝（Ｐｙ（ｉ＋３））−Ｐｙ（ｉ＋２））／ｄＴ
ΔＰｙ（ｉ＋ｍ）＝（Ｐｙ（ｉ＋ｍ＋１）−Ｐｙ（ｉ＋ｍ））／ｄＴ
………（１１）
【００３６】
次に、酸素ホルダ圧力実績変化（ΔＰｊ（ｉ））は、酸素ホルダ圧力予測値（Ｐｙ（ｉ））の算出方法と同様に、時刻（ｉ）よりタイムステップ（ｄＴ）後の（ｉ＋１）時刻における酸素ホルダ圧力実績値（Ｐｊ（ｉ＋１））から時刻（ｉ）における酸素ホルダ圧力実績値（Ｐｊ（ｉ））を引いて算出する。酸素ホルダ圧力実績変化（ΔＰｙ（ｉ））の算出式を下記（１２）式に示す。
ΔＰｊ（ｉ）＝（Ｐｊ（ｉ＋１）−Ｐｊ（ｉ））／ｄＴ
………（１２）
【００３７】
そして、タイムステップ（ｄＴ）ごとに繰り返し計算を行い、酸素ホルダ圧力実績変化（ΔＰｊ（ｉ））を算出する。その式を下記（１３）式に示す。
ΔＰｊ（ｉ＋１）＝（Ｐｊ（ｉ＋２）−Ｐｊ（ｉ＋１））／ｄＴ
ΔＰｊ（ｉ＋２）＝（Ｐｊ（ｉ＋３））−Ｐｊ（ｉ＋２））／ｄＴ
ΔＰｊ（ｉ＋ｍ）＝（Ｐｊ（ｉ＋ｍ＋１）−Ｐｊ（ｉ＋ｍ）））／ｄＴ
………（１３）
【００３８】
酸素ホルダ圧力誤差（ΔＰＧ（ｉ））は、（１０）式により算出した酸素ホルダ圧力予測変化（ΔＰｙ（ｉ））から（１２）式により算出した酸素ホルダ圧力実績変化（ΔＰｊ（ｉ））を引いて算出する。その酸素ホルダ圧力誤差（ΔＰＧ（ｉ））算出式を下記（１４）式に示す。
ΔＰＧ（ｉ）＝ΔＰｙ（ｉ）−ΔＰｊ（ｉ）
ΔＰＧ（ｉ＋１）＝  ΔＰｙ（ｉ＋１）−ΔＰｊ（ｉ＋１）
ΔＰＧ（ｉ＋２）＝  ΔＰｙ（ｉ＋２）−ΔＰｊ（ｉ＋２）
ΔＰＧ（ｉ＋ｍ）＝  ΔＰｙ（ｉ＋ｍ）−ΔＰｊ（ｉ＋ｍ）
………（１４）
【００３９】
したがって、時刻（ｉ）における鋼種別使用予測量（ＱＬＤｙ  ）と鋼種別使用実績量（ＱＬＤｊ）の誤差量（ＱＧ）は、酸素ホルダ圧力誤差（ΔＰＧ（ｉ））に、総合酸素ホルダの圧力あたりの容量（ΣＶ）を掛け合わせ算出する。その算出式を下記（１５）式に示す。
ＱＧ（ｉ）＝ΔＰＧ（ｉ）・ΣＶ
ＱＧ（ｉ＋１）＝ΔＰＧ（ｉ＋１）・ΣＶ
ＱＧ（ｉ＋２）＝ΔＰＧ（ｉ＋２）・ΣＶ
ＱＧ（ｉ＋ｍ）＝ΔＰＧ（ｉ＋ｍ）・ΣＶ                     ………（１５）
【００４０】
次に、（１５）式で算出した誤差量（ＱＧ（ｉ））を用い、ある時刻（ｉ＋ｍ）の未来における酸素使用予測量（Ｑｙ）を補正する方法について説明する。
先ず、酸素使用予測量（Ｑｙ（ｉ））は、１時間あたりであるため、時刻（ｉ）におけるｄＴ時間あたりの酸素使用予測換算量（Ｑｙ（ｉ）′）に換算する。その算出式を下記（１６）式に示す。
Ｑｙ（ｉ）′＝（Ｑｙ（ｉ）／６０）・ｄＴ
Ｑｙ（ｉ＋１）′＝（Ｑｙ（ｉ＋１）／６０）・ｄＴ
Ｑｙ（ｉ＋２）′＝（Ｑｙ（ｉ＋２）／６０）・ｄＴ
Ｑｙ（ｉ＋ｍ）′＝（Ｑｙ（ｉ＋ｍ）／６０）・ｄＴ
………（１６）
【００４１】
そして、時刻（ｉ）における酸素使用予測補正量（ＱｙＨ（ｉ））は、酸素使用予測換算量Ｑｙ（ｉ）′に誤差量（ＱＧ（ｉ））を加算する。その算出式を下記（１７）式に示す。
ＱｙＨ（ｉ）＝Ｑｙ（ｉ）′＋ＱＧ（ｉ）                     ………（１７）
そして、上記と同様に繰り返し計算を行い、時刻（ｉ＋ｍ）における酸素使用予測補正量（ＱｙＨ（ｉ＋ｍ））を下記（１８）式に示す。
ＱｙＨ（ｉ＋１）＝Ｑｙ（ｉ＋１）′＋ＱＧ（ｉ＋１）
ＱｙＨ（ｉ＋２）＝Ｑｙ（ｉ＋２）′＋ＱＧ（ｉ＋２）
ＱｙＨ（ｉ＋３）＝Ｑｙ（ｉ＋３）′＋ＱＧ（ｉ＋３）
………（１８）
【００４２】
そして、（１７）式により算出した時刻（ｉ）における酸素使用予測補正量（ＱｙＨ（ｉ））を酸素使用予測換算量Ｑｙ（ｉ）′で除して、誤差率（Ｈ（ｉ））を算出する。その算出式を下記（１９）に示す。
Ｈ（ｉ）＝ＱｙＨ（ｉ）／Ｑｙ（ｉ）′                ………（１９）
そして、上記と同様に繰り返し計算を行い、時刻（ｉ＋ｍ）における誤差率（Ｈ（ｉ））を下記（２０）式に示す。
Ｈ（ｉ＋１）＝ＱｙＨ（ｉ＋１）／Ｑｙ（ｉ＋１）′
Ｈ（ｉ＋２）＝ＱｙＨ（ｉ＋２）／Ｑｙ（ｉ＋２）′
Ｈ（ｉ＋ｍ）＝ＱｙＨ（ｉ＋ｍ）／Ｑｙ（ｉ＋ｍ）′    ………（２０）
誤差率Ｈ（ｉ）は、各製鋼工場の吹錬開始時刻のずれによりばらつくため、時刻（ｉ）から吹錬時間間隔の１０〜２０分間ごとに、誤差率Ｈ（ｉ）を平均し、誤差率平均値Ｈ（ｉ）ＡＶＥを算出する。
【００４３】
そして、算出した誤差率平均値Ｈ（ｉ）ＡＶＥを時刻（ｉ）における鋼種別転炉別使用予測量（ＱＬＤｙ（ｉ））に掛け合わせ、鋼種別転炉別使用予測補正量（ＱＬＤｙＨ（ｉ））を算出する。その結果と（１）式に記載した方法を用い、製鋼総合使用予測補正量（ΣＱＬＤｙＨ（ｉ＋１））を算出し、上記の算出方法と同様に、酸素ホルダ圧力補正予測値（ＰｙＨ（ｉ＋ｍ））を算出する。
【００４４】
次に、第二の誤差要因である酸素使用開始予定時刻の誤差の補正方法について説明する。
吹錬時間は、前述したように種々の条件により、早くなったり遅くなったりする。例えば、スクラップの挿入準備が１０分かかる場合もあれば、２０分かかる場合もあり、ばらつきにより吹錬開始時刻のずれが発生する。したがって、最適な酸素量を予測するために、予定時刻と実績時刻の差を把握する必要がある。図５に示すように、今回の吹錬開始予定時刻（Ｔｙ（ｉ））と吹錬開始実績時刻（Ｔｊ（ｉ））との吹錬開始時刻差（ΔＴ）を、下記（２１）式で算出する。
ΔＴ＝Ｔｙ（ｉ）−Ｔｊ（ｉ）                        ………（２１）
【００４５】
そして、算出した吹錬開始時刻差（ΔＴ）を、２番目の吹錬予定時刻（Ｔｙ（ｉ＋１））と３番目の吹錬予定時刻（Ｔｙ（ｉ＋２））との差（Δｔ）と比較する。吹錬開始時刻差（ΔＴ）が吹錬準備間隔（Δｔ）のある特定範囲内の場合、２番目の吹錬予定時刻（Ｔｙ（ｉ＋１））に吹錬開始時刻差（ΔＴ）を加算し、吹錬開始時刻（Ｔｙ（ｉ））を補正する。その算出式を下記（２２）式に示す。
ΔＴ  ＜  Δｔ×３の場合
ＴｙＨ（ｉ＋１）＝Ｔｙ（ｉ＋１）＋ΔＴ（ｉ）
ＴｙＨ（ｉ＋２）＝Ｔｙ（ｉ＋２）＋ΔＴ（ｉ）
ＴｙＨ（ｉ＋ｎ）＝Ｔｙ（ｉ＋ｎ）＋ΔＴ（ｉ）        ………（２２）
【００４６】
しかし、逆に吹錬開始時刻差（ΔＴ）が、吹錬準備間隔（Δｔ）のある特定範囲を超える場合、２番目の吹錬予定時刻（Ｔｙ（ｉ＋１））は補正しない。図５では、２番目、３番目の吹錬予定時刻はΔＴで補正しているが、４番目の吹錬については、３番目と４番目の吹錬準備間隔ΔｔとΔＴを比較した場合、ΔＴがΔｔのある特定範囲（３倍超）を超えるため補正しないケースを示している。鋼種別の吹錬時間など操業条件によって異なるが、一般的には、吹錬開始時刻差（ΔＴ）が吹錬準備間隔（Δｔ）の３倍以内か３倍を超えるかどうかが基準になる。
【００４７】
前述したように、酸素需給調整では酸素プラントの稼働台数と各酸素プラントの製造量の調整を行っている。一般的に各酸素プラントは、経年劣化や機器性能などにより酸素プラントの効率が異なる。そのため効率差を考慮した最適な各酸素プラントの製造量を調整することで、省エネを図ることができる。最初に現状の各酸素プラント効率を正確に把握するため、例えば過去１〜２年間の酸素製造量（ＱＯＫ）と大気温度（ＱＴ）と酸素製造電力（ＱＰ）のデータを用いて、ある大気温度（ＱＴ）における酸素製造電力（ＱＰ）から酸素製造量を除した酸素製造電力原単位曲線を作成する。そして、現在の大気温度（ＱＴ）における酸素使用予測量（Ｑｙ）に合わせ、稼動している各酸素プラントの製造量を８０〜１００％で変動させ、総合酸素製造電力（Σ（ＱＰ））を算出する。そして、総合酸素製造電力（Σ（ＱＰ））が、最も少ない酸素プラントの製造量組み合わせを出力し、各酸素プラント製造量（ＱＯＫ）を決定する。
【実施例１】
【００４８】
次に、実施例１について説明する。
図６は、実施例１の構成図である。
所内の工場は、酸素を間欠的に使用する製鋼工場と、連続的に使用する高炉工場や、その他工場がある。そして、図６に示す例では、製鋼工場−１と製鋼工場−２の二つの製鋼工場があり、各製鋼工場へは五基の酸素ホルダから酸素吐出配管により酸素が供給されており、供給された酸素によって吹錬される。酸素ホルダには、九基の酸素プラントで酸素を製造し、八基の酸素圧縮機で１.６〜２.５ＭＰａＧ程度に昇圧した酸素を供給する。さらに酸素が不足する場合には、二基の液体酸素タンク中の液体酸素を蒸発し供給する。
【００４９】
図４の縦軸は酸素ホルダ圧力を示し、横軸は時間を示す。点線は酸素ホルダの圧力変化予測値の推移を示す。
酸素ホルダの圧力変化予測値の推移は、（２）式から算出される酸素使用予測量（Ｑｙ）と（４）式から算出される酸素供給量（ＱＫｊ）を用い、（６）式から算出される総合酸素ホルダの圧力あたりの容量（ΣＶ）で除して算出する。
図４中の実線は、実操業での酸素ホルダの圧力変化実績値の推移を示す。実操業は、各製鋼工場の鋼種別転炉別使用予測量（ＱＬＤｙ）と鋼種別転炉別使用実績量（ＱＬＤｊ）の誤差及び吹錬開始時刻の変動による誤差が発生するため、上記の圧力変化予測値の推移と異なる。
したがって、５分ごとに圧力変化予測値と圧力変化実績値を比較し、誤差量（ＱＧ）を（１０）〜（１５）式を用いて算出する。そして、その誤差量（ＱＧ）は、（１７）式に示すように、次の吹錬の酸素使用予測換算量Ｑｙ（ｉ）′に加算され、酸素使用予測補正量（ＱｙＨ（ｉ））を算出し、補正する。
【００５０】
図５は、圧力変化予測値と圧力変化実績値が異なる原因となる吹錬開始時刻の変動による誤差を説明するための吹錬スケジュールの概略図である。
先ず、一番上の四角形は、吹錬予定スケジュールを示し、一番下の四角形は、吹錬実績スケジュールを示す。吹錬開始時刻はスクラップ挿入準備などで作業時間にばらつきが発生するため、ずれが発生する。
例えば、図５に示すように、今回の吹錬開始時刻のずれがΔＴ発生した場合、補正後の予定に示すように２番目以降の吹錬開始時刻をΔＴづつ補正する。但し、吹錬準備間隔Δｔが３倍以上の場合、修正後の予定に示すように４番目の吹錬開始時刻は補正しない。
【００５１】
図７に示すように、同じ吹錬スケジュールにおいて、誤差率を演算しない場合と５分ごとに誤差率を演算し、製鋼総合補正量を算出した場合の予測圧力と実績圧力の誤差を比較した。図７の各炉の上段は吹錬スケジュールの予測時刻であり、下段は実績時刻を示す。誤差率を演算しない場合、予測平均圧力と実績平均圧力の圧力誤差は、０.０５０ＭＰａＧとなった。
それに対し、５分ごとに誤差率を演算し、製鋼総合補正量を算出した場合、補正予測平均圧力と実績平均圧力の圧力誤差は、０.００７ＭＰａＧとなった。したがって、５分ごとに誤差率を演算し、製鋼総合補正量を算出した場合は、予測誤差が改善したことが分る。
【実施例２】
【００５２】
酸素需給調整では、酸素プラントの稼働台数と各酸素プラントの製造量を行っている。一般的に各酸素プラントは、経年劣化や機器性能などにより、酸素プラントの効率差が異なる。また、大気温度や大気湿度などによっても酸素製造能力が左右される。そのため効率差に加えて大気条件を考慮することで最適な各酸素プラントの製造量へと調整することができ、省エネを図ることできる。
【００５３】
各酸素プラントの製造電力は、過去１年以上の酸素製造量（ＱＯＫ）と酸素製造電力（ＱＰ）を大気条件によって細別した平均データを用いた酸素製造電力原単位から算出する。そのため酸素需要量１００,０００Ｎｍ３／ｈに合わせ、稼動している酸素プラントの酸素発生量を８０〜１００％の間で５００Ｎｍ３／ｈ間隔で変化させ、大気条件による酸素製造電力原単位曲線から算出される製造電力の組み合わせ計算を行う。その結果、各酸素プラントの製造量組み合わせでは、総製造電力が５０,２０７ｋＷとなる。
【００５４】
それに対し、同様の大気温度条件において総製造電力が最小となる各酸素プラントの製造量組み合わせに従い、稼動させる酸素プラントを決定すれば、総製造電力が４９,２２４ｋＷとなる。したがって、オペレーターは夫々の大気温度条件によって総製造電力が最小となる各酸素プラントの製造量組み合わせに従い、酸素製造量を調整し、省電力を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の酸素製造量予測方法は、最適な酸素発製造バランスを達成し、酸素製造電力を低減することができ、製鉄プロセス等の酸素製造プラントとして有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１  酸素プラント
２  酸素吸入母管
３  酸素圧縮機
４  酸素吐出母管
５  酸素ホルダ
６  製鋼工場
７  その他工場
８  液体酸素タンク
９  液体酸素蒸発器
１０  流量調整弁
１１  バイパス弁
１２  高炉送風工場
１３  高炉工場
１４  吹錬情報入力部
１５  吹錬実績データベース
１６  酸素ホルダ圧力計算部
１７  酸素ホルダ圧力判断部
１８  各酸素プラント性能データベース
１９  最適酸素製造バランス計算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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