JP5609747B2 - 転炉ガス回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼の精錬工程において発生する転炉ガスを回収する転炉ガス回収方法に関する。

従来の転炉ガス回収設備においては、吸引ファンの下流（以下、「炉下」という場合がある。）に設置された酸素濃度計により計測された酸素濃度（炉下酸素濃度）が充分に小さく、かつ転炉から三方弁の間（一般的に、転炉ガスの集塵機の前、以下、「炉頂」という場合がある。）に設置された一酸化炭素濃度計により計測された一酸化炭素濃度（炉頂一酸化炭素濃度）が充分に大きくなった後に回収弁を開き、回収弁が全開になった後に三方弁を動作させて転炉ガスを回収している。
特に、特許文献１には、回収弁を開く動作を先行させることで、転炉ガスの回収を開始するタイミングを早めた転炉ガス回収方法が記載されている。なお、一般に、回収弁は、開動作するために１０〜２０秒要する。この転炉ガス回収方法においては、炉頂に設置された酸素濃度計により計測された酸素濃度（炉頂酸素濃度）が閾値Ｌ２％以下、かつその他の回収条件（一酸化炭素濃度が一定値（Ｃ１）以上となること等）が成立した後に回収弁を開き、その後、炉下酸素濃度が閾値Ｌ１％以下となった時点で三方弁を転炉ガス回収用ホルダー側に開動作し、転炉ガスを回収している。

特許第２５４０６８７号公報

回収開始を出来る限り早めるため、酸素濃度の閾値Ｌ２は５．５未満で５．５に近い値に設定される。従って、回収弁を開く条件（炉頂酸素濃度が閾値Ｌ２％以下、かつ予め決められた回収条件が成立）が成立した時点では、炉頂酸素濃度は、５．５％未満である。しかし、炉頂から炉下までのガスダクト長（例えば、５０ｍ程度）と転炉ガス流速（例えば、２〜５ｍ／ｓｅｃ）との関係上、炉頂から炉下に転炉ガスが到達するには、例えば１０秒以上要するため、回収弁を開く条件が成立した時点では、炉下酸素濃度は５．５％以上となっている場合がある。
ここで、転炉ガスの組成上、酸素濃度５．５％以上かつ一酸化炭素濃度１２．５％以上が燃焼、即ち爆発領域であるため、酸素濃度が５．５％以上の転炉ガスを回収しないよう、ガスダクト長及び転炉ガス流速を考慮して閾値Ｌ２を充分に小さくする必要がある。その結果、転炉ガスの回収を開始するタイミングを早める効果が低減する。

一方、近年、酸素濃度計の応答速度が速くなったこと、及び転炉が多機能化したことに伴い、炉下の酸素濃度が閾値Ｌ１％以下という条件成立よりも後になって、一酸化炭素濃度が一定値（Ｃ１）以上となる条件（前述のその他の回収条件の１つ）が成立する場合がある。この場合、一酸化炭素濃度が一定値（Ｃ１）以上となる条件が成立し回収弁が開動作を始めるときには、既に炉下酸素濃度がＬ１％以下となる条件が成立している。結局、回収弁が全開になった直後に三方弁を転炉ガス回収用ホルダー側に開動作させることになり、転炉ガスの回収を開始するタイミングを早める効果を奏しないことになる。
本発明は、転炉ガスの回収量を増大させることが可能な転炉ガス回収方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る転炉ガス回収方法は、転炉から発生した転炉ガスを吸引する吸引ファンと、
前記吸引ファンにより吸引された前記転炉ガスを回収するホルダーと、
前記吸引ファンの下流側に設けられた酸素濃度計と、
前記酸素濃度計の下流側に設けられ、前記転炉ガスの流路を前記ホルダーの方向又は該ホルダーの方向とは異なる方向に切り換える切換弁と、
前記切換弁の上流側に設けられた一酸化炭素濃度計と、
前記切換弁の下流側に設けられ、前記ホルダーへ向かう前記転炉ガスの流路を遮断する回収弁とを備えた転炉ガス回収設備を用いた転炉ガス回収方法において、
前記一酸化炭素濃度計により計測された一酸化炭素濃度が１２．５％以上になる前に、前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が５．５％未満となることを条件とし、
前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が５．５％未満の範囲にある予め決められた濃度Ｘ１％未満となった場合に、前記回収弁を開く動作を開始し、
前記回収弁が全開となった後、前記一酸化炭素濃度計により計測された一酸化炭素濃度が１２．５％以上の範囲にある予め決められた濃度Ｙ１％以上となった場合に、前記切換弁を動作させ、前記転炉ガスの流路を前記ホルダーの方向に切り換える。

本発明に係る転炉ガス回収方法において、前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が前記濃度Ｘ１％未満となった後、経過時間の監視を開始し、
予め決められた時間が経過した際、前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が予め決められた監視濃度まで低下していない場合には、前記転炉ガスの回収を中止することができる。

本発明に係る転炉ガス回収方法においては、転炉ガスの回収量を増大させることが可能である。

本発明の一実施の形態に係る転炉ガス回収設備の説明図である。 同転炉ガス回収設備における一酸化炭素濃度変化を示すグラフである。 同転炉ガス回収設備の動作を示すフロー図である。 同転炉ガス回収設備の弁制御を示すフロー図である。 同転炉ガス回収設備のタイマーＴＡ処理を示すフロー図である。 同転炉ガス回収設備の転炉ガス回収タイミングを示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る転炉ガス回収設備１０は、転炉１２から発生した一酸化炭素を含む転炉ガスを、ガスダクト１４を介して転炉ガス回収用ホルダー（以下、単に「ホルダー」という。）２０に回収することができる。ここで、転炉ガスの流路を形成するガスダクト１４は、転炉１２の炉口から上方の頂部２２へと延びている。そして、ガスダクト１４は、頂部２２から下方へと延び、ホルダー２０に接続される。
転炉ガス回収設備１０は、一酸化炭素濃度計３０、集塵機３２、吸引ファン３４、酸素濃度計４０、三方弁（切換弁の一例）４２、回収弁４４、及び制御装置４６を備えている。

一酸化炭素濃度計３０は、例えば炉頂（前述の通り、集塵機３２の前）に設けられている。一酸化炭素濃度計３０は、転炉ガスの一部を取り込むことによって、転炉ガス中の一酸化炭素濃度をリアルタイムに計測することができる。ここで、「リアルタイム」とは、厳密な意味でのリアルタイムではなく、転炉ガス回収設備１０の動作に支障ない程度の時間遅れが発生する場合がある（以下、同様）。
一酸化炭素濃度計３０による一酸化炭素濃度の測定方法は任意で良いが、本実施の形態においては、非分散型赤外分光法（ＮＤＩＲ）によるものである。

集塵機３２は、転炉ガスの除塵を行うことができる。集塵機３２は、ガスダクト１４の頂部２２よりも下流側に設けられている。

吸引ファン３４は、転炉１２から発生した転炉ガスを吸引することができる。吸引ファン３４は、集塵機３２の下流側に設けられている。

酸素濃度計４０は、吸引ファン３４の下流側に設けられている。酸素濃度計４０は、転炉ガスの一部を取り込むことによって、転炉ガス中の酸素濃度をリアルタイムに測定することができる。
酸素濃度計４０による酸素濃度の測定方法は任意で良いが、本実施の形態においては、磁気力式によるものである。

三方弁４２は、酸素濃度計４０の下流側に設けられ、転炉ガスの流路をホルダー２０の方向Ａ又は煙突５０の方向（ホルダー２０の方向とは異なる方向）Ｂに切り換えることができる。三方弁４２は、充分な気密性を有するものではない。

回収弁４４は、ホルダー２０へと向かう転炉ガスの流路を遮断することができる。回収弁４４は、三方弁４２の下流側に設けられている。回収弁４４は、例えば、水封式逆止弁であり、気密性を有している。回収弁には、全開及び全閉を検知するためのリミットスイッチ（不図示）が設けられている。

制御装置４６は、一酸化炭素濃度計３０、酸素濃度計４０の測定値を管理することができる。また、制御装置４６は、集塵機３２、吸引ファン３４、三方弁４２、煙突５０、回収弁４４の動作を制御することができる。更に、制御装置４６は、予め決められた時間が経過したことを監視するタイマーＴＡを有している。

なお、バイパス弁５２は、吸引ファン３４を出た転炉ガスの流路を、三方弁４２を通過せずに煙突５０の方向へバイパスさせるための弁である。

転炉１２から発生した転炉ガスは、吸引ファン３４によって吸引され、ガスダクト１４内に導入される。ガスダクト１４内に導入された転炉ガスは、集塵機３２により除塵され、吸引ファン３４を通過する。
その後、三方弁４２により流路がホルダー２０の方向Ａに向かうように形成されている場合には、転炉ガスは、回収弁４４が開状態であれば、ホルダー２０に回収される。
一方、三方弁４２により流路が煙突５０の方向Ｂに向かうように形成されている場合には、転炉ガスは煙突５０へ導入される。煙突５０へ導入された転炉ガスは、燃焼され、放散される。

次に、回収すべき転炉ガスの濃度に関する条件について説明する。
回収すべき転炉ガスの条件は、酸素濃度が５．５％未満かつ一酸化炭素濃度が１２．５％以上である。前者の酸素濃度が５．５％未満になることである第１の条件は、この第１の条件を満たさないと、酸素がホルダー２０に回収された転炉ガスと混合した場合に爆発する可能性があるために設定される。後者の一酸化炭素濃度が１２．５％以上になることである第２の条件は、この第２の条件を満たさない一酸化炭素を回収すると、一酸化炭素の燃焼領域から外れるため、ガスカロリーの低下につながるからである。
なお、第１の条件は、回収弁４４が開動作を開始し、ホルダー２０へ向かう転炉ガスの流路が三方弁４２のみによって遮断されている状態において、三方弁４２から転炉ガスが漏出しても周辺設備の安全性を保障する条件として、回収弁４４が開動作する前から要求される条件である。
一方、第２の条件は、三方弁４２から転炉ガスが漏出している場合であっても、少なくとも第１の条件を満たしていれば爆発の危険性はなく、回収弁４４を開動作させるための必要条件ではない。

転炉１２の吹錬開始後、初期（２〜３分程度）の転炉ガス中の一酸化炭素の濃度変化を測定すると、図２に示すように、吹錬初期におけるイナートガス（一酸化炭素完全燃焼による不活性ガス）の生成制御が適切に機能している場合、吹錬開始後の転炉ガス組成の軌跡は、爆発領域を充分に回避している。そのため、回収組成に到達するまでもなく回収弁を開動作させ始めても、安全性の観点から問題はない。

次に、転炉ガス回収設備１０の動作（転炉ガス回収方法）について、図３Ａ〜図３Ｂに基づいて、ステップ毎に説明する。なお、以下の一連の動作は、制御装置４６内で実行されるプログラムにより実行される。

（ステップＳＡ１）
各設備条件が成立しているか否かを判断する。ここで、設備条件は、以下の通りである。

＜設備条件＞
１．ホルダー２０が満量でないこと。
２．ガスダクト１４内の各所にて行われているＮ_２パージが正常であること。
３．転炉ガス流量が一定量以上であること。
４．バイパス弁５２が閉まっていること。
５．転炉ガス回収設備１０の制御モード（動作モード）が自動モードであること（手動動作モードでないこと）。
６．吹錬が非常停止中でないこと。
７．強制放散中でないこと。

つまり、各設備条件は、転炉ガスの回収動作を開始するためのインタロックである。設備条件が全て成立している場合には、次ステップＳＡ２へと進む。

（ステップＳＡ２）
回収弁４４が全閉であるか否かを判断する。
回収弁４４が全閉である場合には、次ステップＳＡ３に進む。
一方、回収弁４４が全閉でない場合には、回収弁４４が全閉になるまで待つ。

（ステップＳＡ３）
酸素濃度計４０により測定された酸素濃度がＸ１（パラメータＸ１は、例えば、５．０〜５．５）％未満であるか否かを判断する。ここで、このパラメータＸ１は、制御装置４６に記憶されている定数であり、操業者が任意に変更することができる。前述の回収すべき転炉ガスの条件から、パラメータＸ１の設定可能範囲は０〜５．５である。ただし、パラメータＸ１は、５．５に極力近い値（例えば、５．０〜５．５）が好ましい。
酸素濃度がＸ１％未満である場合には、ステップＳＢに進み、図３Ｂに示す弁制御（回収弁４４及び三方弁４２の動作制御）を開始する。また、ステップＳＣに進み、図３Ｃに示すタイマーＴＡ処理（タイマーＴＡによる酸素濃度監視処理）も開始する。これらステップＳＢ及びステップＳＣについては、後述する。
一方、酸素濃度がＸ１％未満でない場合には、本条件が成立するまで待機する。

（ステップＳＡ４）
ステップＳＢの弁制御終了後、回収終了条件を満たした場合には、回収弁４４を閉じ、回収動作を終了する。この回収条件は、例えば、ホルダー２０内の転炉ガスが満量となったことである。

（ステップＳＡ５）
ステップＳＣのタイマーＴＡ処理が終了後、ガスダクト１４内の転炉ガスに含まれる酸素濃度が異常であることを示す回収不可フラグｆｌｇがオンしている否かを判断する。回収不可フラグｆｌｇについては後述する。
回収不可フラグｆｌｇがオフ状態である場合には、ステップＳＡ４に進む。
一方、回収不可フラグｆｌｇがオン状態である場合には、現ヒートの吹錬中は転炉ガスを回収できないものとして、回収弁４４を閉じ、回収動作を中止する。

前述のステップＳＢの弁制御は、図３Ｂに示すように、以下のステップに従って実行される。

（ステップＳＢ１）
回収弁を開く開指令を出力する。

（ステップＳＢ２）
回収弁４４が全開になったか否かを判断する。なお、回収弁４４が全開になったか否かは、回収弁４４のリミットスイッチ（不図示）により検知することができる。
回収弁４４が全開になった場合には、次ステップＳＢ３へ進む。
一方、回収弁４４が全開になっていない場合には、全開になるまで待機する。

（ステップＳＢ３）
酸素濃度計４０により測定された酸素濃度がＸ２（パラメータＸ２は、例えば、２．０）％未満であるか否かを判断する。ここで、このパラメータＸ２は、制御装置４６に記憶されている定数であり、操業者が任意に変更することができる。前述の回収すべき転炉ガスの条件から、パラメータＸ２の設定可能範囲は０〜５．５である。ただし、パラメータＸ２は、パラメータＸ１よりも小さい値である。
本ステップにより、酸素濃度がＸ１から確実に減少していることを確認することができる。
酸素濃度がＸ２％未満である場合には、次ステップＳＢ４へ進む。
一方、酸素濃度がＸ２％未満でない場合には、本条件が成立するまで待機する。
なお、本ステップＳＢ３は省略することも可能である。

（ステップＳＢ４）
一酸化炭素濃度計３０により測定された一酸化炭素濃度がＹ１（パラメータＹ１は、例えば、２０．０）％以上であるか否かを判断する。ここで、このパラメータＹ１は、制御装置４６に記憶されている定数であり、操業者が任意に変更することができる。前述の回収すべき転炉ガスの条件から、パラメータＹ１の設定可能範囲は１２．５〜１００である。
一酸化炭素濃度がＹ１％以上である場合には、次ステップＳＢ５へ進む。
一方、一酸化炭素濃度がＹ１％以上でない場合には、ステップＳＢ３へ戻る。

（ステップＳＢ５）
三方弁４２を動作させ、転炉ガスの流路を煙突５０の方向からホルダー２０の方向に切り換える。本ステップが実行されると、ホルダー２０に転炉ガスが回収される。
本ステップ終了後、前述のステップＳＡ４（図３Ａ参照）に進む。

一方、前述のタイマーＴＡ処理は、図３Ｃに示すように、以下のステップに従って実行される。
（ステップＳＣ１）
タイマーＴＡが時間監視を開始し、予め決められた時間ｔｍ（例えば、１０〜６０秒）が経過するまでカウントアップする。このパラメータｔｍは、制御装置４６に記憶されている定数であり、操業者が任意に変更することができる。タイマーＴＡのカウントアップが終了し、タイムアップした場合（予め決められた時間が経過した際）には、次ステップＳＣ２に進む。

（ステップＳＣ２）
酸素濃度計４０により測定された酸素濃度がＸ２％未満であるか否かを判断する。
予め決められた時間が経過したにも関わらず、酸素濃度がＸ２％未満ではないということは、例えば、ガスダクト１４に孔が空いていてガス漏れが発生していたり、酸素濃度計４０に不具合が発生していたりするなど、何らかの異常が生じている可能性がある。本ステップにより、異常発生の有無を検出できる。
酸素濃度がＸ２％未満である場合には、前述のステップＳＡ５（図３Ａ参照）へ進む。
一方、酸素濃度がＸ２％未満でない場合には、ステップＳＣ３へ進む。
なお、パラメータＸ２に代えて、パラメータＸ３（監視濃度Ｘ３％）としてもよい。ただし、パラメータＸ３の設定可能範囲は０〜５．５であり、パラメータＸ３は、パラメータＸ１よりも小さい値である。

（ステップＳＣ３）
回収不可フラグｆｌｇを立てる（オンにする）。この回収不可フラグｆｌｇは、前述の通り、次ステップＳＡ５（図３Ａ参照）で使用されるものである。本ステップ終了後、ステップＳＡ５に進む。

本実施の形態によれば、第１に、三方弁４２に充分に近い炉下における酸素濃度が５．５％未満になった後に回収弁４４を開くため、ホルダー２０内の転炉ガスが漏れて酸素と混合したとしても爆発の危険性はなく、安全に転炉ガスを回収できる。

また、第２に、一酸化炭素濃度に依らず、先に回収弁４４を開くため、例えば脱燐吹錬のような一酸化炭素濃度の増加が遅い転炉製鋼法においても、転炉ガスを早期に回収できる。
ここで、一例として前述のパラメータＸ１が５．０、パラメータＸ２が２．０、パラメータＹ１が２０．０に設定されている場合の転炉ガスの回収時間について説明する。図４に示すように、従来の転炉ガス回収設備においては、炉下酸素濃度が２．０％以下、かつ炉頂一酸化炭素濃度が２０．０％以上となってから回収弁を開き、三方弁をホルダー側に切り換えるため、転炉ガスの回収開始タイミングが遅れることになる。一方、本実施の形態に係る転炉ガス回収設備１０においては、炉下酸素濃度が５．０％になると回収弁４４を開き、その後、炉下酸素濃度が２．０％以下、かつ炉頂一酸化炭素濃度が２０．０％以上となってから三方弁４２をホルダー２０側に切り換えて転炉ガスの回収を開始するため、従来よりも転炉ガスの回収タイミングが早くなり、その分転炉ガスの回収時間が増加する。

更に、第３に、一酸化炭素濃度がＹ１％以上で三方弁４２を開き、転炉ガスの回収を開始するため、不燃焼ガスを回収することを防止できる。即ち、ガスカロリーの低下を抑制できる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

一酸化炭素濃度計３０は、ガスダクト１４の炉頂に設けられていたが、転炉１２の炉口から三方弁４２までの間の任意の位置に設けることもできる。即ち、一酸化炭素濃度計３０は、三方弁４２の上流側に設けることができる。

１０：転炉ガス回収設備、１２：転炉、１４：ガスダクト、２０：転炉ガス回収用ホルダー、２２：頂部、３０：一酸化炭素濃度計、３２：集塵機、３４：吸引ファン、４０：酸素濃度計、４２：三方弁、４４：回収弁、４６：制御装置、５０：煙突、５２：バイパス弁

Claims (2)

1. 転炉から発生した転炉ガスを吸引する吸引ファンと、
   前記吸引ファンにより吸引された前記転炉ガスを回収するホルダーと、
   前記吸引ファンの下流側に設けられた酸素濃度計と、
   前記酸素濃度計の下流側に設けられ、前記転炉ガスの流路を前記ホルダーの方向又は該ホルダーの方向とは異なる方向に切り換える切換弁と、
   前記切換弁の上流側に設けられた一酸化炭素濃度計と、
   前記切換弁の下流側に設けられ、前記ホルダーへ向かう前記転炉ガスの流路を遮断する回収弁とを備えた転炉ガス回収設備を用いた転炉ガス回収方法において、
   前記一酸化炭素濃度計により計測された一酸化炭素濃度が１２．５％以上になる前に、前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が５．５％未満となることを条件とし、
   前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が５．５％未満の範囲にある予め決められた濃度Ｘ１％未満となった場合に、前記回収弁を開く動作を開始し、
   前記回収弁が全開となった後、前記一酸化炭素濃度計により計測された一酸化炭素濃度が１２．５％以上の範囲にある予め決められた濃度Ｙ１％以上となった場合に、前記切換弁を動作させ、前記転炉ガスの流路を前記ホルダーの方向に切り換えることを特徴とする転炉ガス回収方法。
2. 請求項１記載の転炉ガス回収方法において、前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が前記濃度Ｘ１％未満となった後、経過時間の監視を開始し、
   予め決められた時間が経過した際、前記酸素濃度計により計測された酸素濃度が予め決められた監視濃度まで低下していない場合には、前記転炉ガスの回収を中止することを特徴とする転炉ガス回収方法。

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