JPH1072612A - 酸素製鋼法 - Google Patents
酸素製鋼法Info
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】過大な投資コストを付加しないで空気分離プラ
ントの動力消費量をできるだけ少なくして得た酸素を酸
素製鋼に使用する。 【解決手段】溶融鉄金属を、精留によって空気から分離
した酸素ガス流と接触させる工程を含み、該酸素が97
〜98容量%の酸素、ただし100容量ppm未満の窒
素を含有する酸素製鋼法。
ントの動力消費量をできるだけ少なくして得た酸素を酸
素製鋼に使用する。 【解決手段】溶融鉄金属を、精留によって空気から分離
した酸素ガス流と接触させる工程を含み、該酸素が97
〜98容量%の酸素、ただし100容量ppm未満の窒
素を含有する酸素製鋼法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は酸素製鋼法に関す
る。
る。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】酸素
製鋼法は近代的工業経済の主要ビルディングブロックで
ある。平炉法、ベッセマーおよびQ−BOP法を含む下
吹き製鋼法、LD−AC法(BOS(塩基性酸素製鋼法
またはBOP(塩基性酸素法)ともいう)を含む上吹き
コンバーター法および溶融鉄金属に酸素を吹き込む工程
を含むアーク炉法を含む一連の種々の酸素製鋼法があ
る。
製鋼法は近代的工業経済の主要ビルディングブロックで
ある。平炉法、ベッセマーおよびQ−BOP法を含む下
吹き製鋼法、LD−AC法(BOS(塩基性酸素製鋼法
またはBOP(塩基性酸素法)ともいう)を含む上吹き
コンバーター法および溶融鉄金属に酸素を吹き込む工程
を含むアーク炉法を含む一連の種々の酸素製鋼法があ
る。
【0003】窒素は鋼に有害な影響を与えるので、この
ような酸素製鋼法には常に高純度の酸素(すなわち、純
度が99%を上回る酸素)が用いられている。高純度の
酸素を生成させるには、精留で空気を分離する。空気の
組成は、このような純度レベルを得るために、酸素生成
物を取り出す精留塔がアルゴンと酸素とを分離する区画
を有するような組成である。アルゴンと酸素とは揮発度
が相互に類似しているので、この区画は実質的に精留塔
の全長および空気分離プロセスの総エネルギー必要量に
影響を及ぼす。
ような酸素製鋼法には常に高純度の酸素(すなわち、純
度が99%を上回る酸素)が用いられている。高純度の
酸素を生成させるには、精留で空気を分離する。空気の
組成は、このような純度レベルを得るために、酸素生成
物を取り出す精留塔がアルゴンと酸素とを分離する区画
を有するような組成である。アルゴンと酸素とは揮発度
が相互に類似しているので、この区画は実質的に精留塔
の全長および空気分離プロセスの総エネルギー必要量に
影響を及ぼす。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】最近の空気分離法の一
般的な目的は、過大な投資コストを付加しないで空気分
離プラントの動力消費量をできるだけ少なくすることに
ある。
般的な目的は、過大な投資コストを付加しないで空気分
離プラントの動力消費量をできるだけ少なくすることに
ある。
【0005】同一空気分離プラントを製鋼プロセスと製
鉄プロセスとの両方に供給することが必要な場合もあ
る。製鉄プロセスは、酸化鉄、コークスと最後の1つの
スラグ剤または融剤を含む装入物を供給する通常の高炉
を用いるかまたはコークスの代りに石炭を用いる所謂直
接還元法であることができる。直接還元法では、装入物
を還元槽に供給し、該槽内で水素または一酸化炭素を含
むガス混合物で鉄鉱石を還元し、得られた鉄を第2の槽
で溶融し、その中で還元ガス混合物を生成させるように
同時に石炭をガス化する。石炭のガス化には概して純度
95%の酸素が用いられる。その結果空気分離プラント
の投資および操業コストは、純度が99%を上回る酸素
生成物をさらに必要とする場合よりは小さい。しかし、
一旦そのような純度の酸素生成物をつくる必要性が生じ
ると、酸素生成物を取り出す精留塔底部で高純度液体酸
素を再沸させる必要がある。酸素の純度が高いほど、一
定圧力における再沸温度は高くなる。その結果、高純度
の酸素を再沸させるに用いるガス圧は酸素の純度が増す
につれて上昇し、したがって、このガス圧を高めるのに
余計な仕事が消費される。さらに、純度の異なる酸素生
成物が必要な場合には、補助的な配管工事やディストリ
ビュータに付随するコストが増す。
鉄プロセスとの両方に供給することが必要な場合もあ
る。製鉄プロセスは、酸化鉄、コークスと最後の1つの
スラグ剤または融剤を含む装入物を供給する通常の高炉
を用いるかまたはコークスの代りに石炭を用いる所謂直
接還元法であることができる。直接還元法では、装入物
を還元槽に供給し、該槽内で水素または一酸化炭素を含
むガス混合物で鉄鉱石を還元し、得られた鉄を第2の槽
で溶融し、その中で還元ガス混合物を生成させるように
同時に石炭をガス化する。石炭のガス化には概して純度
95%の酸素が用いられる。その結果空気分離プラント
の投資および操業コストは、純度が99%を上回る酸素
生成物をさらに必要とする場合よりは小さい。しかし、
一旦そのような純度の酸素生成物をつくる必要性が生じ
ると、酸素生成物を取り出す精留塔底部で高純度液体酸
素を再沸させる必要がある。酸素の純度が高いほど、一
定圧力における再沸温度は高くなる。その結果、高純度
の酸素を再沸させるに用いるガス圧は酸素の純度が増す
につれて上昇し、したがって、このガス圧を高めるのに
余計な仕事が消費される。さらに、純度の異なる酸素生
成物が必要な場合には、補助的な配管工事やディストリ
ビュータに付随するコストが増す。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの問題を
処理する。
処理する。
【0007】本発明の第1の態様によれば、溶融鉄金属
を、精留によって空気から分離した酸素ガス流と接触さ
せる工程を含み、該酸素ガスが97ないし98容量%、
ただし100容量ppm未満の窒素を含有する酸素製鋼
法が提供される。
を、精留によって空気から分離した酸素ガス流と接触さ
せる工程を含み、該酸素ガスが97ないし98容量%、
ただし100容量ppm未満の窒素を含有する酸素製鋼
法が提供される。
【0008】本発明の第2の態様によれば、酸素製鋼プ
ロセスおよび製鉄プロセスのいずれもに空気を供給する
方法において、空気から空気の精留によって酸素を分離
し、精留からの酸素の第1流を製鋼プロセスに供給し、
精留からの酸素の第2流を製鉄プロセスに供給し、さら
に酸素の第1および第2流を、いずれも精留の実質的に
同じステージから取り出し、かつ第1および第2流はい
ずれも97ないし98容量%の酸素および100容量p
pm未満の窒素を含有する方法が提供される。
ロセスおよび製鉄プロセスのいずれもに空気を供給する
方法において、空気から空気の精留によって酸素を分離
し、精留からの酸素の第1流を製鋼プロセスに供給し、
精留からの酸素の第2流を製鉄プロセスに供給し、さら
に酸素の第1および第2流を、いずれも精留の実質的に
同じステージから取り出し、かつ第1および第2流はい
ずれも97ないし98容量%の酸素および100容量p
pm未満の窒素を含有する方法が提供される。
【0009】本発明の第3の態様によれば、製鋼槽、製
鉄槽および空気から酸素を分離する精留塔を含む装置に
おいて、製鉄槽および製鋼槽はいずれも精留塔の同じス
テージと連通し、製鉄槽ならびに製鋼槽のいずれもが使
用時に97ないし98容量%の酸素および100容量p
pm未満の窒素を含有する酸素生成物を受容するような
塔内の位置に該ステージがある装置が提供される。
鉄槽および空気から酸素を分離する精留塔を含む装置に
おいて、製鉄槽および製鋼槽はいずれも精留塔の同じス
テージと連通し、製鉄槽ならびに製鋼槽のいずれもが使
用時に97ないし98容量%の酸素および100容量p
pm未満の窒素を含有する酸素生成物を受容するような
塔内の位置に該ステージがある装置が提供される。
【0010】97ないし98容量%を含有する生成酸素
ガスとして取り出すことによって、純粋な酸素生成物を
生成させる同様な精留塔と比較して、酸素生成物を取り
出す精留塔には実質的に少数のステージしか要しない。
さらに、本発明による方法および装置において、純粋な
酸素生成物を生成させる同様な精留塔の場合よりも低圧
におけるガス流との間接熱交換によって精留塔の再沸を
行うことができる。実際に空気分離の低操業および投資
コストは、純度が95容量%の第1酸素生成物および9
9.7容量%の第2酸素生成物を取り出す場合よりもす
べて純度97ないし98容量%の酸素を取り出すことに
よって得られる。
ガスとして取り出すことによって、純粋な酸素生成物を
生成させる同様な精留塔と比較して、酸素生成物を取り
出す精留塔には実質的に少数のステージしか要しない。
さらに、本発明による方法および装置において、純粋な
酸素生成物を生成させる同様な精留塔の場合よりも低圧
におけるガス流との間接熱交換によって精留塔の再沸を
行うことができる。実際に空気分離の低操業および投資
コストは、純度が95容量%の第1酸素生成物および9
9.7容量%の第2酸素生成物を取り出す場合よりもす
べて純度97ないし98容量%の酸素を取り出すことに
よって得られる。
【0011】酸素中の窒素分は50容量ppm未満が好
ましく、10容量ppm未満がさらに好ましい。このよ
うな低窒素不純物レベルは、とくに酸素を取り出す精留
塔が高圧精留塔と連動する低圧塔である場合およびアル
ゴン富化酸素流をさらに後の精留塔で分離するために低
圧精留塔から取り出す場合には、酸素純度が97ないし
98容量%の範囲にあるとしても容易に達成することが
できる。アルゴン富化酸素流を取り出した結果として、
低圧精留塔内の酸素−アルゴン分離区画から窒素不純物
が効果的に取り出される。酸素流中の窒素不純物レベル
はさらに次の精留塔のヘッドと連結する凝縮器で冷却剤
の流量を調節することによって効果的に制御できること
が判明している。
ましく、10容量ppm未満がさらに好ましい。このよ
うな低窒素不純物レベルは、とくに酸素を取り出す精留
塔が高圧精留塔と連動する低圧塔である場合およびアル
ゴン富化酸素流をさらに後の精留塔で分離するために低
圧精留塔から取り出す場合には、酸素純度が97ないし
98容量%の範囲にあるとしても容易に達成することが
できる。アルゴン富化酸素流を取り出した結果として、
低圧精留塔内の酸素−アルゴン分離区画から窒素不純物
が効果的に取り出される。酸素流中の窒素不純物レベル
はさらに次の精留塔のヘッドと連結する凝縮器で冷却剤
の流量を調節することによって効果的に制御できること
が判明している。
【0012】製鋼プロセスに供給される酸素生成物およ
び製鉄プロセスに供給される酸素生成物は精留塔の底部
領域(すなわち、塔内のすべての液体−蒸気接触部材よ
りも下方)から取り出すのが好ましい。酸素流はいずれ
も液状もしくはいずれも蒸気状か、または一方が液状で
他方が蒸気状で取り出すことができる。
び製鉄プロセスに供給される酸素生成物は精留塔の底部
領域(すなわち、塔内のすべての液体−蒸気接触部材よ
りも下方)から取り出すのが好ましい。酸素流はいずれ
も液状もしくはいずれも蒸気状か、または一方が液状で
他方が蒸気状で取り出すことができる。
【0013】概して全酸素生成物中10ないし30%を
製鋼プロセスに供給に残りを製鉄プロセスに供給する。
製鋼プロセスに供給に残りを製鉄プロセスに供給する。
【0014】本明細書で用いる「精留塔」という用語
は、蒸留または分留塔または帯域を意味し、そこにおい
て液相と蒸気相が向流的に接触して、たとえば塔または
帯域内に設けられた充填部材または一連の垂直に配列し
た棚枝またはプレートに蒸気相と液相を接触させて流体
混合物の分離または精製を行う。精留塔は過度の高さの
単一槽を避けるために別個の槽に複数の分留帯域を含む
ことができる。たとえばアルゴン精留塔には200理論
段数のプレートとなる高さの充填物を用いることが公知
である。この充填物すべてを単一槽に収めるとすると、
槽の高さが概して50メートルを上回るであろう。した
がって、異常に高い単一槽を用いる必要をなくすために
2つの別個の槽のアルゴン精留塔をつくることが明らか
に望ましい。
は、蒸留または分留塔または帯域を意味し、そこにおい
て液相と蒸気相が向流的に接触して、たとえば塔または
帯域内に設けられた充填部材または一連の垂直に配列し
た棚枝またはプレートに蒸気相と液相を接触させて流体
混合物の分離または精製を行う。精留塔は過度の高さの
単一槽を避けるために別個の槽に複数の分留帯域を含む
ことができる。たとえばアルゴン精留塔には200理論
段数のプレートとなる高さの充填物を用いることが公知
である。この充填物すべてを単一槽に収めるとすると、
槽の高さが概して50メートルを上回るであろう。した
がって、異常に高い単一槽を用いる必要をなくすために
2つの別個の槽のアルゴン精留塔をつくることが明らか
に望ましい。
【0015】
【実施例】さて、高圧の酸素の第1流を製鋼プロセスに
供給し、高圧の酸素の第2流を製鉄プロセスに供給する
空気分離プラントの略工程系統図である。添付図面を参
照しながら実施例によって本発明の方法および装置を説
明する。
供給し、高圧の酸素の第2流を製鉄プロセスに供給する
空気分離プラントの略工程系統図である。添付図面を参
照しながら実施例によって本発明の方法および装置を説
明する。
【0016】図面は一定率の縮尺ではない。
【0017】図面について説明すると、空気流を圧縮機
2で圧縮する。アフタークーラー4で該圧縮空気から圧
縮熱を除く。得られた圧縮供給空気流はアフタークーラ
ー4から精製装置6に入って水蒸気および二酸化炭素が
除去される。該装置6は水蒸気および二酸化炭素を除去
するために吸着剤層(図示せず)を使用する。このよう
な精製装置およびその操作は当該技術では周知であり、
さらに述べる必要はない。
2で圧縮する。アフタークーラー4で該圧縮空気から圧
縮熱を除く。得られた圧縮供給空気流はアフタークーラ
ー4から精製装置6に入って水蒸気および二酸化炭素が
除去される。該装置6は水蒸気および二酸化炭素を除去
するために吸着剤層(図示せず)を使用する。このよう
な精製装置およびその操作は当該技術では周知であり、
さらに述べる必要はない。
【0018】精製空気流の一部は主熱交換器8を温端1
0から冷端12に通過しそれによりほぼ外界温度からほ
ぼ飽和温度に冷却される。この冷却された蒸気状の空気
流は入口16から高圧精留塔14の底部領域に入る。高
圧精留塔14は頂部では概して約5バール(絶対)の操
作圧力を有する。
0から冷端12に通過しそれによりほぼ外界温度からほ
ぼ飽和温度に冷却される。この冷却された蒸気状の空気
流は入口16から高圧精留塔14の底部領域に入る。高
圧精留塔14は頂部では概して約5バール(絶対)の操
作圧力を有する。
【0019】精製空気流の別の部分を主熱交換器8の上
流から取り出し、ブースター−圧縮機18でさらに圧縮
する。圧縮熱はアフタークーラー20でさらに圧縮され
た空気から除かれる。アフタークーラー20から流出し
た空気流は主熱交換器8を温端10から冷端12に通過
する。これによって空気流は液化する。得られた液体空
気は入口23から絞り弁22を通り、入口16よりも上
方のレベルから高圧精留塔14に入る。
流から取り出し、ブースター−圧縮機18でさらに圧縮
する。圧縮熱はアフタークーラー20でさらに圧縮され
た空気から除かれる。アフタークーラー20から流出し
た空気流は主熱交換器8を温端10から冷端12に通過
する。これによって空気流は液化する。得られた液体空
気は入口23から絞り弁22を通り、入口16よりも上
方のレベルから高圧精留塔14に入る。
【0020】高圧精留塔14は、上昇する蒸気と下降す
る液体とを密に接触させるようにシーブトレイまたは充
填部材のような液体−蒸気接触装置(図示せず)を含有
する。これによって空気は塔14の底部の酸素富有液体
空気留分と塔14の頂部の窒素蒸気留分に分かれる。窒
素蒸気流は塔14の頂部から流出して再沸器−凝縮器2
4に入り沸とうしつつある液体との間接熱交換によって
凝縮する。得られた窒素凝縮液の第1の部分は高圧精留
塔14に戻されて、該塔の還流液となる。窒素凝縮液の
第2の部分はポンプ26により任意の高圧に加圧され、
主熱交換器8を冷端12から温端10に通過し、その中
で空気流との間接熱交換によって蒸発する。その結果、
加圧ガス状窒素生成物が生じる。再沸器−凝縮器24か
ら出た窒素凝縮液の第3の部分は熱交換器28で過冷さ
れ、絞り弁29を通って、入口32から低圧精留塔30
の頂部領域に入る。低圧塔30は頂部において1.5バ
ール(絶対)未満の圧力で操作される。
る液体とを密に接触させるようにシーブトレイまたは充
填部材のような液体−蒸気接触装置(図示せず)を含有
する。これによって空気は塔14の底部の酸素富有液体
空気留分と塔14の頂部の窒素蒸気留分に分かれる。窒
素蒸気流は塔14の頂部から流出して再沸器−凝縮器2
4に入り沸とうしつつある液体との間接熱交換によって
凝縮する。得られた窒素凝縮液の第1の部分は高圧精留
塔14に戻されて、該塔の還流液となる。窒素凝縮液の
第2の部分はポンプ26により任意の高圧に加圧され、
主熱交換器8を冷端12から温端10に通過し、その中
で空気流との間接熱交換によって蒸発する。その結果、
加圧ガス状窒素生成物が生じる。再沸器−凝縮器24か
ら出た窒素凝縮液の第3の部分は熱交換器28で過冷さ
れ、絞り弁29を通って、入口32から低圧精留塔30
の頂部領域に入る。低圧塔30は頂部において1.5バ
ール(絶対)未満の圧力で操作される。
【0021】概して30ないし40容量%の酸素を含有
する酸素富化液体空気流は出口34から高圧精留塔14
底部を出て、窒素凝縮液と概ね同方向に熱交換器28を
流れる。その結果、酸素富化液体空気は過冷される。得
られた過冷酸素富化液体空気は2つの流れに分れる。1
つの流れは直接絞り弁36を通って入口43を経て低圧
精留塔30内に流入する。過冷酸素富化液体空気の他の
流れはアルゴン精留塔40と連絡する凝縮器38を通
る。凝縮器38で凝縮するアルゴンとの熱交換の結果と
して、酸素富化液体は凝縮器38内で蒸発する。得られ
た蒸気は再び低圧精留塔30の方に流れて入口42から
この塔に入る。
する酸素富化液体空気流は出口34から高圧精留塔14
底部を出て、窒素凝縮液と概ね同方向に熱交換器28を
流れる。その結果、酸素富化液体空気は過冷される。得
られた過冷酸素富化液体空気は2つの流れに分れる。1
つの流れは直接絞り弁36を通って入口43を経て低圧
精留塔30内に流入する。過冷酸素富化液体空気の他の
流れはアルゴン精留塔40と連絡する凝縮器38を通
る。凝縮器38で凝縮するアルゴンとの熱交換の結果と
して、酸素富化液体は凝縮器38内で蒸発する。得られ
た蒸気は再び低圧精留塔30の方に流れて入口42から
この塔に入る。
【0022】高圧精留塔14のほぼ圧力にある精製空気
流を主熱交換器8の中間領域から取り出して膨張タービ
ン46で外部仕事を行いそれを膨張させることによって
低圧精留塔30で分離させるための空気がさらに得られ
る。この膨張した空気は実質的な圧力降下がなく低圧精
留塔30に導入することができる圧力およびほぼその飽
和温度でタービン46を出る。この膨張した空気流は概
して、凝縮器38から出てくる蒸発した酸素富化液体空
気とプレミックスさせる。
流を主熱交換器8の中間領域から取り出して膨張タービ
ン46で外部仕事を行いそれを膨張させることによって
低圧精留塔30で分離させるための空気がさらに得られ
る。この膨張した空気は実質的な圧力降下がなく低圧精
留塔30に導入することができる圧力およびほぼその飽
和温度でタービン46を出る。この膨張した空気流は概
して、凝縮器38から出てくる蒸発した酸素富化液体空
気とプレミックスさせる。
【0023】入口23と同じレベルにある出口39を通
って高圧精留塔から液体空気流を取り出すことによって
低圧精留塔で分離させるさらに別の空気が得られる。こ
の液体空気流は熱交換器28を通して過冷させ、絞り弁
41を通し、入口44から低圧精留塔30に導入する。
概して、入口44から塔30に導入される液体空気の流
量は、入口23から高圧精留塔16に入る液体空気の流
量の2/3ないし3/3である。
って高圧精留塔から液体空気流を取り出すことによって
低圧精留塔で分離させるさらに別の空気が得られる。こ
の液体空気流は熱交換器28を通して過冷させ、絞り弁
41を通し、入口44から低圧精留塔30に導入する。
概して、入口44から塔30に導入される液体空気の流
量は、入口23から高圧精留塔16に入る液体空気の流
量の2/3ないし3/3である。
【0024】低圧精留塔30は上昇する蒸気を下降する
液体と接触させる充填部材48(典型的には構造充填
物)を含有する。この接触の結果として、空気の分離が
生じる。液体酸素留分は低圧精留塔30の底部に集めら
れ、窒素蒸気留分は低圧精留塔30の頂部に集められ
る。塔30内の上向きの蒸気流が、凝縮する空気蒸気と
の間接熱交換による再沸器−凝縮器24内での液体酸素
留分の一部の蒸発によって生成する。アルゴン富化酸素
蒸気流は低圧精留塔30の中間レベルの出口50から取
り出され、さらに後の精留塔40に流入して、塔40内
でアルゴンと分離する。アルゴン塔40は2つの部分に
分割されている。第1部分のアルゴン精留塔52および
第2部分のアルゴン精留塔54がある。部分塔52およ
び54はいずれも液体−蒸気の接触を密にするために、
充填部材56、たとえば構造充填物を含有する。部分塔
52は底部領域でアルゴン富化酸素蒸気流を受容し、ま
た部分塔54の頂部はアルゴン凝縮器38と連動してい
る。液体アルゴン流は、凝縮器38から下方に流れて部
分塔54を通り、その底部からポンプ58によって部分
塔52の頂部に移送される。該液体はアルゴン富化酸素
蒸気と向流的に部分塔52を下降する。該蒸気はさらに
アルゴンに富み、部分塔52の頂部から部分塔54の底
部に流入し、塔54内で上昇する蒸気と下降する液体と
の接触がさらに起る。その結果として、塔54の頂部に
は実質的に酸素のないアルゴン蒸気が生成し、この蒸気
が凝縮器38内に流入する。生成物として恐縮器38か
ら取り出されるアルゴン凝縮液流はたとえば窒素を除去
してさらに精製されることができる。部分塔52の底部
に集まる液体は入口60から低圧精留塔30に戻され
る。
液体と接触させる充填部材48(典型的には構造充填
物)を含有する。この接触の結果として、空気の分離が
生じる。液体酸素留分は低圧精留塔30の底部に集めら
れ、窒素蒸気留分は低圧精留塔30の頂部に集められ
る。塔30内の上向きの蒸気流が、凝縮する空気蒸気と
の間接熱交換による再沸器−凝縮器24内での液体酸素
留分の一部の蒸発によって生成する。アルゴン富化酸素
蒸気流は低圧精留塔30の中間レベルの出口50から取
り出され、さらに後の精留塔40に流入して、塔40内
でアルゴンと分離する。アルゴン塔40は2つの部分に
分割されている。第1部分のアルゴン精留塔52および
第2部分のアルゴン精留塔54がある。部分塔52およ
び54はいずれも液体−蒸気の接触を密にするために、
充填部材56、たとえば構造充填物を含有する。部分塔
52は底部領域でアルゴン富化酸素蒸気流を受容し、ま
た部分塔54の頂部はアルゴン凝縮器38と連動してい
る。液体アルゴン流は、凝縮器38から下方に流れて部
分塔54を通り、その底部からポンプ58によって部分
塔52の頂部に移送される。該液体はアルゴン富化酸素
蒸気と向流的に部分塔52を下降する。該蒸気はさらに
アルゴンに富み、部分塔52の頂部から部分塔54の底
部に流入し、塔54内で上昇する蒸気と下降する液体と
の接触がさらに起る。その結果として、塔54の頂部に
は実質的に酸素のないアルゴン蒸気が生成し、この蒸気
が凝縮器38内に流入する。生成物として恐縮器38か
ら取り出されるアルゴン凝縮液流はたとえば窒素を除去
してさらに精製されることができる。部分塔52の底部
に集まる液体は入口60から低圧精留塔30に戻され
る。
【0025】窒素流は低圧精留塔30の頂部の出口62
から取り出し、さらに次の熱交換器26を通すことによ
って、その中で過冷されている流れに必要な冷却を与え
る。この窒素流は熱交換器26から主熱交換器8を冷端
12から温端10に通り、それによってほぼ外界温度に
温められる。液体酸素流は低圧精留塔30底部出口64
から取り出す。液体酸素の一部は10バール(絶対)程
度の圧力にポンプ66で加圧し、主熱交換器8を冷端1
2から温端10に通して蒸発させる。この生成した10
バール(絶対)程度の圧力で蒸発した酸素を酸素製鋼槽
70に供給する。別の酸素生成物流はポンプ72で20
ないし40バール(絶対)程度の圧力に加圧してポンプ
72から主熱交換器8を冷端12から温端に通し、それ
によって蒸発させる。この得られた蒸発した酸素流は約
20バール(絶対)の圧力で直接還元Corex製鉄プ
ロセスのガス化装置74に供給する。
から取り出し、さらに次の熱交換器26を通すことによ
って、その中で過冷されている流れに必要な冷却を与え
る。この窒素流は熱交換器26から主熱交換器8を冷端
12から温端10に通り、それによってほぼ外界温度に
温められる。液体酸素流は低圧精留塔30底部出口64
から取り出す。液体酸素の一部は10バール(絶対)程
度の圧力にポンプ66で加圧し、主熱交換器8を冷端1
2から温端10に通して蒸発させる。この生成した10
バール(絶対)程度の圧力で蒸発した酸素を酸素製鋼槽
70に供給する。別の酸素生成物流はポンプ72で20
ないし40バール(絶対)程度の圧力に加圧してポンプ
72から主熱交換器8を冷端12から温端に通し、それ
によって蒸発させる。この得られた蒸発した酸素流は約
20バール(絶対)の圧力で直接還元Corex製鉄プ
ロセスのガス化装置74に供給する。
【0026】低圧精留塔30は2つの生成酸素流が97
ないし98容量%の酸素を含有し、その残りが実質的に
アルゴンであるように操作される。この酸素中には10
容量ppmを上回らない窒素不純物が存在する。2つの
酸素生成物の残りはアルゴンならびにキセノン.クリプ
トンおよびメタンのような微量不純物より成る。生成酸
素中の窒素不純物のレベルは、凝縮器38に酸素富化液
体空気を供給する管路中に配列される流量制御弁80に
よって間接的に制御することができる。凝縮器38を通
る酸素富化液体空気の流量が多いほど、第1にアルゴン
富化酸素蒸気を精留塔40に流入するように誘導する比
率が大きくなり、第2にこのアルゴン富化酸素流中の窒
素不純物の除去率が大きくなる。窒素不純物の除去率が
大きくなるほど、生成酸素中の窒素不純物のレベルは小
さくなる。したがって、弁80の適当な設定を選ぶこと
によって、酸素生成物中の最大窒素濃度を超えなくても
済む。
ないし98容量%の酸素を含有し、その残りが実質的に
アルゴンであるように操作される。この酸素中には10
容量ppmを上回らない窒素不純物が存在する。2つの
酸素生成物の残りはアルゴンならびにキセノン.クリプ
トンおよびメタンのような微量不純物より成る。生成酸
素中の窒素不純物のレベルは、凝縮器38に酸素富化液
体空気を供給する管路中に配列される流量制御弁80に
よって間接的に制御することができる。凝縮器38を通
る酸素富化液体空気の流量が多いほど、第1にアルゴン
富化酸素蒸気を精留塔40に流入するように誘導する比
率が大きくなり、第2にこのアルゴン富化酸素流中の窒
素不純物の除去率が大きくなる。窒素不純物の除去率が
大きくなるほど、生成酸素中の窒素不純物のレベルは小
さくなる。したがって、弁80の適当な設定を選ぶこと
によって、酸素生成物中の最大窒素濃度を超えなくても
済む。
【0027】酸素生成物中の2ないし3容量%程度のア
ルゴン不純物の存在は必然的にアルゴン生成物の低回収
率を伴う。しかし、容易に得ることができる20%のア
ルゴン回収率でさえも概して製鉄および製鋼現場のアル
ゴンに対する要求を満たしている。
ルゴン不純物の存在は必然的にアルゴン生成物の低回収
率を伴う。しかし、容易に得ることができる20%のア
ルゴン回収率でさえも概して製鉄および製鋼現場のアル
ゴンに対する要求を満たしている。
【0028】本発明による方法は特定の製鋼または製鉄
プロセスに限定されるものではない。該方法の操作は通
常であるといってもよい。そしてまた本発明は特定の極
低温空気分離法に限定されない。たとえば、単一の凝縮
器−再沸器24を用いる高圧精留塔14および低圧精留
塔30の構造の代りに、所謂「二重再沸器」プロセスを
用いることができる。このようなプロセスでは、凝縮器
−再沸器24を高圧精留塔14から隔離して、その代り
に主熱交換器8の冷端12の下流および高圧精留塔14
への入口16の上流から取り出した空気流によって加熱
する。第2の再沸器は、低圧精留塔30の中間レベル
で、再沸器24によってもたらされる蒸気の上向流を補
いかつ高圧精留塔14頂部から取り出す窒素蒸気を凝縮
させるために使用する。このような二重再沸器構造の利
点は概して、添付図面に示すような同様の構造のものよ
りも低いヘッド圧力で済むということである。
プロセスに限定されるものではない。該方法の操作は通
常であるといってもよい。そしてまた本発明は特定の極
低温空気分離法に限定されない。たとえば、単一の凝縮
器−再沸器24を用いる高圧精留塔14および低圧精留
塔30の構造の代りに、所謂「二重再沸器」プロセスを
用いることができる。このようなプロセスでは、凝縮器
−再沸器24を高圧精留塔14から隔離して、その代り
に主熱交換器8の冷端12の下流および高圧精留塔14
への入口16の上流から取り出した空気流によって加熱
する。第2の再沸器は、低圧精留塔30の中間レベル
で、再沸器24によってもたらされる蒸気の上向流を補
いかつ高圧精留塔14頂部から取り出す窒素蒸気を凝縮
させるために使用する。このような二重再沸器構造の利
点は概して、添付図面に示すような同様の構造のものよ
りも低いヘッド圧力で済むということである。
【0029】図面に示すプラントの操作の典型的な例で
は、両方の酸素生成物が97.5容量%の純度を有し、
また低圧精留塔30は、純度99.7%の酸素生成物を
生成した場合には使用する必要があったと思われるステ
ージ数(理論棚段数)の60%程度の数を有する。この
実施例では、ブースター−圧縮機は概して25バール
(絶対)程度の吐出圧力を有する。
は、両方の酸素生成物が97.5容量%の純度を有し、
また低圧精留塔30は、純度99.7%の酸素生成物を
生成した場合には使用する必要があったと思われるステ
ージ数(理論棚段数)の60%程度の数を有する。この
実施例では、ブースター−圧縮機は概して25バール
(絶対)程度の吐出圧力を有する。
【0030】必要ならば出口64を経て低圧精留塔30
から取り出した液体酸素の少部分、たとえば1%を液体
酸素生成物として貯蔵して、他の目的、たとえば切断や
スカーフィングに用いることができる。低圧精留塔30
から液状の主要酸素生成物を二つとも取り出す代りに、
一つまたは二つを再沸器−凝縮器24で生成させ、主熱
交換器8下流の圧縮器で高圧に上げた蒸気から得ること
ができる。
から取り出した液体酸素の少部分、たとえば1%を液体
酸素生成物として貯蔵して、他の目的、たとえば切断や
スカーフィングに用いることができる。低圧精留塔30
から液状の主要酸素生成物を二つとも取り出す代りに、
一つまたは二つを再沸器−凝縮器24で生成させ、主熱
交換器8下流の圧縮器で高圧に上げた蒸気から得ること
ができる。
【0031】本発明の利点を、添付図面に示すプロセス
に基づき、酸素生成量の80%を11バールの圧力でC
orex製鉄プラントに流し、20%を塩基性酸素(製
鋼)プラントに流した下記の比較例で説明する。
に基づき、酸素生成量の80%を11バールの圧力でC
orex製鉄プラントに流し、20%を塩基性酸素(製
鋼)プラントに流した下記の比較例で説明する。
【0032】 従来法 本発明法 製鉄向け酸素生成物の純度 95% 97.5%* 製鋼向け酸素生成物の純度 99.5% 97.5%* 酸素生成物の平均純度 95.9% 97.5% 典型的なLP塔30の理論棚段(ステージ)数 80 50 動力消費量 100% 98% *不純物は2容量ppmの窒素を含む
【0033】このように、本発明によって低圧精留塔3
0の高さの実質的な減少が可能となる。さらに、本発明
の場合には、酸素生成物の平均純度が対比従来法よりも
高くても顕著な動力の節約を達成することができる。直
接還元製鉄法における酸素要求量は酸素製鋼法よりも一
般に5ないし10倍であるからここに選んだ例は典型的
なものである。
0の高さの実質的な減少が可能となる。さらに、本発明
の場合には、酸素生成物の平均純度が対比従来法よりも
高くても顕著な動力の節約を達成することができる。直
接還元製鉄法における酸素要求量は酸素製鋼法よりも一
般に5ないし10倍であるからここに選んだ例は典型的
なものである。
【0034】さらに、比較例で得た結果は特定の空気分
離法によるものではない。実際に、二重再沸器式空気分
離法を選ぶ場合には、さらに一層の相対的、動力の節約
となることができる。
離法によるものではない。実際に、二重再沸器式空気分
離法を選ぶ場合には、さらに一層の相対的、動力の節約
となることができる。
【図1】高圧の酸素の第1流を製鋼プロセスに供給し、
高圧の酸素の第2流を製鉄プロセスに供給する空気分離
プラントの略工程系統図。
高圧の酸素の第2流を製鉄プロセスに供給する空気分離
プラントの略工程系統図。
4 アフタークーラー 8 主熱交換器 10 温端 12 冷端 14 高圧精留塔 16 入口 18 ブースター圧縮機 20 アフタークーラー 22 絞り弁 23 入口 24 凝縮器 26 ポンプ 28 熱交換器 29 絞り弁 30 低圧塔 36 絞り弁 38 凝縮器 40 アルゴン精留塔 41 絞り弁 44 入口 46 膨張タービン 54 アルゴン精留塔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーティン・イムル・メイヤー イギリス国ロンドン,ダブリュー5・4デ ィーエイ,イーリング,マレー・ロード 140
Claims (9)
- 【請求項1】 溶融鉄金属を、精留によって空気から分
離した酸素ガス流と接触させる該工程を含み、該酸素ガ
スが97ないし98容量%の酸素、ただし100容量p
pm未満の窒素を含有する酸素製鋼法。 - 【請求項2】 酸素製鋼プロセスおよび製鉄プロセスの
いずれにも酸素を供給する方法において、空気から該空
気の精留によって酸素を分離し、該精留から酸素の第1
流を該製鋼プロセスに供給し、該精留から酸素の第2流
を該製鉄プロセスに供給することを含み、さらに酸素の
該第1流および該第2流をいずれも該精留の実質的に同
じ工程から取り出し、かつ該第1流および該第2流のい
ずれも97ないし98容量%の酸素および100ppm
未満の窒素を含有する方法。 - 【請求項3】 該酸素を高圧精留塔と連動する低圧精留
塔から取り出す請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 アルゴン富化酸素流を、さらに次の精留
塔で分離するために該低圧精留塔から取り出す請求項3
に記載の方法。 - 【請求項5】 該酸素中の該窒素不純物レベルを制御す
るようにさらに次の精留塔の該ヘッドと連結する凝縮器
内の冷却剤の該流量を制御する該工程をさらに含む請求
項4に記載の方法。 - 【請求項6】 該酸素を該低圧精留塔内のすべての液体
−蒸気接触部材よりも下方から取り出す請求項3に記載
の方法。 - 【請求項7】 前記酸素中の該窒素含量が50容量pp
m未満である請求項2に記載の方法。 - 【請求項8】 前記酸素中の該窒素含量が10容量pp
m未満である請求項2に記載の方法。 - 【請求項9】 製鋼槽、製鉄槽および空気から酸素を分
離する精留塔を含む装置において、該製鉄槽および該製
鋼槽がいずれも該精留塔の同じステージと連通し、該製
鉄槽および該製鋼槽がいずれも、使用時に、97ないし
98容量%の酸素および100容量ppm未満の窒素不
純物を含有する酸素生成物を受容するような、該精留塔
内の位置に該ステージがある装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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GBGB9609099.8A GB9609099D0 (en) | 1996-05-01 | 1996-05-01 | Oxygen steelmaking |
GB9609099.8 | 1996-05-01 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1072612A true JPH1072612A (ja) | 1998-03-17 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9111065A Pending JPH1072612A (ja) | 1996-05-01 | 1997-04-28 | 酸素製鋼法 |
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EP (1) | EP0805217B1 (ja) |
JP (1) | JPH1072612A (ja) |
CN (1) | CN1074462C (ja) |
AU (1) | AU729622B2 (ja) |
DE (1) | DE69708500T2 (ja) |
GB (1) | GB9609099D0 (ja) |
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US6045602A (en) * | 1998-10-28 | 2000-04-04 | Praxair Technology, Inc. | Method for integrating a blast furnace and a direct reduction reactor using cryogenic rectification |
FR2898134B1 (fr) * | 2006-03-03 | 2008-04-11 | Air Liquide | Procede d'integration d'un haut-fourneau et d'une unite de separation de gaz de l'air |
DE102006012241A1 (de) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
DE102016107468B9 (de) * | 2016-04-22 | 2017-12-21 | Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Anlage zur Nutzung eines von einer Gaszerlegeeinrichtung bereitgestellten Zielgases |
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DE1059483B (de) * | 1955-01-28 | 1959-06-18 | Hoesch Westfalenhuette Ag | Verfahren zur Herstellung von Stahl im Konverterverfahren |
DE1433652A1 (de) * | 1964-08-08 | 1969-09-18 | Thyssen Huette Ag | Verfahren zur Herstellung stickstoffarmer Staehle |
ZA775918B (en) * | 1977-01-11 | 1978-05-30 | Nat Steel Corp | The use of orgon to prepare low-carbon,low-nitrogen steels in the basic oxygen process |
GB8820582D0 (en) * | 1988-08-31 | 1988-09-28 | Boc Group Plc | Air separation |
FR2706195B1 (fr) * | 1993-06-07 | 1995-07-28 | Air Liquide | Procédé et unité de fourniture d'un gaz sous pression à une installation consommatrice d'un constituant de l'air. |
FR2712383B1 (fr) * | 1993-11-12 | 1995-12-22 | Air Liquide | Installation combinée d'une unité de production de métal et d'une unité de séparation de l'air. |
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1996
- 1996-05-01 GB GBGB9609099.8A patent/GB9609099D0/en active Pending
-
1997
- 1997-04-28 JP JP9111065A patent/JPH1072612A/ja active Pending
- 1997-04-29 DE DE69708500T patent/DE69708500T2/de not_active Revoked
- 1997-04-29 EP EP97302921A patent/EP0805217B1/en not_active Revoked
- 1997-04-30 US US08/841,746 patent/US5980607A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-04-30 AU AU19942/97A patent/AU729622B2/en not_active Ceased
- 1997-05-01 CN CN97113017A patent/CN1074462C/zh not_active Expired - Fee Related
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DE69708500T2 (de) | 2002-07-11 |
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GB9609099D0 (en) | 1996-07-03 |
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