JPS60125312A - 製鉄所における酸素等発生設備の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は製鉄所における酸素等発生設備の運転制御方法
に関するものであり、更に詳しくは、電力を消費して空
気から酸素と液体アルゴンを生成する装置（以下、酸素
等生成装置と云う）と酸素を消費する転炉等の負荷をも
ち、生成した酸素は製鋼のため負荷に供給し、液体アル
ゴン祉有価商品として外販するようにした製鉄所におけ
る酸素等発生設備の運転制御方法に関す、るものである
。

〔従来技術とその問題点〕

製銑製鋼−貫製鉄所における酸素等の消費の９０％以上
は転炉が占めている。転炉は吹錬時に多量の酸素等を必
要とするが、複数ある転炉はおのおの独立に操業してい
るので、全体の酸素等の消費量は時間的に大きく変動す
る。

一方蒙素等発生設備の個々の装置のなかには、１度稼動
を停止すると、再び稼動させるのに、１日以上の準備期
間を要する装置、稼動中の装置は１度負荷を変更すると
、２時間程度負荷を変更できない装置があり、これらの
装置によって転炉に酸素を供給し、しかも転炉における
酸素消費量の時間的変動に対し℃酸素等発生不足を生じ
てはならないため、長期的には、過剰台数の装置の稼動
、短期的には、酸素等の過剰生産を余儀なくされる。

かかる事態を避けるため従来は転炉等における製鋼生産
情報を電話連絡等で受けそれに見合５ように酸素発生量
を調整しているわけであるが、長期的には、生産動向を
的確に把掘することが困難なこと、短期的には、消費変
動量が大であることに起因して正確な調整は期待−し得
す、結果として酸素等の過剰生産は避は得す、電力量料
金が増大し、発生酸素等を放散せねばならない事態を招
くとい５問題点があり、さらに情報処理装置を用いて、
短期的な酸素発生量を予測し酸素放散量を減少させる試
みもなされているが、この短期的な酸素発生量の予測に
基づいて酸素発生装置の起動。

停止の制御も必要に応じて行なうため、複雑なアルゴリ
ズムを用いるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、従って本発明の目的は、比較
的長期の運転と、比較的短期の運転とにわけて酸素等発
生設備の運転を制御することにより、酸素等の過剰生産
を避け、発生酸素の放散に至るよ５な事態の発生を可能
な限り低減する製鉄所における酸素等発生設備の運転制
御方法を提供することにある。

〔発明の要点〕

この発明は、製鉄所における酸素等発生設備の長期的な
運用に関しては、その個々の酸素等生成装置のひんばん
にはおこない得ない稼動・休止を比較的長期間、例えば
１力月間の製鋼生産予定情報（酸素の消費量も判明する
）を利用して情報処理装置により予め決定することによ
り過剰台数の装置が稼動される事態を低減せしめ、短期
的な運用に関しては、個々の酸素等生成装置のひんばん
　、）Ｉ。

にはおこない得ない負荷変化を現時点より比較的短期間
例えば８時間はど先の製鋼生産予定情報を利用し、２時
間ごとの負荷変化で過不足なく発生量を決定することに
より酸素等の過剰生産を生じる事態を低減せしめ、その
結果電力量料金が増大すると共に発生酸素等をみすみす
放散せねばならなかったという従来技術述の問題点を解
決するようにしたことを特徴としている。

〔発明の原理〕

次に、不発明の動作原理を説明する。

第１図は製鉄所における酸素等発生設備の概要を示すブ
ロック図である。同図において、１は空気圧縮機（なお
、アルファベットが添字しであるが、これは同じ空気圧
縮機の相互間を識別するためである。以下、同様）、２
は圧縮空気から酸素と液体アルゴンを分離するための分
離器、３は酸素圧送機、４は液体アルゴンタンク、５は
液体アルゴン外販装置、６は圧力調節弁、７は低圧ホル
ダ、８は高圧ホルダ、９は転炉、１ｏは転炉以外の酸素
消費設備、である。

空気圧縮機１は、原料空気（以下、原理と略称すること
もある）を圧縮して分離器２に圧送する。

酸素等発生設備で消費する電力の大半を消費するのが圧
縮機１である。

第２図に空気圧縮機１の原理風量に対する必要電力量の
関係を示す。原理風量の増大に対して必要電力量が非線
形的に増大していることが判るであろう。

第１図に戻り、分離器２は、圧縮機１により圧送される
原料空気の量にみあう酸素を発生する。

同時に指定された量の液体アルゴンを発生することがで
きる。分離器２に液体アルゴンを発生せしめると、それ
に伴って必要とされる原理風量が増加し、したがって電
力量も増加する。さらに分離器２は、１度稼動を停止さ
せると再び稼動させるには１日以上の準備期間を要し、
また稼動中でも、１度負荷を変化させると、２時間杜同
じ負荷を持続せねばならず、途中で負荷を変化させるこ
とはできない。負荷変化中は定格ないし定格の６０％の
間であり、定格の６０％以下の運転はできない。

第３図に、分離器２の特性、すなわち液体アルゴンの発
生量をパラメータとして、酸素発生量と原生必要量の関
係を示した。

第１図に戻り、酸素圧送機６は酸素を転炉９、その他の
消費設備１０に圧送する。液体アルゴンタンク４は分離
器２で発生せしめた液体アルゴンを貯蔵する。液体アル
ゴン外販用設備５は、アルゴンタンク４に貯蔵されてい
る液体アルゴンを取り出して外販に供する。

圧力調節弁６は、低圧系管路りと高圧系管路Ｕの境にあ
り、高圧系管路Ｕの圧力が低下すると、弁を閉じて低圧
系管路りへ流入する酸素の流量を制限することにより、
高圧系管路Ｕの圧力を常に所定圧力以上に保つ機能を有
している。低圧ホルダ７は、低圧系管路りに接続されて
発生酸素を一時的に貯蔵する。高圧ホルダ８は、高圧系
管路Ｕに接続されて発生酸素を一時的に貯蔵する。転炉
９は、大量の酸素を消費するが、その消費量の時間的変
動幅も大きい。

次に、転炉９等による１力月間の製鋼生産予定情報を利
用して酸素発生設備における個々の装置（第１図におけ
る空気圧縮機１および分離器２）の稼動・休止の決定を
行なうが、その際にその消費電力量料金（損失）とそれ
らの装置から発生せしめる液体アルゴンの外販量料金（
利益）の差すなわち全体的に見た総連用費用を最小にす
るように決定することが好都合であるので、この決定方
式を次に説明する。

第４図は１力月間の製鋼生産予定情報の例を示したグラ
フであり、横軸は日付を示し、縦軸はその日の製鋼生産
予定量を示している。この製鋼生産予定量に酸素原単位
（単位製鋼を生産するに要する必要酸素量）を乗じ、２
４で割ると、１時間当りのその日の酸素必要量が算出で
きる。

一方各空気圧縮機、分離器には１時間当りの原空風量、
酸素発生量において上、下限値があり、まず複数ある分
離器のなかから、それぞれの上。

下限値を考慮して、その日の酸素必要量を満たすに足る
組合せ台数を公知の分枝限定法とい５手法を用いて仮に
決定する。（この分枝限定法による組み合わせ決定の手
法については、必要があれば例えば１岩披講座・情報科
学−１９「最適化」（１９８２年９月１０日発行）の第
９３頁〜第１０７頁。

第３章組み合せ最適化・５３分枝限定法、等の文献を参
照されたい。）　分離器の組合せ台数が、このようにし
て決まると、必要とされる原空風量もそれに伴って算出
され、次に複数ある空気圧縮機のなかから、それぞれの
上、下限値を考慮して、必要とされる原空風量を満たす
に足る組合せ台数を公知の分校限定法で仮に決定する。

おのおのの組合せ台数に対し、第２図、第３図に示す非
線形特性を考慮するため、公知の非線形計画法という手
法を用いて、前述の如き総運用費を最小にする負荷およ
び液体アルゴン発生量をめ、この運用費用を仮の総連用
費用として記憶する（この非線形計画法については、必
要とあれば、例えば「■日科技連出版社のＯＲライブラ
リー６゜「非線形計画法Ｊ（１９７８年３月１０日発行
）の第２３７頁〜第２５３頁、第１０章変換法、１０．
４乗数法、１０．５乗数法と局所双対理論および１０．
６乗数法のアルゴリズム、等の文献を参照されたい。）
分枝限定法をくり返しおこなうことにより、最も総連用
費用を最小にする仮の組合せ台数、負荷、液体アルゴン
発生量を真の組合せ台数、負荷、液体アルゴン発生量と
する。上記操作を１カ月分繰り返すと１力月間にわたる
１日ごとの総連用費用を最小ならしめる酸素発生設備に
おける個々の装置（第１図における空気圧縮機１．１分
離器２）の稼動・休止を決定することができる。

次に時々刻々の運用に関して杜、現時点より８時間先ま
での製鋼生産予定情報を利用しすでに決定されている酸
素等発生設備における個々の稼動している装置（第１図
における空気圧縮機１と分離器２で前述のようにしてす
でに稼動が決定されているもの）の負荷を、同様に総連
用費用を最小にすべく決定する方式は次のようにおこな
われる。

第５図は現時点より８時間先までの製鋼生産予定情報の
例を示しており、（ａ）は第１図における転炉９ａの酸
素消費量の時刻推移を、（ｂ）は同じく転炉９ｂのそれ
を、（ｃ）は同じく転炉９Ｃのそれを、それぞれ示して
いる。

とのよ５に各転炉における酸素消費量はバッチ的に大き
く変動するため、第１図に示す低圧ホルダ７、高圧ホル
ダ８ａ＊８ｂにより変動をある程度吸収しているが、各
ホルダに拡圧力の上、下限値が設定されており、この圧
力上、下限内におさまるように、全酸素発生量を決定す
る。

これを実現するため、まず、第１図の６に示す圧力制御
弁を設置する。この弁は、高圧側Ｕすなわち、第１図の
ホルダ８の圧力が所定値以下になると、遮断し、低圧側
りすなわちホルダ７に酸素が流入しないように働きその
結果、高圧側のホルダ８は常に上、下限内にその圧力が
おさまる。

すなわち、酸素の過不足はすべて低圧ホルダ７のホルダ
圧力に集約されることになり、ＰＶ−ｍＲＴ（但しＰは
圧力、■は容積、ｍはモル数、Ｒは化学定数、Ｔは絶対
温度）の化学法則より、単位圧力の変化は低圧ホルダ７
の容量（ｒｒｌ”）にみあう酸素量の変化と一致する、
この自然現象を利用することにより、Ｈ５図に示す製鋼
生産予定情報から発生すべき酸素量を算出する方法を次
に説明する。

第６図に総酸素発生量算出のための手順の説明図を示す
。第６図（イ）の実線で示したグラフは、第５図の（ａ
　）　ｐ　（ｂ　）　ｓ　（ｃ　）を単純に加え合わせ
て得られるグラフである。１ｇ６図（四）の実線で示し
たグ２７は第６図（イ）に示した如く変動する酸素消費
量を初期値０として時間積算して得られるグラフである
。この実線グラフを２時間ごとの直線で最小近似して得
られたグラフ、つまり第６図（ロ）の点線グラフが、酸
素の総発生量を表ゎし、これを第６図（イ）のグラフに
書き直すと、第６図（イ）の点線グラフになる。

第６図（ハ）の点線グラフは、先に述べた自然現象を利
用することにより、第６図（イ）に点線グラフで示した
酸素消費量の変動を低圧側ホルダ７における圧力推移に
換算して表わしたグラフであり、所定の圧力変化中の範
囲内におさまることを示している。

なお、現時点での低圧側ホルダ７における圧力を参照す
ることにより、重みつき最小２乗法で第６図（ロ）の点
線グラフを引き直すことにすると、　゛゛□゛第５図に
示した８時間先までの製鋼生産予定情報（酸素消費量）
が実情と多少異なっていても、本方法は十分実用に耐え
得ることがわかっており、複雑な予測は不必要である。

上述のごとく、２時間率位での全酸素必要量が算出でき
たのであるから、この全酸素発生量を満足するように、
第２図、第３図に示した各装置の非線形特性を考慮した
公知の非線形計画法を用いて、総連用費用を最小にする
ように、すでに稼動と決定されている酸素等発生設備に
おける個々の装置の負荷すなわち各空気圧縮機の原生風
量負荷、各分離器の酸素発生量、および液体アルゴン発
生量を決定するもσである。

〔発明の実施例〕

次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第７図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、２３祉製鉄所全体の工程管理システムであ
り、本発明とは直接関係のない別の情報処理装置である
。１６は本発明にかかわる情報処理装置であり、運用は
次のように行なわれる。

１力月間の長期運用を決定するため、工程管理システム
２３より１力月間の製鋼生産情報１１が入力され、長期
的運用決定処理部１４で処理され決定される。この決定
は通常１力月に１回おこなわれ、その結果すなわち個々
の装置の稼動・停止信号１５は、短期的運用決定処理部
１７に入力される。同時に長期的運用表示装置１６に表
示されるとともに、酸素等発生設備における個々の装置
の稼動・停止信号入力部２１に伝えられ稼動・停止がお
こなわれる。

時々刻々の運用を決定するため、工程管理システム２３
より８時間先までの製鋼生産予定情報１２が短期的運用
決定処理部１７に入力され、処理されて決定される。こ
の決定社通常２時間に１回おこなわれゐ。この決定に際
し、低圧ホルダ圧力２０が入力され使用される。１日は
この決定結果を伝える負荷指令信号であり、短期的運用
聚示装置１９に表示され、酸素等発生設備における個々
の装置の負荷設定信号入力部２２に伝えられ運用が自動
的におこなわれる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、酸素等発生設備の長期的１よ運用に
関してはその個々の装置のひんばんにはおこない得ない
稼動・休止を１力月間という長期の製鋼生産情報を利用
して、過剰台数の装置の稼動される事態の発生を低減せ
しめ、短期的な運用に関しては個々の装置のひんばんに
おこない得ない負荷変化を、現時点より８時間先までと
いう短期の製鋼生産情報を利用し２時間ごとの負荷変化
を行なわせて過不足なく酸素および液体アルゴンの発生
量を決定し、酸素等の過剰生産の行なわれる機会を低減
せしめ、その結果電力量が増大し発生酸素等を放散せね
ばならないとい５事態を解消することが可能となった。

これらの結果酸素等の放散量が従来に比し９０％減少し
、総連用費用を従来に比し、５％削減することができた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は製鉄所における酸素等発生設備の概要を示すブ
ロック図、第２図は空気圧縮機１の特性曲線を示すグラ
フ、第３図は分離器２の特性を示すグラフ、第４図社１
カ月間の製鋼生産予定情報の例を示したグラフ、第５図
は現時点より８時間先までの製鋼生産予定情報の例を示
したグラフ、第６図は製鋼生産予定情報から総酸素発生
量算出のための手順を示す説明図、第７図は本発明の一
実施例を示すブロック図、である。 符号説明 １ａ〜１ｇ・・・・・・空気圧縮機、２ａ〜２ｄ・・曲
分離器、５ａｐ　３ｂ・・・・・・酸素圧送機、４ａ、
４ｂ・曲・液体アルゴンタンク、５ａ、５ｂ・・・・・
・液体アルゴン外販装置、６・・・・・・圧力調節弁、
７・曲・低圧ホルダ、８Ｊｌ、８ｂ・・・・・・高圧ホ
ルダ、９３〜９ｃ曲・・転炉、１０ａ〜１ｏｄ・・・・
・・転炉以外の酸素消費設備、１１・・曲１カ月間の製
鋼生産情報、１２・曲・８時間の製鋼生産情報、１３・
・・・・・情報処理装置、１４・・曲長期的運用決定処
理部、１５・曲・稼動・停止信号、１６・・曲長期的運
用表示装置、１７・・曲短期的運用決定処理部、１８・
・・・・・負゛荷指令信号、１９・・曲短期的運用表示
装置、２０・・・・・・低圧側ホルダ圧力、２１・曲・
装置の稼動・停止信号入力部、２２・・・・・・装置の
負荷設定信号入力部、２３・・・・・・工程管理システ
ム代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　清 第２ＩＩＩ 第３１ 味象を生量千限　紅鳳ｔ′張量五Ｆｌ　畦氷ｙ＠４　Ｃ
ＮＷ第４図 第１頁の続き ０発　明　者　津　１）　宗 ＠発明者四柳　郁史

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電力を消費して酸素と液体アルゴンを生成する装置
   （以下、酸素等生成装置と云５）と酸素を消費する転炉
   等を含む負荷装置をそれぞれ複数台持ち、生成した酸素
   は前記負荷装置に供給して製鋼を行ない、液体アルゴン
   は外販するようにした製鉄所における酸素等発生設備の
   運転制御方法において、 情報処理装置は、比較的長期の運転に関しては、その間
   の製鋼生産予定量に依存した酸素消費予定量を８照して
   、前記酸素等生成装置の個々について稼動、休止を決定
   し、 稼動と決定された酸素等生成装置の個々の運転に関して
   は、情報処理装置は、当該運転時点から比較的短期開先
   の期間における製鋼生産予定量に依存した酸素消費予定
   量を参照して、負荷（酸素発生量および液体アルゴン生
   成量）を決定するよ５にしたことを特徴とする運転制御
   方法。