転炉の操業方法
【課題】３基の転炉を備える転炉設備での操業において、３基の転炉を稼働させる期間と２基の転炉を稼働させる期間とを適切な配分にすることで、溶鋼生産能力を上げる。
【解決手段】３基の転炉２を備えた転炉設備１で、転炉２の少なくとも１つ以上が稼働している期間に対する３／３基稼働の期間の占める割合を３／３基比率として求め、この３／３基比率が５０％〜９５％となるように転炉２を操業する。
【解決手段】３基の転炉２を備えた転炉設備１で、転炉２の少なくとも１つ以上が稼働している期間に対する３／３基稼働の期間の占める割合を３／３基比率として求め、この３／３基比率が５０％〜９５％となるように転炉２を操業する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の転炉を効率的に使用する際における転炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、転炉工程では、溶銑を転炉に装入し、副原料添加と酸素吹込みを行うことで脱りん・脱炭を行って、りん濃度や炭素濃度が所定の値となっている溶鋼を生産している。
図１１は、従来からある転炉設備を示しているものであって、転炉と、これら転炉に溶銑を供給する取鍋と、この取鍋を搬送するクレーンとを有している。転炉に関しては、全部で３基あり、その中の２基を稼働させ、残るもう１基は休止状態としていた。
詳しくは、転炉には溶銑が装入されるためその内壁は常に高温にさらされており、内壁を構成する耐火レンガは徐々に溶損してゆく。つまり、転炉は、耐火レンガが溶け減って転炉自身の機能を失う炉体寿命をもっている。この寿命を超えて転炉を長期間に亘って稼働させることは不可能であり、転炉は、一定期間稼働した後、転炉内の耐火レンガを張り替えたりする大規模な修理、「炉修」が行われるものとなっている。前記休止中の１基の転炉は、かかる炉修作業中及びそれに続く休止状態中であった。
【０００３】
図１２は、図１１の転炉設備における操業スケジュールを示したものであって、図１２（ａ）には、３基の転炉Ａ，Ｂ，Ｃに関して転炉稼働期間（すなわち転炉寿命）と炉修とのスケジュールが示されている。このスケジュールの如く、転炉寿命内にある２基の転炉では溶銑の精錬を行い、残りの１基の転炉で炉修を行って休業状態としていた。図中のＰで示される部分のように、転炉Ａと転炉Ｂとが稼働中であったとして、転炉Ａの内壁に張りつけられている耐火レンガを張り替える時期が近づいたとする。そうした場合、転炉Ａは炉修作業に入り、その代わりに、今まで休業中であった転炉Ｃを稼働状態とする。その後、転炉Ａの炉修が終了したとしても、転炉Ａをバックアップと考え、稼働状態とはせず休業状態のままとしていた。言い換えれば、使用している２基の転炉Ｂ，Ｃの内、１基が故障したり、炉修を行う必要が生じた場合に、その転炉Ｂ，Ｃの稼働を止めて現在休業中の転炉Ａを再稼働するようにしていた。
【０００４】
図１２（ｂ）には、２基の転炉Ｂ，Ｃが稼働している場合における、各転炉Ｂ，Ｃでのチャージ状況を示したものである。転炉のチャージとは、転炉に溶銑が装入され、装入された溶銑に対して吹錬が行われ、生産された溶鋼が排出される一連の工程をいい、この一連の作業の開始から終了までの時間を製鋼時間という。１回の転炉寿命内では約５０００回のチャージが行われるのが通常である。図に示すように、必要に応じて、各チャージ間に転炉休止時間を設け、この時間を、転炉の内壁に耐火補修材を吹き付けるなどして簡易的ながら炉寿命を大幅に向上させる修理である「補修」を行う時間としている。
【０００５】
転炉寿命を日数に直すと、大雑把ではあるが１５０日前後であり、炉修は約２０日前後である。一方、転炉での１チャージは約３５分前後であり、転炉の補修は１０分〜数時間を有するものである。このことを鑑みた上で、図１２を要約すると、図１２（ａ）は、転炉工程を日単位でマクロ的（巨視的）に見て、炉修期間と稼働期間とに分けたものであり、図１２（ｂ）は、転炉工程を時間単位でミクロ的（微視的）に見て、チャージと補修期間で分けたものとなっている。
以上のことから判るように、従来からの一般的な転炉設備においては、マクロ、ミクロいかなる観点からも、転炉は常に２基のみが稼働中であり、残り１基はバックアップとして休業状態にあることが普通である。
【０００６】
このような転炉設備において、２基の転炉を効率よく稼働させることに関し、特許文献１や特許文献２の技術が既に開示されている。
特許文献１の技術は、１の転炉で脱りん精錬をした溶湯を受湯鍋に受け、この受湯鍋を作業床開口部を通して他の１の転炉に運搬し、ここで脱炭精錬を行なうものであって、脱燐精錬でのスラグの排さい時間等を少なくすると共に、脱燐精錬時間と脱炭精錬時間とを同程度にすることで、脱炭精錬炉の遊び時間を無くし全体として製鋼能率を向上するものである。換言すれば、１の転炉でのチャージ時間と他の転炉でのチャージ時間とを同程度にすることで、製鋼能率をあげる技術である。
【０００７】
特許文献２の技術は、２基の転炉において、吹錬を開始する転炉の煙道のダンパーを開く動作と、吹錬を終了した転炉の煙道のダンパーを閉じる動作とを１段階のダンパー操作で同時並列的に行い、切替え時の停風時間を短縮させるものであって、転炉のチャージ切替時における煙道のダンパー操作方法に関するものである。
【特許文献１】特許第３４８６８８６号公報
【特許文献２】特開平６−６５６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した転炉設備で、溶鋼生産能力を上げようと考えた場合、２基の転炉を稼働させることはもちろん、休業状態にあるもう１基の転炉を稼働させ、マクロ視で３基の転炉が同時に稼働している状況（３／３基稼働）とするとよい。しかしながら、３基の転炉を全て稼働状態にした場合、転炉は炉修の機会を失うことになり、長期に亘って操業を継続できないという不都合が生じてくる。そこで、炉修を行うために、全操業時間の中の何割かを、１基の転炉を休止させ他の２基のみを操業する２／３基稼働とすることが必要となってくる。つまり、３／３基稼働の期間と２／３基稼働の期間とを適切な割合にすることが非常に重要な事項となってくる。
【０００９】
しかしながら、転炉の操業において、転炉の３／３基稼働の期間と２／３基稼働の期間との最適な割合を求める技術は未だ確立されるにいたっていない。前述した特許文献１や特許文献２に着目したとしても、これらの技術は、転炉工程をミクロ視した上で２基の転炉稼働における効率アップを図るものであり、該技術では問題を解決することは困難である。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、２基の転炉を吹錬させる能力しか備えていない転炉周辺設備を有する転炉設備で、３基の転炉の同時稼働状況を操業スケジュールに組み込むことのできる転炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、溶銑の吹錬を行う３基の転炉を備えた転炉設備で、炉体寿命を過ぎた転炉に対する修理を「炉修」とすると共に、３基の転炉全てが該炉修中又は休止中ではなく稼働中である期間を３／３基稼働期間とし、転炉の少なくとも１つ以上が稼働している期間を全稼働期間とし、該全稼働期間に対する３／３基稼働期間の占める割合を３／３基比率と定義して、この３／３基比率が５０％〜９５％となるように３基の転炉を操業することを特徴とする。
【００１１】
本願発明人は、転炉の操業において、転炉の３／３基稼働期間と全稼働期間（２／３基稼働期間＋３／３基稼働期間）とをどのような割合にすれば溶鋼生産性が最大になるかを、以下に述べるシミュレーションを基に論理的に明らかにした。
［シミュレーションにあたっての条件］
シミュレーションを行うにあたり、以下の条件を仮定した。
・ １チャージあたりの補修回数である補修確率Ａをシミュレーションのパラメータとし、１回の補修量は一定とした。
【００１２】
・ 補修効果Ｃは、図２に示すように、補修確率Ａが小さいときは大きいが、補修確率Ａが多くなるにつれて小さくなるものとした。すなわち、初めは１回の補修で４チャージ分の転炉工程の延長を図れる効果があるとしているが、それ以降は、補修頻度Ｂ（補修確率Ａの逆数）が０．１増えるごとに効果が１０％減少してゆくとした。これは、炉内耐火物の局所破損部分（局所溶損部）が多い場合は、少ない補修頻度でも補修効果は大きいものとなるが、補修をこまめに実施し局所溶損部が少なくなると、補修効果が小さくなることを反映するものである。
【００１３】
・ 補修を行わない場合の転炉の寿命Ｄを２５００チャージとした。
・ ３／３基操業時の溶鋼生産性（チャージ数）を８０とし、３／３基操業時には、補修を１回行うごとに生産性が０．０７減少するとした。
・ ２／３基操業時の溶鋼生産性（チャージ数）を６８とし、２／３基操業の時には補修は行わないものとした。
・ 炉修の日数を１４日で一定とした。
【００１４】
［シミュレーション式］
シミュレーションに用いた変数や関係式は、以下の通りである。
・Ａ： 補修確率→チャージ１回あたりの補修回数（回／ｃｈ）。
・Ｂ： 補修頻度→何チャージ毎に補修を行うかを示す値。Ａの逆数である。
・Ｃ： 補修効果→１回の補修で何チャージ分、転炉の寿命を延ばすかを意味する。図２にその関係が示されている。
・Ｄ： 転炉寿命（ｃｈ）
Ｄ（ｎ＋１）＝Ｄ（ｎ）
＋Ｄ（ｎ）×（Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ））×Ｃ ・・・（２）
ある補修確率を実施している転炉に、更に補修を行った場合の転炉効果は、転炉寿命×補修確率の増加分×補修効果＝Ｄ（ｎ）×（Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ））×Ｃであるとし、これを現在の転炉寿命Ｄ（ｎ）に加算することで、補修後の転炉寿命Ｄ（ｎ＋１）としている。ここで、補修確率＝０の場合にｎ＝１とし、補修確率＝０．１の場合にｎ＝２、補修確率＝０．２の場合にｎ＝３というように、補修確率の刻み分を０．１として補修確率＝０〜１．０の間で計算した。
・Ｅ： 転炉稼働日数
Ｅ＝Ｄ×（Ｆ×３＋（１−Ｆ）×２）／Ｉ ・・・（３）
転炉稼働日数Ｅは、転炉寿命Ｄを転炉１基あたりの一日平均チャージ数Ｉ／（Ｆ×３＋（１−Ｆ）×２）で割ることで算出される。なお、Ｆは以下述べる３／３基比率である。
・Ｆ： ３／３基比率
本願発明では、転炉の３／３基比率を次式で求めるようにしている。
３／３基比率Ｆ ＝ １−ＣＨ×Ｒ／Ｌ ・・・（１）
ＣＨ：転炉設備における一日の全チャージ数（ｃｈ／日）
Ｒ ：転炉が炉修中あるいは休止中である日数（日）
Ｌ ：転炉の炉体寿命（ｃｈ）
式（１）の導出過程は次の通りである。つまり、転炉は一年、３６５日を通して連続操業されており、かかる３６５日の操業日（期間）は基本的に３／３基操業とする。しかしながら、炉修が行われている期間は１基の転炉が操業停止となるため、２／３基操業となる。それらのことより、
３／３基比率＝（３／３基稼働期間）／全稼働期間
＝（全稼働期間−２／３基稼働期間）／全稼働期間
＝（３６５日−炉修が行われている日数）／３６５日
と考えられる。この式を順次変形して、
３／３基比率＝ １−炉修回数×Ｒ／３６５
ここで、Ｒは、１回の炉修にかかる日数（転炉の休止を含む）である。
【００１５】
なお、炉修回数Ｒ＝一日のチャージ数ＣＨ（ｃｈ／日）×３６５日／転炉寿命Ｌ（ｃｈ）であるため、
３／３基比率＝１−ＣＨ×Ｒ／Ｌ ・・・（１）
となる。
・Ｇ： ３／３基時の生産チャージ数
Ｇ＝８０−Ａ×μ×８０／Ｆ ・・・（４）
ここで、μは生産影響係数であり、０．０７又は０．１５を採用していて、補修を１回実施することにより減じるチャージ数を意味する。ゆえに、Ａ×μ×８０／Ｆは、補修により実際に減する生産性（チャージ数）を意味するものとなっている。
・Ｈ： ２／３基時の生産チャージ数→１日６８ｃｈで固定値とする。
・Ｉ： 一日における全チャージ数（トータル生産チャージ数）
Ｉ＝Ｇ×Ｆ＋Ｈ×（１−Ｆ） ・・・（５）
・Ｊ： 補修を考慮しない場合の一日における全チャージ数
Ｊ＝８０×Ｆ＋Ｈ×（１−Ｆ） ・・・（６）
式（５）でＧ＝８０とすることで本式は導出できる。
・Ｋ： 補修による生産性の減少量
Ｋ＝Ｊ−Ｉ ・・・（７）
前述のＪからＩを引くことにより、Ｋを求めることができるようになる。
【００１６】
［シミュレーション結果］
以上の関係式（２）〜（７）を用いて、補修確率Ａをパラメータとした溶鋼生産性のシミュレーション行った結果が、図３〜図７に示してある。図３は計算結果を表の形にしたもので、それらを基にグラフ化したものが図４〜図７である。
図４は、横軸に補修確率Ａ、縦軸に転炉寿命Ｄを取ったものである。この図から、補修確率Ａが０すなわち全く補修を行わない際には、転炉の寿命は初期値の２５００チャージであり、補修確率Ａが増えるに従って、約２００００ｃｈまで転炉寿命Ｄが増加していることがわかる。補修を数多く行うことで転炉の寿命をあげることができることが明らかとなっている。
図５には、３／３基比率Ｆと補修を考慮しないトータル生産チャージ数Ｊとの関係が示されている。この図からわかるように、３／３基比率Ｆが増加するに従ってトータルの生産チャージ数Ｊは線形的に増えており、３／３基比率Ｆが０％の時、Ｊ＝６８であるものが、Ｆ＝約１００％の時、Ｊ＝８０と大幅に増加している。
【００１７】
一方、図６には、３／３基比率Ｆと補修による生産性の減少量Ｋとの関係が示されている。この図から、３／３基比率Ｆが５５％までは、補修による生産性の減少量Ｋが０であるものの、それ以上になると減少量Ｋは著しく多くなることが判別できる。
以上の結果を要約すると、
(i) ３／３基比率Ｆを上げることで、３基の転炉が連続稼働に近くなり、溶鋼生産性は上がる（図５）。
(ii) ３／３基比率Ｆを上げることで、３基の転炉がフル稼働している状況となり、転炉の炉修を行う機会が減る。当然、それをカバーし炉寿命を延ばすために、転炉の補修を数多く行うようにしている（図４）。
【００１８】
(iii) しかしながら、補修は３０分〜数時間ではあるものの転炉を止める作業であるため、(ii)の状況、すなわち補修回数が多い状況下では、生産性が減ることになる（１回の補修で０．０７ｃｈ）。ゆえに、３／３基比率Ｆを上げることで、補修量に伴う溶鋼生産性の減少が起こる（図６）。
(i)と(iii)の傾向、換言すれば図５と図６とをそれぞれ加味したものが、図７であり、横軸に３／３基比率Ｆ、縦軸にトータル生産チャージ数Ｉが示してある。図中のグラフは、３／３基比率Ｆが増加するにつれ上に凸となっており、３／３基比率Ｆが約８０％において、トータル生産チャージ数Ｉが約７６と最高値を取るものとなっている。
【００１９】
この結果より考えて、本願発明では、トータル生産チャージ数Ｉの最高値の約２〜３％減まですなわちＩ＝７４を許容値と考えて、３／３基比率Ｆが５０％〜９５％となるように３基の転炉を操業することとしている。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記転炉設備に設けられ且つ転炉を稼働させるに必要な機能を有する転炉周辺設備の修理を実施するに際し、２基の転炉が稼働中であり他の１基が炉修中又は休止中にある状況を２／３基稼働と定義して、前記転炉周辺設備の修理時間が所定時間以上の場合は２／３基稼働を行い、所定時間以内の場合は３基全ての転炉が稼働する３／３基稼働を行うことを特徴とする。
【００２０】
転炉の操業においては、ランスが装入口から挿入できないなどの転炉周辺設備の故障が発生することがある。そのような場合、その修理は、短時間（３０分程度）で済むこともあれば比較的長い時間（例えば５時間以上）かかることもある。
本願発明人は、そのような転炉周辺設備の故障例を数々検討した結果、転炉周辺設備の修理時間が短時間である場合は、３／３基稼働とした上で、チャージの順番を工夫するなどして転炉の休止時間を確保し、この休止時間を転炉周辺設備の修理時間として利用すると、溶鋼生産性の観点からは非常に有利であることを突き止めた。
【００２１】
一方、転炉周辺設備の修理時間が５時間以上かかるような場合は、修理に該当する転炉を休止し、炉修の際と同じように２基の転炉を稼働状態（２／３基稼働）とすると、溶鋼生産性の観点から有利であることも明らかにしている。
３基の転炉をこのように操業することで、溶鋼生産性をなるべく落とすことなく転炉を操業することができる。
なお、本発明における課題解決のための技術的手段として、前記転炉の内壁に対する簡易的な修理である「補修」を行うに際し、補修にかかる時間を、Ｔ／４〜３Ｔの範囲内（Ｔは製鋼時間）としていることを特徴とする。以下、その理由について説明する。
【００２２】
図１０には、補修時間が約５〜６００分まで変化した場合における、転炉寿命の延長の度合い（補修効果）と、地金取りにかかる時間とをシミュレーションした結果が示されている。全ての計算において、製鋼時間は３５分であり、クレーンでの溶銑供給時間は１５分である。
図の横軸は製鋼時間Ｔで換算された補修時間であり、縦軸には補修効果ならびに地金取り時間が示されている。
図中のグラフIは、補修効果の変化を示したものであり、補修時間を長くすることで、補修作業を確実に行うことができて１回の補修で延びるチャージ数が多くなることが示されている。補修時間を約０．２５Ｔ（Ｔ／４）まで長くすると、転炉寿命が約３チャージ延長する。その一方、補修時間を約０．４Ｔ以上とすると、補修効果＝５．０チャージでそれ以上は増えなくなる。
【００２３】
グラフIIは、地金取りにかかる時間の変化を示したものである。補修時間が３Ｔ以下では、地金取り時間はゼロであり、補修時間が３Ｔ以上になると、地金取り時間が発生するようになる。このことは、補修時間が長くなることで転炉自体の温度が降下し、転炉の装入口に地金等が付着する可能性が大きくなることを反映している。ゆえに、補修時間を極端に長くすることは得策ではなく、グラフIIからわかるように、補修時間を３Ｔ以下とすれば、地金取り作業の作業時間をなしとすることができる。
これらのことを鑑み、補修時間をＴ／４〜３Ｔの範囲内とすることで、補修効果を適切なものとしつつ、地金取り作業の時間増加を防ぐことができるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、３基の転炉を備える転炉設備での操業において、３基の転炉を稼働させる期間と２基の稼働期間とを適切な配分にすることで、溶鋼生産能力を大幅に向上することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる転炉への溶銑供給方法の実施形態を、図を基に説明する。
本実施形態の転炉設備１は、図１１に示される従来例とほぼ同一であり、３基の転炉２と、これら転炉２に溶銑を供給する取鍋３と、この取鍋３を搬送する２基のクレーン４とを有している。さらに、３基の転炉２のそれぞれには、吹錬で発生した排ガスを集煙して有害物質を除去したり一酸化炭素を回収したりする排ガス処理設備５が備えられていると共に、各転炉２に酸素を供給したりする酸素供給設備６が設けられている。この酸素供給設備６は、転炉１基が吹錬に使用する酸素量の２倍を供給できるものであると共に、排ガス処理設備５は、２基の転炉１から排出されるＣＯガスなどを回収する能力を有している。つまり、排ガス処理設備５や酸素供給設備６から構成される転炉周辺設備７は、２基の転炉２で同時に吹錬を行わせる能力を有するものとなっており、３基の転炉２での同時吹錬は不可能なものとなっている。
【００２６】
本願発明は、図１〜図７に示す如く、溶銑の吹錬を行う３基の転炉２を備えた転炉設備１で、炉体寿命を過ぎた転炉２に対する修理である「炉修」が行われておらず且つ稼働中である転炉２の数が３基である期間を３／３基稼働期間と定義し、前記転炉２の少なくとも１つ以上が稼働している期間に対する前記３／３基稼働期間の占める割合を３／３基比率として求め、この３／３基比率が５０％〜９５％となるように３基の転炉２を操業するものである。
前記転炉設備１での各工程を詳しく説明すると、まず、取鍋３に入った溶銑はクレーン４により搬送され、転炉２に装入される。具体的には、転炉２を傾動し、炉内にスクラップ等を装入した上で溶銑を流し入れるようにする。
【００２７】
その後、溶銑中のりんＰを主に取り除くと共に炭素Ｃを適切なものとするために、転炉２の炉口からランス（図示せず）を挿入し、溶銑上面に近づけ、酸素ガスを吹き付けると同時に、炉底から吹き込みガスで溶銑を撹拌しつつ精錬（吹錬）を開始する。同時に、石灰ＣａＯ等の造滓材や酸化鉄ＦｅxＯy等の冷却材、すなわち副原料を投入することで、りんＰは投入された酸素と反応してスラグ相に移行し、溶銑の上方に浮いた状態で積層するようになる。
このように、転炉２に溶銑が装入され、この溶銑が吹錬されることで成分調整された溶鋼となり、この溶鋼が転炉２から排出される一連の工程を「チャージ」といい、１チャージは約３５分程度で行われる。
【００２８】
一方、転炉２の内壁は溶銑により常に高温にさらされていて、内壁を構成する耐火レンガは徐々に溶け減ってゆく。ゆえに、転炉２は、耐火レンガが溶け減って転炉自身の機能を失う「寿命」をもっている。この寿命を超えて転炉２を長期間に亘って稼働させることは不可能であるため、図１（ａ）に示すように、転炉２では、一定期間稼働した後、転炉２内の耐火レンガを張り替えたりする大規模な修理、「炉修」が行われるものとなっている。転炉２の寿命を日数に直すと、大雑把ではあるが１５０日前後であり、炉修は約２０日前後である。また、１回の転炉寿命内では約５０００回のチャージが行われるのが通常である。
【００２９】
加えて、通常の転炉操業においては、転炉２に対する地金取りや孔巻き、耐火物の補修などの補修作業が随時行われ、これらの作業は転炉２の安定操業のためには必須である。
ここでいう地金取り作業とは、転炉２の溶銑装入口近傍にスロッピング等により溶銑が固着し地金となっており、この地金を除去する作業である。約１０チャージに１回程度行われるもので約３０分程度の時間を有する。
孔巻き作業とは、転炉２の出銑口の耐火レンガが溶鋼により徐々に劣化していくため、所定間隔で、かかる耐火レンガを取り替える作業である。孔巻き作業は約１００チャージに１回行われるものであり、約６０分の作業時間を必要とする。
【００３０】
耐火レンガ（耐火物）の補修は、転炉２の内壁に耐火補修材を吹き付けるなどして簡易的ながら炉寿命を大幅に向上させる修理であって、約１０チャージ毎に行われ、１回の補修に約３０分の時間を必要とする。
図１（ａ）は、３基の転炉２の稼働状況を、例えば１日を最小単位とするマクロの観点で記載したものであり、図１（ｂ）は、時間を最小単位とするミクロの観点で記載したものである。
まず、図１（ａ）中のＰに示されているように、転炉Ａと転炉Ｂとが稼働中であって、転炉Ｃは炉修ならびにそれに続く休止中となっているとする。その後、転炉Ｃも稼働状態とし、溶銑の吹錬を行わせるようにする。この状態は、３基の転炉２が同時に稼働しており、３／３基稼働期間となっている。
【００３１】
その後、転炉Ａの炉寿命がやってきて、転炉Ａの炉修を行う必要が出てくる。炉修とは、一旦転炉２の温度を常温まで下げた後、溶損した耐火レンガを取り外し、転炉２の装入口などから搬入した新しい耐火レンガを炉内側に貼り付けていくものであって、炉修の期間は数日から２０日ほどかかる。炉修中は、転炉Ｂと転炉Ｃの２基で吹錬が行われており、この状況を２／３基稼働期間と定義する。
３／３基稼働期間中においては、図１（ｂ）に示すように、３基の転炉２を順次稼働させており、各チャージが完全に並列で重なるようにはなっていない。詳細は後述するものの、転炉周辺設備７が３基の転炉２を同時に稼働するだけの能力を有していないためである。転炉２を順次稼働させることで、マクロ的には３基の転炉２が稼働している状況であるものの、ミクロ的には２基の転炉２が稼働し、チャージが順次行われ、大きく生産性を向上させることができるものとなっている。
【００３２】
しかしながら、溶鋼生産能力を上げようとして、３基の転炉２を全て稼働状態にした場合、転炉２は炉修の機会を失うことになり、長期に亘って操業が継続できないという不都合が生じてくる。そこで、炉修を行うために、全操業時間の中の何割かを、１基の転炉２を休止させ他の２基のみを操業する２／３基稼働とすることが必要となってくる。つまり、３／３基稼働の期間と２／３基稼働の期間とを適切な割合にすることが非常に重要な事項となってくる。
本実施形態では、転炉２の少なくとも１つ以上が稼働している期間に対する３／３基稼働期間の占める割合である３／３基比率を、式（１）を使って求めるようにし、かかる３／３基比率が５０％〜９５％となるようにしている。
【００３３】
図７からわかるように、３／３基比率を５０％〜９５％とすることで、トータル生産チャージ数Ｉが最高値の約２〜３％減までで抑えられて、トータル生産チャージ数Ｉを常に７４以上としている。こうすることで、高い溶鋼生産性を維持すると共に、転炉の炉修を確実に行って高寿命とすることが可能となっている。
次に、転炉２の３／３基稼働期間中における、各転炉２のチャージの順番について述べる。
図８は、本実施形態における３基の転炉２でのチャージの順番を示したものである。この図は、図１（ｂ）を詳しくしたものであり、転炉２の操業状況をミクロ視したもので、本実施形態における３基の転炉２でのチャージの順番を示したものである。
【００３４】
まず、第１の転炉２（転炉Ａ）での吹錬が終了する前に、第２の転炉２（転炉Ｂ）での吹錬を開始するように設定し、第３の転炉２（転炉Ｃ）の吹錬開始を、第２の転炉２での吹錬が終了する前で、且つ第１の転炉２での前回吹錬終了〜次回吹錬開始の間に設定している。
詳しくは、転炉Ａでは、時間０ｍｉｎの前から溶銑装入が開始され、時間０ｍｉｎを過ぎたあたりで吹錬が開始される。吹錬は２０ｍｉｎ過ぎに終了し、その後、溶鋼の払い出しが行われ、３０ｍｉｎ過ぎに出鋼が完了する。
【００３５】
転炉Ｂでは、時間１０ｍｉｎの前から溶銑装入が開始され、時間１０ｍｉｎを過ぎたあたりで吹錬が開始される。吹錬は３０ｍｉｎ過ぎに終了し、その後、溶鋼の払い出しが行われ、４０ｍｉｎ過ぎに出鋼が完了する。図からわかるように、転炉Ｂでの吹錬の開始は転炉Ａの吹錬途中であり、時間１０ｍｉｎ〜２０ｍｉｎの間では、転炉Ａ，Ｂの両者で吹錬が行われるものとなっている。
転炉Ｃでは、時間２０ｍｉｎの前から溶銑装入が開始され、時間２５ｍｉｎあたりで吹錬が開始される。吹錬は４５ｍｉｎ過ぎに終了し、その後、溶鋼の払い出しが行われ、５５ｍｉｎ過ぎに出鋼が完了する。転炉Ｃでの吹錬の開始は転炉Ｂの吹錬途中であると共に、転炉Ａでの吹錬終了後である。すなわち、吹錬が行われる順番はＡ０→Ｂ０→Ｃ０であり、図上で右斜め下がりの矢印上に並ぶものとなっている。
【００３６】
さらに、当該転炉Ｃでの吹錬が終了する前に、再び転炉Ａへの溶銑装入が開始され、それに続いて吹錬が行われるようになる。その後同様に、転炉Ａでの吹錬途中に、転炉Ｂでの吹錬が開始され、転炉Ｂの吹錬途中であって転炉Ａの吹錬終了後に、転炉Ｃでの吹錬が開始されるようになっている。つまり、吹錬が行われる順番はＡ１→Ｂ１→Ｃ１であり、図上で右斜め下がりの矢印上に並ぶものとなる。
このようにすることで、いかなるフェーズ（時間）においても、吹錬中の転炉２は２基であり、転炉周辺設備７の能力を超えるものとはなっていない。しかしながら、マクロ的に見ると、図１（ａ）の如く、３基が同時に稼働している３／３基稼働期間となっており、溶銑生産能力が著しく向上可能な状況となっている。図８においては、約３５分間の間に３回の吹錬開始が含まれているため、本稼働状態の転炉設備１は、３５分で３チャージ、すなわち１時間で５チャージの生産能力を有していることになる。
【００３７】
図８の吹錬Ａ０を含むチャージに着目してみると、かかる吹錬Ａ０の開始から、次チャージでの吹錬Ａ１の開始との間には、転炉Ｂの吹錬開始と転炉Ｃの吹錬開始がそれぞれ１回ずつ存在することがわかる。このような状況下にあるチャージを「順次稼働している転炉」におけるチャージであると定義する。加えて、３基の転炉２による全チャージ数に対する、順次稼働している転炉２のチャージ数を「順次稼働比率」と定義するようにする。
この順次稼働比率が上がれば上がるほど、３基の転炉２が待ち時間なく稼働していることになり、理論上は溶鋼生産能力が向上することになる。
【００３８】
しかしながら、現実には、前述した「転炉の補修」のための時間（期間）が必ず必要であり、転炉２の順次稼働比率が大きい場合、これらの補修時間を確保することが困難となり、溶鋼生産性が落ちるようになる。
本実施形態の場合は、３基の転炉２の順次稼働比率を４０％〜９５％の間としている。より好ましくは５０％〜９０％の範囲とするとよく、順次稼働比率を７５％とすることで生産性の最大値を得ることができるようになる。
また、本実施形態では、かかる補修時間を確実に得るために、図９に示すように、Ａ→Ｂ→Ｃと続いていた転炉２の稼働順番をＣ→Ｂ→Ａと変えることで、転炉Ａに補修を行うことのできる時間を作るようにしている。つまり、転炉Ｃを稼働した後、転炉Ｂを稼働させ、その後転炉Ａを稼働させることで、転炉Ａにおける１チャージに近い時間を非稼働状態とでき、その期間を補修時間とするようにしている。
【００３９】
なお、以上述べた補修時間は、図１０に示すように、Ｔ／４〜３Ｔの範囲内とすることで、補修効果を適切なものとしつつ、地金取り作業の時間増加を防ぐことができるようになる。より好ましくは、補修時間をＴ／４〜１．５Ｔとするとよい。
また、転炉２の操業においては、ランスが装入口から挿入できないなどの転炉周辺設備７の故障が発生することがある。そのような場合、その修理は、短時間（３０分程度）で済むこともあれば比較的長い時間（例えば５時間以上）かかることもある。
そこで、転炉周辺設備７の修理時間が短時間である場合は、３／３基稼働とした上で、本実施形態で述べたように、チャージの順番を逆順とするなどして補修時間を確保し、この補修時間を転炉周辺設備７の修理時間として利用すると、溶鋼生産性の観点からは非常に有利である。
【００４０】
一方、転炉周辺設備７の修理時間が５時間以上かかるような場合は、逆順などで修理時間を確保するよりは、修理に該当する転炉２を休止し、炉修の際と同じように２基の転炉２を稼働状態（２／３基稼働）とすると、溶鋼生産性の観点から有利である。転炉周辺設備７の修理時間を確保すべく、転炉２を３／３基稼働とするか２／３基稼働とするかの境としては、転炉２の再稼働時の昇温に必要な約３時間を採用し「修理時間＝３時間」を境界値とすることが好ましい。
なお、本発明の転炉２への溶銑供給方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。また、転炉２は上吹き転炉、底吹き転炉、又は上底吹き転炉のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかる転炉操業の順番を示したものであり、（ａ）はマクロ的に見たもの、（ｂ）はミクロ的に見たものである。
【図２】補修確率と補修効果との関係を示した図である。
【図３】補修確率をパラメータとした溶鋼生産性のシミュレーション結果である。
【図４】補修確率と転炉寿命との関係を示した図である。
【図５】３／３基比率と溶鋼生産性との関係を示した図である。
【図６】３／３基比率と補修による溶鋼生産性の減少量との関係を示した図である。
【図７】３／３基比率とトータルの溶鋼生産性との関係を示した図である。
【図８】転炉のチャージの順番を示した図である。
【図９】転炉のチャージの順番を示した図である（逆順の場合）。
【図１０】補修時間と補修効果ならびに地金取り時間との関係を示した図である。
【図１１】従来及び本発明にかかる転炉設備の正面概略図である。
【図１２】従来の転炉操業の順番を示したものであり、（ａ）はマクロ的に見たもの、（ｂ）はミクロ的に見たものである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 転炉設備
２ 転炉
７ 転炉周辺設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の転炉を効率的に使用する際における転炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、転炉工程では、溶銑を転炉に装入し、副原料添加と酸素吹込みを行うことで脱りん・脱炭を行って、りん濃度や炭素濃度が所定の値となっている溶鋼を生産している。
図１１は、従来からある転炉設備を示しているものであって、転炉と、これら転炉に溶銑を供給する取鍋と、この取鍋を搬送するクレーンとを有している。転炉に関しては、全部で３基あり、その中の２基を稼働させ、残るもう１基は休止状態としていた。
詳しくは、転炉には溶銑が装入されるためその内壁は常に高温にさらされており、内壁を構成する耐火レンガは徐々に溶損してゆく。つまり、転炉は、耐火レンガが溶け減って転炉自身の機能を失う炉体寿命をもっている。この寿命を超えて転炉を長期間に亘って稼働させることは不可能であり、転炉は、一定期間稼働した後、転炉内の耐火レンガを張り替えたりする大規模な修理、「炉修」が行われるものとなっている。前記休止中の１基の転炉は、かかる炉修作業中及びそれに続く休止状態中であった。
【０００３】
図１２は、図１１の転炉設備における操業スケジュールを示したものであって、図１２（ａ）には、３基の転炉Ａ，Ｂ，Ｃに関して転炉稼働期間（すなわち転炉寿命）と炉修とのスケジュールが示されている。このスケジュールの如く、転炉寿命内にある２基の転炉では溶銑の精錬を行い、残りの１基の転炉で炉修を行って休業状態としていた。図中のＰで示される部分のように、転炉Ａと転炉Ｂとが稼働中であったとして、転炉Ａの内壁に張りつけられている耐火レンガを張り替える時期が近づいたとする。そうした場合、転炉Ａは炉修作業に入り、その代わりに、今まで休業中であった転炉Ｃを稼働状態とする。その後、転炉Ａの炉修が終了したとしても、転炉Ａをバックアップと考え、稼働状態とはせず休業状態のままとしていた。言い換えれば、使用している２基の転炉Ｂ，Ｃの内、１基が故障したり、炉修を行う必要が生じた場合に、その転炉Ｂ，Ｃの稼働を止めて現在休業中の転炉Ａを再稼働するようにしていた。
【０００４】
図１２（ｂ）には、２基の転炉Ｂ，Ｃが稼働している場合における、各転炉Ｂ，Ｃでのチャージ状況を示したものである。転炉のチャージとは、転炉に溶銑が装入され、装入された溶銑に対して吹錬が行われ、生産された溶鋼が排出される一連の工程をいい、この一連の作業の開始から終了までの時間を製鋼時間という。１回の転炉寿命内では約５０００回のチャージが行われるのが通常である。図に示すように、必要に応じて、各チャージ間に転炉休止時間を設け、この時間を、転炉の内壁に耐火補修材を吹き付けるなどして簡易的ながら炉寿命を大幅に向上させる修理である「補修」を行う時間としている。
【０００５】
転炉寿命を日数に直すと、大雑把ではあるが１５０日前後であり、炉修は約２０日前後である。一方、転炉での１チャージは約３５分前後であり、転炉の補修は１０分〜数時間を有するものである。このことを鑑みた上で、図１２を要約すると、図１２（ａ）は、転炉工程を日単位でマクロ的（巨視的）に見て、炉修期間と稼働期間とに分けたものであり、図１２（ｂ）は、転炉工程を時間単位でミクロ的（微視的）に見て、チャージと補修期間で分けたものとなっている。
以上のことから判るように、従来からの一般的な転炉設備においては、マクロ、ミクロいかなる観点からも、転炉は常に２基のみが稼働中であり、残り１基はバックアップとして休業状態にあることが普通である。
【０００６】
このような転炉設備において、２基の転炉を効率よく稼働させることに関し、特許文献１や特許文献２の技術が既に開示されている。
特許文献１の技術は、１の転炉で脱りん精錬をした溶湯を受湯鍋に受け、この受湯鍋を作業床開口部を通して他の１の転炉に運搬し、ここで脱炭精錬を行なうものであって、脱燐精錬でのスラグの排さい時間等を少なくすると共に、脱燐精錬時間と脱炭精錬時間とを同程度にすることで、脱炭精錬炉の遊び時間を無くし全体として製鋼能率を向上するものである。換言すれば、１の転炉でのチャージ時間と他の転炉でのチャージ時間とを同程度にすることで、製鋼能率をあげる技術である。
【０００７】
特許文献２の技術は、２基の転炉において、吹錬を開始する転炉の煙道のダンパーを開く動作と、吹錬を終了した転炉の煙道のダンパーを閉じる動作とを１段階のダンパー操作で同時並列的に行い、切替え時の停風時間を短縮させるものであって、転炉のチャージ切替時における煙道のダンパー操作方法に関するものである。
【特許文献１】特許第３４８６８８６号公報
【特許文献２】特開平６−６５６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した転炉設備で、溶鋼生産能力を上げようと考えた場合、２基の転炉を稼働させることはもちろん、休業状態にあるもう１基の転炉を稼働させ、マクロ視で３基の転炉が同時に稼働している状況（３／３基稼働）とするとよい。しかしながら、３基の転炉を全て稼働状態にした場合、転炉は炉修の機会を失うことになり、長期に亘って操業を継続できないという不都合が生じてくる。そこで、炉修を行うために、全操業時間の中の何割かを、１基の転炉を休止させ他の２基のみを操業する２／３基稼働とすることが必要となってくる。つまり、３／３基稼働の期間と２／３基稼働の期間とを適切な割合にすることが非常に重要な事項となってくる。
【０００９】
しかしながら、転炉の操業において、転炉の３／３基稼働の期間と２／３基稼働の期間との最適な割合を求める技術は未だ確立されるにいたっていない。前述した特許文献１や特許文献２に着目したとしても、これらの技術は、転炉工程をミクロ視した上で２基の転炉稼働における効率アップを図るものであり、該技術では問題を解決することは困難である。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、２基の転炉を吹錬させる能力しか備えていない転炉周辺設備を有する転炉設備で、３基の転炉の同時稼働状況を操業スケジュールに組み込むことのできる転炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、溶銑の吹錬を行う３基の転炉を備えた転炉設備で、炉体寿命を過ぎた転炉に対する修理を「炉修」とすると共に、３基の転炉全てが該炉修中又は休止中ではなく稼働中である期間を３／３基稼働期間とし、転炉の少なくとも１つ以上が稼働している期間を全稼働期間とし、該全稼働期間に対する３／３基稼働期間の占める割合を３／３基比率と定義して、この３／３基比率が５０％〜９５％となるように３基の転炉を操業することを特徴とする。
【００１１】
本願発明人は、転炉の操業において、転炉の３／３基稼働期間と全稼働期間（２／３基稼働期間＋３／３基稼働期間）とをどのような割合にすれば溶鋼生産性が最大になるかを、以下に述べるシミュレーションを基に論理的に明らかにした。
［シミュレーションにあたっての条件］
シミュレーションを行うにあたり、以下の条件を仮定した。
・ １チャージあたりの補修回数である補修確率Ａをシミュレーションのパラメータとし、１回の補修量は一定とした。
【００１２】
・ 補修効果Ｃは、図２に示すように、補修確率Ａが小さいときは大きいが、補修確率Ａが多くなるにつれて小さくなるものとした。すなわち、初めは１回の補修で４チャージ分の転炉工程の延長を図れる効果があるとしているが、それ以降は、補修頻度Ｂ（補修確率Ａの逆数）が０．１増えるごとに効果が１０％減少してゆくとした。これは、炉内耐火物の局所破損部分（局所溶損部）が多い場合は、少ない補修頻度でも補修効果は大きいものとなるが、補修をこまめに実施し局所溶損部が少なくなると、補修効果が小さくなることを反映するものである。
【００１３】
・ 補修を行わない場合の転炉の寿命Ｄを２５００チャージとした。
・ ３／３基操業時の溶鋼生産性（チャージ数）を８０とし、３／３基操業時には、補修を１回行うごとに生産性が０．０７減少するとした。
・ ２／３基操業時の溶鋼生産性（チャージ数）を６８とし、２／３基操業の時には補修は行わないものとした。
・ 炉修の日数を１４日で一定とした。
【００１４】
［シミュレーション式］
シミュレーションに用いた変数や関係式は、以下の通りである。
・Ａ： 補修確率→チャージ１回あたりの補修回数（回／ｃｈ）。
・Ｂ： 補修頻度→何チャージ毎に補修を行うかを示す値。Ａの逆数である。
・Ｃ： 補修効果→１回の補修で何チャージ分、転炉の寿命を延ばすかを意味する。図２にその関係が示されている。
・Ｄ： 転炉寿命（ｃｈ）
Ｄ（ｎ＋１）＝Ｄ（ｎ）
＋Ｄ（ｎ）×（Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ））×Ｃ ・・・（２）
ある補修確率を実施している転炉に、更に補修を行った場合の転炉効果は、転炉寿命×補修確率の増加分×補修効果＝Ｄ（ｎ）×（Ａ（ｎ＋１）−Ａ（ｎ））×Ｃであるとし、これを現在の転炉寿命Ｄ（ｎ）に加算することで、補修後の転炉寿命Ｄ（ｎ＋１）としている。ここで、補修確率＝０の場合にｎ＝１とし、補修確率＝０．１の場合にｎ＝２、補修確率＝０．２の場合にｎ＝３というように、補修確率の刻み分を０．１として補修確率＝０〜１．０の間で計算した。
・Ｅ： 転炉稼働日数
Ｅ＝Ｄ×（Ｆ×３＋（１−Ｆ）×２）／Ｉ ・・・（３）
転炉稼働日数Ｅは、転炉寿命Ｄを転炉１基あたりの一日平均チャージ数Ｉ／（Ｆ×３＋（１−Ｆ）×２）で割ることで算出される。なお、Ｆは以下述べる３／３基比率である。
・Ｆ： ３／３基比率
本願発明では、転炉の３／３基比率を次式で求めるようにしている。
３／３基比率Ｆ ＝ １−ＣＨ×Ｒ／Ｌ ・・・（１）
ＣＨ：転炉設備における一日の全チャージ数（ｃｈ／日）
Ｒ ：転炉が炉修中あるいは休止中である日数（日）
Ｌ ：転炉の炉体寿命（ｃｈ）
式（１）の導出過程は次の通りである。つまり、転炉は一年、３６５日を通して連続操業されており、かかる３６５日の操業日（期間）は基本的に３／３基操業とする。しかしながら、炉修が行われている期間は１基の転炉が操業停止となるため、２／３基操業となる。それらのことより、
３／３基比率＝（３／３基稼働期間）／全稼働期間
＝（全稼働期間−２／３基稼働期間）／全稼働期間
＝（３６５日−炉修が行われている日数）／３６５日
と考えられる。この式を順次変形して、
３／３基比率＝ １−炉修回数×Ｒ／３６５
ここで、Ｒは、１回の炉修にかかる日数（転炉の休止を含む）である。
【００１５】
なお、炉修回数Ｒ＝一日のチャージ数ＣＨ（ｃｈ／日）×３６５日／転炉寿命Ｌ（ｃｈ）であるため、
３／３基比率＝１−ＣＨ×Ｒ／Ｌ ・・・（１）
となる。
・Ｇ： ３／３基時の生産チャージ数
Ｇ＝８０−Ａ×μ×８０／Ｆ ・・・（４）
ここで、μは生産影響係数であり、０．０７又は０．１５を採用していて、補修を１回実施することにより減じるチャージ数を意味する。ゆえに、Ａ×μ×８０／Ｆは、補修により実際に減する生産性（チャージ数）を意味するものとなっている。
・Ｈ： ２／３基時の生産チャージ数→１日６８ｃｈで固定値とする。
・Ｉ： 一日における全チャージ数（トータル生産チャージ数）
Ｉ＝Ｇ×Ｆ＋Ｈ×（１−Ｆ） ・・・（５）
・Ｊ： 補修を考慮しない場合の一日における全チャージ数
Ｊ＝８０×Ｆ＋Ｈ×（１−Ｆ） ・・・（６）
式（５）でＧ＝８０とすることで本式は導出できる。
・Ｋ： 補修による生産性の減少量
Ｋ＝Ｊ−Ｉ ・・・（７）
前述のＪからＩを引くことにより、Ｋを求めることができるようになる。
【００１６】
［シミュレーション結果］
以上の関係式（２）〜（７）を用いて、補修確率Ａをパラメータとした溶鋼生産性のシミュレーション行った結果が、図３〜図７に示してある。図３は計算結果を表の形にしたもので、それらを基にグラフ化したものが図４〜図７である。
図４は、横軸に補修確率Ａ、縦軸に転炉寿命Ｄを取ったものである。この図から、補修確率Ａが０すなわち全く補修を行わない際には、転炉の寿命は初期値の２５００チャージであり、補修確率Ａが増えるに従って、約２００００ｃｈまで転炉寿命Ｄが増加していることがわかる。補修を数多く行うことで転炉の寿命をあげることができることが明らかとなっている。
図５には、３／３基比率Ｆと補修を考慮しないトータル生産チャージ数Ｊとの関係が示されている。この図からわかるように、３／３基比率Ｆが増加するに従ってトータルの生産チャージ数Ｊは線形的に増えており、３／３基比率Ｆが０％の時、Ｊ＝６８であるものが、Ｆ＝約１００％の時、Ｊ＝８０と大幅に増加している。
【００１７】
一方、図６には、３／３基比率Ｆと補修による生産性の減少量Ｋとの関係が示されている。この図から、３／３基比率Ｆが５５％までは、補修による生産性の減少量Ｋが０であるものの、それ以上になると減少量Ｋは著しく多くなることが判別できる。
以上の結果を要約すると、
(i) ３／３基比率Ｆを上げることで、３基の転炉が連続稼働に近くなり、溶鋼生産性は上がる（図５）。
(ii) ３／３基比率Ｆを上げることで、３基の転炉がフル稼働している状況となり、転炉の炉修を行う機会が減る。当然、それをカバーし炉寿命を延ばすために、転炉の補修を数多く行うようにしている（図４）。
【００１８】
(iii) しかしながら、補修は３０分〜数時間ではあるものの転炉を止める作業であるため、(ii)の状況、すなわち補修回数が多い状況下では、生産性が減ることになる（１回の補修で０．０７ｃｈ）。ゆえに、３／３基比率Ｆを上げることで、補修量に伴う溶鋼生産性の減少が起こる（図６）。
(i)と(iii)の傾向、換言すれば図５と図６とをそれぞれ加味したものが、図７であり、横軸に３／３基比率Ｆ、縦軸にトータル生産チャージ数Ｉが示してある。図中のグラフは、３／３基比率Ｆが増加するにつれ上に凸となっており、３／３基比率Ｆが約８０％において、トータル生産チャージ数Ｉが約７６と最高値を取るものとなっている。
【００１９】
この結果より考えて、本願発明では、トータル生産チャージ数Ｉの最高値の約２〜３％減まですなわちＩ＝７４を許容値と考えて、３／３基比率Ｆが５０％〜９５％となるように３基の転炉を操業することとしている。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記転炉設備に設けられ且つ転炉を稼働させるに必要な機能を有する転炉周辺設備の修理を実施するに際し、２基の転炉が稼働中であり他の１基が炉修中又は休止中にある状況を２／３基稼働と定義して、前記転炉周辺設備の修理時間が所定時間以上の場合は２／３基稼働を行い、所定時間以内の場合は３基全ての転炉が稼働する３／３基稼働を行うことを特徴とする。
【００２０】
転炉の操業においては、ランスが装入口から挿入できないなどの転炉周辺設備の故障が発生することがある。そのような場合、その修理は、短時間（３０分程度）で済むこともあれば比較的長い時間（例えば５時間以上）かかることもある。
本願発明人は、そのような転炉周辺設備の故障例を数々検討した結果、転炉周辺設備の修理時間が短時間である場合は、３／３基稼働とした上で、チャージの順番を工夫するなどして転炉の休止時間を確保し、この休止時間を転炉周辺設備の修理時間として利用すると、溶鋼生産性の観点からは非常に有利であることを突き止めた。
【００２１】
一方、転炉周辺設備の修理時間が５時間以上かかるような場合は、修理に該当する転炉を休止し、炉修の際と同じように２基の転炉を稼働状態（２／３基稼働）とすると、溶鋼生産性の観点から有利であることも明らかにしている。
３基の転炉をこのように操業することで、溶鋼生産性をなるべく落とすことなく転炉を操業することができる。
なお、本発明における課題解決のための技術的手段として、前記転炉の内壁に対する簡易的な修理である「補修」を行うに際し、補修にかかる時間を、Ｔ／４〜３Ｔの範囲内（Ｔは製鋼時間）としていることを特徴とする。以下、その理由について説明する。
【００２２】
図１０には、補修時間が約５〜６００分まで変化した場合における、転炉寿命の延長の度合い（補修効果）と、地金取りにかかる時間とをシミュレーションした結果が示されている。全ての計算において、製鋼時間は３５分であり、クレーンでの溶銑供給時間は１５分である。
図の横軸は製鋼時間Ｔで換算された補修時間であり、縦軸には補修効果ならびに地金取り時間が示されている。
図中のグラフIは、補修効果の変化を示したものであり、補修時間を長くすることで、補修作業を確実に行うことができて１回の補修で延びるチャージ数が多くなることが示されている。補修時間を約０．２５Ｔ（Ｔ／４）まで長くすると、転炉寿命が約３チャージ延長する。その一方、補修時間を約０．４Ｔ以上とすると、補修効果＝５．０チャージでそれ以上は増えなくなる。
【００２３】
グラフIIは、地金取りにかかる時間の変化を示したものである。補修時間が３Ｔ以下では、地金取り時間はゼロであり、補修時間が３Ｔ以上になると、地金取り時間が発生するようになる。このことは、補修時間が長くなることで転炉自体の温度が降下し、転炉の装入口に地金等が付着する可能性が大きくなることを反映している。ゆえに、補修時間を極端に長くすることは得策ではなく、グラフIIからわかるように、補修時間を３Ｔ以下とすれば、地金取り作業の作業時間をなしとすることができる。
これらのことを鑑み、補修時間をＴ／４〜３Ｔの範囲内とすることで、補修効果を適切なものとしつつ、地金取り作業の時間増加を防ぐことができるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、３基の転炉を備える転炉設備での操業において、３基の転炉を稼働させる期間と２基の稼働期間とを適切な配分にすることで、溶鋼生産能力を大幅に向上することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる転炉への溶銑供給方法の実施形態を、図を基に説明する。
本実施形態の転炉設備１は、図１１に示される従来例とほぼ同一であり、３基の転炉２と、これら転炉２に溶銑を供給する取鍋３と、この取鍋３を搬送する２基のクレーン４とを有している。さらに、３基の転炉２のそれぞれには、吹錬で発生した排ガスを集煙して有害物質を除去したり一酸化炭素を回収したりする排ガス処理設備５が備えられていると共に、各転炉２に酸素を供給したりする酸素供給設備６が設けられている。この酸素供給設備６は、転炉１基が吹錬に使用する酸素量の２倍を供給できるものであると共に、排ガス処理設備５は、２基の転炉１から排出されるＣＯガスなどを回収する能力を有している。つまり、排ガス処理設備５や酸素供給設備６から構成される転炉周辺設備７は、２基の転炉２で同時に吹錬を行わせる能力を有するものとなっており、３基の転炉２での同時吹錬は不可能なものとなっている。
【００２６】
本願発明は、図１〜図７に示す如く、溶銑の吹錬を行う３基の転炉２を備えた転炉設備１で、炉体寿命を過ぎた転炉２に対する修理である「炉修」が行われておらず且つ稼働中である転炉２の数が３基である期間を３／３基稼働期間と定義し、前記転炉２の少なくとも１つ以上が稼働している期間に対する前記３／３基稼働期間の占める割合を３／３基比率として求め、この３／３基比率が５０％〜９５％となるように３基の転炉２を操業するものである。
前記転炉設備１での各工程を詳しく説明すると、まず、取鍋３に入った溶銑はクレーン４により搬送され、転炉２に装入される。具体的には、転炉２を傾動し、炉内にスクラップ等を装入した上で溶銑を流し入れるようにする。
【００２７】
その後、溶銑中のりんＰを主に取り除くと共に炭素Ｃを適切なものとするために、転炉２の炉口からランス（図示せず）を挿入し、溶銑上面に近づけ、酸素ガスを吹き付けると同時に、炉底から吹き込みガスで溶銑を撹拌しつつ精錬（吹錬）を開始する。同時に、石灰ＣａＯ等の造滓材や酸化鉄ＦｅxＯy等の冷却材、すなわち副原料を投入することで、りんＰは投入された酸素と反応してスラグ相に移行し、溶銑の上方に浮いた状態で積層するようになる。
このように、転炉２に溶銑が装入され、この溶銑が吹錬されることで成分調整された溶鋼となり、この溶鋼が転炉２から排出される一連の工程を「チャージ」といい、１チャージは約３５分程度で行われる。
【００２８】
一方、転炉２の内壁は溶銑により常に高温にさらされていて、内壁を構成する耐火レンガは徐々に溶け減ってゆく。ゆえに、転炉２は、耐火レンガが溶け減って転炉自身の機能を失う「寿命」をもっている。この寿命を超えて転炉２を長期間に亘って稼働させることは不可能であるため、図１（ａ）に示すように、転炉２では、一定期間稼働した後、転炉２内の耐火レンガを張り替えたりする大規模な修理、「炉修」が行われるものとなっている。転炉２の寿命を日数に直すと、大雑把ではあるが１５０日前後であり、炉修は約２０日前後である。また、１回の転炉寿命内では約５０００回のチャージが行われるのが通常である。
【００２９】
加えて、通常の転炉操業においては、転炉２に対する地金取りや孔巻き、耐火物の補修などの補修作業が随時行われ、これらの作業は転炉２の安定操業のためには必須である。
ここでいう地金取り作業とは、転炉２の溶銑装入口近傍にスロッピング等により溶銑が固着し地金となっており、この地金を除去する作業である。約１０チャージに１回程度行われるもので約３０分程度の時間を有する。
孔巻き作業とは、転炉２の出銑口の耐火レンガが溶鋼により徐々に劣化していくため、所定間隔で、かかる耐火レンガを取り替える作業である。孔巻き作業は約１００チャージに１回行われるものであり、約６０分の作業時間を必要とする。
【００３０】
耐火レンガ（耐火物）の補修は、転炉２の内壁に耐火補修材を吹き付けるなどして簡易的ながら炉寿命を大幅に向上させる修理であって、約１０チャージ毎に行われ、１回の補修に約３０分の時間を必要とする。
図１（ａ）は、３基の転炉２の稼働状況を、例えば１日を最小単位とするマクロの観点で記載したものであり、図１（ｂ）は、時間を最小単位とするミクロの観点で記載したものである。
まず、図１（ａ）中のＰに示されているように、転炉Ａと転炉Ｂとが稼働中であって、転炉Ｃは炉修ならびにそれに続く休止中となっているとする。その後、転炉Ｃも稼働状態とし、溶銑の吹錬を行わせるようにする。この状態は、３基の転炉２が同時に稼働しており、３／３基稼働期間となっている。
【００３１】
その後、転炉Ａの炉寿命がやってきて、転炉Ａの炉修を行う必要が出てくる。炉修とは、一旦転炉２の温度を常温まで下げた後、溶損した耐火レンガを取り外し、転炉２の装入口などから搬入した新しい耐火レンガを炉内側に貼り付けていくものであって、炉修の期間は数日から２０日ほどかかる。炉修中は、転炉Ｂと転炉Ｃの２基で吹錬が行われており、この状況を２／３基稼働期間と定義する。
３／３基稼働期間中においては、図１（ｂ）に示すように、３基の転炉２を順次稼働させており、各チャージが完全に並列で重なるようにはなっていない。詳細は後述するものの、転炉周辺設備７が３基の転炉２を同時に稼働するだけの能力を有していないためである。転炉２を順次稼働させることで、マクロ的には３基の転炉２が稼働している状況であるものの、ミクロ的には２基の転炉２が稼働し、チャージが順次行われ、大きく生産性を向上させることができるものとなっている。
【００３２】
しかしながら、溶鋼生産能力を上げようとして、３基の転炉２を全て稼働状態にした場合、転炉２は炉修の機会を失うことになり、長期に亘って操業が継続できないという不都合が生じてくる。そこで、炉修を行うために、全操業時間の中の何割かを、１基の転炉２を休止させ他の２基のみを操業する２／３基稼働とすることが必要となってくる。つまり、３／３基稼働の期間と２／３基稼働の期間とを適切な割合にすることが非常に重要な事項となってくる。
本実施形態では、転炉２の少なくとも１つ以上が稼働している期間に対する３／３基稼働期間の占める割合である３／３基比率を、式（１）を使って求めるようにし、かかる３／３基比率が５０％〜９５％となるようにしている。
【００３３】
図７からわかるように、３／３基比率を５０％〜９５％とすることで、トータル生産チャージ数Ｉが最高値の約２〜３％減までで抑えられて、トータル生産チャージ数Ｉを常に７４以上としている。こうすることで、高い溶鋼生産性を維持すると共に、転炉の炉修を確実に行って高寿命とすることが可能となっている。
次に、転炉２の３／３基稼働期間中における、各転炉２のチャージの順番について述べる。
図８は、本実施形態における３基の転炉２でのチャージの順番を示したものである。この図は、図１（ｂ）を詳しくしたものであり、転炉２の操業状況をミクロ視したもので、本実施形態における３基の転炉２でのチャージの順番を示したものである。
【００３４】
まず、第１の転炉２（転炉Ａ）での吹錬が終了する前に、第２の転炉２（転炉Ｂ）での吹錬を開始するように設定し、第３の転炉２（転炉Ｃ）の吹錬開始を、第２の転炉２での吹錬が終了する前で、且つ第１の転炉２での前回吹錬終了〜次回吹錬開始の間に設定している。
詳しくは、転炉Ａでは、時間０ｍｉｎの前から溶銑装入が開始され、時間０ｍｉｎを過ぎたあたりで吹錬が開始される。吹錬は２０ｍｉｎ過ぎに終了し、その後、溶鋼の払い出しが行われ、３０ｍｉｎ過ぎに出鋼が完了する。
【００３５】
転炉Ｂでは、時間１０ｍｉｎの前から溶銑装入が開始され、時間１０ｍｉｎを過ぎたあたりで吹錬が開始される。吹錬は３０ｍｉｎ過ぎに終了し、その後、溶鋼の払い出しが行われ、４０ｍｉｎ過ぎに出鋼が完了する。図からわかるように、転炉Ｂでの吹錬の開始は転炉Ａの吹錬途中であり、時間１０ｍｉｎ〜２０ｍｉｎの間では、転炉Ａ，Ｂの両者で吹錬が行われるものとなっている。
転炉Ｃでは、時間２０ｍｉｎの前から溶銑装入が開始され、時間２５ｍｉｎあたりで吹錬が開始される。吹錬は４５ｍｉｎ過ぎに終了し、その後、溶鋼の払い出しが行われ、５５ｍｉｎ過ぎに出鋼が完了する。転炉Ｃでの吹錬の開始は転炉Ｂの吹錬途中であると共に、転炉Ａでの吹錬終了後である。すなわち、吹錬が行われる順番はＡ０→Ｂ０→Ｃ０であり、図上で右斜め下がりの矢印上に並ぶものとなっている。
【００３６】
さらに、当該転炉Ｃでの吹錬が終了する前に、再び転炉Ａへの溶銑装入が開始され、それに続いて吹錬が行われるようになる。その後同様に、転炉Ａでの吹錬途中に、転炉Ｂでの吹錬が開始され、転炉Ｂの吹錬途中であって転炉Ａの吹錬終了後に、転炉Ｃでの吹錬が開始されるようになっている。つまり、吹錬が行われる順番はＡ１→Ｂ１→Ｃ１であり、図上で右斜め下がりの矢印上に並ぶものとなる。
このようにすることで、いかなるフェーズ（時間）においても、吹錬中の転炉２は２基であり、転炉周辺設備７の能力を超えるものとはなっていない。しかしながら、マクロ的に見ると、図１（ａ）の如く、３基が同時に稼働している３／３基稼働期間となっており、溶銑生産能力が著しく向上可能な状況となっている。図８においては、約３５分間の間に３回の吹錬開始が含まれているため、本稼働状態の転炉設備１は、３５分で３チャージ、すなわち１時間で５チャージの生産能力を有していることになる。
【００３７】
図８の吹錬Ａ０を含むチャージに着目してみると、かかる吹錬Ａ０の開始から、次チャージでの吹錬Ａ１の開始との間には、転炉Ｂの吹錬開始と転炉Ｃの吹錬開始がそれぞれ１回ずつ存在することがわかる。このような状況下にあるチャージを「順次稼働している転炉」におけるチャージであると定義する。加えて、３基の転炉２による全チャージ数に対する、順次稼働している転炉２のチャージ数を「順次稼働比率」と定義するようにする。
この順次稼働比率が上がれば上がるほど、３基の転炉２が待ち時間なく稼働していることになり、理論上は溶鋼生産能力が向上することになる。
【００３８】
しかしながら、現実には、前述した「転炉の補修」のための時間（期間）が必ず必要であり、転炉２の順次稼働比率が大きい場合、これらの補修時間を確保することが困難となり、溶鋼生産性が落ちるようになる。
本実施形態の場合は、３基の転炉２の順次稼働比率を４０％〜９５％の間としている。より好ましくは５０％〜９０％の範囲とするとよく、順次稼働比率を７５％とすることで生産性の最大値を得ることができるようになる。
また、本実施形態では、かかる補修時間を確実に得るために、図９に示すように、Ａ→Ｂ→Ｃと続いていた転炉２の稼働順番をＣ→Ｂ→Ａと変えることで、転炉Ａに補修を行うことのできる時間を作るようにしている。つまり、転炉Ｃを稼働した後、転炉Ｂを稼働させ、その後転炉Ａを稼働させることで、転炉Ａにおける１チャージに近い時間を非稼働状態とでき、その期間を補修時間とするようにしている。
【００３９】
なお、以上述べた補修時間は、図１０に示すように、Ｔ／４〜３Ｔの範囲内とすることで、補修効果を適切なものとしつつ、地金取り作業の時間増加を防ぐことができるようになる。より好ましくは、補修時間をＴ／４〜１．５Ｔとするとよい。
また、転炉２の操業においては、ランスが装入口から挿入できないなどの転炉周辺設備７の故障が発生することがある。そのような場合、その修理は、短時間（３０分程度）で済むこともあれば比較的長い時間（例えば５時間以上）かかることもある。
そこで、転炉周辺設備７の修理時間が短時間である場合は、３／３基稼働とした上で、本実施形態で述べたように、チャージの順番を逆順とするなどして補修時間を確保し、この補修時間を転炉周辺設備７の修理時間として利用すると、溶鋼生産性の観点からは非常に有利である。
【００４０】
一方、転炉周辺設備７の修理時間が５時間以上かかるような場合は、逆順などで修理時間を確保するよりは、修理に該当する転炉２を休止し、炉修の際と同じように２基の転炉２を稼働状態（２／３基稼働）とすると、溶鋼生産性の観点から有利である。転炉周辺設備７の修理時間を確保すべく、転炉２を３／３基稼働とするか２／３基稼働とするかの境としては、転炉２の再稼働時の昇温に必要な約３時間を採用し「修理時間＝３時間」を境界値とすることが好ましい。
なお、本発明の転炉２への溶銑供給方法は、上記実施の形態に限定されるものではない。また、転炉２は上吹き転炉、底吹き転炉、又は上底吹き転炉のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかる転炉操業の順番を示したものであり、（ａ）はマクロ的に見たもの、（ｂ）はミクロ的に見たものである。
【図２】補修確率と補修効果との関係を示した図である。
【図３】補修確率をパラメータとした溶鋼生産性のシミュレーション結果である。
【図４】補修確率と転炉寿命との関係を示した図である。
【図５】３／３基比率と溶鋼生産性との関係を示した図である。
【図６】３／３基比率と補修による溶鋼生産性の減少量との関係を示した図である。
【図７】３／３基比率とトータルの溶鋼生産性との関係を示した図である。
【図８】転炉のチャージの順番を示した図である。
【図９】転炉のチャージの順番を示した図である（逆順の場合）。
【図１０】補修時間と補修効果ならびに地金取り時間との関係を示した図である。
【図１１】従来及び本発明にかかる転炉設備の正面概略図である。
【図１２】従来の転炉操業の順番を示したものであり、（ａ）はマクロ的に見たもの、（ｂ）はミクロ的に見たものである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 転炉設備
２ 転炉
７ 転炉周辺設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑の吹錬を行う３基の転炉を備えた転炉設備で、炉体寿命を過ぎた転炉に対する修理を「炉修」とすると共に、３基の転炉全てが該炉修中又は休止中ではなく稼働中である期間を３／３基稼働期間とし、転炉の少なくとも１つ以上が稼働している期間を全稼働期間とし、該全稼働期間に対する３／３基稼働期間の占める割合を３／３基比率と定義して、
この３／３基比率が５０％〜９５％となるように３基の転炉を操業することを特徴とする転炉の操業方法。
【請求項２】
前記３／３基比率を次式で求めることを特徴とする請求項１に記載の転炉の操業方法。
３／３基比率 ＝ １−ＣＨ×Ｒ／Ｌ ・・・（１）
ＣＨ：転炉設備における一日の全チャージ数（ｃｈ／日）
Ｒ ：転炉が炉修中あるいは休止中である日数（日）
Ｌ ：転炉の炉体寿命（ｃｈ）
【請求項３】
前記転炉設備に設けられ且つ転炉を稼働させるに必要な機能を有する転炉周辺設備の修理を実施するに際し、
２基の転炉が稼働中であり他の１基が炉修中又は休止中にある状況を２／３基稼働と定義して、前記転炉周辺設備の修理時間が所定時間以上の場合は２／３基稼働を行い、所定時間以内の場合は３基全ての転炉が稼働する３／３基稼働を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の転炉の操業方法。
【請求項４】
前記転炉の内壁に対する簡易的な修理である「補修」を行うに際し、補修にかかる時間を、Ｔ／４〜３Ｔの範囲内（Ｔは製鋼時間）としていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転炉の操業方法。
【請求項１】
溶銑の吹錬を行う３基の転炉を備えた転炉設備で、炉体寿命を過ぎた転炉に対する修理を「炉修」とすると共に、３基の転炉全てが該炉修中又は休止中ではなく稼働中である期間を３／３基稼働期間とし、転炉の少なくとも１つ以上が稼働している期間を全稼働期間とし、該全稼働期間に対する３／３基稼働期間の占める割合を３／３基比率と定義して、
この３／３基比率が５０％〜９５％となるように３基の転炉を操業することを特徴とする転炉の操業方法。
【請求項２】
前記３／３基比率を次式で求めることを特徴とする請求項１に記載の転炉の操業方法。
３／３基比率 ＝ １−ＣＨ×Ｒ／Ｌ ・・・（１）
ＣＨ：転炉設備における一日の全チャージ数（ｃｈ／日）
Ｒ ：転炉が炉修中あるいは休止中である日数（日）
Ｌ ：転炉の炉体寿命（ｃｈ）
【請求項３】
前記転炉設備に設けられ且つ転炉を稼働させるに必要な機能を有する転炉周辺設備の修理を実施するに際し、
２基の転炉が稼働中であり他の１基が炉修中又は休止中にある状況を２／３基稼働と定義して、前記転炉周辺設備の修理時間が所定時間以上の場合は２／３基稼働を行い、所定時間以内の場合は３基全ての転炉が稼働する３／３基稼働を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の転炉の操業方法。
【請求項４】
前記転炉の内壁に対する簡易的な修理である「補修」を行うに際し、補修にかかる時間を、Ｔ／４〜３Ｔの範囲内（Ｔは製鋼時間）としていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転炉の操業方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１１７９７３（Ｐ２００６−１１７９７３Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０４８６３（Ｐ２００４−３０４８６３）
【出願日】平成１６年１０月１９日（２００４．１０．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１９日（２００４．１０．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]