インドの鉄鋼業界で高炉酸素富化燃焼による収益向上のためVPSA酸素システム導入の傾向が拡大

近年、インドの鉄鋼生産は継続的に急速な成長を維持している。2018年にはインドが日本を抜き、粗鋼生産量1億650万トンで中国に次ぐ世界第2位の鉄鋼生産国となった。インド政府が策定した国家鉄鋼開発計画によると、インドの鉄鋼生産能力は2030年までに3億トンに達する見込みである。その頃には、インドに続く諸国が同国の第2位の地位を追い越すことは困難となるだろう。

非粘結炭と非製鉄用コークスを主な製鉄原料とする中国の主要な高炉製鉄プロセスと比較して、インドは主に直接還元鉄を生産しており、銑鉄生産量の約44%を占めている。直接還元鉄プロセスは大規模生産に適しておらず、インドでは原料炭も不足していることから、インドでは高炉の長期的な発展の可能性は大きい。インドの鉄鋼産業は高度に集中しており、2016年の鋼材CR3レベルは44%に達し、JSWやTATAなどの大規模鉄鋼メーカーは世界トップレベルの水準に達している。現在、インドの高炉における酸素富化微粉炭吹込みは、中国の鉄鋼業が選択する酸素製造技術の動向に追随している。2016年にはVPSA酸素製造プロセスがインドで初めて高炉に適用された。その後、JSW、JSPL、BPSLを含むインドの大規模鉄鋼グループが複数基のVPSA酸素ユニットを相次いで建設しており、これらはすべて以下の用途に使用されている。 高炉酸素富化製鉄.

多様な酸素富化解決策

酸素富化は高炉の増産において最も重要な役割を果たす。インドの鉄鋼各社は長年にわたり酸素富化技術を実践してきたが、高炉（HF）送風機の前に酸素富化を普及・促進し始めたのはここ数年のことである。その理由の一部は、高炉送風機の運転条件と酸素純度に対する制約により、送風機後方の酸素富化を選択せざるを得ず、VPSA酸素発生装置をコンプレッサーと組み合わせる必要があったことにある。

深冷空気分離と比較して、VPSA酸素製造技術はエネルギー消費を大幅に低減できるため、製鉄コストを削減できる。インドの鉄鋼各社は、中国の鉄鋼各社による高炉酸素富化微粉炭吹込みにおける先進的な経験を全面的に応用し、高炉送風機の制限の対象となる）送風機前方での酸素富化、あるいは完全な酸素富化のプロセスと解決策を認識しており、これにより酸素圧縮機への投資を節約できるだけでなく、さらなる省エネルギーも実現できる。

1. 送風機前の酸素富化

送風機の最大酸素富化率が30%に達する場合、高炉送風機の吸引力によって酸素を高炉システムに送り込むことが高炉に最も適した酸素富化技術であり、酸素圧縮機への投資を削減できるだけでなく、関連する手動操作と保守コストも節約できる。鉄鋼各社の酸素需要に応じて、以下のシステムソリューションが VPSA酸素システム 送風機前方の酸素富化と連携して、高い成熟度を示している。これには、VPSA酸素プラント、流量・圧力制御装置を備えた酸素パイプラインシステム、安全用窒素パイプライン、高炉送風機入口での酸素混合装置、システム制御装置などが含まれる。混合器後の酸素富化空気濃度の変動は、システムの共同制御により0.5%以内に抑えることができ、送風機入口での酸素純度のリアルタイム監視、自動流量調整、緊急時の自動酸素遮断・窒素充填保護など一連の安全対策により、通常時の酸素富化を最大限確保し、緊急時の完全な安全性を実現する。

北大先駆のVPSA酸素設備 - 高炉送風機前方酸素富化に優れたソリューションを提供

2. 高炉酸素富化率の大きな差異

酸素富化率が1%増加するごとに、生産量は少なくとも3%増加する。世界の多くの企業は、高炉の酸素富化量は30%以内に抑えるべきと考えている。約6%の酸素富化率を採用する中国の多くの鉄鋼各社とは異なり、インドの一部の従来型製鉄所では3～4%を必要とし、他の製鉄所では8～9%を必要とする。インドで送風機前方の酸素富化に対する一般的な受容性が高まるにつれ、最低4%から最高9%までの酸素富化率がすべて適用されている。3～4%の酸素富化率を必要とする製鉄所では、高炉送風機前方の酸素富化で十分に需要を満たすことができる。しかし、8～9%の場合は高炉送風機によって制限されるため、送風機前方で4～5%、送風機後方で4～5%の酸素富化率とすることで達成されている。

表3 酸素富化解決策のデータ比較（*送風機前酸素富化：6000*90%、送風機後：6000*90%+7000）

高炉（BF）製鉄における酸素富化は、微粉炭吹込み量を増やしコークス比を低減するだけでなく、溶錬強度と生産量の向上、ならびに高炉ガス（BFG）熱量の増加にも役立つ。これらの利点に基づき、インドの多くの鉄鋼各社はエネルギー消費を低減し利益率を向上させるために、高炉酸素富化技術の採用を志向している。VPSA酸素製造技術の急速な発展、特にラジアル吸着器の画期的な進歩により、単一鉄鋼所における酸素システムの総能力は70,000Nm³/h（純酸素）に達している。VPSA酸素プラントの低消費電力、容易な負荷調整、高い自動化度合いは、高炉向け酸素製造設備としての優先的な選択肢となっている。