JP2014201775A

JP2014201775A - 副原料輸送スケジュール作成装置及び副原料輸送スケジュール作成方法

Info

Publication number: JP2014201775A
Application number: JP2013077015A
Authority: JP
Inventors: 健太郎岡崎; Kentaro Okazaki
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】副原料及び合金鉄の銘柄の違いを考慮して、副原料及び合金鉄の必要投入量及び吹錬設備に関する条件を満足しつつ原料コストが最小になる副原料及び合金鉄の輸送スケジュールを作成すること。
【解決手段】副原料輸送スケジュール作成装置１０は、副原料及び／又は合金鉄の溶銑への投入量に関する制約条件及び副原料及び／又は合金鉄に対する輸送設備及び炉上ホッパーの制約条件を満足しつつ、副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の溶銑への投入量及び炉上ホッパーへの輸送タイミングを変数、吹錬プロセスにおいて用いる副原料及び／又は合金鉄のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって、炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の輸送スケジュールを作成するスケジュール作成部１１ｂを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、転炉での吹錬プロセスにおいて溶銑に副原料や合金鉄を投入する炉上ホッパーへの副原料や合金鉄の輸送スケジュールを作成する副原料輸送スケジュール作成装置及び副原料輸送スケジュール作成方法に関する。

転炉での吹錬プロセスでは、転炉の上部に設けられた炉上ホッパーから溶銑内に副原料や合金鉄（以下、副原料と総称）を投入する必要がある。炉上ホッパー内の副原料の残量が少なくなった際には、複数の地上バンカー間で共用されている１台の輸送設備を利用して地上バンカーから炉上ホッパーへと副原料を輸送し、副原料を補充する。このような背景から、特許文献１には、鋼種等によって予め決められた溶銑への副原料の投入量に従って炉上ホッパーへの副原料の輸送の要不要を判定することにより、炉上ホッパーへの副原料の輸送スケジュールを作成する技術が提案されている。

特開平７−１８３２１号公報

副原料には複数の銘柄があり、その銘柄によって含有成分、炉上ホッパーに貯蔵可能な量、単位重量あたりの価格等が異なる。従って、副原料の輸送スケジュールは、副原料の銘柄の違いを考慮して、所望の鋼種を得るために必要な溶銑への副原料の投入量に関する条件及び炉上ホッパーに貯蔵可能な量の上限値や輸送設備による副原料の輸送速度の上限値といった吹錬設備に関する条件を満足し、且つ、原料コストが最小になるように決定する必要がある。

しかしながら、特許文献１記載の技術は、鋼種等によって予め決められた溶銑への副原料の投入量のみに従って副原料の輸送スケジュールを作成している。このため、特許文献１記載の技術によれば、副原料の銘柄の違いを考慮して、副原料の必要投入量及び吹錬設備に関する条件を満足しつつ原料コストが最小になる副原料の輸送スケジュールを作成することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、副原料及び／又は合金鉄の銘柄の違いを考慮して、副原料及び／又は合金鉄の必要投入量及び吹錬設備に関する条件を満足しつつ原料コストが最小になる副原料及び／又は合金鉄の輸送スケジュールを作成可能な副原料輸送スケジュール作成装置及び副原料輸送スケジュール作成方法を提供することにある。

本発明に係る副原料輸送スケジュール作成装置は、転炉での吹錬プロセスにおいて溶銑に副原料及び／又は合金鉄を投入する炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の輸送スケジュールを作成する副原料輸送スケジュール作成装置であって、副原料及び／又は合金鉄の溶銑への投入量に関する制約条件及び副原料及び／又は合金鉄に対する輸送設備及び炉上ホッパーの制約条件を満足しつつ、副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の溶銑への投入量及び炉上ホッパーへの輸送タイミングを変数、吹錬プロセスにおいて用いる副原料及び／又は合金鉄のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって、炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の輸送スケジュールを作成するスケジュール作成部を備える。

本発明に係る副原料輸送スケジュール作成装置は、上記発明において、前記スケジュール作成部が作成した輸送スケジュールをオペレータが操作する端末装置に出力する出力部を備える。

本発明に係る副原料輸送スケジュール作成方法は、転炉での吹錬プロセスにおいて溶銑に副原料及び／又は合金鉄を投入する炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の輸送スケジュールを作成する副原料輸送スケジュール作成方法であって、副原料及び／又は合金鉄の溶銑への投入量に関する制約条件及び副原料及び／又は合金鉄に対する輸送設備及び炉上ホッパーの制約条件を満足しつつ、副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の溶銑への投入量及び炉上ホッパーへの輸送タイミングを変数、吹錬プロセスにおいて用いる副原料及び／又は合金鉄のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって、炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の輸送スケジュールを作成するステップを含む。

本発明に係る副原料輸送スケジュール作成装置及び副原料輸送スケジュール作成方法によれば、副原料及び／又は合金鉄の銘柄の違いを考慮して、副原料及び／又は合金鉄の必要投入量及び吹錬設備に関する条件を満足しつつ原料コストが最小になる副原料及び／又は合金鉄の輸送スケジュールを作成することができる。

図１は、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置が適用される吹錬設備の構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置の構成を示すブロック図である。図３は、吹錬スケジュールデータの一例を示す図である。図４は、副原料銘柄データの一例を示す図である。図５は、設備条件データの一例を示す図である。図６は、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール最適化処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置の構成及びその副原料輸送スケジュール作成方法について説明する。

〔吹錬設備の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置が適用される吹錬設備の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置が適用される吹錬設備の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置が適用される吹錬設備１は、転炉２での吹錬プロセスにおいて転炉２内の溶銑３に副原料や合金鉄（以下、副原料と総称）を投入するものである。吹錬設備１は、Ｐ個の地上バンカー４_１〜４_Ｐ、Ｐ個の炉上ホッパー５_１〜５_Ｐ、及び輸送装置６ａ〜６ｃを備えている。

Ｐ個の地上バンカー４_１〜４_Ｐは、地上に設けられ、それぞれ互いに異なる銘柄の副原料を貯蔵する。Ｐ個の炉上ホッパー５_１〜５_Ｐは、転炉２の上部に設けられ、それぞれ互いに異なる銘柄の副原料を貯蔵する。Ｐ個の炉上ホッパー５_１〜５_Ｐは、図示しない制御装置からの制御信号に従って内部に貯蔵している副原料を転炉２内の溶銑３に投入する。このように、本実施形態では、吹錬設備１はＰ種類の銘柄の副原料を溶銑３に投入可能なように構成されている。輸送装置６ａ〜６ｃは、ベルトコンベア等の輸送設備によって構成され、地上バンカー４_１〜４_Ｐ内の副原料を炉上ホッパー５_１〜５_Ｐに輸送する。

〔副原料輸送スケジュール作成装置の構成〕
次に、図２〜図５を参照して、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置の構成を示すブロック図である。図３は、吹錬スケジュールデータの一例を示す図である。図４は、副原料銘柄データの一例を示す図である。図５は、設備条件データの一例を示す図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール作成装置１０は、装置本体１１と、データベース１２と、を備えている。装置本体１１は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、情報処理装置内部の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによってデータ取得部１１ａ、スケジュール作成部１１ｂ、及び出力部１１ｃとして機能する。これら各部の機能については後述する。

データベース１２は、後述する副原料輸送スケジュール最適化処理において用いられる吹錬スケジュールデータ、副原料銘柄データ、及び設備条件データを記憶している。吹錬スケジュールデータは、副原料輸送スケジュール作成装置１の上位コンピュータから送信されるデータであり、確定しているＮ回の吹錬プロセスのスケジュールに関するデータを含んでいる。具体的には、図３に示すように、吹錬スケジュールデータは、確定している吹錬プロセス毎に付与された固有の識別番号（吹錬スケジュールＩＤ）ｉ（＝１〜Ｎ）、ｉ番目の吹錬プロセスの際に溶銑３に投入すべきＭ種類の成分の下限量Ｌ_ｉｊ及び上限量Ｈ_ｉｊ（ｉ＝１〜Ｎ，ｊ＝１〜Ｍ）、及びｉ番目の吹錬プロセスの予定開始時刻に関するデータを含んでいる。

副原料銘柄データは、副原料のＰ種の銘柄毎のデータを含んでいる。具体的には、図４に示すように、副原料銘柄データは、副原料の銘柄毎に付与された固有の識別番号（銘柄ＩＤ）ｋ（＝１〜Ｐ）、銘柄ｋの副原料に含まれているＭ種類の成分の割合ａ_ｋｊ（ｋ＝１〜Ｐ，ｊ＝１〜Ｍ）のデータ、及び銘柄ｋの副原料の単位重量あたりの価格（単価）Ｑ_ｋ（ｋ＝１〜Ｐ）のデータを含んでいる。なお、Ｍ種類の成分の割合ａ_ｋｊを全て加算すると１になるので、銘柄ｋの副原料における成分の割合ａ_ｋｊは以下に示す数式（１）を満足する。

設備条件データは、副原料を炉上ホッパー５_１〜５_Ｐに投入する上での炉上ホッパー５_１〜５_Ｐ及び輸送装置６ａ〜６ｃに関するデータを含んでいる。具体的には、図５に示すように、設備条件データは、銘柄ｋ（＝１〜Ｐ）を投入する炉上ホッパー５_ｋの容量Ｓ_ｋ（ｋ＝１〜Ｐ）のデータ及び輸送装置６ａ〜６ｃを利用して銘柄ｋの副原料を炉上ホッパー５_ｋに単位時間あたりに輸送可能な量Ｖ_ｋに関するデータ（ｋ＝１〜Ｐ）を含んでいる。

〔副原料輸送スケジュール最適化処理〕
このような構成を有する副原料輸送スケジュール作成装置１０は、以下に示す副原料輸送スケジュール最適化処理を実行することによって、副原料の必要投入量及び炉上ホッパー５_１〜５_Ｐ及び輸送装置６ａ〜６ｃに関する条件を満足しつつ原料コストが最小になる副原料の輸送スケジュールを作成する。以下、図６に示すフローチャートを参照して、副原料輸送スケジュール最適化処理を実行する際の副原料輸送スケジュール作成装置１０の動作について説明する。

図６は、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール最適化処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、副原料輸送スケジュール作成装置１０に副原料輸送スケジュール最適化処理の実行命令が入力されたタイミング又は吹錬スケジュールデータの変更や吹錬処理の完了の度毎に開始となり、副原料輸送スケジュール最適化処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、データ取得部１１ａが、Ｐ個の炉上ホッパー５_１〜５_Ｐのそれぞれに格納されている副原料の残量のデータをホッパー内残量データＶ_０ｋ（ｋ＝１〜Ｐ）として取得する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、副原料輸送スケジュール最適化処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、スケジュール作成部１１ｂが、データベース１２からＮ回の吹錬プロセスの予定開始時刻のデータを読み出す。そして、スケジュール作成部１１ｂは、（ｉ−１）回目の吹錬プロセスの予定開始時刻からｉ回目の吹錬プロセスの予定開始時刻までの時間ｔ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）算出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、副原料輸送スケジュール最適化処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、スケジュール作成部１１ｂが、データベース１２からｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）の吹錬プロセスの際に投入するＭ種類の成分の下限量Ｌ_ｉｊ及び上限量Ｈ_ｉｊ（ｊ＝１〜Ｍ）のデータ、銘柄ｋ（＝１〜Ｐ）の副原料に含まれているＭ種類の成分の割合ａ_ｋｊのデータ、銘柄ｋの副原料を貯蔵する炉上ホッパーの容量Ｓ_ｋのデータ、及び輸送装置６ａ〜６ｃを利用して銘柄ｋの副原料を炉上ホッパー５_ｋに単位時間あたりに輸送可能な量Ｖ_ｋを読み出す。

そして、スケジュール作成部１１ｂは、ｉ回目の吹錬プロセスにおいて溶銑３に投入する銘柄ｋの副原料の量ｘ_ｉｋと（ｉ−１）回目の吹錬プロセスの予定開始時刻からｉ回目の吹錬プロセスの予定開始時刻までの間に地上バンカー４_１〜４_Ｐから炉上ホッパー５_１〜５_Ｐまで銘柄ｋの副原料を輸送するために輸送装置６ａ〜６ｃを使う時間ｙ_ｉｋとを変数として、以下に示す数式（３）〜（７）を制約条件として以下の数式（２）に示す目的関数Ｆが最小になる変数ｘ_ｉｋ，ｙ_ｉｋを求める最適化問題（線形計画問題）を解く。変数ｙ_ｉｋは、各吹錬プロセスにおける輸送装置６ａ〜６ｃの最適な使用スケジュールとなる。なお、最適化問題は、シンプレックス法等の既存のロジックを利用することにより容易に解くことができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、副原料輸送スケジュール最適化処理はステップＳ４の処理に進む。

ここで、数式（２）は、Ｎ回の吹錬プロセスにおいて投入された副原料（Ｐ種の銘柄）のコストを表している。数式（３）は、各吹錬プロセスにおけるＭ種の成分の投入量ｘ_ｉｋ・ａ_ｋｊを下限量Ｌ_ｉｊ以上とする制約条件を表している。数式（４）は、各吹錬プロセスにおけるＭ種の成分の投入量ｘ_ｉｋ・ａ_ｋｊを上限量Ｈ_ｉｊ以下とする制約条件を表している。数式（５）は、炉上ホッパー内の銘柄ｋの副原料の量を直前の吹錬プロセスにおける副原料の投入量ｘ_{（ｉ−１）ｋ}及び副原料の輸送量ｙ_ｉｋ・Ｖ_ｋに関係なく常に炉上ホッパーの容量以下とする制約条件を表している。数式（６）は、炉上ホッパー内の銘柄ｋの副原料の量を副原料の投入量ｘ_ｉｋ及び輸送量ｙ_ｉｋに関係なく常にゼロ以上とする制約条件を表している。数式（７）は、輸送装置６ａ〜６ｃを使う時間ｙ_ｉｋを常にステップＳ２の処理によって算出された時間ｔ_ｉ以下とする制約条件を表している。

ステップＳ４の処理では、出力部１１ｃが、ステップＳ３の処理によって算出された（ｉ−１）回目の吹錬プロセスの予定開始時刻からｉ回目の吹錬プロセスの予定開始時刻までの間に地上バンカー４_１〜４_Ｐから炉上ホッパー５_１〜５_Ｐまで銘柄ｋの副原料を輸送するために輸送装置６ａ〜６ｃを使う時間ｙ_ｉｋに関する情報をオペレータが操作する端末装置に出力する。以後、オペレータは、端末装置に出力された情報に従って地上バンカー４_１〜４_Ｐから炉上ホッパー５_１〜５_Ｐへの副原料の輸送作業を制御する。なお、出力部１１ｃは、輸送装置６ａ〜６ｃに副原料の輸送指示を伝送し、輸送装置６ａ〜６ｃによる副原料の輸送作業を直接制御してもよい。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の副原料輸送スケジュール最適化処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である副原料輸送スケジュール最適化処理では、スケジュール作成部１１ｂが、副原料の溶銑３への投入量に関する制約条件及び副原料に対する輸送装置６ａ〜６ｃ及び炉上ホッパー５_１〜５_Ｐの制約条件を満足しつつ、副原料の銘柄毎の溶銑３への投入量及び炉上ホッパー５_１〜５_Ｐへの輸送タイミングを変数、吹錬プロセスにおいて用いる副原料のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって、炉上ホッパー５_１〜５_Ｐへの副原料の銘柄毎の輸送スケジュールを作成する。これにより、副原料の銘柄の違いを考慮して、副原料の必要投入量及び吹錬設備１に関する条件を満足しつつ原料コストが最小になる副原料の輸送スケジュールを作成することができる。また、吹錬スケジュールデータの変更や吹錬処理の完了の度毎に最新の吹錬スケジュールデータを用いて副原料の銘柄毎の輸送スケジュールを作成するので、操業の進行に合わせて常に最適な副原料輸送を行うことができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１吹錬設備
２転炉
３溶銑
４_１〜４_Ｐ地上バンカー
５_１〜５_Ｐ炉上ホッパー
６ａ〜６ｃ輸送装置
１０副原料輸送スケジュール作成装置
１１装置本体
１１ａデータ取得部
１１ｂスケジュール作成部
１１ｃ出力部
１２データベース

Claims

転炉での吹錬プロセスにおいて溶銑に副原料及び／又は合金鉄を投入する炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の輸送スケジュールを作成する副原料輸送スケジュール作成装置であって、
副原料及び／又は合金鉄の溶銑への投入量に関する制約条件及び副原料及び／又は合金鉄に対する輸送設備及び炉上ホッパーの制約条件を満足しつつ、副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の溶銑への投入量及び炉上ホッパーへの輸送タイミングを変数、吹錬プロセスにおいて用いる副原料及び／又は合金鉄のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって、炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の輸送スケジュールを作成するスケジュール作成部を備えることを特徴とする副原料輸送スケジュール作成装置。
前記スケジュール作成部が作成した輸送スケジュールをオペレータが操作する端末装置に出力する出力部を備えることを特徴とする請求項１に記載の副原料輸送スケジュール作成装置。
転炉での吹錬プロセスにおいて溶銑に副原料及び／又は合金鉄を投入する炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の輸送スケジュールを作成する副原料輸送スケジュール作成方法であって、
副原料及び／又は合金鉄の溶銑への投入量に関する制約条件及び副原料及び／又は合金鉄に対する輸送設備及び炉上ホッパーの制約条件を満足しつつ、副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の溶銑への投入量及び炉上ホッパーへの輸送タイミングを変数、吹錬プロセスにおいて用いる副原料及び／又は合金鉄のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって、炉上ホッパーへの副原料及び／又は合金鉄の銘柄毎の輸送スケジュールを作成するステップを含むことを特徴とする副原料輸送スケジュール作成方法。