JP5056294B2

JP5056294B2 - スラブ設計方法および装置

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Publication number: JP5056294B2
Application number: JP2007238647A
Authority: JP
Inventors: 克美黒川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: JP2009066629A

Description

本発明は、オーダー製造仕様および必要手配量からスラブ寸法・重量を決定するスラブ設計方法および装置に関するものである。

これまで熱間圧延後のコイル幅については、品質設計担当者が製造仕様を決定する作業の中で、熱間圧延後の品質上または熱間圧延の操業上で許容され、かつ、製鋼工程での操業制約に合致するスラブ幅範囲で任意に選択、または、前記スラブ幅範囲内での最大幅又は最小幅を一律に選択するように行っていた。

また、特許文献１に開示の技術では、各スラブの幅をそれぞれのスラブの鋳造可能最大幅と鋳造可能最小幅との範囲内に維持しつつ、続けて鋳造するスラブの幅を連続鋳造機の１回の鋳造中幅替えの最大幅変更量α以下とするように、連続鋳造スラブの幅を決定する方法を採っている。

これにより、連続鋳造機では鋳造中幅替えを実施しつつ、鋼種単位の連々鋳を最大とすることができ、連続鋳造機の鋳造能率が向上する。更に、可能な限りそのスラブの鋳造可能最大幅をスラブ幅に採用するので、単位時間当たりの鋳造量を拡大させることができ、連続鋳造機の鋳造能率が一層向上するとされてきた。
特開２０００−３０１３０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、連続鋳造機の鋳造能率が向上するようにスラブ幅を決められるものの、製鋼工程および熱延工程の両工程を考慮したスラブ幅決定になっていないという問題点がある。

すなわち、スラブ幅の選択は、製鋼工程および熱延工程の生産能力並びに製造コスト、品質に多大な影響があり、本来は下記に記すような製鋼工程および熱延工程の両工程について、生産能力、製造コスト、および品質の面からの影響を考慮して、全体最適化の観点からなされるべきである。

（１）生産能力
製鋼工程では、生産能力は鋳造速度が一定ならば鋳造幅に比例する。ただし、冷却方法(２次冷却帯内のスプレーの配置や冷却水量など)によっては、最終凝固完了位置が鋳造幅により変わり、結果として鋳造速度を変えるケースもあるので、単純に比例というわけではない。また、スラブ幅が広くなると、転炉、２次精練の能力が律速になることも少なくない。

熱延工程では、スラブ重量が一定で比較した場合、スラブ幅が狭い方が、加熱炉幅を有効に活用(カバーレシオアップ)できるので加熱能力がアップする。そして、結果として圧延機ではなく加熱炉にて能力が律速している場合においては、スラブ幅が狭い方が、熱延工場としての能力増になる。

（２）製造コスト(鋳造幅の増加に伴い)
製鋼工程では、鋳造幅の増加によって、切り代部分の歩留りロスが増加するとともに、鋳造時間の短縮により溶鋼温度低下に伴う各種原単位低減が生ずる。

熱延工程では、鋳造幅の増加によって、カバーレシオダウンにより加熱原単位が悪化する。また、能力ダウンにより電力原単位が悪化する。さらに、コイルエッジ部形状悪化による歩留りの低下も生ずる。

（３）品質(鋳造幅の増加、減少に伴い)
製鋼工程では、鋳造幅が変化することにより、モールド内溶鋼流動状況の変化によりスラブ表面性状、介在物分布、鋳造組織などの種々の品質に変化が生ずる。

本発明は、これら従来技術の問題点に鑑み、生産能力、製造コスト、および品質への影響を定量的に評価の上で、生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能な、スラブ設計方法および装置を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る発明は、オーダー製造仕様および必要手配量からスラブ寸法・重量を決定するに際して、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値の範囲制約を、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数または外部テーブルに基づいてオーダー毎に求め、該求めた範囲制約の範囲内の値に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を決定することを特徴とするスラブ設計方法である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のスラブ設計方法において、製鋼能率、熱延能率、コスト、および品質の各評価関数からなる総合評価関数を最適化するように、前記相対値を決定することを特徴とするスラブ設計方法である。

また本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載のスラブ設計方法において、前記各評価関数毎に重み係数を設定して、各評価関数毎に優先順位を付けることを特徴とするスラブ設計方法である。

さらに本発明の請求項４に係る発明は、コイルの通過工程、規格を含む製造条件データを入力する製造条件入力手段と、コイル製品幅、単重範囲を含む注文情報データを入力する注文情報入力手段と、該注文情報入力手段および前記製造条件入力手段で入力したデータのうち、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数または外部テーブルに基づいてオーダー毎に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値の範囲制約を求め、該求めた範囲制約の範囲内の値に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を決定するスラブ幅選択手段と、を備えたことを特徴とするスラブ設計装置である。

本発明の請求項１に係る発明によれば、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数また外部テーブルに基づいてオーダー毎に決定するようにしたので、オーダー毎に生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能になった。

また、本発明の請求項２に係る発明によれば、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値の範囲制約を、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数または外部テーブルに基づいてオーダー毎に求めその範囲内の値に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を決定するようにしたので、オーダー毎に生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能になった。

また、本発明の請求項３に係る発明によれば、請求項１または請求項２に係るスラブ設計方法の効果に加え、製鋼能率、熱延能率、コスト、および品質の各評価関数からなる総合評価関数を最適化するように、前記相対値を決定するようにしたので、生産能力、製造コスト、および品質への影響を定量的に評価の上で、オーダー毎に生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能になった。

また、本発明の請求項４に係る発明によれば、請求項３に係るスラブ設計方法の効果に加え、前記各評価関数毎に重み係数を設定して、各評価関数毎に優先順位を付けるようにしたので、生産能力、製造コスト、および品質への影響をより定量的に評価した上で、オーダー毎に生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能になった。

さらに本発明の請求項５に係る発明によれば、コイルの通過工程、規格を含む製造条件データを入力する製造条件入力手段と、コイル製品幅、単重範囲を含む注文情報データを入力する注文情報入力手段と、該注文情報入力手段および前記製造条件入力手段で入力したデータのうち、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数または外部テーブルに基づいてオーダー毎に、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を決定するスラブ幅選択手段と、を備えるようにしたので、オーダー毎に生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能になった。

以下、本発明を数式および図面を参照しながら説明する。製鋼スラブiのスラブ幅w_S ⁱは、熱間圧延後のコイル幅である熱間圧延幅w_HC ⁱと、この熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱを用いて、以下の（１）式のように表すことができる。
w_S ⁱ=w_HC ⁱ+△wⁱ・・・・・・・・（１）

熱間圧延後のコイルiの熱間圧延幅w_HC ⁱに対して、どのようにして熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱを求めて、スラブ幅w_S ⁱを決めるかが本発明の主題である。

まず、第一の方法として、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱを、以下の（２）式のように個別に表して求める。
△wⁱ =f(w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．) ・・・・・・・・（２）

熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱを、予め定められた予め定められた熱間圧延幅w_HC ⁱ，Grade(等級) ，製造条件，仕様，諸元などの関数または外部テーブルに基づいて決定するものである。ここで、Grade(等級) ，製造条件，仕様，諸元などとは、例えば、コイルエッジの厳格さなど寸法・形状への要求レベル、表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、スラブの長さ(短すぎるとプレス時に蛇行する)などがある。

また、第二の方法としては、以下の（３）式のように、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱに範囲制約を設ける。
△w_min ⁱ≦△wⁱ≦△w_max ⁱ・・・・・・・・（３）
ここで、
△w_min ⁱ=f(w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)
△w_max ⁱ=g(w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)
範囲の最大△w_max ⁱおよび最小△w_min ⁱは、前述と同様に、熱間圧延幅w_HC ⁱおよびGrade(等級) ，製造条件，仕様，諸元などの関数または外部テーブルに基づいて決定するものである。

そして、この範囲制約と新たに導入する係数αⁱを用いて、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱは、以下の（４）式のように決める。
△wⁱ =αⁱ（△w_max ⁱ−△w_min ⁱ）＋△w_min ⁱ・・・・・・・・（４）
ここで、αⁱ=0〜1であり、αⁱ=f(w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)で導出
次に、第三の方法としては、以下の（５）式で示す総合評価関数Fⁱを用いる方法である。
Fⁱ=Fⁱ _製鋼能率＋Fⁱ _熱延能率＋Fⁱ _コスト＋Fⁱ _品質・・・・・・・・（５）
ここで、
Fⁱ _製鋼能率(△wⁱ，w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)
Fⁱ _熱延能率(△wⁱ，w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)
Fⁱ _コスト(△wⁱ，w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)
Fⁱ _品質(△wⁱ，w_HC ⁱ，Grade，製造条件，仕様，．．．)
総合評価関数Fⁱは、製鋼能率、熱延能率、コスト、および品質により表わされ、それぞれの評価関数、Fⁱ _{製鋼能率、}Fⁱ _{熱延能率、}Fⁱ _コスト、およびFⁱ _品質の和で表される。それぞれの評価関数は、前述と同様に熱間圧延幅w_HC ⁱおよびGrade(等級) ，製造条件，仕様諸元などの関数または外部テーブルとして与えるものであるが、ここでは熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱが新たな変数として加わっている。なお、ここでは、製鋼能率、熱延能率、コスト、および品質を表す、４つの評価関数の和として総合評価関数Fⁱを定義しているが、本発明はこの４つの評価関数のみに限定されるものではなく、他の評価項目を追加または前出の項目の一部を削除するように適宜変形が可能である。

また上記では、４つの評価関数に同じ重みを持たせているが、以下の（６）式で示すように、個別に重み係数x_jを持たせるようにしてもよい。個別の重み係数x_jを変化させることにより、総合評価関数Fⁱの内の項目に優先順位を設けることができる。
Fⁱ=x₁Fⁱ _製鋼能率＋x₂Fⁱ _熱延能率＋x₃Fⁱ _コスト＋x₄Fⁱ _品質・・・・・・・・（６）
図２は、本発明の構成例を模式的に説明する図である。スラブ幅選択部に、通過工程、規格といった製造条件情報、および、コイル製品幅、単重範囲といった注文情報に加えて、製造能率情報、コスト情報、および品質制約情報にも基づいて、スラブ幅を求めるようにしている。なお、求められたスラブ幅は、図示しないスラブ重量算出部に送られ、操業・設備・品質の各制約情報に基づきスラブ重量が決められ、最終的なスラブ寸法・重量が決定する。

図１は、本発明に係るスラブ設計方法での処理手順の一例を示した図である。処理を開始し、まずステップＳ１００では、前述の（３）式で示す範囲の最大△w_max ⁱおよび最小△w_min ⁱを算出する。

次にαⁱを決めて、決めたαⁱと、先に算出した、最大△w_max ⁱおよび最小△w_min ⁱに基づいて、（４）式から熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱを算出する(ステップＳ１０１)。

そして、算出した△wⁱ に基づいて、（５）または（６）式から総合評価関数Fⁱ を算出する(ステップＳ１０２)。

そして、算出した総合評価関数Fⁱ が最適値であるかどうかの判断を行なう(ステップＳ１０３)。もし、算出した総合評価関数Fⁱ が最適値でなければ、ステップＳ１０１に戻り、αⁱを変化するという収束処理を行う。

算出した総合評価関数Fⁱ が最適値であれば、その時の熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱに基づいて、（１）式からスラブ幅w_S ⁱを求めて、スラブ幅として決定(ステップＳ１０４)して、処理を終了する。

図３は、本発明を適用したスラブ幅決定の一例を模式的に示す図である。適用した例は、スラブ幅が１５００ｍｍ以上だと、転炉・２次精練の能力が律速になり、スラブ幅を１５００ｍｍ以上にするメリットが製鋼では少ないといった場合である。

横軸に熱間圧延幅、縦軸に製鋼スラブ幅をとり、斜め４５°の線がスラブ幅w_S＝熱間圧延幅w_HCの線、すなわち前述の（１）式で熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△w＝０である。

斜め４５°の線に平行して範囲制約の最小△w_minおよび最大△w_maxを加算した線をそれぞれ破線で示している。上述した理由で、スラブ幅が１５００ｍｍになるまでは△w_maxを加算した線上となるように、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値△wⁱを最大△w_maxにとる。そして、この線がスラブ幅１５００ｍｍに達したのちは、スラブ幅１５００ｍｍ一定線上にスラブ幅をとる。さらに、この線が斜め４５°の線に最小△w_minを加算した線と交わったのちは、斜め４５°の線に最小△w_minを加算した線上にスラブ幅w_Sをとるようにするとよい。

本発明は、鉄鋼薄板製品の製造全般に対して有効である。その中でも、例えば、1)熱間圧延ラインにサイジングプレスなどを保有することで、熱間圧延幅に対するスラブ幅設計の自由度が高い場合、また2)製鉄所のボトルネックが、製鋼と熱延各ラインの微妙なバランスで決まってくるような場合などで、特にその有用性が増してくる。

以上説明した本発明により、生産能力、製造コスト、および品質への影響を定量的に評価の上で、生産環境にあわせてスラブ鋳造幅の選択することが可能になった。

本発明に係るスラブ設計方法での処理手順の一例を示した図である。本発明の構成例を模式的に説明する図である。本発明を適用したスラブ幅決定の一例を模式的に示す図である。

Claims

オーダー製造仕様および必要手配量からスラブ寸法・重量を決定するに際して、熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値の範囲制約を、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数または外部テーブルに基づいてオーダー毎に求め、該求めた範囲制約の範囲内の値に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を決定することを特徴とするスラブ設計方法。
請求項１に記載のスラブ設計方法において、製鋼能率、熱延能率、コスト、および品質の各評価関数からなる総合評価関数を最適化するように、前記相対値を決定することを特徴とするスラブ設計方法。
請求項２に記載のスラブ設計方法において、前記各評価関数毎に重み係数を設定して、各評価関数毎に優先順位を付けることを特徴とするスラブ設計方法。
コイルの通過工程、規格を含む製造条件データを入力する製造条件入力手段と、コイル製品幅、単重範囲を含む注文情報データを入力する注文情報入力手段と、該注文情報入力手段および前記製造条件入力手段で入力したデータのうち、熱間圧延幅、寸法・形状・表面性状・内部品質への要求レベル、鋼の成分、加熱炉の抽出温度、およびスラブの長さのいずれかまたはそれらの組み合わせで表わされる関数または外部テーブルに基づいてオーダー毎に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値の範囲制約を求め、該求めた範囲制約の範囲内の値に熱間圧延幅に対するスラブ幅の相対値を決定するスラブ幅選択手段と、を備えたことを特徴とするスラブ設計装置。