JP5403196B1 - 圧延順序決定システムおよび圧延順序決定方法 - Google Patents

Abstract

本発明の圧延順序決定システムおよび圧延順序決定方法は、制御部１５が、差し合い操業中に、前記高温装入鋳片の加熱炉５１からの抽出時刻または加熱炉５１への到着枚数が製鋼プロセスの操業スケジュールと異なった場合に、圧延順序を変更し、変更された圧延順序に基づいて圧延プロセスの操業スケジュールを決定し、圧延順序変更後の圧延プロセスの操業スケジュールが制約条件を充足するか否かを判定し、制約条件を充足する操業スケジュールに基づいて圧延プロセスを制御する。

Description

本発明は、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業(synchronized operation)に際し、製鋼プロセス(Steel making process)の変動に対応して圧延プロセス(Hot rolling process)の操業スケジュールを変更する圧延順序決定システム(rolling sequencing system)および圧延順序決定方法に関するものである。

製鋼プロセスで鋳造されたスラブを圧延プロセスへ装入する順序および時間を決定するためには、スラブの鋼種(steel type)、幅、厚み、および温度等の多くの属性についての制約条件を充足する操業スケジュールを立案する必要がある。一方、制約条件を充足しながらも、製鋼プロセスおよび圧延プロセスの製造能率を向上させることが要求される。例えば、製鋼プロセスで鋳造されたスラブがスラブヤードで待機する時間が増加すると、そのスラブを加熱炉で再加熱するためのエネルギーが余計に必要になる。すなわち、製造能率を向上させることは、製造能力の向上という観点だけではなく、省エネルギーという観点からも重要である。

そのような観点から、圧延に先立ってスラブを加熱炉に装入する際に、装入温度別に複数の加熱炉を使い分け、装入温度の違うスラブ群を適切な比率で加熱炉(reheating furnace)から抽出し取り混ぜながら圧延機に送り込む操業方法（以下、差し合い操業（Mixed-rolling））が特許文献１〜３に記載されている。また、特許文献４には、製鋼プロセスの操業スケジュールに基づいて将来の物流を予測して圧延プロセスのロット編成を行なう技術が記載されている。

特開平１１−０１２６５６号公報 特開平１１−２６４０２６号公報 特開平１１−１７９５０２号公報 特開２００９−２６２２０９号公報

実操業時に製鋼プロセスで当初の予定から変動が生じる場合がある。例えば、複数の加熱炉を使い分け、各加熱炉からのスラブ（鋳片）を圧延プロセスに差し合いながら圧延する差し合い操業において、いずれかの加熱炉へ装入される鋳片が当初の予定通りに生産されず、ルート変更となり圧延の操業スケジュールから抜ける場合がある。製鋼プロセスにこのような変動が生じると、圧延プロセスの制約条件を充足しつつ圧延能率を低下させないよう、圧延プロセスの操業スケジュール（圧延順序および供給時間）を変更する必要が生じる場合がある。しかしながら、上記特許文献のいずれにも、製鋼プロセスの変動に対応して圧延プロセスの操業スケジュールを変更する技術は記載されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業において、製鋼プロセスの変動に対応して、圧延プロセスの制約条件を充足しつつ圧延能率を低下させないように圧延プロセスの操業スケジュールを変更する圧延順序決定システムおよび圧延順序決定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる圧延順序決定システムは、連続鋳造機(continuous casting machine)による製鋼プロセスと、複数の加熱炉を有する熱間圧延機(Hot rolling mill)による圧延プロセスとの同期操業に際し、前記連続鋳造機から抽出され高温装入用の加熱炉に直接装入される高温装入鋳片と、前記連続鋳造機から抽出され置場に載置された後に通常温度装入用の加熱炉に装入される通常温度装入鋳片とを差し合いながら前記熱間圧延機で圧延する差し合い操業時の圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序決定システムであって、前記差し合い操業中に、前記高温装入鋳片の加熱炉からの抽出時刻または加熱炉への到着枚数が製鋼プロセスの操業スケジュールと異なった場合に、圧延順序を変更し、変更された該圧延順序に基づいて圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序変更手段と、圧延順序変更後の前記圧延プロセスの操業スケジュールが圧延プロセスの制約条件を充足するか否かを判定する圧延制約判定手段と、前記制約条件を充足する操業スケジュールに基づいて圧延プロセスを制御する圧延制御手段と、を備える。

また、本発明にかかる圧延順序決定方法は、連続鋳造機による製鋼プロセスと、複数の加熱炉を有する熱間圧延機による圧延プロセスとの同期操業に際し、前記連続鋳造機から抽出され高温装入用の加熱炉に直接装入される高温装入鋳片と、前記連続鋳造機から抽出され置場に載置された後に通常温度装入用の加熱炉に装入される通常温度装入鋳片とを差し合いながら前記熱間圧延機で圧延する差し合い操業時の圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序決定方法あって、前記差し合い操業中に、前記高温装入鋳片の加熱炉からの抽出時刻または加熱炉への到着枚数が製鋼プロセスの操業スケジュールと異なった場合に、圧延順序を変更し、変更された該圧延順序に基づいて圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序変更ステップと、圧延順序変更後の前記圧延プロセスの操業スケジュールが圧延プロセスの制約条件を充足するか否かを判定する圧延制約判定ステップと、前記制約条件を充足する操業スケジュールに基づいて圧延プロセスを制御する圧延制御ステップと、を有する。

本発明によれば、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業において、製鋼プロセスの変動に対応して、圧延プロセスの制約条件を充足しつつ圧延能率を低下させないように圧延プロセスの操業スケジュールを柔軟に変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態である圧延順序決定システムの対象となる製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業の製造ラインを示す概略図である。 図２は、図１の加熱炉の構成を示す概略図である。 図３は、本発明の一実施形態である圧延順序決定システムの構成を示すブロック図である。 図４は、本実施の形態の圧延順序決定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図５は、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いについて説明するための説明図である。 図６は、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いについて説明するための説明図である。 図７は、加熱炉内で前後するＤＨＣＲ材の設置の間隔を説明するための説明図である。 図８は、仕上げ圧延機内の各位置における被圧延材の通過イメージを示す図である。 図９は、仕上げ圧延機内での被圧延材の速度パターンのモデルを示す図である。 図１０は、ＤＨＣＲ材の加熱炉前への到着間隔を説明するための説明図である。 図１１は、構文木(syntax tree)の例を示す図である。 図１２は、圧延順序を変更する手順を説明するための説明図である。 図１３は、圧延順序を変更する手順を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

［鉄鋼製品の製造ライン］
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る圧延順序決定システムの対象となる製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業の製造ラインについて説明する。図１は、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業の製造ラインの概略を示す図である。図２は、図１の製造ラインのうちの加熱炉の部分を詳細に説明する図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る圧延順序決定システムの対象となる製造ラインは、大きく分けて製鋼プロセス１と圧延プロセス２とを備えている。製鋼プロセス１は、連続鋳造機３を中心にして構成され、溶鋼(molten steel)４を連続鋳造機３の鋳型(mold)３１により連続的に徐冷して、スラブと呼ばれる半製品(semi-processed goods)を製造するプロセスである。圧延プロセス２は、このスラブを加熱炉(reheating furnace)５により加熱し、粗圧延機６１(roughing-down mill)および仕上げ圧延機(finishing mill)６２からなる熱間圧延機６により数ミリの厚さまで圧延するプロセスである。仕上げ圧延機６２は、直列に配列された７つの圧延ロール（Ｆ１〜Ｆ７）により構成されている。また、仕上げ圧延機６２の前段には、スラブのトップクロップを切断するクロップシャー（ＣＳ）が設置されている。なお、典型的な圧延プロセス２は、さらに冷却機(cooler)７および巻取り機(coiler)８を備える。冷却機７は圧延された鋼板を冷却し、巻取り機８は鋼鈑をコイル状に巻き取る。さらに、製鋼プロセス１と圧延プロセス２との間には、スラブを一時退避させておくスラブヤード９が設けられている。

なお、図１では、連続鋳造機３および加熱炉５を直列に構成した製造ラインを図示したが、典型的な製造ラインは連続鋳造機３を複数台備える構成が多い。また、本実施形態においては図２に示すように、加熱炉５も並列的に複数台備えられ、製品の条件によって最適な加熱炉５に装入することができる構成を取る。すなわち、複数の連続鋳造機３および加熱炉５の間を介するスラブヤード９は、単にスラブを一時退避させる目的だけではなく、多種のスラブを同一製造ラインで処理するための装入順序を調整する役割を担う。

図２に例示する製造ラインは３つの加熱炉５を備える。そのうちの１つは、スラブヤード９に退避させることなく連続鋳造機３から直接装入されるＤＨＣＲ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｈｏｔ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ）材を受け入れる高温装入用の加熱炉５１としている。他の２つは、スラブヤード９から熱片のまま装入されるＨＣＲ（Ｈｏｔ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ）材、または、スラブヤード９でいったん冷ましてから手入れ後に装入されるＣＣＲ（Ｃｏｌｄ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ）材を受け入れる通常温度装入用の加熱炉５２としている。ただし、加熱炉５の総数は３つに限定されず、また高温装入用の加熱炉５１は複数でもよい。

通常、ＤＨＣＲ材は８００度以上の高温で加熱炉５１に装入される高温装入鋳片であり、圧延温度との差が小さいため、加熱（材炉）時間が１時間程度と短時間で足りる。一方、ＨＣＲ／ＣＣＲ材（通常温度装入鋳片）は、加熱炉５２での在炉時間が２〜３時間と、ＤＨＣＲ材と比較して長時間の加熱が必要である。すなわち、高温装入用の加熱炉５１の圧延材供給能力を１とすると、通常温度装入用の加熱炉５２の圧延材供給能力は０．３３〜０．５となり、高温装入用の加熱炉５１の圧延材供給能力より小さくなる。そこで、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業においては、圧延プロセス２に対する高温装入用の加熱炉５１からのＤＨＣＲ材の供給と通常温度装入用の加熱炉５２からのＨＣＲ／ＣＣＲ材の供給とを交互に行なう差し合い操業により、全体としての圧延効率を上げている。その際に、ＤＨＣＲ材の供給量とＨＣＲ／ＣＣＲ材の供給量との比率は、上記在炉時間の他、各加熱炉５が供給するスラブの幅、圧延目標厚や圧延目標幅、圧延制約などを考慮して算出される。

［圧延順序決定システム］
次に、上記製造ラインの例に基づいて、本発明の一実施形態に係る圧延順序決定システムについて説明する。図３は、本発明の一実施形態である圧延順序決定システムの構成を示すブロック図である。図３に示すように、本発明の一実施形態である圧延順序決定システム１０は、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを用いて実現され、入力部１１と、出力部１２と、インタフェース部１３と、記憶部１４と、各構成部を制御する制御部１５とを備える。

入力部１１は、電源スイッチおよび入力キーなどの入力デバイスを用いて実現され、操作者による入力操作に対応して、制御部１５に対して圧延順序決定指示などの各種指示情報を入力する。出力部１２は、液晶ディスプレイなどの表示装置、プリンターなどの印刷装置、情報通信装置などによって実現され、圧延順序決定システム１０によって決定された圧延順序を出力する。インタフェース部１３は、連続鋳造機３の動作を制御するプロセスコンピュータなどの外部コンピュータとデータ通信する。

記憶部１４は、更新記憶可能なフラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体およびその読取装置等によって実現される。この記憶部１４には、圧延順序決定システム１０を動作させるためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め保存され、あるいは処理の都度一時的に保存される。記憶部１４には、圧延制約マスタ１４１および能率計算マスタ１４２などのマスタデータが格納される。また、記憶部１４には、鋳造予定データ、圧延予定データ、手入れ予定データ、およびヤード現況データなどが格納される。なお、記憶部１４は、ＬＡＮやインターネットなどの電気通信回線を介して制御部１５と通信する構成としてもよい。

圧延制約マスタ１４１は、圧延プロセスにおける圧延材の処理に関する制約条件を記憶するデータである。例えば、圧延ロールの表面状態は漸次劣化するため、要求される品質が高いものは圧延ロールが新しいうちに処理する必要がある。また、圧延ロールは、処理した圧延材の幅（仕上げ幅(hot coil width)）に応じて段差状に磨耗する。この圧延ロールの変形が品質に影響しないようにするため、仕上げ幅の広い圧延材の後に仕上げ幅の狭い圧延材を処理する必要がある。その他にも、連続した処理を許容する圧延材の種類（材種）、厚さ、幅（スラブ幅）、仕上げ幅、および、仕上げ厚(hot coil thickness)、あるいは連続した処理を許容しない圧延材の種類（材種）、厚さ、幅（スラブ幅）、仕上げ幅、および、仕上げ厚が規定されている。さらに、連続した処理を許容する（又は許容しない）特殊作業の種類といった圧延材の属性等の様々な制約条件が存在する。圧延制約マスタ１４１は、これらの制約条件を記憶するマスタデータである。なお、圧延制約マスタ１４１は、後に詳述するように構文木(syntax tree）のデータ構造を有することが好ましく、制御部１５は、いわゆる構文解析器（parser）として、圧延制約マスタ１４１の構文解析(parsing)を行うよう構成することが好ましい。

能率計算マスタ１４２は、連続鋳造機３、加熱炉５、粗圧延機６１、および、仕上げ圧延機６２等の処理能力を記憶するデータである。例えば、母体(primary rolling target slab)となるＤＨＣＲ材に他の鋼材を差し合わせる差し合い操業の場合、母体に対して差し合い量が多すぎると、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１での受け取りに支障を来たし、高温装入のメリットの低下を引き起こす。また、加熱炉５の内部で後のスラブが先のスラブを追い越すことはできないので、加熱に要する時間に応じて加熱炉５に装入する順序に制約が課せられ、加熱炉５への装入順序を守るためにスラブがスラブヤード９に待機する時間が増加すると、さらに加熱時間が増加して能率が低下する。なお、能率計算マスタ１４２も、構文木のデータ構造を有することが好ましい。例えば、加熱炉５のスラブ搬送能率をスラブ幅ごとに設定できる。

鋳造予定データは、例えば、転炉の処理単位ＩＤ、鋼種、スラブＩＤ、スラブ厚、スラブ幅、スラブ長、重量、熱冷片区分（ＤＨＣＲ材／ＨＣＲ材／ＣＣＲ材などの区分）、鋳造終了時刻などを含んで構成される。圧延予定データは、例えば、スラブＩＤ、鋼種、仕上げ厚、仕上げ幅、引っ張り強度、リードタイム、圧延終了時刻などを含んで構成される。手入れ予定データは、例えば、鋼種、スラブＩＤ、スラブ厚、スラブ幅、スラブ長、重量、熱冷片区分、手入れ作業終了時刻などを含んで構成される。ヤード現況データは、例えば、鋼種、スラブＩＤ、スラブ厚、スラブ幅、スラブ長、重量、熱冷片区分などを含んで構成される。

制御部１５は、処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するＣＰＵ等を用いて実現され、前述した圧延順序決定システム１０の各構成部を制御して、後述する圧延順序決定処理を実行する。

［圧延順序決定処理］
次に、図４のフローチャートを参照して、圧延順序決定システム１０による圧延順序決定処理手順について説明する。図４のフローチャートは、例えば、操作者により入力部１１を介して圧延順序決定（変更）の指示入力があったタイミングで開始となり、圧延順序決定処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、制御部１５が、インタフェース部１３を介して連続鋳造機３のプロセスコンピュータから製鋼プロセスの実績値を取得して、鋳造予定データ、圧延予定データ、手入れ予定データ、ヤード現況データなどに基づいて事前に立案された製鋼プロセスの操業スケジュールからの変動が生じているか否かを判別する。判別の結果、製鋼プロセスに変動が生じている場合、制御部１５は、圧延順序決定処理をステップＳ２の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、制御部１５は、能率計算マスタ１４２を参照し、ＤＨＣＲ材の予定変更により生じる熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の空き時間にＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なって圧延順序を変更できるか否かを探索する。圧延順序を変更できる場合、さらに制御部１５は、圧延制約マスタ１４１を参照し、変更後の圧延プロセスの操業スケジュールが制約条件を充足するか否かを判定する。上記の圧延順序変更の探索および制約条件充足の判定の詳細については後述する。変更後の操業スケジュールが制約条件を充足する場合には、制御部１５は、圧延順序決定処理をステップＳ３の処理に進める。一方、変更後の圧延プロセスの操業スケジュールが制約条件を充足しない場合は、制御部１５は、圧延順序決定処理をステップＳ４の処理に進める。

ステップＳ３の処理では、制御部１５は、変更後の操業スケジュールに基づいて、熱間圧延機６にスラブを供給する制御を行なう。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の圧延順序決定処理は終了する。

ステップＳ４の処理では、制御部１５は、出力部１２に適宜なアラームを出力する。例えば、制御部１５は、エラーメッセージの他、オペレータに圧延材のサイズを変更するよう警告するメッセージを出力したり、圧延予定データなどから適したサイズの圧延材を探索して出力したりする。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の圧延順序決定処理は終了する。

［圧延順序変更の探索］
（実施の形態１）
上記ステップＳ１の処理における製鋼プロセスの実績値の変動として、高温装入鋳片の抽出時刻に変更があった場合について説明する。例えば、連続鋳造機３における鋳型３１内の湯面レベル変動やスラブの幅・長さの異常などにより、ＤＨＣＲ材がＨＣＲ／ＣＣＲ材に変更される場合がある。その場合には、当初の操業スケジュールから当該ＤＨＣＲ材の生産計画が抜け、ＤＨＣＲ材の予定変更が発生する。

ＤＨＣＲ材の予定変更が発生すると、高温装入用の加熱炉５１から熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給に空き時間が生じ、そのままでは全体として圧延効率が低下する。そこで、本実施の形態では、ＤＨＣＲ材の予定変更により余裕が生じた圧延プロセスの操業スケジュールに、可能ならば通常温度鋳片用の加熱炉５２からＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なって、圧延効率の低下を防止する。まず、本実施の形態においては、ＤＨＣＲ材の予定変更による鋳造予定データの変動に伴い、製鋼プロセスの操業スケジュールに変動が生じた事例に基づいて説明する。

上記ステップＳ２の処理において、ＤＨＣＲ材の予定変更により生じる（高温装入用の加熱炉５１からのＤＨＣＲ材の抽出および）熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の空き時間にＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なって圧延順序を変更するためには、予定されている熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の間隔に余裕があることに加え、圧延順序についての制約条件を満たすことが必要である。まず、図５および図６を参照して、熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の間隔に余裕がある際にＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なって圧延能率を向上させる方法について説明する。

図５および図６は、ＤＨＣＲ材についての、製鋼プロセスから、加熱炉５１への装入と、熱間圧延機６への供給に至るガントチャートである。図５には、熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の間隔に余裕があり、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行える場合を例示する。図５の例では、熱間圧延機６に供給されるＤＨＣＲ材１０１〜１０６の予定の供給の間隔に余裕があるため、ＤＨＣＲ材１０２とＤＨＣＲ材１０４との供給を後方にずらすことにより、ＤＨＣＲ材１０１とＤＨＣＲ材１０２との間にＨＣＲ／ＣＣＲ材２０１の差し合いを行なえ、ＤＨＣＲ材１０３とＤＨＣＲ材１０４との間にＨＣＲ／ＣＣＲ材２０２の差し合いを行なえる。

一方、図６には、熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の間隔に余裕がなく、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行えない場合を例示する。図６の例では、熱間圧延機６に供給されるＤＨＣＲ材１０１〜１０６の予定の供給の間隔に余裕がないため、ＤＨＣＲ材１０２やＤＨＣＲ材１０４の供給を後方にずらすことはできず、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なうことができない。

ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いの可否は、能率計算マスタ１４２を参照して以下の差し合い可否判定条件に基づいて判定される。ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いが可能と判定するためには、第１の差し合い可否判定条件として、連続鋳造機３のプロセスコンピュータからの実績値に基づいて得られる所定数のＤＨＣＲ材の加熱炉５１への装入間隔（鋳造間隔）の和が、通常温度装入用の加熱炉５２のからのＨＣＲ／ＣＣＲ材の供給間隔（差し合い材炉抽出ピッチ）を上回り、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の供給が可能であることが必要である。なお、所定数の鋳造間隔の和としているのは、複数のＤＨＣＲ材の鋳造間隔を累積することで１本のＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いが可能となる場合に対応するためである。累積する所定数については、予め能率計算マスタ１４２に記憶させる。

第２の差し合い可否判定条件として、ＤＨＣＲ材の鋳造間隔と、加熱炉５１内でＤＨＣＲ材の搬送にかかる時間（ＤＨＣＲ材搬送時間）または熱間圧延機６でＤＨＣＲ材の圧延に要する時間（ＤＨＣＲ材圧延時間）のいずれか大きい方との差を、上記と同様の所定数のＤＨＣＲ材について合計した値が、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の熱間圧延機６での圧延時間（差し合い材圧延時間）より大きく、熱間圧延機６に余裕があることが必要である。

第３の差し合い可否判定条件として、ＤＨＣＲ材の鋳造間隔が搬送時間（ＤＨＣＲ材搬送時間）を下回ることが必要である。これは、ＤＨＣＲ材の鋳造間隔がＤＨＣＲ材搬送時間を上回ると、スラブヤード９に退避させざるを得ず、ＨＣＲ材となるからである。

本実施形態では、高温装入用の加熱炉５１内でのＤＨＣＲ材の搬送の間隔および熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の間隔は、熱間圧延機６での圧延の間隔に合わせて行なうことで、ＤＨＣＲ材を最短時間でエネルギー効率よく熱間圧延機６に供給して圧延能率の低下を防止する。そこで、加熱炉５１内でのＤＨＣＲ材の搬送（設置）の間隔は、以下のようにして設定する。図７に示すように、加熱炉５には、スラブは長さｃ方向を搬送方向に対して垂直にして装入される。加熱炉５１内では、搬送機構が一定のサイクルでスラブを一斉に持ち上げて前方に移動させる。この搬送機構をウォーキングビーム（ＷＢ）、上記サイクル（搬送機構の上昇、移動、下降、戻りにかかる時間）をＷＢサイクル、このＷＢサイクルでのスラブの移動量をＷＢストロークと呼ぶ。

このとき、スラブ間搬送時間（加熱炉５１から先行するＤＨＣＲ材１０１が抽出されてから後続するＤＨＣＲ材１０２が抽出されるまでの時間、秒）は、先行するＤＨＣＲ材１０１の圧延時間と、差し合い材２０１があればその圧延時間との和から、後続のＤＨＣＲ材１０２の抽出時間（加熱炉５１からの抽出から熱間圧延機６への供給までに要する時間）を差し引いた時間になるように設定する。このとき、加熱炉５１内で前後するＤＨＣＲ材１０１，１０２の先端幅間距離ａは、スラブ間搬送時間をＷＢサイクルで除した値の整数部分にＷＢストロークを乗じることで求められる。したがって、インターバルｂ（前後するＤＨＣＲ材１０１，１０２の載置の間隔）には、先端幅間距離ａから先行するＤＨＣＲ材１０１の幅ｄを差し引いた値を設定する。

ここで、圧延時間は、仕上げ圧延機６２における圧延時間を適用することとし、所定のモデルに従って算出される。これにより、速度パターンを算出しやすく、圧延間隔を高精度に求めることができる。図８は、仕上げ圧延機６２内の各位置における被圧延材の通過イメージを示す図である。また図９は、仕上げ圧延機６２内での被圧延材の速度パターンのモデルを示す図である。図８に示すように、圧延ロールＦ１では、ＣＳを通過した被圧延材が上記した所定の圧延間隔（Ｂａｒ ｔｏ Ｂａｒ）の後に咬み込まれ、その後、他のロール（Ｆ２〜Ｆ７）に先がけて被圧延材が抜ける。圧延ロールＦ７では、圧延ロールＦ１で被圧延材が咬み込まれてから通板時間が経過した後に被圧延材が咬み込まれ、圧延ロールＦ１で被圧延材が抜けてから所定の抜け時間の後に圧延ロールＦ７で被圧延材が抜ける。

このように、圧延時間としては、被圧延材が圧延ロールＦ１で咬み込まれてから圧延ロールＦ７で抜けるまでの時間を算出する。圧延間隔は、先行する被圧延材が圧延ロールＦ７を通過してから後続する被圧延材がＣＳを通過するまでの時間である。このとき、被圧延材の速度は、図９に示すように、被圧延材が圧延ロールＦ１に咬み込まれてから圧延ロールＦ７に咬み込まれるまでは一定の通板速度であり、その後被圧延材が後段のコイラに咬み込まれるまで所定の加速度（加速度１）で加速し、さらに加速度２で最高速まで加速し、その後抜け速度まで減速する。上記の通板速度、加速度１、加速度２、最高速度、抜け速度については、過去のデータなどを参照して予め入力される。

以上のようにＤＨＣＲ材の加熱炉５１からの抽出間隔に着目し、差し合い可否判定条件を満たすように圧延順序を変更することにより、当初予定されていたＤＨＣＲ材が加熱炉５１から抽出されない場合にも、ＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合い材として早めに供給して、熱間圧延機６の余力を穴埋めすることができる。

（実施の形態２）
次に、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１への装入間隔に着目し、ステップＳ１の製鋼プロセスの実績値の変動として、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１への到着枚数（到着間隔）が変更された場合のＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合い操業について説明する。連続鋳造機３は、概略３００トンのチャージを連続してつなぎながら１０チャージ程度の連々鋳としてスラブを製造する。その際、チャージのつなぎ目などでは鋳造速度が低下するため、スラブの供給速度が低下する。また、スラブの長さの長短によってもスラブの供給間隔は異なる。

そのような鋳造速度の変化やスラブ長によって生じるＤＨＣＲ材の供給間隔の変化があった場合には、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１への到着間隔が変動する。そこで、図１０の領域Ａに示す範囲のＤＨＣＲ材に関して、鋳造速度、スラブを加熱炉５前へ搬送する搬送テーブルの速度などを考慮して、加熱炉５１前位置ａへの到着間隔を予測する。

まず、鋳造速度の現在値と搬送テーブルの動作時間とから、連続鋳造機３内のＤＨＣＲ材および、搬送テーブル上の各ＤＨＣＲ材が加熱炉５１前位置ａに到着する時刻を計算する。ＤＨＣＲ材の加熱炉５１前位置ａへの到着間隔が所定の閾値を越えるか否かにより、加熱炉５１のＤＨＣＲ材の抽出側での差しあいの可否を判定する。すなわち、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１前位置ａへの到着間隔が所定の閾値以下の場合、鋳造速度が早いか、あるいはスラブ長が短いことによりＤＨＣＲ材が搬送テーブル上に渋滞することが想定される。その場合には、差し合い操業は行わずにＤＨＣＲ材の加熱炉５１からの抽出を優先し、熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の装入位置を確保する。なお、この場合には加熱炉５１の装入側でＤＨＣＲ材の間隔が小さいため、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１への装入間隔を最小値（本実施形態では１０ｃｍ）に設定する。

一方、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１前位置ａへの到着間隔が所定の閾値以上である場合には、１本のＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行うことにする。なお、ＨＣＲ／ＣＣＲ材を差しあうことにより、加熱炉５１の装入側にＤＨＣＲ材が渋滞した場合、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１前位置ａへの到着間隔が小さくなり、次の差し合い材の差し合い位置に影響を与える。したがって、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１への装入間隔は、前述の差し合い可否判定条件を充足するように、最小値以上の値を設定する。

なお、差し合いを行わない場合には、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１前位置ａへの到着間隔の余裕時間（装入間隔の最小値に対応する到着間隔との差）を累積し、１本のＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いが可能となる場合に備え、差し合いを行う場合に、累積した余裕時間をクリアする。

以上のように、ＤＨＣＲ材の加熱炉５１への装入間隔に着目することにより、上記実施の形態１のようにＤＨＣＲ材の加熱炉５１からの抽出間隔に着目する場合より細やかに製鋼プロセスの変動を感知し、それに対応して差し合い可否を判定して圧延順序を変更することができる。

［制約条件充足の判定］
次に、圧延プロセスの制約条件について説明する。圧延プロセスに関する制約条件には、例えば、連続する２つの圧延材の仕上げ厚の関係に関する制約条件がある。この制約条件には、圧延機の消耗を抑止するため、先行する圧延材の仕上げ厚により、後続する圧延材の仕上げ厚に対して許容範囲が設定される。そうすると、ＤＨＣＲ材の予定変更により抜けるＤＨＣＲ材の生産計画の前後の圧延材など、圧延順序を変更すると制約条件を充足しなくなる場合がある。その他、圧延プロセスに関する制約条件には、圧延長に関する制約条件や、同一幅圧延長に関する制約条件、幅逆転に関する制約条件などがある。

上記実施の形態１、２では、圧延制約マスタ１４１に構文解析を使用した構成を採用する。これにより、制約条件を柔軟に設定でき、制約条件の変更やメンテナンスが容易である。構文解析では、例えば制約条件が１つの単位演算式で構成されている場合、単位演算式を構成する関係演算子を親ノードとし、この親ノードとした関係演算子によって関係が示される制約条件項目とその値とをそれぞれ子ノードとして、子ノードのそれぞれを親ノードと連結することで単位演算式を表す構造木を作成する。制約条件が論理演算子を含み、複数の単位演算式で構成されている場合には、先ず、論理演算子の前後で規制内容を分解することで単位演算式を抽出し、抽出した単位演算式を表す部分木をそれぞれ作成する。その後、作成した各部分木の上層に論理演算子のノードをさらに追加し、構文木を作成する。

図１１は、「“仕上げ厚”≧２．０ｍｍ ＡＮＤ “幅殺し量（スラブ厚−仕上げ厚）”≦５０ｍｍ」の構文木Ｔ２を示す図である。この構文木Ｔ２の作成手順を簡単に説明すると、先ず、論理演算子「ＡＮＤ」の前後で規制内容を分解する。次いで、前方の単位式「“仕上げ厚”≧２．０ｍｍ」をもとに、等号付き不等号「≧」を親ノードＮ２２とし、規制内容項目である「仕上げ厚」とその値である「２．０ｍｍ」とを子ノードＮ２１１，Ｎ２１２として部分木Ｔ２１を作成する。同様に、「ＡＮＤ」の後方の単位式「“幅殺し量”≦５０ｍｍ」をもとに、等号付き不等号「≦」を親ノードＮ２４とし、規制内容項目である「幅殺し量」とその値である「５０ｍｍ」とを子ノードＮ２３１，Ｎ２３２として部分木Ｔ２２を作成する。そして、論理演算子「ＡＮＤ」のノードＮ２５を部分木Ｔ２１，Ｔ２２の上層に追加し、各部分木Ｔ２１，Ｔ２２の親ノードＮ２２，Ｎ２４との間をそれぞれ連結して構文木Ｔ２を得る。本実施の形態では、この構文木Ｔ２を用いてチェック対象が制約条件を充足するか否かの判定結果Ｒ２が出力される。

上記実施の形態１および２のように、制御部１５は、予定されているＤＨＣＲ材の熱間圧延機６への供給の間隔または加熱炉５１前位置ａへの到着間隔に余裕があるか否か、および、圧延プロセスの制約条件を充足するか否かを判定し、圧延プロセスの操業スケジュールの変更の可否を探索する。

図１２および図１３は、上記実施の形態１について、ＤＨＣＲ材の予定変更により熱間圧延機６へのＤＨＣＲ材の供給の空き時間にＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なって圧延順序を変更する探索を説明するための図である。図１２には、圧延間隔に余裕があることに加え制約条件が緩いため、圧延順序を変更可能な場合を例示する。図１２の例では、ＤＨＣＲ材１０４とＤＨＣＲ材１０６が予定変更となり予定の圧延順序が空いたため、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０３の圧延順序をＤＨＣＲ材１０５の前に繰り上げるよう変更できる。すなわち、圧延順序の当初の予定は、ＤＨＣＲ材１０１、ＤＨＣＲ材１０２、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０１、ＤＨＣＲ材１０３、ＤＨＣＲ材１０４、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０２、ＤＨＣＲ材１０５、ＤＨＣＲ材１０６、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０３、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０４の順であったところ、ＤＨＣＲ材１０４とＤＨＣＲ材１０６との予定変更に伴って、ＤＨＣＲ材１０１、ＤＨＣＲ材１０２、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０１、ＤＨＣＲ材１０３、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０２、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０３、ＤＨＣＲ材１０５、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０４の順に変更できる。

一方、図１３には、圧延間隔に余裕がなく制約条件も厳しく、ＤＨＣＲ材の予定変更により空いた時間にＨＣＲ／ＣＣＲ材の差し合いを行なえない場合を例示する。図１３の例では、ＤＨＣＲ材１０２とＤＨＣＲ材１０３が予定変更となり予定の圧延順序が空いても、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０１、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０２を当初の予定より後方にずらさざるを得ない。すなわち、圧延順序の当初の予定は、ＤＨＣＲ材１０１、ＤＨＣＲ材１０２、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０１、ＤＨＣＲ材１０３、ＤＨＣＲ材１０４、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０２、ＤＨＣＲ材１０５、ＤＨＣＲ材１０６、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０３の順であったところ、ＤＨＣＲ材１０２とＤＨＣＲ材１０３との予定変更に伴って、ＤＨＣＲ材１０１、ＤＨＣＲ材１０４、ＤＨＣＲ材１０５、ＤＨＣＲ材１０６、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０１、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０２、ＨＣＲ／ＣＣＲ材２０３の順に変更される。

以上、説明したように、本実施形態の圧延順序決定システム１０によれば、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業において、製鋼プロセスの変動に対応して、圧延プロセスの制約条件を充足しつつ圧延能率を低下させないように柔軟に圧延プロセスの操業スケジュールを変更することができる。

なお、ステップＳ３の処理において、出力部１２に変更後の圧延プロセスの操業スケジュールを表示してもよい。その際に、ＤＨＣＲ材とＨＣＲ／ＣＣＲ材とを色分けして表示するとよい。

以上、本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、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

本発明は、製鋼プロセスと圧延プロセスとの同期操業に際し、製鋼プロセスの変動に対応して圧延プロセスの操業スケジュールを変更する処理に適用することができる。

１ 製鋼プロセス
２ 圧延プロセス
３ 連続鋳造機
３１ 鋳型
４ 溶鋼
５ 加熱炉
５１ 高温装入用の加熱炉
５２ 通常温度装入用の加熱炉
６ 熱間圧延機
６１ 粗圧延機
６２ 仕上げ圧延機
７ 冷却機
８ 巻取り機
９ スラブヤード
１０ 圧延順序決定システム
１１ 入力部
１２ 出力部
１３ インタフェース部
１４ 記憶部
１５ 制御部

Claims (5)

1. 連続鋳造機による製鋼プロセスと、複数の加熱炉を有する熱間圧延機による圧延プロセスとの同期操業に際し、前記連続鋳造機から抽出され高温装入用の加熱炉に直接装入される高温装入鋳片と、前記連続鋳造機から抽出され置場に載置された後に通常温度装入用の加熱炉に装入される通常温度装入鋳片とを差し合いながら前記熱間圧延機で圧延する差し合い操業時の圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序決定システムであって、
   前記差し合い操業中に、前記高温装入鋳片の加熱炉からの抽出時刻または加熱炉への到着枚数が製鋼プロセスの操業スケジュールと異なった場合に、圧延順序を変更し、変更された該圧延順序に基づいて圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序変更手段と、
   圧延順序変更後の前記圧延プロセスの操業スケジュールが制約条件を充足するか否かを判定する圧延制約判定手段と、
   前記制約条件を充足する操業スケジュールに基づいて圧延プロセスを制御する圧延制御手段と、
   を備える圧延順序決定システム。
2. 前記圧延順序変更手段は、所定枚数分の前記高温装入鋳片に対する圧延プロセスの操業スケジュールの余裕時間に、前記通常温度装入鋳片の圧延計画を組み込むように圧延プロセスの操業スケジュールを決定する請求項１に記載の圧延順序決定システム。
3. 前記制約条件は、構文木のデータ構成を有し、
   前記圧延制約判定手段は、前記制約条件を構文解析手法で解釈する請求項１または２に記載の圧延順序決定システム。
4. 前記圧延順序変更手段は、前記高温装入用の加熱炉内への高温装入用鋳片の装入間隔を前記熱間圧延機での圧延間隔に基づいて算出し、算出された該装入間隔に基づいて圧延プロセスの操業スケジュールを決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧延順序決定システム。
5. 連続鋳造機による製鋼プロセスと、複数の加熱炉を有する熱間圧延機による圧延プロセスとの同期操業に際し、前記連続鋳造機から抽出され高温装入用の加熱炉に直接装入される高温装入鋳片と、前記連続鋳造機から抽出され置場に載置された後に通常温度装入用の加熱炉に装入される通常温度装入鋳片とを差し合いながら前記熱間圧延機で圧延する差し合い操業時の圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序決定方法あって、
   前記差し合い操業中に、前記高温装入鋳片の加熱炉からの抽出時刻または加熱炉への到着枚数が製鋼プロセスの操業スケジュールと異なった場合に、圧延順序を変更し、変更された該圧延順序に基づいて圧延プロセスの操業スケジュールを決定する圧延順序変更ステップと、
   圧延順序変更後の前記圧延プロセスの操業スケジュールが制約条件を充足するか否かを判定する圧延制約判定ステップと、
   前記制約条件を充足する操業スケジュールに基づいて圧延プロセスを制御する圧延制御ステップと、
   を有する圧延順序決定方法。

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