JP6198658B2 - 圧延中間品の生産管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延工程における圧延中間品の生産管理方法に関する。

近年、圧延工程において、「連続鋳造工程で製造された鋳片（圧延中間品）をいったん常温まで落として冷鋳片とし、それを熱間圧延工程に送る」といった製造方法とは別に、「連続鋳造工程からでた鋳片の温度を約４００℃〜７００℃のまま加熱炉へ移送し、熱間圧延を行う」といったＨＣＲ（ホットチャージローリング）製造方法を用いることが増えている。かかるＨＣＲ操業を用いることで製造時間が短くなる、エネルギーロスを減らせる等の利点がある。通常、製鋼工場では、上記したＨＣＲ操業と非ＨＣＲ操業とが混在する形で行われている。

圧延工程のコストダウンを目的とした場合、効果的な施策としては、中間製品（＝スラブ、ブルーム、ビレットなどの鋳片）を加熱炉で加熱する時間を短縮することが有効であり、圧延工程の全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことが有効である。
例えば、特許文献１には、加熱炉の装入テーブル上に鋳造順に応じて載置されるスラブに対して、圧延側の制約を満足するように適切に加熱炉への装入順を入れ替えることができ、それによって、ＤＨＣＲや仮置きＨＣＲの実施を一層拡大することができる加熱炉装入方法が開示されている。

また、特許文献２には、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が開示されている。

特開２００７−２４６９９４号公報 特許第５４０３１９６号公報

上記したように、圧延工程での全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことで、圧延工程のコストダウンを図ることが可能となるが、ＨＣＲ操業の割合を増やそうとした場合、以下に述べるような阻害要因が存在する。
（要因１）熱間圧延工程との不整合
熱間圧延工程のスケジューリングには様々な制約条件が存在する。例えば、連続する２本のスラブの幅、厚みの違いには上限があり（ジャンプ制約）、強度が異なる鋳片を混在させることは、製品材の品質不良の原因となる。また、熱間圧延工程では、約１００本の圧延材を圧延すると圧延ロールを交換するが、圧延ロールの交換直後の圧延ができない鋼種がある。そのような鋼種の圧延の前には、別鋼種のスラブをスケジュールする必要があり、そのような鋼種を熱上げ材とよぶ。熱上げ材を必要とする鋼種は、熱上げ材がない、又は少ない場合には圧延できない状況となる。
（要因２）連続鋳造工程後に発見される不具合
連続鋳造工程で製造された鋳片に、疵（表面疵）が発見された場合、手入れ（＝疵取り）をしてから、熱間圧延工程へ導入する必要があるため、ＨＣＲ操業は不可能となる。また、連続鋳造工程の上工程（溶銑予備処理、転炉、二次精錬処理）において不具合が発生したり、各工程の製造条件を外してしまう場合があったりした場合、連続鋳造工程で製造された鋳片は、熱間圧延工程前に、何らかの検査などが必要となる。このときも、ＨＣＲ操業は不可能となる。
（要因３）受注を受けていないスラブ
高炉−転炉法を用いる製鉄所では、鋳造段階での製造単位（チャージ）は、概ね２００ｔｏｎ〜３００ｔｏｎであり、転炉における同一チャージは同一鋼種（同一成分）である
。例えば、転炉での１チャージが２００ｔｏｎの場合であっても、受注の単位はもっと小さく、５ｔｏｎや１０ｔｏｎの受注もある。

したがって、同じ鋼種の受注を集めて１チャージを構成することになるが、２００ｔｏｎ丁度で１チャージを組むことが難しい。２００ｔｏｎのチャージのうち、例えば、受注を受けているスラブになる溶鋼（受注と紐がついている部分）が１５０ｔ、残りの５０ｔは、受注を受けていないスラブになる溶鋼（受注と紐ついていない部分、未紐付き）ということがある。

このとき、未紐付きの部分は受注を受けていないものであるため、連続鋳造工程では、とりあえず、適当なサイズの鋳片（未紐付き鋳片）として鋳造する。その後、未紐付き鋳片であるが故に、熱間圧延工程へ送ることができず、冷鋳片となる。
冷鋳片は、その鋼種を利用できる受注が入った場合に、その受注に紐つけ、そのサイズで圧延される。

ＨＣＲ操業の割合を増やそうとした場合の阻害要因としては、（要因１）、（要因２）もあるが、（要因３）によるものが大きい。
前述した特許文献１などに開示された技術は、ＨＣＲ操業の実施を一層拡大することができる加熱炉装入の技術を開示するものであるが、上記した（要因３）を回避し、圧延工程のコストダウンを図るための技術を開示するものとはなっていない。言い換えれば、連続鋳造工程後に生じる冷鋳片の発生を抑制する技術とはなっていない。

また、特許文献２の技術は、製鋼のスケジュールが変動すれば、それに合わせて熱延のスケジュールを変動させるというものであるが、この技術を適用可能とするためには、スラブが受注を受けていて圧延サイズが決定していることが必須である。つまり、特許文献２の技術も、上記した（要因３）を回避し、圧延工程のコストダウンを図るための技術を開示するものとはなっていない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、圧延工程での全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことで、圧延工程のコストダウンを図ることを可能とする圧延中間品の生産管理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の圧延中間品の生産管理方法は、圧延中間品である「連続鋳造工程で鋳造した鋳片」を熱間圧延工程に移送し、当該熱間圧延工程で圧延を行うことで圧延材を製造する圧延工程において、前記鋳片のなかに、受注を受けていない鋳片である「未紐付き鋳片」が存在した際には、前記未紐付き鋳片を熱間圧延工程へ移送し、仮の板幅及板厚にて圧延するものとし、前記未紐付き鋳片が該当する鋼種における過去の圧延実績を調べ、当該鋼種の鋳片の圧延後の板幅及板厚が１種類のみであった場合には、前記仮の板幅及板厚として、前記１種類の圧延後の板幅及板厚を採用し、当該鋼種の鋳片の圧延後の板幅及板厚が複数であった場合には、仮の板幅及板厚にて圧延した圧延材を製品として出荷したときの利益と、仮の板幅及板厚にて圧延した圧延材をリサイクルしたときの損失とを基に、コスト削減期待値を算出し、前記仮の板幅及板厚として、前記コスト削減期待値が最も大きい圧延後の板幅及板厚を採用することを特徴とする。
好ましくは、算出したコスト削減期待値を基に、熱間圧延工程へ移送する未紐付き鋳片の本数を決定するとよい。

本発明に係る圧延中間品の生産管理方法によれば、圧延工程での全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことで、圧延工程のコストダウンを図ることが可能となる。

圧延工程を模式的に示した図である。 鋳片のコスト削減期待値を算出するためのデータを示したものである（幅Ｘ１、板厚Ｙ１）。 鋳片のコスト削減期待値を算出するためのデータを示したものである（幅Ｘ２、板厚Ｙ２）。 鋳片のコスト削減期待値を算出するためのデータを示したものである（幅Ｘ３、板厚Ｙ３）。

以下、本発明に係る圧延中間品の生産管理方法の実施形態を図に基づいて説明する。
なお、説明においては、薄鋼板を念頭におき、中間製品をスラブ、製品をコイル材と表現するが、条鋼線材、厚鋼板でも同様の議論が成り立つ。
［第１実施形態］
図１は、製鋼工場におけるＨＣＲ操業を示したものである。

図１に示す如く、ＨＣＲ操業は、連続鋳造工程１に備えられた連続鋳造装置で鋳造されたスラブ等の鋳片Ｗを常温まで冷却することなく、温度約４００℃〜７００℃のまま熱間圧延工程２に移送するものである。運ばれた鋳片Ｗは、熱間圧延工程２の加熱炉３に装入されて約１２００℃まで加熱され、その後、熱間圧延工程２（粗圧延機及び仕上げ圧延機）で薄鋼板等の圧延材（コイル材）に圧延される。連続鋳造工程１と熱間圧延工程２の配置場所は、製鋼工場のレイアウトにより異なり、近接している場合もあるし互いが離れていることもある。連続鋳造装置で製造されたスラブが加熱炉３に入るまでに要する時間は、工場のレイアウトにより異なるが約６時間程度である。

さて、このようなＨＣＲ操業においては、中間製品（＝連続鋳造工程１により製造されたスラブ、ブルーム、ビレットなどの鋳片Ｗ）を、加熱炉３で加熱する時間を短縮することができ、エネルギーロスを減らせる等の利点がある。それ故、圧延工程における全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことは有効である。
しかしながら、「発明が解決しようとする課題」で精説したように、ＨＣＲ操業の割合を増やそうとした場合、受注を受けていないスラブになる溶鋼（受注と紐ついていない部分、未紐付きスラブ）が存在し、ＨＣＲ操業を阻むこととなる。

未紐付き溶鋼は受注を受けていないものであるため、連続鋳造工程１では、とりあえず、適当なサイズの鋳片Ｗ（未紐付き鋳片Ｗ）として鋳造する。その後、未紐付き鋳片Ｗであるが故に、熱間圧延工程２へ送ることができず、冷鋳片となる。
本実施形態では、上記した冷鋳片の発生を防ぐために、連続鋳造工程１で鋳造した鋳片Ｗの中に、受注を受けていない鋳片Ｗである「未紐付き鋳片Ｗ」が存在した際には、この未紐付き鋳片Ｗを熱間圧延工程２へ移送し、仮のサイズ（仮の板幅、仮の板厚）にて圧延するようにしている。

これにより、連続鋳造工程１で鋳造した鋳片Ｗが冷鋳片となることはなく、直ちに熱間圧延工程２へ移送することが可能となり、ひいては、圧延工程における全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことが可能となる。
鋳片Ｗを圧延する際の仮のサイズ（仮の板幅、仮の板厚）としては、例えば、未紐付き鋳片Ｗが該当する鋼種における過去の圧延実績（過去の一定期間での実績）を調べ、当該鋼種の鋳片Ｗの圧延サイズが１種類のみであった場合には、仮のサイズとして、過去実績から得られた１種類の圧延サイズを採用することができる。

また、未紐付き鋳片Ｗが該当する鋼種における過去の圧延実績（過去の一定期間での実績）を調べ、当該鋼種の鋳片Ｗの圧延サイズが複数であった場合には、仮のサイズとして、複数の圧延サイズのうち、最も大きい圧延サイズを採用することができる。
［第２実施形態］
第１実施形態で述べた圧延中間品の生産管理方法を用いることで、鋳片Ｗを仮のサイズで圧延することができ、連続鋳造工程１で鋳造した鋳片Ｗは冷鋳片となることがなく、直ちに熱間圧延工程２へ移送することが可能となり、ひいては、圧延工程における全操業に対するＨＣＲ操業の割合を増やすことが可能となる。

しかしながら、常に、鋳片Ｗの過去の圧延サイズ実績が１種類のみである場合は少なく、そもそも、仮のサイズで圧延した製造されるコイル材が、その後、実際に受注を受け、出荷できるかは判らない。
仮のサイズで圧延したコイル材が、その後の一定期間内に受注を受けることがなければ、そのコイル材はリサイクルされることとなる。リサイクルとは、「転炉での冷鉄源として溶解する」、「一般汎用コイル材として安価に出荷する」などである。リサイクルを行うと、前者の場合、熱延コストと再溶解の熱コストが無駄となり、後者の場合、本来の出荷価格との差額が損害となる。これらが頻発するようであると、ＨＣＲ操業化によるコストダウン効果よりも損害の方が大きくなり、却って操業コストがアップすることになる。

そこで、第２実施形態では、冷鋳片とせず仮のサイズで圧延する鋳片Ｗの「本数」を、過去の受注実績などから得られる「統計情報」を基に決定するようにしている。
すなわち、仮のサイズに圧延した鋳片Ｗに対する受注が、その後の一定期間に発生しない確率を導出し、その上で、ＨＣＲ比率向上によるコスト削減と、受注未達によるコストアップをあわせた期待値を求め、その上で、何本の鋳片Ｗを仮のサイズで熱間圧延するかを決定するようにしている。

例えば、過去の受注実績が図２に示すような場合を考える。
図２中の（１）に示される表は、過去６ヶ月の受注本数を示したものである。受注したコイル材のサイズは、幅Ｘ１、板厚Ｙ１である。図２中の（１）の表から判るように、例えば、１月の１旬（１０日間）でのコイル材の受注本数は５本、１月の２旬でのコイル材の受注本数は１０本、１月の３旬でのコイル材の受注本数は０本、となっている。

図２中の（２）に示される表は、３０日後までに受注した本数、すなわち３０日分の受注本数を示している。
図２中の（３）に示される表は、仮サイズで圧延した鋳片Ｗの本数ｎを可変とした場合での「３旬後の残存コイル数」及び「統計情報」を示したものである。図２中の（３）の表では、１６旬分のデータ（１月１旬〜６月１旬）が示されている。

例えば、仮サイズで圧延した鋳片Ｗの本数ｎをｎ＝１５本とする。これは、図２中の（３）の表の１行目に対応する。この行において、例えば、１月の３旬を考えることにする。１月の３旬における「３０日分の受注本数」は、６本である。そのため、１５本−６本＝９本のコイル材は、見受注のまま残存し、リサイクルコスト（リサイクルに伴う損失）が発生することとなる。一方で、２月の２旬を考えると、その旬における「３０日分の受注本数」は、２２本である。この旬は、受注数が多いため、仮サイズで圧延された鋳片Ｗは残存せず、リサイクルによる損失は発生しない。

上記した状況をもとに、コスト計算した結果が、図２中の（３）の表の右半分に示してある。
この表の右半分にある「３０日後に残るコイル数の期待値」とは、残存するコイル数の平均値であり、仮のサイズで圧延する鋳片Ｗが１５本の場合（図２中の（３）が示す表の１行目）、（１＋６＋４＋４＋２）／１６＝１．０６３（本／旬）となっている。

「ＨＣＲコスト削減効果」は、鋳片Ｗを冷鋳片とせず、仮のサイズで圧延しＨＣＲ操業できたときのコスト削減量であり、本実施形態では５千円としている。また、「処理のためのコスト増損失」は、仮サイズで製造したコイル材をリサイクルするのに必要なコストであり損失になるものであって、本実施形態では２０万円としている。
以上の情報を基に「コスト削減期待値」を計算する。例えば、図２中の（３）の表の１行目に対応するコスト削減期待値は、連続鋳造工程１で製造された鋳片Ｗのうち、１５本の「未紐付き鋳片Ｗ」を仮の圧延サイズで圧延した場合における最終的なコストの推定値である。コスト削減期待値がプラスの場合は、コスト削減効果が生じることとなる。

図２中の（３）の表の１行目に対応するコスト削減期待値は、５千円×（１５本ー１．０６３本）ー（２０万円×１．０６３本）＝−１４２８１２円（マイナス値）となっている。すなわち、未紐付き鋳片Ｗを仮のサイズ（幅Ｘ１、板厚Ｙ１）で１５本圧延し、ＨＣＲ操業を行った場合、損失が発生する可能性があることが判る。
上記した計算を、圧延本数１４本〜１本に亘り計算した結果が、図２中の（３）に示し
てある。この結果から明らかなように、未紐付き鋳片Ｗを仮のサイズ（幅Ｘ１、板厚Ｙ１）で１１本以下で圧延し、ＨＣＲ操業を行った場合、トータルコストを削減することができ、最も効果が大きいのは、未紐付き鋳片Ｗを仮のサイズ（幅Ｘ１、板厚Ｙ１）で、且つ９本で圧延したとき（コスト削減期待値４万５千円）であることがわかる。

このように、仮のサイズにて圧延した圧延材を製品として出荷したときの利益と、仮のサイズにて圧延した圧延材をリサイクルしたときのコストとを基に、コスト削減期待値を算出し、算出したコスト削減期待値を基に、熱間圧延工程２へ移送する未紐付き鋳片Ｗの本数を決定するようにすることで、圧延工程での全操業に対するＨＣＲ操業の割合を正確に増やすことができ、圧延工程のコストダウンを図ることが可能となる。
［第３実施形態］
なお、第２実施形態では、１つの仮サイズで鋳片Ｗを圧延した場合について、過去の受注実績などから得られる「統計情報」を基に、圧延本数を決めていた。

しかしながら、実際の操業においては、仮サイズを可変とすることで、圧延工程のコストダウンを確実に行うことが可能となる。
そこで、第３実施形態では、図２〜図４に示すように、複数の仮のサイズで鋳片Ｗを圧延した場合を考え、各サイズにおいて、第２実施形態の手法を適用し、コスト削減期待値を計算するとよい。

図２〜図４には、３つの仮のサイズで圧延した場合における、コスト削減期待値の計算結果が示されている（「幅Ｘ１、板厚Ｙ１」、「幅Ｘ２、板厚Ｙ２」、「幅Ｘ３、板厚Ｙ３」）。
図２から明らかなように、仮のサイズ「幅Ｘ１、板厚Ｙ１」では、９本圧延したときのコスト削減期待値が最も高く、４万５千円であり、図３から明らかなように、仮のサイズ「幅Ｘ２、板厚Ｙ２」では、７本圧延したときのコスト削減期待値が最も高く、３万５千円である。また、図４から明らかなように、仮のサイズ「幅Ｘ３、板厚Ｙ３」では、１２本圧延したときのコスト削減期待値が最も高く、６万円である。

この結果から明らかなように、最も効果が大きいのは、未紐付き鋳片Ｗを仮のサイズ（幅Ｘ３、板厚Ｙ３）で、且つ１２本で圧延したときである。
以上述べたように、複数の仮のサイズのそれぞれにおいて、コスト削減期待値を算出し、算出したコスト削減期待値を基に、熱間圧延工程２へ移送する未紐付き鋳片Ｗの仮のサイズ及び本数を決定することで、圧延工程での全操業に対するＨＣＲ操業の割合を正確に増やすことができ、圧延工程のコストダウンを図ることが可能となる。

ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 連続鋳造工程
２ 熱間圧延工程
３ 加熱炉
Ｗ 鋳片

Claims (2)

1. 圧延中間品である「連続鋳造工程で鋳造した鋳片」を熱間圧延工程に移送し、当該熱間圧延工程で圧延を行うことで圧延材を製造する圧延工程において、
   前記鋳片のなかに、受注を受けていない鋳片である「未紐付き鋳片」が存在した際には、前記未紐付き鋳片を熱間圧延工程へ移送し、仮の板幅及板厚にて圧延するものとし、
   前記未紐付き鋳片が該当する鋼種における過去の圧延実績を調べ、当該鋼種の鋳片の圧延後の板幅及板厚が１種類のみであった場合には、前記仮の板幅及板厚として、前記１種類の圧延後の板幅及板厚を採用し、当該鋼種の鋳片の圧延後の板幅及板厚が複数であった場合には、仮の板幅及板厚にて圧延した圧延材を製品として出荷したときの利益と、仮の板幅及板厚にて圧延した圧延材をリサイクルしたときの損失とを基に、コスト削減期待値を算出し、前記仮の板幅及板厚として、前記コスト削減期待値が最も大きい圧延後の板幅及板厚を採用する
   ことを特徴とする圧延中間品の生産管理方法。
2. 算出したコスト削減期待値を基に、熱間圧延工程へ移送する未紐付き鋳片の本数を決定することを特徴とする請求項１に記載の圧延中間品の生産管理方法。