JP6460004B2 - 加熱炉抽出間隔決定装置、鋼板の製造装置、加熱炉抽出間隔決定方法および鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉抽出間隔決定装置、鋼板の製造装置、加熱炉抽出間隔決定方法および鋼板の製造方法に関する。

従来、厚鋼板の製造ラインでは、連続式加熱炉で加熱した圧延材（スラブ）を抽出し、圧延機で圧延し、その後冷却装置で所定の温度まで冷却し、必要に応じてさらに矯正機で矯正を実施して圧延完了となる。このような厚鋼板の製造ラインにおいて、加熱炉から圧延材を抽出する間隔（タイミング）は、固定のタイマー設定とオペレータの手動補正により決定される場合が多い。この方法では、タイマー設定がＸ秒（Ｘは可変入力値）で固定されており、圧延材の種類によらず、上記固定のタイマー設定の時間が経過した後に、一様に次の圧延材が抽出される仕組みとなっている。

また、特許文献１，２では、圧延材の諸元データを利用して圧延時間、冷却時間および搬送時間を予測し、加熱炉からの抽出間隔を最適化する技術が提案されている。

特開２０１４−２００８０４号公報 特許第５６７３２４９号公報

前記した固定のタイマー設定を利用した加熱炉抽出間隔の決定方法では、先行する圧延材との間隔が極端に短くなる場合や、搬送異常が発生して抽出不可と判断される場合は、オペレータの手動補正によって抽出を一旦停止し、再度手動操作を行うことで次の圧延材の抽出を行っている。従って、この方法では、圧延待ちや冷却待ちが発生する等、最適な抽出間隔とはならず、鋼板の品質が不合格となる頻度が高かった。

また、特許文献１，２で提案されている方法では、例えば搬送異常等の予測不能な事象、またはオペレータの手介入（例えば圧延材の旋回（ターン）、手動圧延等）による圧延時間の変化等の外乱が発生した場合、抽出間隔の最適化を図れないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加熱炉からの圧延材の抽出間隔を最適化することができる加熱炉抽出間隔決定装置、鋼板の製造装置、加熱炉抽出間隔決定方法および鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る加熱炉抽出間隔決定装置は、加熱炉から抽出した圧延材を圧延機によって圧延する製造ラインにおいて、前記圧延材を前記加熱炉から抽出する間隔を決定する加熱炉抽出間隔決定装置であって、過去に圧延した前記圧延材の諸元データおよび圧延実績データを蓄積するデータベースと、前記加熱炉から既に抽出されている圧延材である先行材について、前記先行材の圧延が完了するまでの圧延残時間を算出する圧延時間算出部と、前記加熱炉から未だ抽出されておらず、かつ前記先行材の後に前記圧延機によって圧延を行う予定の圧延材である後行材について、前記データベースに蓄積された前記諸元データおよび前記圧延実績データに基づくデータベース型モデリングを利用して、前記加熱炉から抽出された前記後行材が前記圧延機に到達するまでの圧延機到達時間を予測する圧延時間予測部と、前記先行材の圧延残時間の長さが、前記後行材の圧延機到達時間の長さ未満である場合、前記加熱炉に対して前記後行材の抽出を指示する抽出指示部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る加熱炉抽出間隔決定装置は、上記発明において、前記圧延実績データは、過去に圧延した前記圧延材のオペレータに関する情報を含み、前記圧延時間予測部は、前記諸元データおよび前記圧延実績データを説明変数として重回帰演算を行うことにより、前記後行材を圧延するオペレータの過去の圧延実績を考慮して前記圧延機到達時間を予測することを特徴とする。

また、本発明に係る加熱炉抽出間隔決定装置は、上記発明において、前記圧延実績データは、過去に圧延した前記圧延材のオペレータによる手介入の有無に関する情報を含み、前記圧延時間予測部は、前記諸元データおよび前記圧延実績データを説明変数として重回帰演算を行うことにより、圧延される前記後行材の手介入の有無を考慮して前記圧延機到達時間を予測することを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼板の製造装置は、上記加熱炉抽出間隔決定装置と、圧延材を加熱する加熱炉と、前記加熱炉から抽出した前記圧延材を圧延する圧延機と、前記圧延材を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る加熱炉抽出間隔決定方法は、加熱炉から抽出した圧延材を圧延機によって圧延する製造ラインにおいて、前記圧延材を前記加熱炉から抽出する間隔を決定する加熱炉抽出間隔決定方法であって、前記加熱炉から既に抽出された圧延材である先行材について、前記先行材の圧延が完了するまでの圧延残時間を算出する圧延時間算出ステップと、前記加熱炉から未だ抽出されておらず、かつ前記先行材の後に前記圧延機によって圧延を行う予定の圧延材である後行材について、データベースに蓄積された、過去に圧延した圧延材の諸元データおよび圧延実績データに基づくデータベース型モデリングを利用して、前記加熱炉から抽出された前記後行材が前記圧延機に到達するまでの圧延機到達時間を予測する圧延時間予測ステップと、前記先行材の圧延残時間の長さが、前記後行材の圧延機到達時間の長さ未満である場合、前記加熱炉に対して前記後行材の抽出を指示する抽出指示ステップと、を含むことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼板の製造方法は、上記加熱炉抽出間隔決定方法と、加熱炉で圧延材を加熱する加熱ステップと、前記加熱炉から抽出した前記圧延材を圧延機によって圧延する圧延ステップと、前記圧延材を冷却装置によって冷却する冷却ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、諸元データのみではなく、各圧延材の過去の圧延実績を基に後行材の圧延時間（圧延機到達時間）を予測するため、外乱を反映させることが可能となり、後行材の圧延時間をより精度よく予測することが可能となる。従って、先行材と後行材の抽出間隔を最小化することができ、加熱炉からの圧延材の抽出間隔を最適化することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る加熱炉抽出間隔決定装置が適用される鋼板の製造装置の構成の一例を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態に係る加熱炉抽出間隔決定装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態に係る加熱炉抽出間隔決定装置の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施形態に係る加熱炉抽出間隔決定装置の効果を説明するための説明図である。

以下、本発明に係る加熱炉抽出間隔決定装置、鋼板の製造装置、加熱炉抽出間隔決定方法および鋼板の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

まず、本実施形態に係る加熱炉抽出間隔決定装置を備える鋼板の製造装置の構成から説明する。鋼板の製造装置は、スラブから鋼板（具体的には厚鋼板）を製造するものであり、図１に示すように、加熱炉抽出間隔決定装置１と、圧延材Ｗを加熱する加熱炉（連続式加熱炉）２と、加熱炉２から抽出された圧延材Ｗを搬送する搬送ロール３と、粗圧延を行う粗圧延機４と、圧延材Ｗを冷却する冷却装置５，８と、仕上圧延を行う仕上圧延機６と、を備えている。なお図１では、上記構成に加えて、圧延材Ｗの歪みを矯正する矯正機７，９をさらに備えた例を示しているが、これら矯正機７，９は本発明において必須の構成ではなく、必要に応じて備える場合の配置の例を示すために、図１に表示している。なお、以下の説明では、圧延前のスラブと圧延後の鋼板とを、併せて圧延材Ｗと定義する。

加熱炉抽出間隔決定装置１は、加熱炉２から抽出する圧延材Ｗの抽出間隔を決定するものである。加熱炉抽出間隔決定装置１は、図２に示すように、圧延計算機１０と、サーバＰＣ２０とを備えている。なお、以下の説明では、鋼板の製造装置において処理される圧延材Ｗのうち、加熱炉２から既に抽出された圧延材Ｗであり、かつ粗圧延機４によってこれから圧延される、あるいは粗圧延機４によって圧延中の圧延材Ｗを「先行材」と定義する。また、加熱炉２から未だ抽出されておらず、かつ先行材の後（次）に粗圧延機４によって圧延を行う予定の圧延材Ｗのことを「後行材」と定義する。すなわち、加熱炉抽出間隔決定装置１は、加熱炉２から既に抽出された先行材が存在する状況において、後行材をどのタイミングで加熱炉２から抽出するのかを決定するためのものである。

圧延計算機１０およびサーバＰＣ２０は、具体的にはパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって実現されるものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主要構成部品としている。圧延計算機１０とサーバＰＣ２０とは、ネットワークで接続され、データのやり取りが可能に構成されている。また、図１では図示を省略したが、圧延計算機１０は、鋼板の製造装置の各構成とも接続され、これらの機器を制御可能に構成されている。

圧延計算機１０は、図２に示すように、データ送信部１１と、圧延条件算出部１２と、圧延時間算出部１３と、抽出指示部１４と、を備えている。また、サーバＰＣ２０は、データベース２１と、圧延時間予測部２２と、を備えている。

データベース２１は、過去に圧延した圧延材Ｗの諸元データおよび圧延実績データを蓄積するものである。これら諸元データおよび圧延実績データは、後記するように圧延計算機１０のデータ送信部１１から入力される。なお、データベース２１によるデータ保存期間は、３ヶ月程度とすることが望ましい。これにより、種々の圧延材Ｗの諸元データおよび圧延実績データをデータベース２１に蓄積することができ、後記する圧延時間予測部２２の予測精度が向上する。

ここで、諸元データとしては、例えば以下の表１の１〜５に示すように、過去に圧延した圧延材Ｗごとの目標板厚、目標板幅、目標板長、冷却有無、圧延方法等が挙げられる。先行材および後行材を含む各圧延材Ｗの諸元データは、圧延計算機１０の図示しない記憶手段に予め記憶されており、後記するように、圧延材Ｗを抽出するたびにデータ送信部１１を介してデータベース２１に送信される。なお、前記した「冷却有無」とは、冷却装置５，８で冷却を行うか否かを示している。

また、圧延実績データとしては、例えば以下の表１の６〜１２に示すように、過去に圧延した圧延材Ｗごとのオペレータ情報、粗圧延パススケジュール、粗圧延時間、冷却時間、仕上圧延時間、搬送時間、手介入有無等が挙げられる。圧延材Ｗの圧延実績データは、圧延材Ｗの圧延が完了するたびにデータ送信部１１を介してデータベース２１に送信される。

なお、前記した「オペレータ情報」とは、圧延材Ｗを圧延した際のオペレータに関する情報（氏名等）のことを示している。また、前記した「搬送時間」とは、鋼板の製造ライン全体の搬送時間のことを示しており、後記する「粗圧延機到達時間」もこの搬送時間の中に含まれている。または、搬送時間には、例えば搬送異常による圧延材Ｗの抽出停止または遅延等の外乱も含まれている。また、前記した「手介入有無」とは、オペレータが圧延材Ｗの旋回、手動圧延、圧延回数の増減等の手動操作を行ったか否かを示している。

以下、加熱炉抽出間隔決定装置１の具体的な処理手順（加熱炉抽出間隔決定方法）について、図３を参照しながら説明する。

まず、圧延計算機１０は、加熱炉２から先行材を抽出する（ステップＳ１１、先行材抽出ステップ）。続いて、圧延計算機１０のデータ送信部１１は、加熱炉２から先行材を抽出したタイミングで、後行材の諸元データを、データベース２１に送信する（ステップＳ１２、諸元データ送信ステップ）。

続いて、圧延条件算出部１２は、先行材の諸元データに基づいて、先行材の粗圧延パススケジュールを算出する（ステップＳ１３、粗圧延パススケジュール算出ステップ）。続いて、圧延時間算出部１３は、先行材の粗圧延パススケジュールに基づいて、先行材の粗圧延時間を算出する（ステップＳ１４、粗圧延時間算出ステップ）。続いて、圧延時間算出部１３は、先行材の粗圧延時間に基づいて、先行材の粗圧延が完了するまでの粗圧延残時間（圧延残時間）を算出し、これを抽出指示部１４に対して送信する（ステップＳ１５、圧延時間算出ステップ）。

サーバＰＣ２０の圧延時間予測部２２は、データ送信部１１からデータベース２１に対して、後行材の諸元データが送信されると、加熱炉２から抽出された後行材が粗圧延機４に到達するまでの粗圧延機到達時間（圧延機到達時間）を予測し、これを抽出指示部１４に対して送信する（ステップＳ２１、圧延機到達時間予測ステップ）。ここで、圧延時間予測部２２は、ステップＳ２１で粗圧延機到達時間を予想する際に、データベース２１に蓄積された諸元データおよび圧延実績データに基づくデータベース型モデリングを利用する。

圧延時間予測部２２は、このデータベース型モデリングにおいて、具体的には後行材の粗圧延機到達時間を目的変数とし、上記表１で示した圧延材Ｗの諸元データおよび圧延実績データを説明変数とした重回帰演算を行うことにより、粗圧延機到達時間を予測する。なお、重回帰演算における重回帰式は、目的変数をｙ、説明変数をｘ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）とした場合、以下の式（１）のように表すことができる。

ｙ（ｘ）＝Ｂ＋ａ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋…＋ａｎ・ｘｎ ・・・式（１）

ここで、上記式（１）において、Ｂは節点、ａ０は定数、ａ１〜ａｎは偏回帰係数である。圧延時間予測部２２は、上記式（１）のｘ１，ｘ２，…，ｘｎに、圧延材Ｗの諸元データおよび圧延実績データをそれぞれ代入し、回帰係数を算出することにより、目的変数である粗圧延機到達時間を算出する。

なお、圧延実績データには、表１に示すように、過去に圧延した圧延材Ｗのオペレータ情報が含まれているため、上記重回帰演算を行うことにより、後行材を圧延するオペレータの過去の圧延実績を考慮して粗圧延機到達時間を予測することが可能となる。すなわち、後行材を圧延するオペレータが過去に同じ諸元を有する圧延材Ｗを圧延した際の状況を踏まえて粗圧延機到達時間を予測することが可能となる。

また、圧延実績データには、表１に示すように、過去に圧延した圧延材Ｗの手介入有無が含まれているため、上記重回帰演算を行うことにより、圧延される後行材の手介入の有無を考慮して粗圧延機到達時間を予測することが可能となる。すなわち、後行材と同じ諸元を有する圧延材Ｗに対して過去に手介入が行われたか否かを踏まえて粗圧延機到達時間を予測することが可能となる。

続いて、抽出指示部１４は、先行材の粗圧延残時間の長さが、後行材の粗圧延機到達時間の長さ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６、判定ステップ）。このステップＳ１６は、後行材を加熱炉２から抽出した際に、後行材が先行材に干渉しないか否かを判定するものである。先行材の粗圧延残時間の長さが、後行材の粗圧延機到達時間の長さ未満である場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）、抽出指示部１４は、加熱炉２に対して後行材の抽出を指示し、後行材を加熱炉２から抽出する（ステップＳ１７、後行材抽出指示ステップ）。

一方、先行材の粗圧延残時間の長さが、後行材の粗圧延機到達時間の長さ未満である場合（ステップＳ１６でＮｏ）、抽出指示部１４は、ステップＳ１６の判定を繰り返し、後行材の抽出タイミングを遅らせる。そして、後行材以降の圧延材Ｗについても、順次図３に示すステップを繰り返し、各圧延材Ｗの抽出間隔を決定する。

なお、この加熱炉抽出間隔決定方法を含む鋼材の製造方法を実施する場合は、当該加熱炉抽出間隔決定方法の他に、加熱炉２で圧延材Ｗを加熱する加熱ステップと、加熱炉２から抽出した圧延材Ｗを粗圧延機４および仕上圧延機６によって圧延する圧延ステップと、圧延材Ｗを冷却装置５，８によって冷却する冷却ステップと、を行えばよい。また、矯正機７，９を備えている場合には、圧延材Ｗの歪みを矯正機７，９によって矯正する矯正ステップをさらに追加すればよい。

ここで、鋼板の製造ラインでは、種々の諸元を有する圧延材Ｗが圧延され、さらに圧延材Ｗごとに固有の冷却方法を採用したり、あるいは圧延材Ｗの旋回、手動圧延、圧延回数の増減等、オペレータによる種々の手介入が行われている。しかし、従来の特許文献１，２に係る方法では、諸元データのみで圧延時間等を予測するため、上記外乱の影響を反映させることが困難である。

一方、本実施形態に係る加熱炉抽出間隔決定装置１、鋼板の製造装置、加熱炉抽出間隔決定方法および鋼板の製造方法によれば、諸元データのみではなく、各圧延材Ｗの過去の圧延実績を基に後行材の圧延時間（粗圧延機到達時間）を予測するため、上記外乱を反映させることが可能となり、後行材の圧延時間をより精度よく予測することが可能となる。従って、図４に示すように、先行材と後行材の抽出間隔を最小化することができ、加熱炉２からの圧延材Ｗの抽出間隔を最適化することができる。

なお、図４において、上側のグラフは先行材および後行材の速度（搬送速度）と位置（搬送位置）との関係を示しており、下側のグラフは先行材および後行材の時間（搬送時間）と位置（搬送位置）との関係を示している。また同図では、便宜上、矯正機７の図示を省略している。

以上、本発明に係る加熱炉抽出間隔決定装置、鋼板の製造装置、加熱炉抽出間隔決定方法および鋼板の製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

例えば、前記した加熱炉抽出間隔決定装置１では、圧延時間算出部１３が、先行材の粗圧延時間に基づいて、先行材の粗圧延が完了するまでの粗圧延残時間を算出するとしたが、この先行材の粗圧延残時間についても、データベース型モデリングを利用して算出することが可能である。具体的には、この先行材が後行材であった過去の圧延機到達時間予測ステップにおいて、上記式（１）により、粗圧延機到達時間とともに粗圧延時間を予め予測しておき、この粗圧延時間を現在の判定ステップで用いればよい。

また、前記した加熱炉抽出間隔決定装置１では、図２に示すように、圧延計算機１０およびサーバＰＣ２０を物理的に２つのハードウェアとして示したが、圧延計算機１０およびサーバＰＣ２０は１つのハードウェアで構成しても構わない。

１ 加熱炉抽出間隔決定装置
２ 加熱炉（連続式加熱炉）
３ 搬送ロール
４ 粗圧延機
５，８ 冷却装置
６ 仕上圧延機
７，９ 矯正機
１０ 圧延計算機
１１ データ送信部
１２ 圧延条件算出部
１３ 圧延時間算出部
１４ 抽出指示部
２０ サーバＰＣ
２１ データベース
２２ 圧延時間予測部
Ｗ 圧延材

Claims (5)

1. 加熱炉から抽出した圧延材を圧延機によって圧延する製造ラインにおいて、前記圧延材を前記加熱炉から抽出する間隔を決定する加熱炉抽出間隔決定装置であって、
   過去に圧延した前記圧延材の諸元データおよび圧延実績データを蓄積するデータベースと、
   前記加熱炉から既に抽出された圧延材である先行材について、前記先行材の圧延が完了するまでの圧延残時間を算出する圧延時間算出部と、
   前記加熱炉から未だ抽出されておらず、かつ前記先行材の後に前記圧延機によって圧延を行う予定の圧延材である後行材について、前記データベースに蓄積された前記諸元データおよび前記圧延実績データに基づくデータベース型モデリングを利用して、前記加熱炉から抽出された前記後行材が前記圧延機に到達するまでの圧延機到達時間を予測する圧延時間予測部と、
   前記先行材の圧延残時間の長さが、前記後行材の圧延機到達時間の長さ未満である場合、前記加熱炉に対して前記後行材の抽出を指示する抽出指示部と、
   を備え、
   前記諸元データは、過去に圧延した圧延材ごとの目標板厚、目標板幅、目標板長、冷却有無、圧延方法を含み、
   前記圧延実績データは、過去に圧延した圧延材ごとの粗圧延時間、冷却時間、仕上圧延時間、搬送時間を含み、
   前記圧延時間予測部は、前記諸元データおよび前記圧延実績データを説明変数として重回帰演算を行うことにより、前記圧延機到達時間を予測することを特徴とする加熱炉抽出間隔決定装置。
2. 前記圧延実績データは、過去に圧延した前記圧延材のオペレータによる手介入の有無に関する情報を含み、
   前記圧延時間予測部は、前記諸元データおよび前記圧延実績データを説明変数として重回帰演算を行うことにより、圧延される前記後行材の手介入の有無を考慮して前記圧延機到達時間を予測することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉抽出間隔決定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の加熱炉抽出間隔決定装置と、
   圧延材を加熱する加熱炉と、
   前記加熱炉から抽出した前記圧延材を圧延する圧延機と、
   前記圧延材を冷却する冷却装置と、
   を備えることを特徴とする鋼板の製造装置。
4. 加熱炉から抽出した圧延材を圧延機によって圧延する製造ラインにおいて、前記圧延材を前記加熱炉から抽出する間隔を決定する加熱炉抽出間隔決定方法であって、
   前記加熱炉から既に抽出された圧延材である先行材について、前記先行材の圧延が完了するまでの圧延残時間を算出する圧延時間算出ステップと、
   前記加熱炉から未だ抽出されておらず、かつ前記先行材の後に前記圧延機によって圧延を行う予定の圧延材である後行材について、データベースに蓄積された、過去に圧延した圧延材の諸元データおよび圧延実績データに基づくデータベース型モデリングを利用して、前記加熱炉から抽出された前記後行材が前記圧延機に到達するまでの圧延機到達時間を予測する圧延時間予測ステップと、
   前記先行材の圧延残時間の長さが、前記後行材の圧延機到達時間の長さ未満である場合、前記加熱炉に対して前記後行材の抽出を指示する抽出指示ステップと、
   を含み、
   前記諸元データは、過去に圧延した圧延材ごとの目標板厚、目標板幅、目標板長、冷却有無、圧延方法を含み、
   前記圧延実績データは、過去に圧延した圧延材ごとの粗圧延時間、冷却時間、仕上圧延時間、搬送時間を含み、
   前記圧延時間予測ステップは、前記諸元データおよび前記圧延実績データを説明変数として重回帰演算を行うことにより、前記圧延機到達時間を予測することを特徴とする加熱炉抽出間隔決定方法。
5. 請求項４に記載の加熱炉抽出間隔決定方法と、
   加熱炉で圧延材を加熱する加熱ステップと、
   前記加熱炉から抽出した前記圧延材を圧延機によって圧延する圧延ステップと、
   前記圧延材を冷却装置によって冷却する冷却ステップと、
   を含むことを特徴とする鋼板の製造方法。

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