JP6780207B2 - 製鋼工程における溶鋼鍋の使用本数の決定方法 - Google Patents
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Description
精錬処理後の溶鋼は、溶鋼鍋に移し替えられて二次精錬設備へと移送され、溶鋼に対する更なる精錬が行われる。二次精錬後の溶鋼は連続鋳造機に移送され、スラブやブルームなどの鋳片へと鋳造される。鋳片を連続的に鋳造する連続鋳造機では、連続鋳造装置の生産性を向上させるために、複数の溶鋼鍋を用いて鋼種が異なる場合を含めた複数のチャージを連続的に鋳造する連続鋳造が行われる。
特許文献1は、複数の転炉、二次精錬設備、連続鋳造機、搬送設備を有する製鋼プロセスの操業スケジュール作成システムにおいて、連続鋳造機の鋳造スケジュールをもとにして、鋳造工程から上工程に対して時間軸と工程をさかのぼりながら、物流シミュレーション実行システムを用いて搬送台車やクレーンの干渉を考慮し、操業スケジュールを仮決定する第一ステップと、第一ステップから得られた製鋼プロセスの吹錬スケジュールをもとにして、転炉設備から下工程に対して工程と時間軸を下りながら鍋の後処理工程による操業スケジュールへの影響を検証し、操業スケジュールを再計算する第二ステップを組み合わせる製鋼プロセスの操業スケジュール作成システムが開示されている。
とはいえ、様々な原因により、各設備での作業遅延が発生することがあり、スケジュールに狂いが生じ、ひいては、連続鋳造に途切れが発生することがあった。
そこで、連々鋳切れを起こさないために必要な最低鍋本数を提示することができれば、操業の一つの指標となると考えられ、経験の浅いオペレータであっても対応できるものとなる。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、複数の溶鋼鍋を用いて異鋼種を連続的に鋳造するような連続鋳造において、連続鋳造に途切れが起こらないような操業スケジュールの決定方法、特に、連々鋳切れを起こさないように連続鋳造を行うために必要な最低鍋本数を決定する方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明にかかる製鋼工程における溶鋼鍋の使用本数の決定方法は、転炉と、二次精錬設備と、連続鋳造機と、溶鋼鍋を搬送する搬送設備とを有する製鋼工場を操業するに際し、連々鋳切れを起こさないために必要とされる前記溶鋼鍋の使用本数を決定する方法であって、同一の前記溶鋼鍋において、装入された前鋼種と現鋼種の種類に応じた二次精錬での処理時間又は鍋整備場での処理時間を予め求めておき、求めておいた処理時間を基に、製鋼工程における型組を作成すると共に、連続鋳造機における連々鋳切れがないかを確認し、前記型組において連々鋳切れがない場合には、当該型組における鍋本数を、鋳造切れを起こさないために必要とされる溶鋼鍋の使用本数とすることを特徴とする。
(1)溶鋼鍋の本数をNとした上で、各チャージにおける鋳造開始時刻を求める。
(2)装入された前鋼種と現鋼種の種類に応じた二次精錬での処理時間又は鍋整備場での処理時間を基に算出された各溶鋼鍋の実鍋時間と空鍋時間を用いて、N+1チャージ目の溶鋼が装入された溶鋼鍋が連続鋳造機に到着する時刻を算出する。
(4)xチャージ目の溶鋼鍋に関し、xチャージ目の連続鋳造後、出鋼を終えて、再び、溶
鋼鍋が連続鋳造機に戻ってくる到着時刻を求め、その到着時間と、連続鋳造の開始時間とを比べることで、x+Nチャージの鋳造に間に合うかを判定する。
(5)x+Nチャージの鋳造に間に合うと判定できた際には、溶鋼鍋の使用本数をNに決定する。
なお、本発明の最も好ましい実施形態は、転炉と、二次精錬設備と、連続鋳造機と、溶鋼鍋を搬送する搬送設備とを有する製鋼工場を操業するに際し、連々鋳切れを起こさないために必要とされる前記溶鋼鍋の使用本数を決定する方法であって、同一の前記溶鋼鍋において、装入された前鋼種と現鋼種の種類に応じた二次精錬での処理時間又は鍋整備場での処理時間を、予め求めておき、求めておいた処理時間を基に、製鋼工程における型組を作成すると共に、連続鋳造機における連々鋳切れがないかを確認し、前記型組において連々鋳切れがない場合には、当該型組における鍋本数を、鋳造切れを起こさないために必要とされる溶鋼鍋の使用本数とするものであって、前記溶鋼鍋の使用本数を求めるに際しては、以下に示す工程(1)〜工程(5)を行うことを特徴とする溶鋼鍋の使用本数を決定することを特徴とする。
(1)溶鋼鍋の本数をNとした上で、各チャージにおける鋳造開始時刻を求める。
(2)装入された前鋼種と現鋼種の種類に応じた二次精錬での処理時間又は鍋整備場での処理時間を基に算出された各溶鋼鍋の実鍋時間と空鍋時間を用いて、N+1チャージ目の溶鋼が装入された溶鋼鍋が連続鋳造機に到着する時刻を算出する。
(3)前記(1),(2)の計算をN+1チャージ〜最後のチャージまで繰り返す。
(4)xチャージ目の溶鋼鍋に関し、xチャージ目の連続鋳造後、出鋼を終えて、再び、溶鋼鍋が連続鋳造機に戻ってくる到着時刻を求め、その到着時間と、連続鋳造の開始時間とを比べることで、x+Nチャージの鋳造に間に合うかを判定する。
(5)x+Nチャージの鋳造に間に合うと判定できた際には、溶鋼鍋の使用本数をNに決定する。
[第1実施形態]
本発明にかかる溶鋼鍋Zの使用本数の決定方法を説明する前に、本発明が適用される製鋼工程1について説明を行う。
本発明が適用される製鋼工程1では、まず、高炉から出銑された溶銑は、例えばトピードカーなどにより転炉2に移送され、転炉2において精錬処理(脱りん処理、脱炭処理)が行われる。
図1に示す如く、精錬処理後の溶鋼は、溶鋼鍋Zに移し替えられ、搬送設備を用いて二次精錬設備3、4へと実鍋が移送され、溶鋼に対する二次精錬が行われる。
二次精錬設備3、4は、溶鋼から不純物を除く操作および成分元素を添加する工程および操作である。
なお、連続鋳造機5に溶鋼を装入して空となった溶鋼鍋Zは、滓などを排出する作業や溶鋼鍋Zの手入れ作業が行われる。溶鋼鍋Zの手入れ作業は、鍋整備場6で行われる。鍋整備場6で整備が行われた溶鋼鍋Zは、空鍋の状態で、転炉2の出鋼側へ移送され、再び、溶鋼が装入されることとなる。
このような連々鋳においては、前チャージに続く後チャージのための実鍋が遅れて到着し、連続的に鋳造ができないような「連々鋳切れ」といわれる状況が発生することがある。連々鋳切れが発生すると、鋳造の再開までには、タンディッシュの交換等の段取り時間が必要となり、連鋳機の非稼動時間が大幅に増加する。また、連々鋳切れの前後のチャージには品質上の問題が発生する場合もある。このように、連々鋳切れは、連々鋳の安定操業を行うためには避けるべき事態であり、そのために、転炉2、二次精錬設備3、4、連続鋳造機5、更には、鍋整備場6を連携して操業するためのスケジュールが組まれることとなる。
一方、図3に示すように、1チャージ目が鋼種Aであり、7チャージ目が鋼種Bである場合を考える。この場合、1チャージ目で鋼種Aが装入された溶鋼鍋Z1に、7チャージ目で異なる鋼種Bが装入されることとなる。このように、同一の溶鋼鍋Zに前チャージと異なる鋼種が装入される際には、二次精錬に要する時間が長くなったり、鍋の整備に時間がかかったりする。
まず、算出方法の基本的な考え方(アプローチ)について、述べる。
基本の考え方では、実鍋時間や空鍋時間は、溶鋼鍋Zに装入される鋼種によって異なるとする。さらに、決められた本数の溶鋼鍋Zを順番に用いるので、同じ溶鋼鍋Zが何チャージかに1回は用いられる。そのため、前のチャージの鋼種と次のチャージの鋼種とが異なる場合には、前のチャージの鋼種に依存して次の鋼種の溶鋼処理時間も変わってくるものとする。このような前のチャージの鋼種に依存して変わる溶鋼処理時間には、実鍋時間を算出する際に必要となる二次精錬の時間や、空鍋時間を算出する際に必要となる鍋整備時間などがある。
まず、型組(連鋳スケジュール)と鍋本数Nが与えられたとする。
このとき、以下の考え方で、鍋本数Nの時に連々鋳切れしないかを調べる。
(1)各チャージにおける鋳造開始時刻を求めるようにする。
(2)その後、各溶鋼鍋Zの実鍋時間と空鍋時間を用いて、N+1チャージ目の溶鋼が装入された溶鋼鍋Zが連続鋳造機5に到着する時刻を算出する。
(4)以上の計算結果を基に、xチャージ目の溶鋼鍋Zを仮に対象とした場合、xチャージの連続鋳造後、出鋼を終えて、再び、溶鋼鍋Zが連続鋳造機5に戻ってくる到着時刻を求め、その到着時間と、連続鋳造の開始時間とを比べることで、x+Nチャージの鋳造に間に合うかを判定する。なお、xチャージが装入された溶鋼鍋Zが連続鋳造機5に到着する時刻=当該溶鋼鍋Zが前回鋳造が終わった時刻+空鍋時間+実鍋時間で求める。
まず、kの初期値を指定し、k=N+1とする(k>N)。
次に、各チャージの鋳造開始時刻を求める。ここで、kチャージ目の鋳造開始時間をTstart(k)、kチャージ目の鋳造時間をT(k)とすると、kチャージ目の鋳造開始時間は、式(1)となる。
このようにしてkチャージ目の鋳造開始時間が求められたら、次にkチャージ目の鋳造に用いられる溶鋼鍋Zが連続鋳造機5に到着する時刻を算出する。この溶鋼鍋Zの到着時刻は、以下のようにして求めることができる。
到着時間を求めるに際しては、鍋付属設備交換依存の追加時間を求めることが重要となる。鍋付属設備交換依存の追加時間Tprocess(k)は、鍋付属設備交換に必要な時間をxとすると、式(2)のようになる。
例えば、kチャージ目の空鍋時間をTempty(k)、kチャージ目の実鍋時間をTfull(k)を求めるに際して、kチャージ目の鋼種(Steel grade)を Sg(k)、鋼種(Steel grade)における基本(Base)所要空鍋時間をBempty(Sg)、鋼種(Steel grade)における基本(Base)所要実鍋時間をBfull(Sg)、kチャージ目における当日の設備等依存調整(Adjust)空鍋時間をAempty(k) 、kチャージ目における当日の設備等依存調整(Adjust)実鍋時間をAfull(k) とした場合、空鍋時間Tempty(k)、実鍋時間Tfull(k)は、式(3)、式(4)のようになる。
ここで、kチャージ目の鋳造位置到着時間をTarrive(k)、kチャージ目の鋳造完了時間をTend(k)、kチャージ目の空鍋時間をTempty(k)、kチャージ目の実鍋時間をTfull(k)とすると、到着時間は、式(5)のようになる。なお、kチャージ目の鋳造完了時間Tend(k)などは、操業実績として明らかになっている。
式(6)が成立の場合、チャージ数k=k+1として上記の処理を繰り返す。
式(6)が成立し、且つの場合、チャージ数kが最終チャージの場合、鍋本数Nを、製鋼工程1における溶鋼鍋Zの必要本数Nとして決定する。
[第2実施形態]
上記した第1実施形態の技術を用いることで、連続鋳造が途切れることなく、安定して鋳片を連続鋳造することが可能となる。第2実施形態では、更に、精度を高めて最低鍋本数Nを算出することで、更に安定して鋳片を連続鋳造することを目的とする。
(i)連続鋳造機5における鋳造時間について、直近の実績を用いて計算を進めるようにする(直近の実績に基づいて調整を行う)。
(ii)ポーラス交換依存の追加時間を考慮する。例えば二次精錬設備3,4などにおいては、溶融金属をガスにより攪拌する必要がある。このガスを溶融金属内に吹き込むものがポーラスであり、数チャージに一度、ポーラスの交換が必要である。このポーラスの交換時間を正確に考慮するようにする。このポーラスについては、例えば二次精錬設備3,4の溶鋼鍋Zで用いられるポーラスなどが挙げられる。
まず、計算にあたり、型組(連鋳スケジュール)と鍋本数が与えられたとする。
その際、各チャージの鋳造開始時刻を求める。
その後、溶鋼鍋Zにおける実鍋時間と空鍋時間を用いて、溶鋼鍋Zが連鋳機に到着する時刻を算出する。すなわち、N+1チャージの溶鋼鍋Zが連続鋳造機5に到着する時刻を算出し、この計算を、同様にN+1チャージから最後のチャージの溶鋼鍋Zまで繰り返す。この時、xチャージ目の溶鋼鍋Zを仮に対象とした場合、xチャージ目における鋳造後、着目した溶鋼鍋Zが出鋼を終えて再び連続鋳造機5に戻ってくる到着時刻を比べることで、x+N(ch)の鋳造に間に合うか否かが判る。
以上概略で求めた計算の具体的なアルゴリズムを以下に示す。
まず、連続鋳造機5における鋳造時間について、直近の実績を用いて計算を行う(直近の鋳造実績に従って鋳造時間を調整する)。つまり、鋳造時間Tは、鋼種毎に決まっているが、直近の該当鋼種 鋳造時間実績平均をもとに再設定する。
(0)kの初期値を指定する。
すなわち、溶銑鍋Zの取り回しに関し、1周目は出鋼早出し可能で、連々鋳切れにならないため、溶銑鍋Zの取り回しの2周目以降(k>N)のみ対応するようにする。つまり、式(7)とする。
ここで、kチャージ目の鋳造開始時間をTstart(k)、kch目の鋳造時間をT(k)とすると、kチャージ目の鋳造開始時間は、以下の式(8)のようになる。
ここで、kチャージ目におけるポーラス交換依存の追加時間をTporus(k)、チャージ数a毎に交換が必要であり、ポーラス交換に必要な時間をxとすると、Tporus(k)は、以下の式(9)のようになる。
なお、k%3≠0は、k÷3が割り切れなかった場合を示す。また、k%3=0は、k÷3が割り切れた場合を示す。つまり「k%3は」kを3で除した時の余りを示す。%に関しては、以下同様である。
ここで、kチャージ目における排滓ポットの交換時間をTpot(k)、チャージ数b毎に交換が必要であり、排滓ポット交換に必要な時間をxとすると、Tpot(k)は、以下の式(10)のようになる。
ここで、kチャージ目の空鍋時間をTempty(k)、kチャージ目の実鍋時間をTfull(k)、kチャージ目の鋼種(Steel grade)をSg(k)、鋼種(Steel grade)における基本(Base)所要空鍋時間をBempty(Sg)、鋼種(Steel grade)における基本(Base)所要実鍋時間をBfull(Sg)、kチャージ目における当日の設備等依存調整(Adjust)空鍋時間をAempty(k) 、kチャージ目における当日の設備等依存調整(Adjust)実鍋時間をAfull(k)とし、空鍋時間の前鋼種、当該鋼種に依存した調整時間f(Sg(k),Sg(k-N))、実鍋時間の前鋼種、当該鋼種に依存した調整時間g(Sg(k),Sg(k-N))、を加味すると、Tempty(k)、Tfull(k)は、以下の式(11)、式(12)のようになる。
ここで、kチャージ目の鋳造位置到着時間をTarrive(k)、kチャージ目の鋳造完了時間をTend(k)、kチャージ目のポーラス依存調整時間をTporus(k)、kチャージ目の排滓ポット交換時間をTpot(k)、kチャージ目の空鍋時間をTempty(k)、kチャージ目の実鍋時間をTfull(k)とすると、kチャージ目の鋳造位置到着時間Tarrive(k)は、以下の式(13)のようになる。
すなわち、以下の式(14)が成立するか否かを確認する。
すなわち、式(14)が不成立の場合、鍋本数N=N+1として(0)からやり直す。式(14)が成立する場合、k=k+1として(1)〜(4)の手順を繰り返す。式(14)が成立し、かつkが最終チャージの場合、鍋本数Nを最低鍋本数Nとして決定する。
以上述べたように、第2実施形態では、更に、精度を高めて最低鍋本数Nを算出することで、更に安定して鋳片を連続鋳造することが可能となる。
2 転炉
3 二次精錬設備
4 二次精錬設備
5 連続鋳造機
6 鍋整備場
Z 溶鋼鍋
Claims (1)
- 転炉と、二次精錬設備と、連続鋳造機と、溶鋼鍋を搬送する搬送設備とを有する製鋼工場を操業するに際し、連々鋳切れを起こさないために必要とされる前記溶鋼鍋の使用本数を決定する方法であって、
同一の前記溶鋼鍋において、装入された前鋼種と現鋼種の種類に応じた二次精錬での処理時間又は鍋整備場での処理時間を、予め求めておき、
求めておいた処理時間を基に、製鋼工程における型組を作成すると共に、連続鋳造機における連々鋳切れがないかを確認し、
前記型組において連々鋳切れがない場合には、当該型組における鍋本数を、鋳造切れを起こさないために必要とされる溶鋼鍋の使用本数とするものであって、
前記溶鋼鍋の使用本数を求めるに際しては、以下に示す工程(1)〜工程(5)を行うことを特徴とする溶鋼鍋の使用本数を決定する方法。
(1)溶鋼鍋の本数をNとした上で、各チャージにおける鋳造開始時刻を求める。
(2)装入された前鋼種と現鋼種の種類に応じた二次精錬での処理時間又は鍋整備場での処理時間を基に算出された各溶鋼鍋の実鍋時間と空鍋時間を用いて、N+1チャージ目の溶鋼が装入された溶鋼鍋が連続鋳造機に到着する時刻を算出する。
(3)前記(1),(2)の計算をN+1チャージ〜最後のチャージまで繰り返す。
(4)xチャージ目の溶鋼鍋に関し、xチャージ目の連続鋳造後、出鋼を終えて、再び、溶鋼鍋が連続鋳造機に戻ってくる到着時刻を求め、その到着時間と、連続鋳造の開始時間とを比べることで、x+Nチャージの鋳造に間に合うかを判定する。
(5)x+Nチャージの鋳造に間に合うと判定できた際には、溶鋼鍋の使用本数をNに決定する。
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