JP7099111B2

JP7099111B2 - 鋼片の製造プロセスの制御装置、方法及びプログラム

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Publication number: JP7099111B2
Application number: JP2018134884A
Authority: JP
Inventors: 信貴中川; 浩 ▲葛▼城
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-07-18
Also published as: JP2020011262A

Description

本発明は、鋼片の製造プロセスの制御装置、方法及びプログラムに関する。

鋳造工程を含む鋼片の製造プロセスでは、所定の期間における複数のキャストを対象とする操業計画が立案され、その操業計画に従って操業が実施される。
操業計画の立案に関する技術として、例えば特許文献１には、鋳造工程の製造ロットを示すキャストに各注文品の素材となるスラブをデータ処理装置によりそれぞれ割り当てるスラブ設計方法が開示されている。

特開２００４－９１２０号公報

鋼片の製造プロセス１として、図１に示すように、鋳造工程１ａと、その下工程の幅圧下工程１ｂとを有するものがある。
鋳造工程１ａでは、連続鋳造機を用いて、キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造し、適宜カットして鋼片であるスラブを製造する。転炉での出鋼単位をチャージと呼び、１チャージあたり複数のスラブが製造される。連続的に鋳造される複数のチャージのグループはキャストと呼ばれる。
幅圧下工程１ｂでは、サイジングミル等の幅圧下設備を用いて、鋳造工程１ａで製造するスラブに幅圧下を行う。

鋼片の製造プロセス１では、図５に示すように、製造コスト、納期、適正在庫量等を考慮して、所定の期間における複数のキャストを対象とする操業計画が立案されている。操業計画においては、キャスト毎に、幅圧下工程１ｂでの幅圧下に対する幅圧下命令（以下、ＳＭ命令と称する。）が予め設定されている。図５において、一のブロックが一のキャストに対応する。
通常時は、操業計画において予め設定されたＳＭ命令を順次発行することによって、ＳＭ命令に従った幅圧下が行われる（図５でいう「ＳＭ命令にてＳＭ操業」）。

ここで、操業計画に従う操業中に、幅圧下工程１ｂでサイジングミルの故障等のトラブルが発生して幅圧下不能な状態になったときは、鋳造された鋼片は鋳造された幅のまま、圧延工程に送られることになる。
この場合、幅圧下不能な状態になったことを受けて、オペレータが、幅圧下を行わずに製造可能な注文品で操業計画を作り直し、幅圧下工程無しの命令（以下、ＡＣ命令と称する。）を作成するのが一般的である。
しかしながら、オペレータによるＡＣ命令の作成には通常、数時間程度の時間がかかる。その間も鋳造は実施する必要があるため、ＡＣ命令が発行されるまでの間は、幅圧下を行うことを前提として設計されたキャストのままで鋳造が実施されることになり（図５でいう「ＳＭ命令にてＡＣ操業」）、幅公差外れのスラブである余材スラブが発生してしまう。余材スラブの発生を極力抑えるように鋳造幅を設定し直すことが求められる。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、鋳造の下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスにおいて、例えば幅圧下不能な状態になったときに、余材鋼片数が少なくなるようにすることを目的とする。

本発明の鋼片の製造プロセスの制御装置は、キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造して鋼片を製造し、その下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスを制御するための制御装置であって、複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎に幅圧下命令が予め設定された操業計画に従う操業中に、幅圧下無しで鋼片の製造を実施するにあたり、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報と各チャージで製造予定の鋼片の幅公差の情報と鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する制御手段を備えたことを特徴とする。
本発明の鋼片の製造プロセスの制御方法は、キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造して鋼片を製造し、その下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスを制御するための制御方法であって、制御手段が、複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎に幅圧下命令が予め設定された操業計画に従う操業中に、幅圧下無しで鋼片の製造を実施するにあたり、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報と各チャージで製造予定の鋼片の幅公差の情報と鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する手順を有することを特徴とする。
本発明のプログラムは、キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造して鋼片を製造し、その下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスを制御するためのプログラムであって、複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎に幅圧下命令が予め設定された操業計画に従う操業中に、幅圧下無しで鋼片の製造を実施するにあたり、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報と各チャージで製造予定の鋼片の幅公差の情報と鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する処理をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、鋳造の下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスにおいて、例えば幅圧下不能な状態になったときに、余材鋼片数を少なくすることが可能になる。

実施形態に係る鋼片の製造プロセスの制御装置の機能構成を示す図である。実施形態に係る鋼片の製造プロセスの制御装置による鋼片の製造プロセスの制御方法を示すフローチャートである。スラブの幅公差の例を示す図である。救済率の算出、及び採用鋳造幅の決定を説明するための図である。操業計画と操業との関係を説明するための図である。従来の余材発生量と、本発明を適用した対策後の余材発生量とを比較した特性図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態では、図１に示すように、鋳造工程１ａと、その下工程の幅圧下工程１ｂとを有する鋼片の製造プロセス１を対象とする。既述したように、所定の期間における複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎にＳＭ命令が予め設定された操業計画が立案されている。
本実施形態において、鋳造工程１ａで用いられる連続鋳造機では、所定の範囲で鋳造幅が可変となっている。

図１に、実施形態に係る鋼片の製造プロセスの制御装置１００（以下、単に制御装置１００と呼ぶ。）の機能構成を示す。
制御装置１００は、操業計画に従う操業中に、幅圧下工程１ｂでトラブルが発生して幅圧下不能な状態になった場合に、余材スラブ数が少なくなるように鋳造幅を設定する制御手段として機能する。これを実現するために、制御装置１００は、キャスト指定部１０１と、チャージ抽出部１０２と、鋳造幅決定部１０３と、命令発行部１０４とを備える。

また、制御装置１００は、余材スラブ数が少なくなるように鋳造幅を設定するのに用いられる各種情報を格納するデータベース２００に接続する。データベース２００には、所定の期間における操業計画及びその最新の実施状況、操業計画に含まれる各キャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報、操業計画に含まれる各キャストの各チャージで製造予定のスラブ毎の幅公差等が格納されている。

キャスト指定部１０１は、幅圧下工程１ｂでトラブルが発生して幅圧下不能な状態になったとき、操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施の１キャストを指定する。キャスト指定部１０１は、例えばユーザの指示に従って１キャストを指定するようにしてもよいし、所定のルールに従って１キャストを自動指定する（例えば操業計画内で時間順で近いキャストから順に指定する）ようにしてもよい。

チャージ抽出部１０２は、キャスト指定部１０１で指定した１キャスト（以下、指定キャストと呼ぶ。）を構成するチャージから、幅圧下無しで製造可能なチャージを抽出する。
データベース２００には、操業計画に含まれる各キャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報が格納されており、チャージ抽出部１０２は、これを参照することにより、指定キャストを構成するチャージから、幅圧下無しで製造可能なチャージを抽出する。例えば鋼種に応じて幅圧下無しで製造可能か否かが定められる場合、データベース２００には幅圧下無しで製造不可鋼種の情報が格納される。
チャージによっては幅圧下工程１ｂでの幅圧下により品質を担保するものがあり、このようなチャージは幅圧下が必須であり、抽出対象から除外する。例えばパイプ等の材料となるスラブを製造するチャージでは、幅圧下によりエッジ部の介在物を破砕することで品質を担保することがあり、このチャージは抽出対象から除外する。

鋳造幅決定部１０３は、チャージ抽出部１０２で抽出したチャージで製造予定のスラブの幅公差と、鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する。

本実施形態では、連続鋳造機において、最小鋳造幅１１００ｍｍ、最大鋳造幅２０００ｍｍの可変範囲で鋳造幅を変更できるとする。
また、データベース２００には、操業計画に含まれる各キャストの各チャージで製造予定のスラブ毎に、幅公差を表す最小幅及び最大幅が格納されている。スラブの幅公差は注文に応じて定められるものであり、幅圧下を行うスラブでは幅圧下後の幅に対する公差となる。例えばチャージ抽出部１０２で、幅圧下無しで製造可能なチャージとして２チャージを抽出したとする。図３に示すように、そのうちの１チャージ目では６本のスラブが製造され、１本目のスラブ（１ｓｌ）での最小幅が１２００ｍｍ、最大幅が１４１０ｍｍ、２本目のスラブ（２ｓｌ）での最小幅が１２５０ｍｍ、最大幅が１４６０ｍｍ、・・・、と定められている。また、２チャージ目では６本のスラブが製造され、１本目のスラブ（１ｓｌ）での最小幅が１３００ｍｍ、最大幅が１５１０ｍｍ、２本目のスラブ（２ｓｌ）での最小幅が１３５０ｍｍ、最大幅が１５１０ｍｍ、・・・と定められている。

鋳造幅決定部１０３は、チャージ抽出部１０２で抽出したチャージにおいて、幅公差内となるスラブの比率が最大となる鋳造幅を探索する。幅公差内となるスラブの比率が大きいほど、余材スラブ数が少なくなるので、以下では、幅公差内となるスラブの比率を救済率と称する。そして、救済率が最大値となる、すなわち余材スラブ数が最小となる鋳造幅が一つであれば、その鋳造幅を採用鋳造幅とする。また、救済率が最大値となる鋳造幅が複数ある場合、その中で最大幅となる鋳造幅を選択して採用鋳造幅とする。鋳造幅が大きい方が、鋳造時間の最小化を図ることができるからである。

図４を参照して、救済率の算出、及び採用鋳造幅の決定の具体例を説明する。
救済率の算出は、最小鋳造幅及び幅公差の最小幅のうちの大きい方を起点として行う。図３の例では、最小鋳造幅が１１００ｍｍ、幅公差の最小幅が９００ｍｍであり、最小鋳造幅１１００ｍｍを起点として救済率を算出する。
鋳造幅を最小鋳造幅（１１００ｍｍ）としたとき、１チャージ目及び２チャージ目において鋳造幅１１００ｍｍが幅公差内に含まれるスラブは３本（１チャージ目の３ｓｌ、４ｓｌ、５ｓｌ）である。この場合、３本／１２本＝０．２５で、救済率は２５％となる。
以下、鋳造幅として設定可能な最小ピッチ（本例では１０ｍｍ）で鋳造幅を順次大きくしながら、同様の考え方で、救済率を算出する。例えば鋳造幅を１１１０ｍｍとしたときは、鋳造幅１１００ｍｍの場合と同じであるが、鋳造幅を１１２０ｍｍとしたときは、１チャージ目及び２チャージ目において鋳造幅１１２０ｍｍが幅公差内に含まれるスラブは２本（１チャージ目の４ｓｌ、５ｓｌ）であり、救済率は１７％となる。
この結果、鋳造幅を１３００ｍｍ、１３１０ｍｍ、１３５０ｍｍ、１３６０ｍｍとしたとき、救済率が７５％で最大値となる。そこで、その中で最大幅となる鋳造幅１３６０ｍｍを選択して採用鋳造幅とする。
なお、救済率の算出は、最大鋳造幅及び幅公差の最大幅のうちの小さい方に達するまで行う。図３の例では、最大鋳造幅が２０００ｍｍ、幅公差の最大幅が１５１０ｍｍであり、鋳造幅を幅公差の最大値１５１０ｍｍに増やすまで救済率を算出する。

命令発行部１０４は、チャージ抽出部１０２で抽出したチャージを、鋳造幅決定部１０３で決定した採用鋳造幅で鋳造する鋳造命令を発行する。

以上のようにした実施形態に係る鋼片の製造プロセスの制御装置１００は、例えばプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリを備えたコンピュータ装置により実現され、プロセッサがメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、各部１０１～１０４の機能が実現される。
また、一つのデータベース２００として図示したが、余材スラブ数が少なくなるように鋳造幅を設定するのに用いられる各種情報が複数のデータベースに分散されて格納されたり、ネットワーク上の外部機器から取り込まれたりする構成としてもよい。

図２は、実施形態に係る制御装置１００による鋼片の製造プロセスの制御方法を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、幅圧下工程１ｂでトラブルが発生して幅圧下不能な状態になったときに開始される。
ステップＳ１で、キャスト指定部１０１は、操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施の１キャストを指定する。

ステップＳ２で、チャージ抽出部１０２は、初回のループではステップＳ１において指定した指定キャスト、又は２回目以降のループではステップＳ８において変更した指定キャストを構成するチャージから、幅圧下無しで製造可能なチャージを抽出する。

ステップＳ３で、チャージ抽出部１０２は、ステップＳ２において抽出したチャージ数が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。このチャージ数の閾値は、例えばデータベース２００に格納されている。ステップＳ２において抽出したチャージ数が閾値以上であれば、ステップＳ４に進み、閾値を下回る場合、ステップＳ７に進む。例えば転炉やＲＨ（Ruhrstahl-Heraeus）で製造中のチャージがあり、必要なチャージの最低数が決まっている場合があるからである。

ステップＳ４で、鋳造幅決定部１０３は、ステップＳ２において抽出したチャージで製造予定のスラブの幅公差と、鋳造幅の可変範囲とに基づいて、救済率が最大値となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する。

ステップＳ５で、鋳造幅決定部１０３は、ステップＳ４において決定した採用鋳造幅のときの救済率が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。この救済率の閾値は、例えばデータベース２００に格納されている。ステップＳ４において決定した採用鋳造幅の救済率が閾値以上であれば、ステップＳ６に進み、閾値を下回る場合、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６で、命令発行部１０４は、ステップＳ２においた抽出したチャージを、ステップＳ４において決定した採用鋳造幅で鋳造する鋳造命令を発行する。鋳造命令を発行するときに、例えば手入れ量増加必要鋼種に該当する場合、手入れ量増加指示を含めるようにしてもよい。この手入れ量増加必要鋼種の情報は、例えばデータベース２００に格納されている。例えば検査基準が厳格な鋼種の場合、サイジングミル加熱炉でのスケールオフ量を担保するために、スカーフマシンによるスカーフ量を増加するように指示を含める。

ステップＳ７で、キャスト指定部１０１は、操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストであって、未指定のキャストがあるか否かを判定する。未指定のキャストがあれば、ステップＳ８に進み、未指定のキャストがなければ場合、本フローチャートを終了する。

ステップＳ８で、キャスト指定部１０１は、未指定のキャストのうちの１キャストを指定し、すなわち指定キャストを変更して、処理をステップＳ２に戻す。

以上述べたように、幅圧下工程１ｂでトラブルが発生して幅圧下不能な状態になったとき、その時点で鋳造未実施のキャストの情報に基づいて、そのまま操業計画に従う操業を続けるよりも余材スラブ数が少なくなるように鋳造幅を設定することができる。これにより、オペレータがＡＣ命令を作成するまでの時間を稼ぐことができるとともに、余材スラブの発生を抑えることができる。

図６を参照して、従来の余材発生量と、本発明を適用した対策後の余材発生量とを比較する。
実績として、過去数年の調査期間において、サイジングミルの故障等のトラブルが発生して幅圧下不能な状態になった対象が１０キャスト、２７チャージあった。
この場合、従来のようにＳＭ命令の幅のまま鋳造したことにより、余材発生量は５．９ｋｔ／年であった。
この実績に対して本実施形態を適用したところ、余材発生量が１．９ｋｔ／年となり、従来の余材発生量に対して６８％程度の削減効果が得られた。

なお、図２のフローチャートでは、１キャスト毎にチャージを抽出し（ステップＳ２）、採用鋳造幅を決定する（ステップＳ４）ことを繰り返すようにしたが、これに限られるものではない。例えば操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施の複数のキャストそれぞれについて、並列的に、チャージを抽出し、採用鋳造幅を決定する処理を行うようにしてもよい。その結果、例えば救済率が最も良かった鋳造未実施のキャストを対象として、採用鋳造幅で鋳造する鋳造命令を発行すればよい。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明は、本発明の鋼片の製造プロセスの制御機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。

１００：制御装置
１０１：キャスト指定部
１０２：チャージ抽出部
１０３：鋳造幅決定部
１０４：命令発行部
２００：データベース

Claims

キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造して鋼片を製造し、その下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスを制御するための制御装置であって、
複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎に幅圧下命令が予め設定された操業計画に従う操業中に、幅圧下無しで鋼片の製造を実施するにあたり、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報と各チャージで製造予定の鋼片の幅公差の情報と鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する制御手段を備えたことを特徴とする鋼片の製造プロセスの制御装置。
前記制御手段は、
前記操業計画に含まれる各キャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報を格納したデータベースを参照することにより、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施の１キャストを構成するチャージから、幅圧下無しで製造可能なチャージを抽出するチャージ抽出手段と、
前記チャージ抽出手段で抽出したチャージで製造予定の鋼片の幅公差と、鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する鋳造幅決定手段と、
前記チャージ抽出手段で抽出したチャージを、前記鋳造幅決定手段で決定した採用鋳造幅で鋳造する鋳造命令を発行する命令発行手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の鋼片の製造プロセスの制御装置。
前記鋳造幅決定手段は、前記チャージ抽出手段で抽出したチャージで製造予定の鋼片の幅公差と、鋳造幅の可変範囲とに基づいて、余材鋼片数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定することを特徴とする請求項２に記載の鋼片の製造プロセスの制御装置。
前記鋳造幅決定手段は、余材鋼片数が最小となる鋳造幅が複数ある場合、その中で最大幅となる鋳造幅を選択して採用鋳造幅とすることを特徴とする請求項３に記載の鋼片の製造プロセスの制御装置。
前記制御手段は、操業計画に従う操業中に、幅圧下不能な状態になったとき、余材鋼片数が少なくなるように鋳造幅を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鋼片の製造プロセスの制御装置。
キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造して鋼片を製造し、その下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスを制御するための制御方法であって、
制御手段が、複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎に幅圧下命令が予め設定された操業計画に従う操業中に、幅圧下無しで鋼片の製造を実施するにあたり、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報と各チャージで製造予定の鋼片の幅公差の情報と鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する手順を有することを特徴とする鋼片の製造プロセスの制御方法。
キャストを構成する複数のチャージを連続的に鋳造して鋼片を製造し、その下工程で幅圧下を行う鋼片の製造プロセスを制御するためのプログラムであって、
複数のキャストを対象とするとともにキャスト毎に幅圧下命令が予め設定された操業計画に従う操業中に、幅圧下無しで鋼片の製造を実施するにあたり、前記操業計画に含まれるキャストのうちの鋳造未実施のキャストの各チャージが幅圧下無しで製造可能であるか否かの情報と各チャージで製造予定の鋼片の幅公差の情報と鋳造幅の可変範囲とに基づいて、幅公差外れのスラブである余材スラブ数が最小となる鋳造幅を探索して、採用鋳造幅を決定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。