TWI488697B - 最佳化裝置、最佳化方法，及最佳化程式 - Google Patents

Description

最佳化裝置、最佳化方法，及最佳化程式

本發明係關於在滾軋設備中將滾軋材滾軋時，一邊確保滾軋材料的製品品質，一面使最佳化指標量成為最小之方式，將滾軋設備之控制最佳化之最佳化裝置、最佳化方法、以及最佳化程式。

就滾軋金屬材料之滾軋設備而言，係有：製造鋼鐵板(以下稱為鋼板)之熱軋薄板滾軋設備；厚板滾軋設備；冷軋滾軋設備；鋼鐵的模具鋼滾軋設備；鋼棒、線材之滾軋設備；以及鋁(aluminum)、銅之滾軋設備。

例如，薄板熱軋設備係將稱為扁胚(slab)之長方體形狀之鋼鐵材料藉由加熱爐101加熱至1200℃左右，藉由簡略滾軋機施以簡略滾軋而製得厚度30至40mm左右之桿(bar)。此時亦有藉由桿加熱器(bar heater)將桿升溫之情形。之後，熱軋薄板滾軋設備係於完工滾軋機將施以簡略滾軋之桿滾軋成厚度1.2至12mm。接著，熱軋薄板滾軋設備係在藉由水冷機而冷卻至500至700℃左右之後，於最後藉由捲繞機而捲繞成線圈(coil)。於此，扁胚於每次經過滾軋之各步驟時，會改稱為桿、線圈等，惟於下述係統稱為滾軋材料。

如此，熱軋薄板滾軋設備係一面搬運滾軋材料，一面藉由加熱爐以預定之溫度加熱，並藉由滾軋機大幅地加以變形，藉此雖可保障一定的品質亦即目標的材質，惟為了保障較高之品質，係必須預測製品的材質，並依據此預測而決定熱軋薄板滾軋設備之各控制值。

例如，於專利文獻1係提案有從滾軋前之鋼材料實際數據成分值及滾軋後之鋼材料尺寸(厚度、寬度、長度)以及鋼材料材質保證值(拉伸強度、屈服點、韌性)而求出加熱、滾軋、冷卻之預定加工(process)條件之鋼板材質預測控制方法。

再者，一味地要求高品質之情形下，藉由高溫加熱時，則所消耗之能源亦變大，惟由於最近世界性地對於環境問題之對應，以及日本的能源問題等，而即便於熱軋薄板滾軋設備上，亦強烈地期望減低消耗能源。

於此，例如，就省能源對策而言，在未藉由滾軋機滾軋之時間、即所謂空轉(idle)時間，一般係進行降低輥(roll)旋轉速度之省能源方法。再者，由於滾軋機係使用大量的冷卻水、油壓系統的油、鼓風機的空氣，因此在將水、油、空氣供給至滾軋機之幫浦(pump)的台數控制及啟動/停止控制中，一般係已知有謀求省能源化之省能源方法。

例如，於專利文獻2中係提案有對會成為對應各個滾軋材料的化學分析之AR3變態點以上之加熱爐抽出溫度、降低電力成本(cost)之簡略滾軋之各匯流排的出口厚度、以及AR3變態點以上之完工滾軋機之出口溫度進行設定之滾軋方法。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本專利第2509481號公報

專利文獻2：日本特開昭58-119404號公報

然而，就專利文獻2所記載之方法而言，即便設定成最後完工送出側溫度會成為AR3變態點以上之加熱爐抽出溫度，在除了變態以外存在有影響最終材質之要素時，係有無法確保最終材質之情事。

就變態以外之影響最終材質之要素而言，係有對最終粒徑造成影響之各匯流排之再結晶率，或就微合金(micro alloy)鋼而言固溶元素量、析出元素量以及析出物的大小等之金屬組織變化。此等金屬組織變化係從加熱爐至最後完工送出側為止對過去的歷程記錄造成影響，為了確保最終材質，係必須考慮金屬組織變化而設定滾軋條件。

本發明為有鑑於上述課題所完成者，其目的係為提供一面確保滾軋材料之製品品質，一面以欲最佳化之最佳化指標量成為最小之方式，將滾軋設備之控制最佳化之最佳化裝置、最佳化方法、以及最佳化程式。

為了達成上述目的，本發明之最佳化裝置之第一特徵係具備：設定計算部，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料之控制設定值；材質預測部，係依據由前述設定計算部所算出之控制設定值，而預測由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出部，係依據由前述設定計算部所算出之控制設定值，而將前述滾軋裝置滾軋前述滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化部，係在由前述材質預測部所預測的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使前述設定計算部算出使前述最佳化指標量算出部所算出之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。

為了達成上述目的，本發明之最佳化裝置之第二特徵在於，前述最佳化指標量算出部係依據由前述設定計算部所算出之控制設定值，而將屬於前述滾軋裝置為了滾軋前述滾軋材料所需要之能源之使用能源作為最佳化指標量並予以算出。

為了達成上述目的，本發明之最佳化裝置之第三特徵在於，前述最佳化部係在由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且前述材質預測部所預測之前述處理量份全部的滾軋材料的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使由前述設定計算部算出使為了滾軋由前述最佳化指標量算出部所算出之前述處理量份之滾軋材料所需要之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。

為了達成上述目的，本發明之最佳化方法之第一特徵係具有：設定計算步驟(step)，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料之控制設定值；材質預測步驟，係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，而預測前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出步驟，係依據前述設定計算步驟所算出之控制設定值，而將前述滾軋裝置滾軋前述滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化步驟，係在前述材質預測步驟所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使前述設定計算步驟算出使由前述最佳化指標量算出步驟所算出之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。

為了達成上述目的，本發明之最佳化方法之第二特徵在於，前述最佳化指標量算出步驟係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，將屬於前述滾軋裝置為了滾軋前述滾軋材料所需要之能源之使用能源作為最佳化指標量並予以算出。

為了達成上述目的，本發明之最佳化方法之第三特徵在於，前述最佳化步驟係在由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且由前述材質預測步驟所預測之前述處理量份全部的滾軋材料的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，藉由前述設定計算步驟算出使為了滾軋前述最佳化指標量算出步驟所算出之前述處理量份之滾軋材料所需要之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。

為了達成上述目的，本發明之最佳化程式(program)之第一特徵在於，係使電腦執行下述步驟：設定計算步驟，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料之控制設定值；材質預測步驟，係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，預測前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出步驟，係依據前述設定計算步驟所算出之控制設定值，而將前述滾軋裝置滾軋前述滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化步驟，係在由前述材質預測步驟所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，藉由前述設定計算步驟算出使前述最佳化指標量算出步驟所算出之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。

為了達成上述目的，本發明之最佳化程式之第二特徵在於，前述最佳化指標量算出步驟係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，將屬於前述滾軋裝置為了滾軋前述滾軋材料所需要之能源之使用能源作為最佳化指標量並予以算出。

為了達成上述目的，本發明之最佳化程式之第三特徵在於，前述最佳化步驟係在由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且由前述材質預測步驟所預測之前述處理量份全部的滾軋材料的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，藉由前述設定計算步驟算出使為了滾軋由前述最佳化指標量算出步驟所算出之前述處理量份之滾軋材料所需要之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。

依據本發明之最佳化裝置、最佳化方法、及最佳化程式，係可一面確保滾軋材料之製品品質，一面以欲最佳化之最佳化指標量成為最小之方式，將滾軋設備之控制最佳化。

以下參照圖式說明本發明之最佳化裝置之實施形態。

(第1實施形態) (構成)

第1圖係為顯示適用本發明第1實施形態之最佳化裝置之熱軋滾軋系統之構成之構成圖。

如第1圖所示，熱軋滾軋系統300係具備第1實施形態之最佳化裝置1、以熱軋方式將滾軋材料滾軋之熱軋滾軋裝置100、以及控制熱軋滾軋裝置100之控制裝置200，且最佳化裝置1係連接於控制裝置200。第1圖中之箭號係顯示於熱軋滾軋裝置(熱軋滾軋動線(line))中之搬運施以滾軋之滾軋材料150的搬運方向。一般而言，滾軋材料150於在熱軋滾軋裝置中滾軋之過程中，亦被稱為扁胚、桿、線圈，於此係統一稱為滾軋材料150。

如第1圖所示，熱軋滾軋裝置100係具備：加熱爐101；一次側去銹器(primary descaler)103；簡略磨邊器(edger)105；簡略滾軋機107；簡略送出側板寬計109；桿加熱器(bar heater)110；簡略送出側溫度計111；完工側溫度計113；裁切器(crop shear)115；二次側去銹器(secondary descaler)117；完工滾軋機119；完工送出側板厚計121；多頻式應變計(multi-channel gauge)123；完工送出側溫度計125；平坦度計127；滑出台(run out table)129；捲調器(coiler)進入側溫度計131；捲條器進入側板寬計133；以及捲條器135。

加熱爐101係為用以將滾軋材料150加熱之爐。

一次側去銹器103係藉由從滾軋材料150之上下方向噴射高壓水，而去除因加熱爐101之加熱而形成於滾軋材料105表面之氧化膜。

簡略磨邊器105係進行從熱軋滾軋動線上面方向觀看之滾軋材料150的寬度方向之滾軋。

簡略滾軋機107係具備單數或複數個座(stand)，並進行滾軋材料150的上下方向之滾軋。再者，就防止溫度下降等之觀點而言，粗滾軋機107係必須使動線長度變短，且由於需要來自複數個路徑(path)(相對於搬運方向之來回運動)之滾軋，因而大多包含有可逆式滾軋機而構成。再者，簡略滾軋機107係具備對屬於半製品之滾軋材料150噴射高壓水，且用以去除表面氧化膜之去銹器。滾軋由於係在高溫下進行，因此容易形成氧化膜，而必須適當使用供去除如此之氧化膜用之裝置。

簡略送出側板寬計109係測定屬於滾軋中的半製品之滾軋材料150之板寬。

桿加熱器110係加溫由簡略滾軋機107所滾軋之滾軋材料150。

簡略送出側溫度計111係測定屬於滾軋中的半製品之滾軋材料150之表面溫度。

完工進入側溫度計113係因為簡略滾軋機107與完工滾軋機119之間之距離較長，而測定完工滾軋機119的入口之滾軋材料150之表面溫度。

裁切器115係切斷滾軋材料150之前尾端部。

二次側去銹器117係因為簡略滾軋機107與完工滾軋機119之間之距離較長，而設置於完工滾軋機119的入口，且為了使完工滾軋後之滾軋材料150的表面性狀良好，藉由從滾軋材料150的上下方向噴射高壓水，而去除形成於簡略滾軋後之滾軋材料150表面之氧化膜。

完工滾軋機119係採用設置複數行稱為座之滾軋輥(roll)之串聯(tandem)式，藉由以複數個滾軋輥朝上下方向滾軋，而可製得目標板厚之滾軋材料150。此完工滾軋機119的座與座之間係具備有為了抑制氧化膜形成，以及為了進行溫度控制之噴霧器(spray)。

完工送出側板厚計121係測定由完工滾軋機119所滾軋之滾軋材料150的板厚。

屬於X光測定器的一種之多頻式應變計(Multi-Channel Gauge)123，係設置成將X光檢測器沿著滾軋材料150的寬度方向並排之形態，且可測定寬度方向之板厚分布，而屬於可藉由一台測定板厚、凸度(crown)、板寬等複數種類之處理值之複合型測定器。

完工送出側溫度計125係測定由完工滾軋機119進行滾軋後之滾軋材料150的表面溫度。滾軋材料150的溫度係與製品之金屬組織的形成及材質密切關聯，而必須管理成適當的溫度。

平坦度計127係測定由完工滾軋機119進行滾軋後之滾軋材料150的平坦度。再者，平坦度計127係具備複數個CCD攝影機(camera)，亦可測定滾軋材料150之板寬。

滑出台129係為為了控制滾軋材料150的溫度，而藉由冷卻水將滾軋材料150冷卻之裝置。此等係除了通常之滑出台冷卻裝置外，亦於前後具備有強制冷卻裝置。

捲條器進入側溫度計131係測定由滑出台129所冷卻之滾軋材料150的表面溫度。滾軋材料150的溫度係與滾軋製品之金屬組織的形成及材質密切關聯，而必須管理成適當的溫度。

捲條器進入側板寬計133係測定由滑出台129所冷卻之滾軋材料150的板寬。就通常的滾軋而言，加熱至沃斯田鐵(Austenite)域之滾軋材料150係於滑出台129中變態為亞鐵鹽(ferrite)或珍珠岩(perlite)等之組織，因而測定變態後之板寬。再者，藉由於完工滾軋機119送出側為約860℃左右，而於捲條器進入側為約600℃左右，藉由以更加接近室溫之狀態進行測定，可以因線膨脹而導致之與室溫的誤差更少之狀態來測定板寬。

捲條器135係為了搬運滾軋材料150而進行捲繞。

控制裝置200係作為為了確保屬於製品之滾軋材料150的品質之品質控制，而進行滾軋材料150的尺寸控制及溫度控制。

控制裝置200係作為尺寸控制而進行控制滾軋材料150的寬度方向中央部的板厚之板厚控制、控制板寬之板寬控制、控制寬度方向板厚分布之板凸度控制、以及控制滾軋材料150的寬度方向之延伸之平坦度控制。

再者，控制裝置200係作為溫度控制而進行控制完工滾軋機119出口的溫度之完工出口溫度控制、以及控制捲條器135前的溫度之捲繞溫度控制。

決定滾軋材料150的製品品質時之重點在於，算出控制設定值之設定計算與品質控制。就設定計算而言，例如，在滾軋材料150捲入簡略滾軋機107以及完工滾軋機119之前，預先以初期計算來算出滾軋輥之輥間隙、輥速度，藉此確保穩定的通板。完工滾軋機119的冷卻水之初期設定以及捲繞溫度控制之初期設定係必須事先適當地進行。

例如，於板寬控制中，就妨礙板寬精度之提高之干擾而言，係有滾軋材料150的溫度變動。加熱爐101所加熱之滾軋材料150係由於加熱爐101的構造上而有形成滑動痕(skid mark)之低溫部分之情形。此低溫部分係會變硬，因此板厚變厚，而板寬亦變化。

於此，說明關於滾軋材料150的溫度與品質之關係。於加熱爐101中未充分地對滾軋材料150進行加熱時，滑動痕係顯著地出現，而在滾軋材料150的搬運方向上係依滑動痕之週期出現板厚偏差。

尤其，作為滾軋材料150的材質而使用微合金鋼時，係有由於來自加熱爐101的抽出溫度之變化，而無法得到期待之微合金效果之虞。微合金鋼係為添加以鈮(niobium)或釩(vanadium)為代表之微合金，而將組織細微化之鋼。使用於以船舶以及管路(pipe line)為首之用途之厚板以及熱軋滾軋鋼材料係要求有高強度、韌性、熔接性以及加工性。

對此兼具強度及低溫韌性而言組織之細微化係為有效，且使用將(控制滾軋)熱軋滾軋之條件最佳化並調整沃斯田狀態，並在控制滾軋後於沃斯田-亞鐵鹽變態溫度範圍進行急速冷卻(控制冷卻)，藉此使亞鐵鹽組織細微化之TMCP(Thermo-Mechanical Control Process，熱機控制加工)亦為有效。

以鈮或釩為代表之微合金係會增大TMCP之效果。就該效果而言，例如，於加熱爐101等之加熱步驟中，係由於析出物之釘扎(pinning)效果而抑制結晶粒之成長。再者，於簡略滾軋機107及完工滾軋機119等之滾軋步驟中，由於因固溶元素帶來之溶質拖曳(solute drag)效果，以及因加工帶來之析出物之釘扎效果而抑制回復以及再結晶，因此促進亞鐵鹽之粒內析出，而使亞鐵鹽粒細微化。再者，在滑出台129等之冷卻步驟中，係已知藉由來自析出物之析出強化，而使最終製品的強度提升等情事。

如此，微合金鋼雖廣為所用，惟於未充分加熱之情形下，係無法充分得到微合金之固溶量，而有因固溶微合金所產生之溶質拖曳效果減少，以及抽出後滾軋中及冷卻中之析出量減少，而使因析出物所產生之針扎效果減少之虞。

再者，於滾軋低溫滾軋材料150時，係滾軋較硬材料，因此簡略滾軋機107以及完工滾軋機119係需要更多之滾軋動力，而增加驅動簡略滾軋機107以及完工滾軋機119之驅動裝置之效耗能源。

再者，近年來，顧客對於滾軋材料150的滾軋製品所要求之規格係不斷地變嚴格，尤其除了滾軋製品的尺寸形狀以外，將強度以及延性等的機械性的性質落在容許範圍內至為重要。在以鋼鐵為首之金屬材料中，強度(屈服應力、耐力、硬度等)、韌性(脆性遷移溫度等)、成形性(r值等)等之機械性的性質，係不僅因其合金組成，亦因加熱條件、加工條件、以及冷卻條件而變化。合金組成之調整係藉由控制成分元素之添加量而進行，惟成分調整時係使用例如100噸左右之可保持溶鋼之成分調整爐等，一個批次單位較大，而對每個成為15噸左右之各個製品變更添加量係非常困難。因此，為了製造所期望之材質之製品，適當地設定加熱條件、加工條件、以及冷卻條件，並花功夫製作材質，亦即達成作為目標之機械性的性質等之材質係為重要。

另一方面，受到最近世界性地對於環境問題之對應以及關注之提高，減低以二氧化碳(以下標記為CO₂ )為代表之暖化氣體(gas)之情事亦為重要。

如上所述，就省能源之實際的方案而言，係有在例如簡略滾軋機107及完工滾軋機119未進行滾軋之時間，亦即在空轉時間(idle)時間，降低輥旋轉速度，而進行電性能源之省能源化之方法。再者，簡略滾軋機107及完工滾軋機119係使用大量的冷卻水、油壓系統之油、鼓風機之空氣，因此在供給水、油、空氣至簡略滾軋機107及完工滾軋機119之幫浦的台數控制及啟動/停止控制中，亦考慮謀求省能源化。

再者，熱軋滾軋裝置100所使用之能源係燃料能源佔有約60%，而比電性能源的34%還大。因此，進行燃料能源的省能源化對於熱軋滾軋裝置100所消耗之總能源的省能源化係較為有效。燃料能源係主要消耗在加熱爐101中。因此，為了謀求加熱爐101之燃料能源的省能源化，進行著眼於加熱爐101之控制者效果較大。

因此，第1實施形態之最佳化裝置1係連接於控制熱軋滾軋裝置100之控制裝置200，且一面確保由熱軋滾軋裝置100所滾軋之滾軋材料150的製品品質，一面以使以加熱爐101為中心之熱軋滾軋裝置100之使用能源成為最小之方式，將由控制裝置200對於熱軋滾軋裝置100之控制最佳化。

如第1圖所示，最佳化裝置1係具備：CPU11；ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)12；RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)13；輸入部14；顯示部15；以及硬碟(hard disk)16，且分別經由匯流排(bus)20而連接。

ROM12係由非揮發性半導體所構成，係記憶有CPU11所執行之作業系統(operation system)以及最佳化程式。

RAM13係由揮發性半導體所構成，係暫時性地記憶CPU11在執行各種處理上所需之資料(deta)。

硬碟16係記憶有CPU11在執行最佳化程式上所需之資訊。

CPU11係進行最佳化裝置1之中樞性的控制。

第2圖係為顯示本發明第1實施形態之最佳化裝置所具備之CPU11之構成之構成圖。

如第2圖所示，CPU11係藉由執行最佳化程式，而在其功能上係具備有：設定計算部31；材質預測計算部32；能源量計算部33；以及最佳化部34。

設定計算部31係進行為了穩定且高精度地將滾軋材料150滾軋之控制設定值，亦即加熱爐條件及加熱爐抽出後的滾軋作業參數(parameter)等之計算。

例如，設定計算部31係從外部輸入有常溫下之滾軋材料150的尺寸及重量，且將此滾軋材料150裝入加熱爐101而上升至所期望之抽出溫度時，係執行計算需要將多少度的氣體環境溫度中在爐中停留多少小時之計算之加熱爐設定計算。

再者，設定計算部31係執行設定計算。例如，設定計算部31係依據從加熱爐101抽出之滾軋材料150的尺寸及溫度，而針對滾軋荷重、變形阻力、滾軋轉矩(torque)、以及滾軋力道(power)等係使用利用數學式之滾軋模型(model)進行預測，並計算屬於供穩定滾軋用之控制設定值之完工送出側滾軋速度值、輥間隙設定值等。

p6-e1

再者，設定計算部31係依據滾軋材料材長度及滾軋材料150的加減速之計算值，而從加熱爐101至捲條器135之捲繞結束為止，預測各時刻之假想滾軋材料的位置。並且，設定計算部31係使用考慮有將滾軋材料150的熱均衡(heat balance)賦予周圍氣體環境之輻射、空氣對流、冷卻水對流、變態、因加工所產生之發熱、對於輥之傳熱等之溫度模型，並依據加熱爐抽出溫度、完工送出側目標溫度及捲繞目標溫度，而計算一次側去銹器103、二次側去銹器117、完工滾軋機119、及滑出台129的噴霧器的設定以及於各地點之滾軋材料150的溫度。

材質預測計算部32係預測藉由設定計算部31所計算之控制設定值進行滾軋時，捲繞後之屈服應力及拉力強度等的機械性的性質等之滾軋材料150的材質。例如，材質預測計算部32係依據金屬組織資訊以及化學成分，而預測以屈服應力及拉力強度等的機械性的性質等為代表之材質。作為一例，係記載於第173/174次西山紀念技術講座「熱軋鋼材料的組織變化以及材質之預測」((社團法人)日本鋼鐵協會刊)之P125。

捲繞後之金屬組織係有亞鐵鹽粒徑、亞鐵鹽、珍珠岩、變軔鐵(bainite)、麻田散鐵(martensite)等之各相體積率、作為中間資料之沃斯田粒徑等。於此，材質預測計算部32係依據滾軋材料的化學成分及由設定計算部31所算出之滾軋時之溫度、荷重等之預測值，且使用將冶金現象數學式化之模型，而預測金屬組織之變化。

此將冶金現象數學式化之模型係有各種提案，由顯示靜態回復、靜態再結晶、動態回復、動態再結晶、粒成長等之數學式群構成者係廣為習知。作為一例，在塑性加工技術系列7板滾軋(CORONA社)P198至P229係記載有一例。藉由此等係可把握粒徑、亞鐵鹽、珍珠岩、變軔鐵以及麻田散鐵的體積率等。

能源計算部33係依據設定計算部31的計算結果，計算在計算對象之滾軋材料150的滾軋上所需要之能源量。

第3圖係為說明滾軋材料150所消耗之能源之一例之圖。

如第3圖所示，滾軋材料150所消耗之能源201係分為熱能源202、加工能源203、搬運能源204及噴射能源205。

熱能源202係有在藉由加熱爐101加熱滾軋材料150時所消耗之加熱能源206，以及在一次側去銹器103、二次側去銹器117、完工滾軋機119以及滑出台129中藉由空冷以及噴霧器而將滾軋材料150水冷時所消耗之冷卻消耗能源207。於滾軋材料150的滾軋中以及冷卻中在滾軋材料150的內部產生變態時的能源亦包含於熱能源202。再者，滾軋動線的途中藉由桿加熱器110等加熱滾軋材料150時的能源亦包含於熱能源202。

加工能源203係為在簡略磨邊器105、簡略滾軋機107、完工滾軋機119中，滾軋材料150變形時之消耗能源。

搬運能源204係為藉由搬運台在滾軋動線上搬運滾軋材料150時所消耗之能源。

噴射能源205係為一次側去銹器103、二次側去銹器117等之去銹器之藉由水噴射去除鏽垢(scale)時所消耗之能源。

第4圖係為顯示在每個設備所消耗的能源之區分之一例之圖。

就第4圖而言，係顯示在滾軋動線中區分為與滾軋直接關聯之設備所消耗之能源，以及驅動此設備之驅動裝置所消耗之能源。

如第4圖所示，就加熱爐101而言，係以燃燒重油或天然氣等化石燃料較多，而消耗燃料能源310。就桿加熱器110而言，係藉由感應加熱而加熱，而消耗電性能源311。就滑出台129而言，係進行來自空冷以及從頂槽(head tank)供給之冷卻水之水冷。冷卻水係以使用循環水較多，而於冷卻所使用過之水係回收至凹槽(pit)，且經由過濾與冷卻之過程而再度使用於冷卻。在頂槽係使用幫浦等從冷卻水槽抽水。因此，在滑出台129、完工滾軋機119等之噴霧器、一次側去銹器103、及二次側去銹器117等之去銹器係具備有幫浦驅動用電動機301，且由於幫浦驅動機301而消耗了驅動幫浦用之電能。

就簡略滾軋機107以及完工滾軋機119而言，輥係藉由滾軋機驅動用電動機302所驅動，因此係消耗電能。

滾軋材料150之搬運亦需要電力，而於驅動搬運用台之台驅動用電動機303中係消耗電能。

能源量計算部33係如下述進行於滾軋所需要的能源之計算。

首先，係如下述計算滾軋材料於加熱爐101所消耗之能源量。例如，將重量15噸(ton)之滾軋材料150設為從常溫(30℃)升溫至1230℃為止，且將鋼鐵之比熱設為0.5kJ/kg/K，則該滾軋材料150係成為接收9,000,000kJ(=0.5×1,200×15,000)之熱能。

能源量計算部33係依據比熱、初始溫度、最終溫度以及重量，而計算在滾軋材料150之升溫上直接需要之能源量。在對加熱爐101內之滾軋材料150進行加熱時，亦必須使氣體環境溫度上升，且亦有因壁面傳導而使熱漏失等之效率下降，因此除了在滾軋材料150之升溫上直接消耗之能源以外，亦有間接性需要之能源。於加熱爐101係有複數支滾軋材料150，間接性需要之能源係為與該等全部皆有關聯之能源。

因此，能源量計算部33係考慮爐中停留支數、滾軋材料150之扁胚尺寸以及爐中停留時間而計算某計算對象之滾軋材料150的對於一支的間接性需要之能源量。於加熱爐101中所需要之能源量係為將上述滾軋材料150的升溫直接性需要之燃料能源，與一支滾軋材料150間接性所需要之燃料能源相加所得之能源量。

能源量計算部33係與在加熱爐101所消耗之熱能同樣地，依據比熱、初始溫度、最終溫度以及重量，計算滾軋材料150在桿加熱器110所消耗之能源量。考慮有從電性能源至熱能源之轉換效率之電能消耗量係為桿加熱器110之感應加熱所需要之能源量。

接著，能源量計算部33係如以下方式計算滑出台129之冷卻所需要之能源量。

於滑出台129之冷卻係藉由使用暫時儲存於頂槽之水而進行。此頂槽係設置於比設置滾軋動線之位置更上方，而藉由利用此位置差將水供給至各噴霧器。因此，必須使用幫浦等暫時將水抽至頂槽。

能源量計算部33係將設定計算部所計算之於各時刻設定為ON狀態之噴霧器數量[支]設為C，而將各噴霧器所放出之冷卻水流量[m³ /H]設為FS時，係依據C及FS，並使用下述(數學式1)而算出在滑出台129所使用之冷卻水的總量FT[m³ ]。

(數學式1)

FT=∫(C×FS)dt　(數學式1)

並且，能源量計算部33係依據所算出之冷卻水的總量FT[m³ ]、計算對象之滾軋材料150與在瞬前搬運之屬於前材料之滾軋材料150之冷卻間隔T[H]、以及在前材料冷卻結束時於槽剩餘之水量[m³ ]，來算出幫浦之抽水速度[_m ³ /s]。此時電動機所消耗之電性能源量係可由幫浦以及電動機特性的特性計算，此亦即成為滑出台129之冷卻所需要之能源量。

能源量計算部33係例如分別於噴射時的幫浦運轉及空轉時的幫浦運轉之情形下，計算電動機所消耗之電能量，並藉由將該等電能量加算，而計算去銹器及噴霧器所需要之能源量。

接著，能源量計算部33係計算滾軋材料150的加工所需要之能源量。滾軋材料150的加工及變形所需要之能源係主要在滾軋座消耗。於滾軋座之現象係藉由設定計算部31之滾軋模型式所記述。亦即，能源量計算部33係依據滾軋材料150的特性及材料溫度，而計算變形阻力，且依據變形阻力來計算滾軋荷重，並依據滾軋荷重來計算材料的變形所需要之滾軋轉矩。電動機應輸出之轉矩係成為滾軋轉矩加上損耗轉矩(loss torque)及加速轉矩所得之值。

能源量計算部33係使用下述(數學式2)及(數學式3)算出電動機所需要之電力量E[J]。於此係將電力設為P[W]，將轉矩設為T[N‧m]，旋轉速度設為V[rad/s]，時間設為t[H]。

(數學式2)

P=T×V　(數學式2)

(數學式3)

E=P×t　(數學式3)

再者，能源量計算部33係預測滾軋材料150的滾軋所需要之轉矩，且決定完工送出側滾軋速度，並由滾軋材料150的搬運方向之長度而算出滾軋時間。並且，能源量計算部33係依據所算出之電力量E[J]及滾軋時間，而將滾軋材料150的滾軋所需要之電性能源量[kJ=kW時]作為滾軋材料150的加工所需要之能源量並予以算出。

接著，能源量計算部33係算出滾軋材料150的搬運所需要之電能量。滾軋材料150係藉由複數台之電動機分擔而搬運，因此能源量計算部33係針對一台電動機藉由所分擔之滾軋材料150的重量算出轉矩，並依據滾軋材料150的長度及搬運速度算出搬運時間。並且，能源量計算部33係依據此轉矩及搬運時間，且使用上述(數學式2)及(數學式3)，來算出滾軋材料150的搬運所需要之電能量[kJ]。並且，於滾軋材料150的搬運所需要之能源量，亦加算有於加熱爐101內為了搬運滾軋材料150所需要之電能量。

並且，作為滾軋材料150的滾軋所需要之總能源量，能源量計算部33係算出為於在上述各設備所需要之燃料能源加算電能之能源量。

最佳化部34係將加熱爐條件以及加熱爐抽出後之滾軋操作參數最佳化，且一面確保最終材質，一面減低消耗能源。具體而言，最佳化部34係在由預測計算部32所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使設定計算部31算出使由能源量計算部33所算出之滾軋材料150的滾軋所需要之總能源量成為最小之熱軋滾軋裝置100的控制設定值。

(作用)

針對本發明第1實施形態之最佳化裝置1的作用加以說明。

第5圖係為顯示由本發明第1實施形態之最佳化裝置1進行之處理之流程之流程圖。

如第5圖所示，首先，設定計算部31係判定加熱爐條件及滾軋操作參數之初始值是否已從外部供給(步驟S101)。於此，作為一例，係列舉作為加熱爐條件而供給加熱爐抽出溫度，且作為加熱爐抽出後之滾軋操作參數而供給完工送出側滾軋速度之情形並進行說明。並且，抽出溫度以及完工送出側滾軋速度之初始值係可為將例如鋼種或完工目標板厚等所區分之表格(table)預先記憶於ROM12，且設定計算部31係依據ROM12，而將從外部供給之對應於鋼種或完工目標板厚之加熱爐抽出溫度以及完工送出側滾軋速度加以抽出。

接著，設定計算部31係執行加熱爐設定計算(步驟S102)。具體而言，設定計算部31係依據於常溫下之滾軋材料150的尺寸以及重量，而算出為了將滾軋材料150加熱至加熱爐抽出溫度為止，應在加熱爐101內停留多少小時。

並且，設定計算部31係執行設定計算(步驟S103)。具體而言，設定計算部31於藉由被供給之加熱爐抽出溫度以及完工送出側滾軋速度之初始值進行滾軋時，算出穩定地滾軋之輥間隙設定值等之其他滾軋條件，以達成滾軋材料150之設為目標之厚度、寬度、完工送出側溫度、以及捲繞機前溫度。再者，設定計算部31係依據滾軋材料材料長度及滾軋材料的加減速度之計算值，從加熱爐101至捲條器135之捲繞結束為止，預測各時刻之假想滾軋材料的位置，且使用考慮有將滾軋材料150的熱均衡賦予周圍氣體環境之輻射、空氣對流、冷卻水對流、變態、因加工所產生之發熱、對於輥之傳熱等之溫度模型，並依據加熱爐抽出溫度、完工送出側目標溫度及捲繞目標溫度，來計算一次側去銹器103、二次側去銹器117、完工滾軋機119、及滑出台129的噴霧器的設定以及於各地點之滾軋材料150的溫度。

接著，預測材質計算部32係執行材質預測計算(步驟S105)。具體而言，材質預測計算部32係預測藉由設定計算部31所計算之控制設定值進行滾軋時，捲繞後之屈服應力及拉力強度等的機械性的性質等之滾軋材料150的材質。於此，作為材質，係列舉預測捲繞後的拉伸強度(TS_cal )之例進行說明。

最佳化部34係判定材質是否滿足要求材質(步驟S107)。具體而言，最佳化部34係判定被算出之拉伸強度的預測值(TS_cal )是否為預先設定之要求材質(TS_th )以上。

於步驟S107中，於判定為未滿足要求材質時(NO時)，最佳化部34係判定是否為反覆計算限制次數以內(步驟S109)。此反覆計算限制次數係預先設定為任意的數。

於步驟S109中，於判定為屬於反覆計算限制次數以內時(YES時)，最佳化部34係將屬於滾軋操作參數之完工送出側滾軋速度變更達ΔVm/s(步驟S111)。

另一方面，於步驟S109中，判定為超過反覆計算限制次數時(NO時)，最佳化部34係將屬於加熱爐條件之加熱爐抽出溫度變更達ΔT℃(步驟S113)。

以如此之方式，設定計算部31、材質預測計算部32以及最佳化部34係藉由一面變更ΔV以及ΔT，一面進行反覆計算，而暫時決定屬於加熱爐條件之加熱爐抽出溫度以及屬於滾軋操作參數之完工送出側滾軋速度。

另一方面，於步驟S107中，判定為材質滿足要求材質時(YES時)，能源量計算部33係依據加熱爐目標抽出溫度、完工送出側滾軋速度以及設定計算部31所計算之滾軋條件，而算出熱軋滾軋裝置100所消耗之總能源量(步驟S115)。

接著，最佳化部34係判定能源量計算部33所算出之總能源量的減少量是否充分地小(步驟S117)。具體而言，係將需要能源前次計算結果[kJ]設為En-1，將需要能量本次計算結果[kJ]設為En、臨限值ε，並判定是否滿足下述(數學式4)。於此，臨限值ε係預先設定例如0.01。

(數學式4)

∣En-1-En∣/En＜臨限值ε　(數學式4)

於步驟S117中，判定為由能源量計算部33所算出之總能源量的減少量並非充分地小時(NO時)，最佳化部34係判定是否為反覆計算限制次數以內(步驟S119)。

於步驟S119中，於判定為屬於反覆計算限制次數以內時(YES時)，最佳化部34係將屬於滾軋操作參數之完工送出側滾軋速度變更達ΔVm/s(步驟S121)。

另一方面，於步驟S117中，判定為由能源量計算部33所算出之總能源量的減少量為充分地小時(YES時)，最佳化部34係復判定能源量計算部33所算出之總能源量的減少量是否為充分地小(步驟S123)，且判定為由能源量計算部33所算出之總能源量的減少量並非充分地小時(NO時)，最佳化部34係判定是否為反覆計算限制次數以內(步驟S125)。

於步驟S125中，判定為反覆計算限制次數以內時(YES時)，最佳化部34係將屬於加熱爐條件之加熱爐抽出溫度變更達ΔT℃(步驟S127)。

另一方面，於步驟S125中，判定為超過反覆計算限制次數時(NO時)，最佳化部34係選擇滿足要求材料，且選擇能源消耗量為最小之加熱爐條件及滾軋操作參數(步驟S129)。

如以上之方式，依據本發明第1實施形態之最佳化裝置1，設定計算部31、材質預測計算部32、能源量計算部33以及最佳化部34係藉由一面變更ΔV以及ΔT，一面進行反覆計算，而在由材質預測計算部32所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使設定計算部31算出使由能源量計算部33所算出之總能源量成為最小之控制設定值，因此可一面保障滾軋材料150的要求材質，一面決定將所消耗之總能源量最小化之滾軋條件。

亦即，依據本發明之第1實施形態之最佳化裝置1，係具備：設定計算部，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料之控制設定值；材質預測部，係依據由設定計算部所算出之控制設定值，預測由滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出部，係依據由設定計算部所算出之控制設定值，將滾軋裝置滾軋滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化部，係在由材質預測部所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使設定計算部算出使由前述最佳化指標量算出部所算出之最佳化指標量成為最小之控制設定值，因此，可一面確保滾軋材料之製品品質，一面以欲最佳化之最佳化指標量成為最小之方式，將滾軋設備之控制最佳化。

並且，依據本發明第1實施形態之最佳化裝置1，關於作為加熱爐條件之加熱爐抽出溫度以及屬於滾軋操作參數之完工送出側滾軋速度，係在滿足要求材質之範圍內，以總能源量成為最小之方式算出控制設定值，惟並不限定於此。

例如，就加熱爐條件而言，可設為桿加熱器110的加熱溫度，而就滾軋操作參數而言，則可設為滑出台129的冷卻條件、簡略滾軋機107或完工滾軋機119的滾軋路徑數、各路徑的荷重分配、以及滾軋材料150的板厚中之至少其中之一。

再者，依據本發明第1實施形態之最佳化裝置1，作為應滿足之要求材質係列舉有拉力強度，惟並不限於此，亦可為屈服應力、脆性遷移溫度、r值、孔擴張率等，或該等之組合。

並且，在第1實施形態中，係列舉具備熱軋滾軋裝置100之熱軋滾軋系統300為例而進行說明，惟並不限於此，亦可適用於具備熱軋薄板滾軋設備、厚板滾軋設備、冷軋滾軋設備、鋼鐵的模具鋼滾軋設備、桿鋼、線材的滾軋設備、或者鋁、銅的滾軋設備之滾軋系統。

(第2實施形態)

在第1實施形態中，係以最佳化裝置1為例進行說明，該最佳化裝置1係滾軋材料150的材質滿足要求材質，且將滾軋所需要之能源量設為屬於進行最佳化之指標之最佳化指標，並以使此最佳化指標成為最小之方式，算出控制設定值。

然而，最佳化指標係不限於能源量而因機具設備(plant)、操作時日、鋼種等而有所不同。於此，亦可取代滾軋所需要之總能源量，而將例如燃料能源量、電能量、能源單位產品耗能、成本(cost)、成本單位產品耗能、滾軋所排出之CO₂ 量、以及滾軋時之尖峰(peak)電力作為最佳化指標來使用。

在第2實施形態中，係列舉最佳化裝置為例而進行說明，該最佳化裝置係選擇最佳化指標，並以滾軋材料150的材質滿足要求材質且使所選擇之最佳化指標的最佳化量最佳化之方式，算出控制設定值。

第2實施形態之最佳化裝置1A係與第1圖所示之第1實施形態之最佳化裝置1相同，連接於控制熱軋滾軋裝置100之控制裝置200。

再者，第2實施形態之最佳化裝置1A係具備：CPU11A；ROM12；RAM13；輸入部14；顯示部15；以及硬碟16。其中，ROM12、RAM13、顯示部15、以及硬碟16係與第1實施形態之最佳化裝置1所具備之分別附加相同符號之構成相同，因此省略說明。

第6圖係為顯示本發明第2實施形態之最佳化裝置1A所具備之CPU11A之構成之構成圖。

如第6圖所示，CPU11A在其功能上，係具備：設定計算部31；材質預測計算部32；最佳化部34；最佳化指標選擇部35；以及最佳化指標量計算部36。其中，設定計算部31、材質預測計算部32、最佳化部34係與第1實施形態之最佳化裝置1所具備之分別附加相同符號之構成相同，因此省略其說明。

最佳化指標選擇部35係選擇屬於最佳化指標之總能源量、燃料能源量、電能量、能源單位產品耗能、成本、成本單位產品耗能、滾軋所排出之CO₂ 排放量、以及滾軋時之尖峰電力之中任意一者。

最佳化指標量計算部36係依據由設定計算部31所算出之控制設定值，而將由最佳化指標選擇部35所選擇之最佳化指標之量作為最佳化指標量並予以算出。

(作用)

係說明關於本發明第2實施形態之最佳化裝置1A的作用。

第7圖係為顯示由本發明第2實施形態之最佳化裝置1A進行之處理之流程之流程圖。並且，第7圖所示之流程圖的處理步驟中，附加與第5圖所示之流程圖之處理步驟相同步驟號碼之處理係分別為相同之處理，因此省略其說明。

於步驟S201中，最佳化指標選擇部35係選擇屬於最佳化指標之總能源量、燃料能源量、電能量、能源單位產品耗能、成本、成本單位產品耗能、滾軋所排出之CO₂ 排放量、以及滾軋時之尖峰電力之中任意一者。

於步驟S215中，最佳化指標量計算部36係計算最佳化指標之量中之任一者。並且，關於滾軋所需要之總能源量、燃料能源、電能係與本發明第1實施形態之最佳化裝置1所具備之能源量計算部33之總能源量、燃料能源、電能的算出方法相同，因此省略其說明。

最佳化指標量計算部36於算出能源單位產品耗能時，首先，係與本發明第1實施形態之最佳化裝置1所具備之能源量計算部33同樣地，算出燃料能源使用量及電能使用量，並使用下述(數學式5)算出能源單位產品耗能。於此，係將能源單位產品耗能設為Es[kJ/ton]，將燃料能源使用量設為Ef[kJ]，將電能使用量設為Ee[kJ]，將生產量設為S[ton]。

(數學式5)

Es=(Ef+Ee)/S　(數學式5)

再者，最佳化指標量計算部36於算出CO₂ 排放量時，係使用二氧化碳排出係數來算出。於此，二氧化碳排出係數係為用以計算消耗燃料及電力時會排出多少二氧化碳之係數。例如，關於天然氣係決定為0.5526kg-C/kg(於燃燒天然氣1kg時，會排出0.5526kg之碳)或是2.025 kg-CO₂ /kg(於燃燒天然氣1kg時，會排出2.025kg之二氧化碳)。使用1kWh之電力則二氧化碳係規定為0.555 kg-CO₂ /kWh。

於此，最佳化指標量計算部36係與本發明第1實施形態之最佳化裝置1所具備之能源量計算部33同樣地，算出燃料能源使用量Ef及電能使用量Ee，並使用下述(數學式6)算出CO₂ 排放量。於此，係設為CO₂ 排放量Mg[kg]、相對於燃料之排出係數Kf[kg-CO₂ /kg]、相對於電性之排出係數Ke[kg-CO₂ /kWh]。

(數學式6)

Mg=Ef×Kf+Ee×Ke　(數學式6)

再者，最佳化指標量計算部36於算出成本時，首先，係與本發明第1實施形態之最佳化裝置1所具備之能源量計算部33同樣地，算出燃料能源使用量Ef及電能使用量Ee，並使用下述(數學式7)算出成本。於此，係將成本設為C[日圓]、將燃料費用單位產品耗能設為Fg[日圓/kg]、將電性費用單位產品耗能設為Eg[元/kWh]。

(數學式7)

C=Ef×Fg+Ee×Eg　(數學式7)

再者，最佳化指標量計算部36於算出成本單位產品耗能時，係藉由將使用(數學式7)算出之成本C除以生產量S[ton]，而算出成本單位產品耗能。

再者，最佳化指標量計算部36於算出尖峰電力時，係依據設定計算部31基於滾軋材料材料長度及滾軋材料150的加減速之計算值而預測之各時刻之滾軋材料150之位置，及由能源量計算部33所算出之各設備的使用電力，並使用下述(數學式8)，而算出於某時刻t滾軋動線所使用之電力。

並且，最佳化指標量計算部36係設有監視對象期間(例如，某滾軋材料從加熱爐抽出至捲繞結束為止，或一個運轉期(campaign)中等)，且於該期間中係監視使用(數學式8)所計算之滾軋動線之各時刻之電力，並將使用電力成為最大之時刻之電力Ep(t)作為尖峰電力。於此，係將於某時刻t滾軋動線所使用之電力設為Ep(t)[kWh]，而於某時刻t某設備所使用之電力設為Eu(t)[kWh]。

(數學式8)

Ep(t)=Σ_設備 (Eu(t))　(數學式8)

於步驟S217及S223中，最佳化部34係判定由最佳化指標量計算部36所算出之最佳化指標之量是否已最佳化。

第8圖係為顯示本發明第2實施形態之最佳化裝置1A之選擇各自的最佳化指標時供最佳化用之反覆計算之結束判定之一例之圖。

最佳化部34係滿足要求材質，且藉由反覆計算而計算最佳化指標量成為最佳之滾軋條件。例如，作為最佳化指標而選擇CO₂ 排放量之情形，最佳化部34係藉由反覆計算而計算CO₂ 排放量成為最小之滾軋條件。

因此，最佳化部34係如第8圖所示，執行反覆計算直到所選擇之最佳化指標量達到最佳化反覆計算結束基準為止。

反覆計算之結束條件係除了就計算時間觀點上而於反覆次數設置限制以外，係比較該次反覆計算與前次反覆計算中由最佳化指標量計算部36所算出之最佳化指標量，並判定最佳化指標量是否已收斂至最佳。

例如，作為最佳化指標而選擇CO₂ 排放量時，係判定來自CO₂ 排放量的前次計算結果之減少幅度是否充分地小。

如上所述，依據本發明第2實施形態之最佳化裝置IA，在由材質預測計算部32所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使設定計算部31算出使由最佳化指標量計算部36所算出之屬於最佳化指標量之總能源量、燃料能源量、電能量、能源單位產品耗能、成本、成本單位產品耗能、滾軋所排出之CO₂ 排放量、以及滾軋時之尖峰電力之其中之一者為最小之控制設定值，因此可一面保障滾軋材料150的要求材質，一面從各種最佳化指標中選擇所期望之最佳化指標，並決定將此所選擇之最佳化指標量最小化之滾軋條件。

並且，在本發明之第2實施形態中，CPU11A係針對各滾軋材料執行第7圖所示之處理，惟不限於此，亦可於例如從滾軋機的輥切換(roll change)至輥切換為止之一個輥運轉期中等之更長的期間中執行。

再者，在本發明之第2實施形態中，最佳化指標選擇部35係預先進行最佳化指標之選擇，並進行使該最佳化指標成為最佳之最佳化計算，惟不限於此，亦可對於複數個最佳化指標以個別成為最佳之方式，進行相對於各個的最佳化指標之最佳化計算，且於所有的最佳化計算結束後，選擇最佳化指標並決定滾軋條件。

(第3實施形態)

接著，係說明關於本發明之第3實施形態之最佳化裝置1B。

在本發明之第1實施形態中，係列舉最佳化裝置1為例而進行說明，該最佳化裝置1係滾軋材料150的材質滿足要求材質，且將滾軋所需要之能源量設為屬於進行最佳化之指標之最佳化指標，且以使此最佳化指標成為最小之方式，算出控制設定值。

在本發明之第3實施形態中，係列舉最佳化裝置1B為例進行說明，該最佳化裝置1B係簡易滾軋機107或完工滾軋機119之從輥切換到輥切換為止之一個輥運轉期中(例如2就輥切換中的時序(timing)而言，係為從本次輥切換至下次輥運轉期為止)之所有的滾軋材料150中，以滿足材質要求以及生產率(throughput)(每單位時間之生產量)要求，且使運轉期中之滾軋所需要之能源的總量成為最小之方式，算出控制設定值。

本發明第3實施形態之最佳化裝置1B係與第1圖所示之第1實施形態之最佳化裝置1同樣地，連接於控制熱軋滾軋裝置100之控制裝置200。

再者，本發明第3實施形態之最佳化裝置1B係具備與第2圖所示之第1實施形態之最佳化裝置1相同的構成，因此省略其說明。

(作用)

係說明關於本發明第3實施形態之最佳化裝置1B的作用。

第9圖係為顯示本發明第3實施形態之最佳化裝置1B之處理流程之流程圖。

如第9圖所示，CPU11的設定計算部31係執行簡略滾軋機107或完工滾軋機119的運轉期之滾軋材料115的最佳化計算(步驟S301)。具體而言，CPU11係對於在計算對象的輥運轉中所滾軋之所有的滾軋材料150，藉由執行與第5圖所示之本發明第1實施形態之最佳化裝置1所進行之處理相同之處理，且使用最佳化計算之方法，而在加熱爐裝入前分別計算使計算對象之滾軋材料150滿足材質要求，且使對象之滾軋材料150之每一支的滾軋所需要之能源量會成為最小之加熱爐抽出溫度以及完工送出側滾軋速度。

接著，CPU11的設定計算部31係執行抽出間隔(pitch)設定計算(步驟S303)。具體而言，於步驟S301中係已計算過計算對象之輥運轉期中之對於各滾軋材料之最適合之滾軋操作參數。因此，已知滾軋材料150在從加熱爐101被抽出後之滾軋動線上如何移動。因此，設定計算部31係依據此資訊而計算滾軋材料150與先前之滾軋材料150在滾軋動線上不會衝撞之抽出間隔τ_i 。於此所謂抽出間隔τ_i 係設為滾軋材料150與先前之滾軋材料150之加熱爐抽出時間間隔。

並且，設定計算部31係判定所計算之抽出間隔τ_i 是否滿足要求生產率(步驟S305)。具體而言，設定計算部31係判定是否滿足下述(數學式9)。

(數學式9)

Σ_i τ₁ T_MAX 　(數學式9)

於此，所謂T_MAX 係為就生產率的觀點而言可花費在計算對象的輥運轉期之所有的滾軋材料150的滾軋上之最大時間。抽出間隔τ_i 的初始值係選擇例如滾軋材料150不會產生衝撞之最短抽出間隔較短之間隔。

藉由步驟S303以及S305的處理步驟，設定計算部31係可計算滿足要求生產率且滾軋材料150彼此在滾軋動線上不會衝撞之抽出間隔。

接著，設定計算部31係依據各滾軋材料150的抽出目標溫度以及抽出間隔τ_i ，而執行爐溫設定計算(步驟S307)。加熱爐101的爐溫計算方法係揭示於例如文獻鋼鐵業之控制高橋亮一著作CORONA社(2002年出版)。

並且，設定計算部31係針對輥運轉期之所有的滾軋材料150判定是否可達成目標抽出溫度(步驟S309)。

於步驟S309中，判定為無法達成目標抽出溫度時(NO時)，設定計算部31係將無法達成目標抽出溫度之滾軋材料150之抽出間隔τ_i 在不會與先前之滾軋材料150干擾之範圍進行變更，且與步驟S307同樣地，執行爐溫設定計算(步驟S311)。

並且，設定計算部31係針對輥運轉期之所有的滾軋材料150判定是否可達成目標抽出溫度(步驟S313)。

於步驟S313中，判定為無法達成目標抽出溫度時(NO時)，設定計算部31係判定是否為反覆計算限制次數以內(步驟S315)。

於步驟S315中，判定為超過反覆計算限制次數時(NO時)，設定計算部31係變更無法達成目標抽出溫度之滾軋材料150的目標抽出溫度(步驟S317)。目標抽出溫度的變更係選擇在滾軋材料150的每一支計算過程得到之所需要能源接近最小能源、且會滿足要求材質之僅藉由爐溫控制而可達成之目標抽出溫度。或者，對於無法達成目標抽出溫度之滾軋材料150係藉由再度執行步驟S301之最佳化計算，而計算滿足材質要求且需要能源較小、並可僅藉由爐溫控制達成之目標抽出溫度。

另一方面，於步驟S313中，判定為可達成目標溫度時(YES時)，亦即，於某抽出間隔中，可進行所有的滾軋材料150可達成目標抽出溫度之爐溫設定時，能源量計算部33係計算該運轉期的滾軋所需要之全能源量(步驟S319)。例如，能源量計算部33係藉由將加熱爐所消耗之燃料能源與其他設備所消耗之電能在分別計算後予以相加，而算出該運轉期的滾軋所需要之全能源量。

再者，設定計算部31於進行爐溫設定計算時，係算出在運轉期中之爐溫形態(pattern)，因此能源量計算部33係依據此爐溫形態，而計算氣體環境溫度的上升所需要之能源、由於壁面傳導而使熱漏失等之效率下降、以及滾軋材料的升溫所需要之能源，復由該等算出燃料能源的消耗量。

電能係藉由加算上述滾軋材料150之每一支的滾軋所需要之能源量而進行計算。再者，亦包含有空轉所需要之能源。

接著，最佳化部34係判定該運轉期之滾軋所需要之全能源量的減少量是否充分地小(步驟S321)。

於步驟S321中，判定為該運轉期之滾軋所需要之全能源量的減少量並非充分地小時(NO時)，最佳化部34係判定是否為反覆計算限制次數以內(步驟S323)。

於步驟S323中，判定為反覆計算限制次數以內時(YES時)，係將處理移行至步驟S303，而判定為超過反覆計算限制次數時(NO時)則結束處理。

以如此之方式，係滿足材質要求以及生產率，且為了得到能源量成為最小之抽出間隔而變更抽出間隔，可進行上述計算至超過指定反覆次數為止，或者至能源減少幅度成為指定值以下為止。

如上所述，依據本發明第3實施形態之最佳化裝置1B，最佳化部34係使設定計算部31算出滾軋材料150之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且在由材質預測計算部32所預測之處理量份之所有的滾軋材料150的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使由能源量計算部33所算出之處理量份之用以滾軋滾軋材料150所需要之最佳化指標量成為最小之控制設定值，因此例如即便於簡略滾軋機107或完工滾軋機119之從輥切換至輥切換為止之一個輥運轉期中所有的滾軋材料150中，亦可一面確保滾軋材料150之製品品質，一面以欲最佳化之最佳化指標量成為最小之方式，將滾軋設備之控制最佳化。

並且，在本發明之第3實施形態之最佳化裝置1B中，關於在一個輥運轉期中所滾軋之各滾軋材料之抽出間隔、加熱爐抽出溫度、以及完工送出側滾軋速度，係針對滿足材質要求以及生產率要求，且使能源成為最小之方法而進行說明，惟並不限定於抽出間隔、抽出溫度、以及完工送出側滾軋速度，關於變更在滑出台之冷卻條件、滾軋路徑數、各路徑之荷重分配、以及桿加熱器的加熱條件等之情形，亦與上述同樣地，變更設定計算部31之加熱爐條件以及滾軋條件，並且在該條件下反覆進行由材質預測計算部32所執行之材質預測計算，以及以能源量計算部33之藉由設定計算部31所計算之滾軋條件進行滾軋時之能源計算，而藉由最佳化部34可決定滿足材質要求且能源成為最小之滾軋條件。

再者，在本發明第3實施形態之最佳化裝置1B中，係針對將滾軋所需要之總能源量最小化之情形進行說明，惟與本發明第2實施形態之最佳化裝置1A同樣地，具備有最佳化指標選擇部35以及最佳化指標量計算部36，而可以第8圖所示之燃料能源、電能、能源單位產品耗能、CO₂ 排放量、成本、成本單位產品耗能、以及尖峰電力等之最佳化指標成為最佳之方式，將滾軋動線最佳化。

再者，可藉由執行安裝(intall)於電腦之最佳化程式而實現上述實施形態。亦即，此最佳化程式可設為例如藉由從記憶有最佳化程式之記錄媒體讀取，且藉由CPU執行而構成最佳化裝置1至1B之任一者，亦可設為經由通訊網路(network)而傳送並安裝，且藉由CPU執行而構成最佳化裝置1至1B之任一者。

(產業上之可利用性)

本發明係可適用於對控制熱軋滾軋裝置之控制裝置進行設定之最佳化裝置。

1、1A、1B．．．最佳化裝置

11、11A．．．CPU

12．．．ROM

13．．．RAM

14．．．輸入部

15．．．顯示部

16．．．硬碟

20．．．匯流排

31．．．設定計算部

32．．．材質預測計算部

33．．．能源量計算部

34．．．最佳化部

35．．．最佳化指標選擇部

36．．．最佳化指標量計算部

100．．．熱軋滾軋裝置

101．．．加熱爐

103．．．一次側去銹器

105．．．簡略磨邊器

107．．．簡略滾軋機

109．．．簡略送出側板寬計

110．．．桿加熱器

111．．．簡略送出側溫度計

113．．．完工進入側溫度計

115．．．裁切器

117．．．二次側去銹器

119．．．完工滾軋機

121．．．完工送出側板厚計

123．．．多頻式應變計

125．．．完工送出側溫度計

127．．．平坦度計

129．．．滑出台

131．．．捲條器進入側溫度計

133．．．捲條器進入側板寬計

135．．．捲條器

150．．．滾軋材料

200．．．控制裝置

201．．．滾軋材料的消耗能源

202．．．熱能

203．．．加工能源

204．．．搬運能源

205．．．噴射能源

206．．．加熱消耗能源

207．．．冷卻消耗能源

300．．．熱軋滾軋系統

301．．．幫浦驅動用電動機

302．．．滾軋機驅動用電動機

303．．．台驅動用電動機

310．．．燃料能源

311．．．至

316．．．電能

S101至S129、S215、S217、S223、S227、S301至S323．．．步驟

第1圖係為顯示適用本發明第1實施形態之最佳化裝置之熱軋滾軋系統(system)之構成的構成圖。

第2圖係為顯示本發明第1實施形態之最佳化裝置所具備之CPU(center processing unit)之構成之構成圖。

第3圖係為說明滾軋材料所消耗之能源之一例之圖。

第4圖係為顯示消耗在每個設備之能源之區分之一例之圖。

第5圖係為顯示由本發明第1實施形態之最佳化裝置所進行之處理之流程(flow)之流程圖。

第6圖係為顯示本發明第2實施形態之最佳化裝置所具備之CPU之構成之構成圖。

第7圖係為顯示由本發明第2實施形態之最佳化裝置所進行之處理之流程之流程圖。

第8圖係為顯示本發明實施形態2之最佳化裝置之選擇各自的最佳化指標時，為了最佳化之反覆計算之結束判定之一例之圖。

第9圖係為顯示由本發明第3實施形態之最佳化裝置所進行之處理之流程之流程圖。

11．．．CPU

31．．．設定計算部

32．．．材質預測計算部

33．．．能源量計算部

34．．．最佳化部

Claims (9)

1. 一種最佳化裝置，係具備：設定計算部，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料之控制設定值；材質預測部，係依據由前述設定計算部所算出之控制設定值，預測由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出部，係依據由前述設定計算部所算出之控制設定值，將前述滾軋裝置滾軋前述滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化部，係在由前述材質預測部所預測的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使前述設定計算部算出使前述最佳化指標量算出部所算出之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值，前述最佳化部係執行反覆計算，直到前述所算出之最佳化指標量達到最佳化反覆計算結束基準為止，前述最佳化反覆計算結束基準係預定的反覆次數內，且該次的反覆計算與前次的反覆計算中，比較由前述最佳化指標量算出部所算出之最佳化指標量時，來自前述最佳化指標量的前次的計算結果的減少量充分地小。
2. 如申請專利範圍第1項所述之最佳化裝置，其中，前述最佳化指標量算出部係依據由前述設定計算部所算出 之控制設定值，將屬於前述滾軋裝置為了滾軋前述滾軋材料所需要之能源之使用能源作為最佳化指標量並予以算出。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之最佳化裝置，其中，前述最佳化部係前述滾軋裝置所具備之輥的輥運轉期中所滾軋之滾軋材料之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且由前述材質預測部所預測之前述處理量份全部的滾軋材料的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，使前述設定計算部算出使為了滾軋由前述最佳化指標量算出部所算出之前述處理量份之滾軋材料所需要之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。
4. 一種最佳化法，係包含以下步驟：設定計算步驟，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料之控制設定值；材質預測步驟，係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，預測由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出步驟，係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，將前述滾軋裝置滾軋前述滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化步驟，係在由前述材質預測步驟所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，藉由前述設定計算步驟算出使由前述最佳化指標量算出步驟所算出之 最佳化指標量成為最小之前述控制設定值，前述最佳化步驟係執行反覆計算，直到前述所算出之最佳化指標量達到最佳化反覆計算結束基準為止，前述最佳化反覆計算結束基準係預定的反覆次數內，且該次的反覆計算與前次的反覆計算中，比較由前述最佳化指標量算出步驟所算出之最佳化指標量時，來自前述最佳化指標量的前次的計算結果的減少量充分地小。
5. 如申請專利範圍第4項所述之最佳化方法，其中，前述最佳化指標量算出步驟係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，將屬於前述滾軋裝置為了滾軋前述滾軋材料所需要之能源之使用能源作為最佳化指標量並予以算出。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之最佳化方法，其中，前述最佳化步驟係前述滾軋裝置所具備之輥的輥運轉期中所滾軋之滾軋材料之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且由前述材質預測步驟所預測之前述處理量份全部的滾軋材料的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，藉由前述設定計算步驟算出使為了滾軋由前述最佳化指標量算出步驟所算出之前述處理量分之滾軋材料所需要之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。
7. 一種最佳化程式，係用以使電腦執行以下步驟：設定計算步驟，係算出滾軋裝置為了滾軋滾軋材料 之控制設定值；材質預測步驟，係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，預測由前述滾軋裝置所滾軋之滾軋材料的材質；最佳化指標量算出步驟，係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，將前述滾軋裝置滾軋前述滾軋材料時進行最佳化之指標之量作為最佳化指標量並予以算出；以及最佳化步驟，係在由前述材質預測步驟所預測之材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，而藉由前述設定計算步驟算出使由前述最佳化指標量算出步驟所算出之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值，前述最佳化步驟係執行反覆計算，直到前述所算出之最佳化指標量達到最佳化反覆計算結束基準為止，前述最佳化反覆計算結束基準係預定的反覆次數內，且該次的反覆計算與前次的反覆計算中，比較由前述最佳化指標量算出步驟所算出之最佳化指標量時，來自前述最佳化指標量的前次的計算結果的減少量充分地小。
8. 如申請專利範圍第7項所述之最佳化程式，其中，前述最佳化指標量算出步驟係依據由前述設定計算步驟所算出之控制設定值，將屬於前述滾軋裝置為了滾軋前述滾軋材料所需要之能源之使用能源作為最佳化指標量並予以算出。
9. 如申請專利範圍第7項或第8項所述之最佳化程式，其中，前述最佳化步驟係前述滾軋裝置所具備之輥的輥運轉期中所滾軋之滾軋材料之處理量滿足外部輸入之要求處理量，且由前述材質預測步驟所預測之前述處理量份全部的滾軋材料的材質滿足外部輸入之要求材質之範圍內，藉由前述設定計算步驟算出使為了滾軋由前述最佳化指標量算出步驟所算出之前述處理量份之滾軋材料所需要之最佳化指標量成為最小之前述控制設定值。