(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延材の初期寸法、初期温度及び目標温度に基づいて、圧延装置が前記圧延材を圧延するための制御設定値を算出する設定算出部と、
前記設定算出部により算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために必要なエネルギーを、使用エネルギーとして算出する使用エネルギー算出部と、
前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、前記圧延装置において排出する二酸化炭素排出量を算出する製造時二酸化炭素排出量算出部と、
前記目標温度を、前記圧延される圧延材の品質を確保するために必要な温度以上の温度であり、かつ前記使用エネルギー及び前記二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出する最適化部と、
を備える最適化装置。
【請求項２】
前記最適化部は、
前記圧延装置における、前記圧延材の仕上げ圧延を行う仕上圧延部の入口若しくは出口、又は前記仕上げ圧延された圧延材を巻き取る巻き取り部の入口のうちいずれか１カ所以上における前記圧延材の前記目標温度を算出する
請求項１記載の最適化装置。
【請求項３】
圧延材に関する初期寸法及び初期温度と複数の目標温度とに基づいて、圧延装置が前記圧延材を圧延するための複数の制御設定値を複数の目標温度毎に算出する設定算出部と、
前記設定算出部により算出された複数の制御設定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために必要なエネルギーを複数の使用エネルギーとして、前記複数の制御設定値毎に算出する使用エネルギー算出部と、
前記使用エネルギー算出部により算出された複数の使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、前記圧延装置におけて排出する複数の二酸化炭素排出量を、前記複数の使用エネルギー毎に算出する製造時二酸化炭素排出量算出部と、
前記算出された複数の使用エネルギー及び複数の二酸化炭素排出量を表示部に表示すると共に、表示された複数の使用エネルギー及び複数の二酸化炭素排出量の組合せのうち選択されたいずれか１つに基づいて、前記複数の目標温度のうちいずれか１つを選択するエネルギー品質表示選択部と、
を備える最適化装置。
【請求項４】
前記エネルギー品質表示選択部は、
前記圧延装置における、前記圧延材の仕上げ圧延を行う仕上圧延部の入口若しくは出口、又は前記仕上げ圧延された圧延材を巻き取る巻き取り部の入口のうちいずれか１カ所以上において、それぞれ前記複数の目標温度のうちいずれか１つを選択する
請求項３記載の最適化装置。
【請求項５】
前記設定算出部は、
前記圧延装置内にある前記圧延材の熱収支計算を行うための温度モデルを用いて、前記算出した制御設定値に基づいて、前記圧延装置内にある前記圧延材の温度を算出し、
前記設定算出部により算出された温度に基づいて、前記圧延材の材質を決定する材質予測部を、更に備え、
前記最適化部は、
前記目標温度を、前記材質予測部により決定された材質が予め定められた材質以上であり、かつ前記使用エネルギー及び前記二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出する
請求項１記載の最適化装置。
【請求項６】
前記材質予測部は、
前記材質として、前記設定算出部により算出された前記圧延材の温度において圧延された前記圧延材の引っ張り強度、降伏応力、及び延性うちいずれか１つ以上を算出する
請求項５記載の最適化装置。
【請求項７】
前記設定算出部は、
前記圧延装置内にある前記圧延材の熱収支計算を行うための温度モデルを用いて、前記算出した複数の制御設定値に基づいて、前記圧延装置内にある前記圧延材の複数の温度を算出し、
前記設定算出部により算出された複数の温度に基づいて、前記圧延材の複数の材質を決定する材質予測部を、更に備え、
前記エネルギー品質表示選択部は、
前記算出された複数の使用エネルギー、複数の二酸化炭素排出量、及び前記決定された複数の材質を表示部に表示すると共に、表示された複数の使用エネルギー、二酸化炭素排出量、及び材質の組合せのうち選択されたいずれか１つに基づいて、前記複数の目標温度のうちいずれか１つを選択する
請求項３記載の最適化装置。
【請求項８】
前記材質予測部は、
前記材質として、前記設定算出部により算出された前記圧延材の複数の温度における前記圧延された圧延材の引っ張り強度、降伏応力、及び延性うちいずれか１つ以上を算出する
請求項７記載の最適化装置。
【請求項９】
前記圧延装置に備えられた電力量計又は燃料供給量計による測定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために使用したエネルギーを、実績使用エネルギーとして算出し、算出した実績使用エネルギーに基づいて、前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギーを補正する使用エネルギー学習部と、
を更に備える請求項１記載の最適化装置。
【請求項１０】
前記圧延装置に備えられた電力量計又は燃料供給量計による測定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために使用したエネルギーを、実績使用エネルギーとして算出し、算出した実績使用エネルギーに基づいて、前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギーを補正する使用エネルギー学習部と、
を更に備える請求項３記載の最適化装置。
【請求項１１】
圧延材の初期寸法、初期温度及び目標温度に基づいて、圧延装置が前記圧延材を圧延するための制御設定値を算出する設定算出部と、
前記設定算出部により算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために必要なエネルギーを、使用エネルギーとして算出する使用エネルギー算出部と、
前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、前記圧延装置において排出する二酸化炭素排出量を、製品二酸化炭素排出量として算出する製造時二酸化炭素排出量算出部と、
前記圧延材の種類毎に、前記圧延材が出荷された後に使用される使用条件と、出荷された後回収されて前記圧延装置で再度圧延されるまでのライフサイクルにおいて排出される二酸化炭素排出量とを関連付けて、基準ライフサイクルとして記憶する基準ライフサイクル記憶部と、
前記基準ライフサイクルに基づいて、前記設定算出部により算出された制御設定値に基づいて製造された前記圧延材のライフサイクルにおいて排出される二酸化炭素排出量を、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量として算出する製品ライフサイクル二酸化炭素排出量算出部と、
前記製品二酸化炭素排出量と前記製品ライフサイクル二酸化炭素排出量とを表示部に表示する二酸化炭素排出量表示部と、
を備えることを特徴とする最適化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延設備において圧延材を圧延する際、圧延材の製品品質を確保しつつ、使用するエネルギー及び排出する二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか一方が最小になるように、圧延設備の制御を最適化する最適化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を圧延する圧延設備としては、鉄鋼の板（以下、鋼板という）を製造する熱間薄板圧延設備、厚板圧延設備、冷間圧延設備、鉄鋼の形鋼圧延設備、棒鋼、線材の圧延設備、及びアルミ、銅の圧延設備がある。【０００３】
例えば、熱間薄板圧延設備は、スラブと呼ばれる直方体状の鉄鋼材料をスラブ加熱炉１０１で１２００℃程度に熱し、粗圧延機で粗圧延を施すころにより厚み３０〜４０ｍｍ程度のバーを得る。この際、バーヒータによってバーを昇温する場合もある。その後、熱間薄板圧延設備は、仕上圧延機において、粗圧延されたバーを厚み１．２〜１２ｍｍに圧延する。次に、熱間薄板圧延設備は、水冷機により５００〜７００℃くらいに冷却した後、最終的に巻き取り機で、コイルとして巻き取る。ここで、スラブは、圧延の各工程を経る度に、バー、コイルなどと呼び方が変わるが、以下、圧延材という呼称で統一するものとする。【０００４】
このように、熱間薄板圧延設備は、圧延材を搬送しながら、加熱炉で加熱し、圧延機で大きく変形させるので、消費するエネルギーが非常に大きい。【０００５】
そこで、例えば、省エネルギー対策として、圧延機で圧延していない時間、いわゆるアイドル(idle)時間に、ロール回転速度を落とす省エネ方法が一般的に行われている。また、圧延機では大量の冷却水、油圧系の油、ブロアの空気を使用するので、圧延機に水、油、空気を供給するポンプの台数制御や起動・停止制御において、省エネルギー化を図る省エネ方法が一般的によく知られている。【０００６】
また、特許文献１（特開２００５−４８２０２号公報）には、加熱炉における省エネ運転のために、エネルギーコストの考えを導入し、エネルギーコストを最小限に抑える加熱炉燃焼制御方法が提案されている。【０００７】
一方、昨今の世界的な環境問題への取り組みや関心への高まりを受けて、製鉄会社を含むあらゆる企業において、二酸化炭素に代表される温暖化ガスの排出量低減対策に積極的に取り組んでいる。
【特許文献１】特開２００５−４８２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したロール回転数減少による省エネ方法や、ポンプ制御による省エネ方法では、使用するエネルギー及び二酸化炭素排出量の低減に十分な効果を得ることができなかった。また、特許文献１に記載の加熱炉燃焼制御方法では、加熱炉を省エネ対象にしているので、圧延設備全体に亘る大きな省エネ効果を得ることが困難であり、また、圧延材の製品品質への考慮がなされていないので、不良品を製造してしまうことがあった。【０００９】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、圧延材の製品品質を確保しつつ、使用エネルギー及び二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか一方が最小になるように、圧延設備の制御を最適化する最適化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第１の特徴は、圧延材の初期寸法、初期温度及び目標温度に基づいて、圧延装置が前記圧延材を圧延するための制御設定値を算出する設定算出部と、前記設定算出部により算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために必要なエネルギーを、使用エネルギーとして算出する使用エネルギー算出部と、前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、前記圧延装置において排出する二酸化炭素排出量を算出する製造時二酸化炭素排出量算出部と、前記目標温度を、前記圧延される圧延材の品質を確保するために必要な温度以上の温度であり、かつ前記使用エネルギー及び前記二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出する最適化部とを備えることにある。【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第２の特徴は、前記最適化部は、前記圧延装置における、前記圧延材の仕上げ圧延を行う仕上圧延部の入口若しくは出口、又は前記仕上げ圧延された圧延材を巻き取る巻き取り部の入口のうちいずれか１カ所以上における前記圧延材の前記目標温度を算出することにある。【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第３の特徴は、圧延材に関する初期寸法及び初期温度と複数の目標温度とに基づいて、圧延装置が前記圧延材を圧延するための複数の制御設定値を複数の目標温度毎に算出する設定算出部と、前記設定算出部により算出された複数の制御設定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために必要なエネルギーを複数の使用エネルギーとして、前記複数の制御設定値毎に算出する使用エネルギー算出部と、前記使用エネルギー算出部により算出された複数の使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、前記圧延装置におけて排出する複数の二酸化炭素排出量を、前記複数の使用エネルギー毎に算出する製造時二酸化炭素排出量算出部と、前記算出された複数の使用エネルギー及び複数の二酸化炭素排出量を表示部に表示すると共に、表示された複数の使用エネルギー及び複数の二酸化炭素排出量の組合せのうち選択されたいずれか１つに基づいて、前記複数の目標温度のうちいずれか１つを選択するエネルギー品質表示選択部とを備えることにある。【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第４の特徴は、前記エネルギー品質表示選択部は、前記圧延装置における、前記圧延材の仕上げ圧延を行う仕上圧延部の入口若しくは出口、又は前記仕上げ圧延された圧延材を巻き取る巻き取り部の入口のうちいずれか１カ所以上において、それぞれ前記複数の目標温度のうちいずれか１つを選択することにある。【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第５の特徴は、前記設定算出部は、前記圧延装置内にある前記圧延材の熱収支計算を行うための温度モデルを用いて、前記算出した制御設定値に基づいて、前記圧延装置内にある前記圧延材の温度を算出し、前記設定算出部により算出された温度に基づいて、前記圧延材の材質を決定する材質予測部を、更に備え、前記最適化部は、前記目標温度を、前記材質予測部により決定された材質が予め定められた材質以上であり、かつ前記使用エネルギー及び前記二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出することにある。【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第６の特徴は、前記材質予測部は、前記材質として、前記設定算出部により算出された前記圧延材の温度において圧延された前記圧延材の引っ張り強度、降伏応力、及び延性うちいずれか１つ以上を算出することにある。【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第７の特徴は、前記設定算出部は、前記圧延装置内にある前記圧延材の熱収支計算を行うための温度モデルを用いて、前記算出した複数の制御設定値に基づいて、前記圧延装置内にある前記圧延材の複数の温度を算出し、前記設定算出部により算出された複数の温度に基づいて、前記圧延材の複数の材質を決定する材質予測部を、更に備え、前記エネルギー品質表示選択部は、前記算出された複数の使用エネルギー、複数の二酸化炭素排出量、及び前記決定された複数の材質を表示部に表示すると共に、表示された複数の使用エネルギー、二酸化炭素排出量、及び材質の組合せのうち選択されたいずれか１つに基づいて、前記複数の目標温度のうちいずれか１つを選択することにある。【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第８の特徴は、前記材質予測部は、前記材質として、前記設定算出部により算出された前記圧延材の複数の温度における前記圧延された圧延材の引っ張り強度、降伏応力、及び延性うちいずれか１つ以上を算出することにある。【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第９の特徴は、前記圧延装置に備えられた電力量計又は燃料供給量計による測定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために使用したエネルギーを、実績使用エネルギーとして算出し、算出した実績使用エネルギーに基づいて、前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギーを補正する使用エネルギー学習部とを更に備えることにある。【００１９】
上記目的を達成するため、本発明に係る最適化装置の第１０の特徴は、圧延材の初期寸法、初期温度及び目標温度に基づいて、圧延装置が前記圧延材を圧延するための制御設定値を算出する設定算出部と、前記設定算出部により算出された制御設定値に基づいて、前記圧延装置が前記圧延材を圧延するために必要なエネルギーを、使用エネルギーとして算出する使用エネルギー算出部と、前記使用エネルギー算出部により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、前記圧延装置において排出する二酸化炭素排出量を、製品二酸化炭素排出量として算出する製造時二酸化炭素排出量算出部と、前記圧延材の種類毎に、前記圧延材が出荷された後に使用される使用条件と、出荷された後回収されて前記圧延装置で再度圧延されるまでのライフサイクルにおいて排出される二酸化炭素排出量とを関連付けて、基準ライフサイクルとして記憶する基準ライフサイクル記憶部と、前記基準ライフサイクルに基づいて、前記設定算出部により算出された制御設定値に基づいて製造された前記圧延材のライフサイクルにおいて排出される二酸化炭素排出量を、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量として算出する製品ライフサイクル二酸化炭素排出量算出部と、前記製品二酸化炭素排出量と前記製品ライフサイクル二酸化炭素排出量とを表示部に表示する二酸化炭素排出量表示部とを備えることにある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧延材の製品品質を確保しつつ、使用エネルギー及び二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか一方が最小になるように、圧延設備の制御を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る最適化装置が適用された熱間圧延システムの構成を示した構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る最適化装置による処理のフローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る最適化装置のＣＰＵが備える使用エネルギー算出部が算出する使用エネルギーの分類を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る最適化装置のＣＰＵが備える使用エネルギー算出部による雰囲気昇温用エネルギーの算出方法を説明した図である。（ａ）は、ある時刻ｔ１におけるスラブ加熱炉内の圧延材を示した図であり、（ｂ）は、時刻ｔ１の後のある時刻ｔ２におけるスラブ加熱炉内の圧延材を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る最適化装置による処理フローを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る最適化装置のＣＰＵが備える使用エネルギー学習部による使用エネルギー計算モデルの学習のためのデータ計算方法を説明した図である。
【図１２】圧延材が出荷された後回収されて熱間圧延装置で再度圧延されるまでのライフサイクルを示した図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵの構成を示した構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る最適化装置の実施の形態について図面を参照して説明する。【００２３】
＜第１の実施形態＞
≪構成≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係る最適化装置が適用された熱間圧延システムの構成を示した構成図である。【００２４】
図１に示すように、熱間圧延システム３００は、第１の実施形態に係る最適化装置１と、熱間で圧延材を圧延する熱間圧延装置１００と、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００とを備えており、最適化装置１は、制御装置２００に接続されている。【００２５】
熱間圧延装置１００は、重油又は天然ガスの化石燃料を燃焼させることにより圧延材１２０を加熱するスラブ加熱炉１０１と、スラブ加熱炉１０１出口温度を測定するスラブ加熱炉出口温度計１０２と、圧延材１２０の上下方から高圧水を噴射し圧延材１２０の表面からスケールを除去する高圧デスケーリング部１０３と、圧延材１２０の板幅方向の圧延をするエッジャー１０４と、圧延材１２０の粗圧延を行う粗圧延部１０５と、粗圧延部出口温度を測定する粗圧延出口温度計１０６と、仕上圧延部１１０の入口温度を測定する仕上圧延入口温度計１０７と、圧延材１２０の先尾端部を切断するクロップシャー１０８と、圧延材１２０の表面からスケールを除去する仕上入側デスケーリング部１０９と、圧延材１２０を仕上げ圧延する仕上圧延部１１０と、仕上圧延部１１０の出口温度を測定する仕上圧延出口温度計１１１と、圧延材１２０を冷却するランアウトラミナースプレー冷却部１１２と、ランアウトラミナースプレー冷却部１１２により冷却された圧延材１２０の温度を測定する巻取温度計１１３と、圧延材１２０の巻き取るコイラー１１４とを備える。【００２６】
制御装置２００は、製品である圧延材１２０の品質を確保するための品質制御として、圧延材１２０の寸法制御と温度制御を行う。【００２７】
制御装置２００は、寸法制御として、圧延材１２０の幅方向中央部の板厚を制御する板厚制御、板幅を制御する板幅制御、幅方向板厚分布を制御する板クラウン制御、圧延材１２０の幅方向の伸びを制御する平坦度制御の寸法制御を行う。【００２８】
また、制御装置２００は、温度制御として、仕上圧延部１１０出口の温度を制御する仕上出口温度制御と、コイラー１１４前の温度を制御する巻取温度制御とを行う。【００２９】
ここで、圧延材１２０の材質としては、例えば、引っ張り強度(Tensile Strength)、降伏応力(Yield Stress)、延性があり、仕上圧延部１１０における変形量および温度などの条件によるほか、仕上圧延部１１０出口からコイラー１１４入口までの冷却による影響が非常に大きい。【００３０】
圧延材１２０の製品品質を決定する際に重要なのが、制御設定値を算出する設定計算や品質制御である。設定計算では、例えば、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０に圧延材１２０が噛み込まれる前に、予め圧延ロールのロールギャップ、ロール速度が初期計算で算出され、これにより安定な通板が確保される。仕上圧延部１１０の冷却水の初期設定及び巻き取り温度制御の初期設定は、予め適切に行われる必要がある。【００３１】
例えば、板幅制御において、板厚精度の向上を阻害する外乱としては、圧延材１２０の温度変動がある。スラブ加熱炉１０１で加熱される圧延材１２０は、スラブ加熱炉１０１の構造上スキッドマークという低温部分ができる場合がある。この低温部分は硬くなるので、板厚は厚くなり、また板幅も変化する。【００３２】
ここで、圧延材１２０の温度と品質の関係について説明する。スラブ加熱炉１０１において圧延材１２０を十分加熱していないと、スキッドマークが顕著に現れ、圧延材１２０の搬送方向に板厚偏差がスキッドマークの周期で現れる。また、低温の圧延材１２０を圧延する場合、硬い材料を圧延することになるので、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０の圧延動力がより多く必要となり、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０を駆動する駆動装置の消費エネルギーが増加する。また、圧延材１２０の製品品質を良くするために、スラブ加熱炉１０１の出口温度を高めに設定すると、スラブ加熱炉１０１での使用エネルギー及び二酸化炭素の排出量が増加する。【００３３】
そこで、第１の実施形態に係る最適化装置１は、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続され、熱間圧延装置１００により圧延された圧延材１２０の製品品質を確保しつつ、熱間圧延装置１００における使用エネルギー及び二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１つが最小になるように、制御装置２００による熱間圧延装置１００の制御を最適化する。【００３４】
図１に示すように、最適化装置１は、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とを備えており、それぞれは、バス２０を介して接続されている。【００３５】
ＲＯＭ１２は、不揮発性半導体等で構成され、ＣＰＵ１１が実行するオペレーションシステム及び最適化プログラムを記憶している。【００３６】
ＲＡＭ１３は、揮発性半導体等で構成され、ＣＰＵ１１が各種処理を実行する上で必要なデータを一時的に記憶する。【００３７】
ハードディスク１６は、ＣＰＵ１１が最適化プログラムを実行する上で必要な情報を記憶している。例えば、制御設定値、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量を関連付けて、最適化データとして記憶される。【００３８】
ＣＰＵ１１は、最適化装置１の中枢的な制御を行う。【００３９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるＣＰＵ１１の構成を示した構成図である。【００４０】
図２に示すように、ＣＰＵ１１は、最適化プログラムを実行することにより、その機能上、設定算出部３１と、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と予測量表示部３４と、最適化部３５とを備える。【００４１】
設定算出部３１は、圧延材１２０の初期寸法、初期温度及び目標温度に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するための制御設定値を算出する。ここで、初期寸法及び初期温度とは、スラブ加熱炉１０１入口における寸法及び温度であり、利用者操作により、入力部１４から入力され、又は、ネットワークに接続された他のコンピュータから供給される。【００４２】
使用エネルギー算出部３２は、設定算出部３１により算出された制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するために必要なエネルギーを、使用エネルギーとして算出する。【００４３】
製造時二酸化炭素排出量算出部３３は、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、熱間圧延装置１００におけて排出する製造時二酸化炭素排出量を算出する。【００４４】
予測量表示部３４は、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量算出部３３により算出された製造時二酸化炭素排出量を表示部１５に表示する。【００４５】
最適化部３５は、目標温度を、圧延される圧延材１２０の品質を確保するために必要な温度以上の温度であり、かつ使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出する。【００４６】
≪作用≫
本発明の第１の実施形態に係る最適化装置１の作用について説明する。【００４７】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る最適化装置１による処理のフローを示すフローチャートである。【００４８】
図３に示すように、最適化装置１のＣＰＵ１１は、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量に初期値を代入する（ステップＳ１０１）。ここで、初期値としては、十分に大きな値を代入することとする。【００４９】
次に、最適化装置１のＣＰＵ１１の設定算出部３１は、圧延材１２０を安定かつ高精度に圧延するために必要な制御設定値を算出する（ステップＳ１０２）。【００５０】
具体的には、まず、設定算出部３１は、常温における圧延材１２０の初期寸法及び初期重量に基づいて、圧延材１２０をスラブ加熱炉１０１に装入して目標温度まで上昇させる場合、何度の雰囲気温度の中を何時間在炉すればよいかを算出する。また、設定算出部３１は、スラブ加熱炉１０１出口における圧延材１２０の寸法及び温度に基づき、圧延荷重、変形抵抗、圧延トルク、圧延パワーを、圧延モデルを使用して算出する。さらに、設定算出部３１は、圧延材１２０を圧延するための圧延速度設定値、ロールギャップ設定値を計算する。【００５１】
次に、ＣＰＵ１１の使用エネルギー算出部３２は、設定算出部３１により算出された制御設定値に基づき、熱間圧延装置１００が圧延材１０２を圧延するために必要なエネルギーを使用エネルギーとして計算する（ステップＳ１０３）。具体的には、使用エネルギー算出部３２は、使用エネルギーとして、圧延材１０２を圧延するためだけに必要なエネルギーである直接エネルギーと、圧延材１０２に直接注入されるエネルギーではないが、生産には欠かせない間接エネルギーとをそれぞれ算出する。なお、使用エネルギーの算出方法については、後述する。【００５２】
次に、ＣＰＵ１１の製造時二酸化炭素排出量算出部３３は、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、熱間圧延装置１００における製造時二酸化炭素排出量を算出する（ステップＳ１０４）。【００５３】
ここで、二酸化炭素排出係数とは、燃料や電力を消費したときにどれだけ二酸化炭素を排出するかを算出するための係数である。例えば、天然ガスについては、0.5526（kg-C/kg）（天然ガス１kgを燃焼させたとき、0.5526kgの炭素を排出する）、又は、2.025（kg-CO2/kg）（天然ガス１kgを燃焼させたとき、2.025kgの二酸化炭素を排出する）と定められている。電気1（kWh）を使うと二酸化炭素は、0.555（kg- CO2/kWh）と規定されている。【００５４】
そこで、製造時二酸化炭素排出量算出部３３は、予め記憶された二酸化炭素排出係数に基づいて、使用エネルギー算出部３２により算出された直接エネルギーに対応する二酸化炭素排出量、及び間接エネルギーに対応する二酸化炭素排出量をそれぞれ算出する。ここで、直接エネルギーに対応する二酸化炭素排出量と、間接エネルギーに対応する二酸化炭素排出量との和を製造時二酸化炭素排出量という。【００５５】
次に、最適化部３５は、ステップＳ１０３において算出された使用エネルギー及びステップＳ１０４において算出された製造時二酸化炭素排出量が、前回の算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量より減少したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。【００５６】
そして、ステップＳ１０５において、前回の算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量より減少していないと判定された場合（ＮＯの場合）、予測量表示部３４は、算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量を表示部１５に表示する（ステップＳ１０６）。具体的には、予測量表示部３４は、使用エネルギー算出部３２で計算した使用エネルギー（直接エネルギー＋間接エネルギー）と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３により算出された直接エネルギーに対応する二酸化炭素排出量、間接エネルギーに対応する二酸化炭素排出量をそれぞれ表示する。これらを表示することにより、操業の参考情報として、運転員や保守員に使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量を提示することができる。【００５７】
さらに、最適化部３５は、制御設定値、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量を関連付けて、最適化データとしてハードディスク１６に記憶させる（ステップＳ１０７）。【００５８】
一方、ステップＳ１０５において、前回の算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量より減少していると判定された場合（ＹＥＳの場合）、最適化部３５は、圧延材１２０の目標温度を、圧延された圧延材１２０の品質を確保するために必要な閾値温度以上となる範囲内で低く設定し、処理をステップＳ１０２へ移行する（ステップＳ１０８）。ここで、閾値温度は、例えば、仕上圧延部１０９の入口温度を９８０℃としたり、又は仕上圧延部１０９の出口温度を８４０℃としたり、利用者が予め実測に基づいた適正な値を予め算出し、利用者が予め適正な値を設定しておく必要がある。【００５９】
このように、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４において算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量が、前回のループ処理におけるステップＳ１０３〜Ｓ１０４において算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量以上となるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理を繰り返し実行する。これにより、最適化部３５は、圧延材１２０の目標温度を、圧延された圧延材１２０の品質を確保するために必要な温度以上であり、かつ使用エネルギー及び二酸化炭素排出量を最小にする温度として算出する。【００６０】
なお、最適化部３５は、ステップＳ１０３において算出された使用エネルギー及びステップＳ１０４において算出された製造時二酸化炭素排出量が、前回の算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量より減少したか否かを判定したが、これに限らず、ステップＳ１０３において算出された使用エネルギー及びステップＳ１０４において算出された製造時二酸化炭素排出量のうちいずれか一方が、前回の算出された使用エネルギー又は製造時二酸化炭素排出量より減少したか否かを判定するようにしてもよい。【００６１】
≪使用エネルギーの算出≫
次に、使用エネルギー算出部３２による使用エネルギーの算出処理について説明する。【００６２】
図４は、使用エネルギー算出部３２が算出する使用エネルギーの分類を示した図である。【００６３】
図４に示すように、使用エネルギー算出部３２が算出する使用エネルギーＱ３０１は、圧延材１０２を圧延するためだけに必要なエネルギーである直接エネルギーＱ３０２と、圧延材１０２に直接注入されるエネルギーではないが、生産には欠かせない間接エネルギーＱ３０３とに分類される。【００６４】
また、直接エネルギーＱ３０２は、圧延材熱エネルギーＱ３０４と、圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５との和として算出され、間接エネルギーＱ３０３は、雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６と、非圧延時エネルギーＱ３０７と、生産設備維持エネルギーＱ３０８との和として算出される。【００６５】
圧延材熱エネルギーＱ３０４は、スラブ加熱炉１０１における燃料燃焼により、圧延材１２０に注入されるエネルギーである。【００６６】
圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５は、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０において圧延スタンド直下で、圧延材１２０を変形させる時に必要なエネルギーと、圧延材１２０を搬送ライン上で搬送させるためのエネルギーとの和である。【００６７】
雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６は、スラブ加熱炉１０１内の雰囲気温度を上昇されるために必要なエネルギーである。スラブ加熱炉１０１において、圧延材１２０を加熱する際、かならず雰囲気温度も上昇させなければならず、またスラブ加熱炉１０１の壁面からの放熱分のエネルギーを余分に投入する必要がある。【００６８】
非圧延時エネルギーＱ３０７は、圧延材１２０が圧延されたり搬送されてはいないが、圧延スタンドのロールを回転させ続けたり、搬送テーブルのロールを回転させ続けるためのエネルギーである。また油圧や水圧を一定に保つために常に回転し続けているポンプ用の電動機で消費されるエネルギーも含まれる。【００６９】
生産設備維持エネルギーＱ３０８は、圧延材１２０を製造するための直接的なエネルギーではないが、生産設備として必要なエネルギーである。【００７０】
次に、使用エネルギー算出部３２による圧延材熱エネルギーＱ３０４、圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５、雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６、非圧延時エネルギーＱ３０７、及び生産設備維持エネルギーＱ３０８の算出方法について以下に説明する。【００７１】
（圧延材熱エネルギーＱ３０４の算出）
使用エネルギー算出部３２は、下記の数式１を用いて、圧延材１２０の重量Ｗ(kg)、初期温度Ｔ１（℃）、目標温度Ｔ２（℃）、及び比熱Ｃ（kJ/kg/K）に基づいて、圧延材熱エネルギーＱ３０４（kJ）を算出する。例えば、重量Ｗが１５（ton）の圧延材１２０を、３０（℃）から１２３０（℃）まで昇温する場合、鋼鉄の比熱Ｃを０．５（kJ/kg/K）とすると、使用エネルギー算出部３２は、下記の数式１を用いて、圧延材熱エネルギーＱ３０４（kJ）を、９，０００，０００（kJ）（=0.5×1,200×15,000）として算出する。【００７２】
Ｑ３０４＝Ｃ＊（Ｔ２―Ｔ１）＊Ｗ    ・・・（数式１）
（雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６の算出）
使用エネルギー算出部３２は、スラブ加熱炉１０１に注入された燃料に基づいて雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６を算出する。【００７３】
図５は、使用エネルギー算出部３２による雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６の算出方法を説明した図である。（ａ）は、ある時刻ｔ１におけるスラブ加熱炉１０１内の圧延材１２０を示した図であり、（ｂ）は、時刻ｔ１の後のある時刻ｔ２におけるスラブ加熱炉１０１内の圧延材１２０を示した図である。【００７４】
図５（ａ）に示すように、ある時刻t1において、スラブ加熱炉１０１内にｎ1本の圧延材１２０があり、スラブ加熱炉１０１の出口に近い方から、それぞれ初期温度T1(t1)、T2(t1)、・・・、Tn1(t1)である。【００７５】
図５（ｂ）に示すように、時刻t1の後の時刻t2において、スラブ加熱炉１０１から、m1本（m1<n1）の圧延材１２０が抽出され、新たにm2本の圧延材１２０が装入されている。時刻t2におけるスラブ加熱炉１０１の出口に近い側から圧延材１２０の温度が、それぞれTm1+1(t2)、Tm1+2(t2)、・・・、Tn1+m2(t2)であったとすると、使用エネルギー算出部３２は、時刻t1-t2間に圧延材１２０が直接受けた熱エネルギーＱ１（kJ）を、下記の計算式を用いて算出する。【００７６】
Ｑ１＝Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４    ・・・（数式２）
ここで、Ｑ２（kJ）を、（１からm1本までスラブの初期温度から抽出された時点の温度までの昇温のためのエネルギー）とし、Ｑ３（kJ）を、（m1+1本目からn1本目までのスラブの初期温度から時刻t2における温度までの昇温のためのエネルギー）とし、Ｑ４（kJ）を、（n1+1本目からn2本目までのスラブの装入時の温度（常温）から時刻t2における温度までの昇温のためのエネルギー）とする。【００７７】
なお、使用エネルギー算出部３２は、上述した数式１を用いて、比熱、初期温度、最終温度、重量に基づいて、Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４それぞれを算出する。【００７８】
さらに、使用エネルギー算出部３２は、時刻t1からt2の間にスラブ加熱炉１０１内に注入された燃料の全量に基づいて、燃料が有するエネルギーＱ５（kJ）を算出する。【００７９】
そして、使用エネルギー算出部３２は、雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６（kJ）を、下記の数式３を用いて算出する。【００８０】
Ｑ３０６＝Ｑ５−Ｑ１    ・・・（数式３）
（圧延材加工変形搬送エネルギー３０５の算出）
使用エネルギー算出部３２は、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０において圧延材１２０の加工や変形に要するエネルギーＱ６と、圧延材１２０の搬送に要するエネルギーＱ７との和を、圧延材加工変形搬送エネルギー３０５として算出する。【００８１】
使用エネルギー算出部３２は、設定算出部３１によって圧延モデルを用いて算出された圧延トルクに、ロストルクと加速トルクとを加算することにより、トルクを算出する。なお、圧延材１２０の変形に直接必要な圧延トルクは、設定算出部３１により、圧延材１２０の特性及び温度に基づいて変形抵抗が算出され、算出された変形抵抗に基づいて圧延荷重が算出され、算出された圧延荷重に基づいて算出される。【００８２】
そして、使用エネルギー算出部３２は、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０の電動機が算出されたトルク出力するために必要な電力Ｐ（W）を、トルクをＮ（N・m）、角速度をω（rad/s）とすると、以下の数式４を用いて算出する。【００８３】
Ｐ（W）＝Ｎ（N・m） ×  ω（rad/s）  ・・・（数式４）
さらに、使用エネルギー算出部３２は、決定された圧延速度ｖｐ（km/H）と、圧延材１２０の搬送方向の長さから圧延時間Ｔｐ（H）を算出し、以下の数式５を用いて、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０において圧延材１２０の加工や変形に要するエネルギーＱ６（kJ）を算出する。【００８４】
Ｑ６（kJ）＝Ｐ（kW）×  Ｔｐ（H）  ・・・（数式５）
なお、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０には、圧延スタンドの他に、板幅を矯正するサイジングプレスも設置されることもある。さらに、コイラー１１４は、圧延スタンドではないが、それぞれ電力消費のモデルが一般的であるので、モデルを使用して上記と同様に算出する。【００８５】
次に、圧延材１２０の重量を複数台の電動機で分担して搬送するので、使用エネルギー算出部３２は、１台の電動機について、分担する圧延材１２０の重量からトルクＮ（N・m）を算出する。そして、使用エネルギー算出部３２は、決定された搬送速度ｖｔ（km/H）と、圧延材１２０の搬送方向の長さとから搬送時間Ｔｔ（H）を算出し、以下の数式６を用いて、圧延材１２０の搬送に要するエネルギーＱ７（kJ）を算出する。【００８６】
Ｑ７（kJ）＝Ｐ（kW）×  Ｔｔ（H）  ・・・（数式６）
なお、エネルギーＱ７には、スラブ加熱炉１０１内における圧延材１２０の搬送に必要なエネルギーも加える。【００８７】
そして、使用エネルギー算出部３２は、粗圧延部１０５及び仕上圧延部１１０において圧延材１２０の加工や変形に要するエネルギーＱ６と、圧延材１２０の搬送に要するエネルギーＱ７との和を、圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５として算出する。【００８８】
（非圧延時エネルギーＱ３０７の算出）
使用エネルギー算出部３２は、ある時間内に、熱間圧延装置１００全体に投入されたエネルギーＱ８（kJ）から、その時間内に消費された圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５を減算することにより算出する。なお、熱間圧延装置１００全体に投入されたエネルギーＱ８は、熱間圧延装置１００に電力を供給する送配電系統における電力量計の測定値に基づいて算出する。【００８９】
（生産設備維持エネルギーＱ３０８の算出）
使用エネルギー算出部３２は、制御装置２００が消費するエネルギー、及び熱間圧延装置１００を運転する運転員及び保守員が使う居室の照明及び冷暖房機器が消費するエネルギーを、電源系統における電力量計の測定値に基づいて、生産設備維持エネルギーＱ３０８として算出する。【００９０】
このようにして、使用エネルギー算出部３２は、設定算出部３１により算出された制御設定値に基づいて、圧延材熱エネルギーＱ３０４と、圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５と、雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６と、非圧延時エネルギーＱ３０７と、生産設備維持エネルギーＱ３０８とをそれぞれ算出し、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するために必要なエネルギー、即ち、圧延材熱エネルギーＱ３０４及び圧延材加工変形搬送エネルギーＱ３０５の和である直接エネルギーＱ３０２と、雰囲気昇温用エネルギーＱ３０６、非圧延時エネルギーＱ３０７、及び生産設備維持エネルギーＱ３０８の和である間接エネルギーＱ３０３と和を、使用エネルギーとして算出する。【００９１】
以上のように、第１の実施形態に係る最適化装置１によれば、圧延材１２０の初期寸法、初期温度及び目標温度に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するための制御設定値を算出する設定算出部３１と、設定算出部３１により算出された制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するために必要なエネルギーを、使用エネルギーとして算出する使用エネルギー算出部３２と、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギー及び二酸化炭素排出係数に基づいて、熱間圧延装置１００におけて排出する二酸化炭素排出量を算出する製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、目標温度を、圧延される圧延材１２０の品質を確保するために必要な温度以上の温度であり、かつ使用エネルギー及び二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出する最適化部３５とを備えるので、圧延材１２０の製品品質を確保しつつ、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか一方が最小になるように、熱間圧延装置１００の制御を最適化することができる。【００９２】
なお、第１の実施形態では、熱間圧延装置１００を備える熱間圧延システム３００を例に挙げて説明したが、これに限らず、熱間薄板圧延設備、厚板圧延設備、冷間圧延設備、鉄鋼の形鋼圧延設備、棒鋼，線材の圧延設備、又はアルミ，銅の圧延設備を備える圧延システムにも適用可能である。【００９３】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る最適化装置１Ａについて説明する。【００９４】
第２の実施形態に係る最適化装置１Ａは、図１に示した第１の実施形態に係る最適化装置１と同様に、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続されている。【００９５】
また、第２の実施形態に係る最適化装置１Ａは、ＣＰＵ１１Ａと、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とを備えている。このうち、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、表示部１５と、ハードディスク１６とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【００９６】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る最適化装置１Ａが備えるＣＰＵ１１Ａの構成を示した構成図である。【００９７】
図６に示すように、ＣＰＵ１１は、その機能上、設定算出部３１Ａと、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４と、エネルギー品質表示選択部３６とを備える。このうち、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【００９８】
設定算出部３１Ａは、圧延材１２０に関する初期寸法及び初期温度と複数の目標温度とに基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するための複数の制御設定値を複数の目標温度毎に算出する。【００９９】
ここで、複数の目標温度は、例えば、仕上圧延部１１０の出口温度における複数の目標値として、840、860、880、900、920（℃）が予め設定される。【０１００】
エネルギー品質表示選択部３６は、使用エネルギー算出部３２により算出された複数の使用エネルギーと、製造時二酸化炭素排出量算出部３３により算出された製造時二酸化炭素排出量を表示部１５に表示する。そして、利用者操作により入力部１４から表示された複数の使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量の組合せのうちいずれか１つを選択する操作信号が供給されると、エネルギー品質表示選択部３６は、供給された操作信号に基づいて、複数の目標温度のうち、選択された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量の組合せに対応するいずれか１つの目標温度を選択する。【０１０１】
これにより、利用者は、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量の選択操作を行うことで、目標温度を設定することができるので、圧延材１２０の製品品質を確保しつつ、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか一方が最小限になるように、熱間圧延装置１００の制御を最適化することができる。【０１０２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る最適化装置１Ｂについて説明する。【０１０３】
第３の実施形態に係る最適化装置１Ｂは、図１に示した第１の実施形態に係る最適化装置１と同様に、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続されている。【０１０４】
また、本発明の第３の実施形態に係る最適化装置１Ｂは、ＣＰＵ１１Ｂと、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とを備えている。このうち、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１０５】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る最適化装置１Ｂが備えるＣＰＵ１１Ｂの構成を示した構成図である。【０１０６】
図７に示すように、ＣＰＵ１１Ｂは、その機能上、設定算出部３１Ｂと、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４と、最適化部３５Ｂと、材質予測部３７とを備える。このうち、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１０７】
設定算出部３１Ｂは、熱間圧延装置１００内にある圧延材１２０の熱収支計算を行うための温度モデルを用いて、算出した制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００内にある圧延材１２０の温度を算出する。【０１０８】
材質予測部３７は、設定算出部３１Ｂにより算出された温度に基づいて、圧延材１２０の材質を決定する。ここで、材質とは、引っ張り強度、降伏応力、延性のうちの少なくとも１つである。【０１０９】
最適化部３５Ｂは、目標温度を、材質予測部３７により決定された材質が予め定められた材質以上であり、かつ使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか１方を最小にする温度として算出する。【０１１０】
≪作用≫
本発明の第３の実施形態に係る最適化装置１Ｂの作用について説明する。【０１１１】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る最適化装置１Ｂによる処理フローを示すフローチャートである。なお、図８に示したフローチャートのうち、ステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理については、図３に示した第１の実施形態に係る最適化装置１のフローチャートにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理と同一であるので、説明を省略する。【０１１２】
ステップＳ１０５において、前回の算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量より減少していると判定された場合（ＹＥＳの場合）、材質予測部３７は、圧延材１２０の目標温度を修正する（ステップＳ２０８）。具体的には、ステップＳ１０５から処理が移行された場合には、現在設定されている目標温度より新たな目標温度を低く設定し、後述するステップＳ２１０から処理が移行された場合には、現在設定されている目標温度より新たな目標温度を高く設定する。【０１１３】
そして、材質予測部３７は、設定された目標温度に基づいて、圧延材１２０の材質を決定する（ステップＳ２０９）。例えば、材質予測部３７は、特開２００７−８３２９９号公報に記載の技術や、文献（社）日本鉄鋼協会  第１３１・１３２回  西山記念講座「連続熱間圧延工程における材質の予測と制御」に記載の技術を用いて、設定された目標温度で製造された圧延材１２０の引っ張り強度、降伏応力、延性を決定する。【０１１４】
次に、最適化部３５Ｂは、ステップＳ２０９において算出された材質が予め定められた材質閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。【０１１５】
ステップＳ２１０において、ステップＳ２０９において算出された材質が予め定められた材質閾値以上であると判定された場合、最適化部３５Ｂは、処理をステップＳ１０２へ移行し、ステップＳ２０９において算出された材質が予め定められた材質閾値未満であると判定された場合、最適化部３５Ｂは、処理をステップＳ２０８へ移行する。【０１１６】
このように、ステップＳ２０９において算出された材質が予め定められた材質閾値以上となるまで、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０の処理を繰り返し実行し、かつ、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４において算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量が、前回のループ処理におけるステップＳ１０３〜Ｓ１０４において算出された使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量以上となるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ２１０の処理を繰り返し実行する。【０１１７】
これにより、最適化部３５Ｂは、圧延材１２０の目標温度を、材質予測部３７により決定された材質が予め定められた材質以上であり、かつ使用エネルギー及び二酸化炭素排出量を最小にする温度として算出することができる。【０１１８】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る最適化装置１Ｃについて説明する。【０１１９】
第４の実施形態に係る最適化装置１Ｃは、第２の実施形態に係る最適化装置１Ａと同様に、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続されている。【０１２０】
また、第４の実施形態に係る最適化装置１Ｃは、ＣＰＵ１１Ｃと、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とを備えている。このうち、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とは、第２の実施形態に係る最適化装置１Ａが備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１２１】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵ１１Ｃの構成を示した構成図である。【０１２２】
図９に示すように、ＣＰＵ１１Ｃは、その機能上、設定算出部３１Ｃと、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４と、エネルギー品質表示選択部３６Ｃと、材質予測部３７とを備える。このうち、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４とは、第２の実施形態に係る最適化装置１Ａが備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１２３】
設定算出部３１Ｃは、熱間圧延装置１００内にある圧延材１２０の熱収支計算を行うための温度モデルを用いて、算出した制御設定値に基づいて、熱間圧延装置１００内にある圧延材１２０の温度を算出する。【０１２４】
材質予測部３７は、設定算出部３１Ｃにより算出された温度に基づいて、圧延材１２０の材質を決定する。ここで、材質とは、引っ張り強度、降伏応力、延性のうちの少なくとも１つである。【０１２５】
エネルギー品質表示選択部３６Ｃは、使用エネルギー算出部３２により算出された複数の使用エネルギーと、製造時二酸化炭素排出量算出部３３により算出された製造時二酸化炭素排出量と、材質予測部３７により算出された材質とを表示部１５に表示させる。そして、利用者操作により入力部１４から表示された複数の使用エネルギー、製造時二酸化炭素排出量、及び材質の組合せのうちいずれか１つを選択する操作信号が供給されると、エネルギー品質表示選択部３６Ｃは、供給された操作信号に基づいて、複数の目標温度のうち、選択された使用エネルギー、製造時二酸化炭素排出量、及び材質の組合せに対応するいずれか１つの目標温度を選択する。【０１２６】
これにより、利用者は、使用エネルギー、製造時二酸化炭素排出量、及び材質の選択操作を行うことで、目標温度を設定することができるので、圧延材１２０の材質を確保しつつ、使用エネルギー及び二酸化炭素排出量のうち少なくともいずれか一方が最小になるように、熱間圧延装置１００の制御を最適化することができる。【０１２７】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態に係る最適化装置１Ｄについて説明する。【０１２８】
第５の実施形態に係る最適化装置１Ｄは、第１の実施形態に係る最適化装置１と同様に、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続されている。【０１２９】
また、第５の実施形態に係る最適化装置１Ｄは、ＣＰＵ１１Ｄと、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とを備えている。このうち、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１３０】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る最適化装置が備えるＣＰＵ１１Ｄの構成を示した構成図である。【０１３１】
図１０に示すように、ＣＰＵ１１Ｄは、その機能上、設定算出部３１と、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４と、最適化部３５と、燃料消費量学習部３８と、電力消費量学習部３９とを備える。このうち、設定算出部３１と、使用エネルギー算出部３２と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、予測量表示部３４と、最適化部３５とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１３２】
燃料消費量学習部３８は、熱間圧延装置１００に備えられた燃料供給量計による測定値に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するために使用したエネルギーを、実績使用エネルギーとして算出し、算出した実績使用エネルギーに基づいて、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギーを補正する。【０１３３】
電力消費量学習部３９は、熱間圧延装置１００に備えられた電力量計による測定値に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するために使用したエネルギーを、実績使用エネルギーとして算出し、算出した実績使用エネルギーに基づいて、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギーを補正する。【０１３４】
なお、燃料消費量学習部３８と、電力消費量学習部３９とを使用エネルギー学習部４０という。【０１３５】
図１１は、使用エネルギー学習部４０による使用エネルギー計算モデルの学習のためのデータ計算方法を説明した図である。【０１３６】
図１１に示すように、使用エネルギーを計算するモデルの入力変数の１つに、圧延速度パターンがある。設定算出部３１による設定計算の実行時には、熱間圧延装置１００はまだ圧延していないので、使用エネルギー算出部３２は、予測した圧延速度である予測圧延速度パターン２０１に基づいて、使用エネルギー算出モデル２０２を用いて、使用エネルギー計算値２０３を算出する（(A)のルート）。【０１３７】
また、熱間圧延装置１００が圧延を行うと、圧延速度が予定通りの値で推移するとは限らず、測定された実績圧延速度パターン２０４は、予測圧延速度パターン２０１と異なる値となる場合があり、これにより使用エネルギー実績値２０６と使用エネルギー計算値２０３とは異なる値となる場合がある((C)のルート)。【０１３８】
このとき、使用エネルギー計算値と使用エネルギー実績値と比較して学習するようにすると、予測圧延速度パターンと実績圧延速度パターンの差が大きい場合、学習値が大きな値となって、次回使うべき学習値が大きく振れ、精度が悪くなる場合がある。【０１３９】
そこで、（B）のルートのように、使用エネルギー学習部４０は、実際に使われた実績圧延速度パターン２０４を記録し、記録された実績圧延速度パターン２０４に基づいて、使用エネルギー算出モデル２０２を用いて、使用エネルギーを算出する。ここで、使用エネルギー学習部４０が、算出した使用エネルギーを使用エネルギー実績再計算値２０７という。【０１４０】
そして、使用エネルギー学習部４０は、使用エネルギー実績再計算値２０７と使用エネルギー実績値２０６を比較することにより学習する。【０１４１】
具体的には、使用エネルギー学習部４０の燃料消費量学習部３８は、燃料使用学習値Ｓｆを、下記の数式７を用いて算出する。【０１４２】
Ｓｆ＝Ｑｆｃａｌ／Ｑｆａｃｔ    ・・・（数式７）
ここで、燃料使用エネルギー実績再計算値をＱｆｃａｌとし、燃料使用エネルギー実績値をＱｆａｃｔとする。【０１４３】
なお、燃料消費量学習部３８は、燃料計による測定値により得られるスラブ加熱炉１０１への燃料供給量に基づいて、燃料使用エネルギー実績値Ｑｆａｃｔを算出する。【０１４４】
また、使用エネルギー学習部４０の電力消費量学習部３９は、電力使用学習値Ｓｅを、下記の数式８を用いて算出する。【０１４５】
Ｓｅ＝Ｑｅｃａｌ／Ｑｅａｃｔ    ・・・（数式８）
ここで、電力使用エネルギー実績再計算値をＱｅｃａｌとし、電力使用エネルギー実績値をＱｅａｃｔとする。【０１４６】
なお、電力消費量学習部３９は、電力量計による測定値により得られる給電された電力量に基づいて、電力使用エネルギー実績値Ｑｅａｃｔを算出する。【０１４７】
そして、使用エネルギー学習部４０は、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギーを補正する。【０１４８】
使用エネルギーは、図４に示したように、分類できるので、例えば、電力使用学習値Ｓｅの値が“１．１”であった場合、使用エネルギー学習部４０は、使用エネルギー算出部３２により算出された圧延加工変形搬送エネルギーに“１．１”を乗算することにより、補正する。【０１４９】
このように、第５の実施形態に係る最適化装置１Ｄによれば、使用エネルギー学習部４０は、熱間圧延装置１００に備えられた電力量計又は燃料計による測定値に基づいて、熱間圧延装置１００が圧延材１２０を圧延するために使用したエネルギーを、実績使用エネルギーとして算出し、算出した実績使用エネルギーに基づいて、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギーを補正するので、使用エネルギー算出部３２により算出された使用エネルギーの算出精度をより高めることができる。【０１５０】
＜第６の実施形態＞
本発明の第１の実施形態〜第５の実施形態では、圧延材の製造にかかる使用エネルギー、及び排出する二酸化炭素量を低減する。【０１５１】
本発明の第６の実施形態では、圧延材１２０が出荷された後回収されて熱間圧延装置１００で再度圧延されるまでのライフサイクルの間において、使用エネルギー及び排出する二酸化炭素量を低減する。【０１５２】
図１２は、圧延材１２０が出荷された後回収されて熱間圧延装置１００で再度圧延されるまでのライフサイクルを示した図である。【０１５３】
図１２に示すように、圧延材１２０は、圧延１３０、出荷・搬送１４０、加工１５０、使用１６０、回収１７０、再利用１８０を介して、再び圧延１３０へリサイクルされる。【０１５４】
例えば、このような圧延材１２０のライフサイクルにおける使用１６０において、強度の小さい鋼板を大きな強度が必要な場所に使用される場合、鋼板の厚みを厚くして、強度不足を補う必要がある。このときこれが自動車に使用されるとすると、車体の重量が増し、燃費の悪い車となる。一方で、高強度の鋼板を自動車に使う場合、同じ強度を確保するにも薄くて軽い鋼板になるので、燃費も良くなり、環境負荷が減る。【０１５５】
また、強度を増すために、ニオブ(Nb)などの微量化学成分を加えた場合、その鋼板のリサイクル時に添加したニオブを除去する必要があったり、余分な成分となるため再利用できないこともある。【０１５６】
そこで、本発明の第６の実施形態では、圧延材１２０が出荷された後回収されて熱間圧延装置１００で再度圧延されるまでのライフサイクルの間において、使用エネルギー及び排出する二酸化炭素量を低減する最適化装置を例を挙げて説明する。【０１５７】
第６の実施形態に係る最適化装置１Ｅは、第１の実施形態に係る最適化装置１と同様に、熱間圧延装置１００を制御する制御装置２００に接続されている。【０１５８】
また、第６の実施形態に係る最適化装置１Ｅは、ＣＰＵ１１Ｅと、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５と、ハードディスク１６Ｅとを備えている。このうち、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、入力部１４と、表示部１５とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１５９】
ハードディスク１６Ｅは、ＣＰＵ１１が最適化プログラムを実行する上で必要な情報を記憶している。例えば、制御設定値、使用エネルギー及び製造時二酸化炭素排出量を関連付けて、最適化データとして記憶される。さらに、ハードディスク１６Ｅは、基準ライフサイクル記憶部１６ａを備えている。【０１６０】
基準ライフサイクル記憶部１６ａは、圧延材１２０の種類毎に、圧延材１２０が出荷された後に使用される使用条件と、出荷された後回収されて熱間圧延装置１００で再度圧延されるまでのライフサイクルにおいて排出される二酸化炭素排出量とを関連付けて、基準ライフサイクルとして記憶する。【０１６１】
ここで、圧延材１２０の種類は、極低炭素鋼、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、電磁鋼板に分けてもよいし、SAPH、SC、又はSUS304のように、JIS規格に基づいた鋼種分類で分けるようにしてもよい。【０１６２】
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る最適化装置１Ｅが備えるＣＰＵ１１Ｅの構成を示した構成図である。【０１６３】
図１３に示すように、ＣＰＵ１１Ｅは、その機能上、設定算出部３１と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３と、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量算出部４１と、二酸化炭素排出量表示部４２とを備えている。このうち、設定算出部３１と、製造時二酸化炭素排出量算出部３３とは、第１の実施形態に係る最適化装置１が備えるそれぞれ同一符号が付された構成と同一であるので、説明を省略する。【０１６４】
製品ライフサイクル二酸化炭素排出量算出部４１は、基準ライフサイクル記憶部１６ａに記憶された基準ライフサイクルに基づいて、設定算出部３１により算出された制御設定値に基づいて製造された圧延材１２０のライフサイクルにおいて排出される二酸化炭素排出量を、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量として算出する。【０１６５】
例えば、基準ライフサイクル記憶部１６ａに記憶された下記のような圧延材１２０の種類（以下、鋼材Ａという）について、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量を算出する場合について説明する。【０１６６】
１）鋼種、サイズ：       SAPH  2mm厚
２）仕向先：      自動車メーカ
３）用途：乗用車フレーム、車体での使用率１０％（重量比）
４）使用条件：車体重量１５００kg、年間２万km走行、平均燃費８km/l、ガソリン
５）使用期間：１５年
６）二酸化炭素総排出量：150kgのSAPH材が寄与する二酸化炭素総排出量は、7500kg。【０１６７】
７）乗用車の二酸化炭素排出量は、1km走行する場合約0.25kgで、その量の10％分寄与しているとする。【０１６８】
ここで、鋼材Ａの強度が、引っ張り強度で400（MPa）あり、同じ乗用車用に用いられる鋼材は400（MPa）の引っ張り強度が必要であるとする。【０１６９】
例えば、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量算出部４１は、引っ張り強度が500（MPa）である鋼材Ｂを使用とする場合における二酸化炭素総排出量を算出する。【０１７０】
このとき、鋼材Ｂは、鋼材Ａに比較して、20（%）だけより引っ張り強度強いので、厚みを20（%）薄くできる。そのため、鋼材Ａでは150（kg）必要であったが、鋼材Ｂが代替に用いられることにより、150（kg）の20（%）、すなわち30（kg）軽い車体(1470kg)を製造することができる。【０１７１】
そこで、製品ライフサイクル二酸化炭素排出量算出部４１は、二酸化炭素総排出量を、1470/1500×7500（kg）=7350（kg）として算出する。【０１７２】
次に、二酸化炭素排出量表示部４２は、製品二酸化炭素排出量と製品ライフサイクル二酸化炭素排出量とを表示部１５に表示する。【０１７３】
このように、ライフサイクル全体における二酸化炭素排出量、及び圧延ラインでの製造時の製品二酸化炭素排出量を表示することにより、利用者は、これらライフサイクル全体における二酸化炭素排出量、及び製品二酸化炭素排出量を確認しながら、熱間圧延装置１００の運転条件を決定することができるので、最適化装置１Ｅは、より熱間圧延装置１００の制御を最適化することができる。
【産業上の利用の可能性】
【０１７４】
本発明は、熱間圧延装置を制御する制御装置を設定する最適化装置に適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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