(57)【要約】【課題】圧延材の連続熱処理工程において、製造プロセス条件だけではなく、経済的なコスト面も直接評価にいれた連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法を提供する。。【解決手段】本発明の圧延材投入順番の決定方法は、圧延材Ｒを複数連結した上で連続熱処理炉１に投入して設定処理温度で圧延材Ｒを熱処理するに際し、設定処理温度から外れた炉内温度で熱処理された圧延材Ｒに起因する費用損失を評価するロスコスト評価関数を設定し、このロスコスト評価関数が最小となるように、連続熱処理炉１への圧延材Ｒの投入順番を決定する。【選択図】図２
2011021231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延材を複数連結した上で連続熱処理炉に投入して予め設定された設定処理温度で前記圧延材を熱処理するに際し、前記連続熱処理炉への圧延材の投入順番を決定する方法であって、
前記設定処理温度から外れた炉内温度で熱処理された圧延材に起因する費用損失を評価するロスコスト評価関数を設定し、
このロスコスト評価関数が最小となるように、前記連続熱処理炉への圧延材の投入順番を決定することを特徴とする連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法。
【請求項２】
前記ロスコスト評価関数は、前記設定処理温度から外れた炉内温度で熱処理された圧延材の長さと、当該圧延材の単位長さ当たりの単価との積で表されることを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法。
【請求項３】
前記ロスコスト評価関数に加えて、連結される圧延材同士の板厚の差又は板幅の差で表現された圧延材の連続性を評価する連続性評価関数を有しており、
これらの評価関数の和が最小となるように、前記連続熱処理炉への圧延材投入順番を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法。
【請求項４】
前記ロスコスト評価関数に加えて、連結される圧延材同士の板厚の差又は板幅の差で表現された圧延材の連続性を評価する連続性評価関数と、炉内の温度推移を実現するに必要な燃料費を考慮した燃料評価関数とを有しており、
これらの評価関数の和が最小となるように、前記連続熱処理炉への圧延材投入順番を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続熱処理炉へ圧延材を投入する際の投入順番の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より薄鋼板を製造する工程においては、冷間圧延された帯状の薄鋼板（圧延材）はコイル状に巻き取られた後、焼鈍工程へと送られる。焼鈍工程では、薄鋼板は次々に溶接され上で連続熱処理炉内に順次送り込まれてゆく。この連続熱処理炉により所定の温度に加熱された薄鋼板は、加熱・冷却され短時間で焼鈍される。
このような連続熱処理炉の操業に関する技術としては、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１は、薄鋼板が巻回されたコイルを次々に溶接した上で順次送り込み焼鈍を行う連続焼鈍設備に設けられた支援システムであって、コイル情報およびオペレ−タの指示等を入力する入力手段と、入力されたコイル情報から編成対象コイルを選択する編成対象コイル選択手段と、選択された編成対象コイルを接続可能コイルとして評価する接続可能コイル評価手段と、接続可能コイルより編成された編成順を評価するコイル編成順評価手段と、編成順評価手段によつて評価された編成順に対して入力手段から入力されたオペレ−タの改善指示を処理する改善処理手段と、コイル投入順編成結果を出力する出力手段とからなる連続焼鈍設備のコイル投入順編成支援システムを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２６３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１の技術では、連続焼鈍設備の操業条件を決定するための最適化計算において、コイル連結部の板厚や板幅、目標温度などの差を求め、この差の二乗誤差に重みを乗じたものや、差の絶対値に重みを乗じたものを評価関数として採用しているものの、評価関数の決定の仕方の詳細が記載されていないため、実際の操業に適用するには困難を伴うものとなっていた。また、特許文献１に開示された評価関数を用いた場合、最適な製造プロセス条件を得ることはできるかもしれないが、生産費用を最小とする「コイルの焼鈍の順番、コイルの連結順番」を算出し、それに基づいた連続熱処理炉の操業方法を開示するものとはなっていなかった。
【０００５】
すなわち、特許文献１の技術では、単に設備や操業上良好な圧延材の連結編成が構築されるかもしれないが、圧延材の連結部における製品仕様外れのロス（費用損失）を評価することはできず、編成の経済的なコスト評価が不十分なものとなっている。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、圧延材の連続熱処理工程において、製造プロセス条件だけではなく、経済的なコスト面も評価にいれた連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法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】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法は、圧延材を複数連結した上で連続熱処理炉に投入して予め設定された設定処理温度で前記圧延材を熱処理するに際し、前記連続熱処理炉への圧延材の投入順番を決定する方法であって、前記設定処理温度から外れた炉内温度で熱処理された圧延材に起因する費用損失を評価するロスコスト評価関数を設定し、このロスコスト評価関数が最小となるように、前記連続熱処理炉への圧延材の投入順番を決定することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記ロスコスト評価関数は、前記設定処理温度から外れた炉内温度で熱処理された圧延材の長さと、当該圧延材の単位長さ当たりの単価との積で表されるとよい。
さらに好ましくは、前記ロスコスト評価関数に加えて、連結される圧延材同士の板厚の差又は板幅の差で表現された圧延材の連続性を評価する連続性評価関数を有しており、これらの評価関数の和が最小となるように、前記連続熱処理炉への圧延材投入順番を決定するとよい。
前記ロスコスト評価関数に加えて、連結される圧延材同士の板厚の差又は板幅の差で表現された圧延材の連続性を評価する連続性評価関数と、炉内の温度推移を実現するに必要な燃料費を考慮した燃料評価関数とを有しており、これらの評価関数の和が最小となるように、前記連続熱処理炉への圧延材投入順番を決定してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法により、圧延材の投入順番を決定し、その順番に従って焼鈍を行うことで、経済的なコスト面も評価にいれた圧延材の熱処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】連続熱処理炉の概略を示す図である。
【図２】連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法を説明するための図である。
【図３】連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法を説明するための図である。
【図４】連続熱処理炉への圧延材投入順番の決定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、連続熱処理炉として連続焼鈍炉を例示し、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１には、連続焼鈍炉１の概念図が示されている。
連続焼鈍炉１は、その入口側に巻出リール２に配備され、この巻出リール２と連続焼鈍炉１の入口との間に溶接手段３が設けられている。巻出リール２から連続的に払い出される帯板Ｒ（圧延材）は、先の帯板Ｒ（先のコイルＣ）の終端にそれに続く後の帯板Ｒ（後のコイルＣ）の先端が重ね合わされて、溶接手段３で溶着され、一連の帯板Ｒとなって連続的に連続焼鈍炉１に供給される。
【００１１】
連続焼鈍炉１は、加熱炉１Ａ、均熱炉１Ｂ、過時効炉１Ｃ、冷却炉１Ｄなどの複数の処理炉を有している。各炉１Ａ〜１Ｄの内部には、炉内を所定の温度とするためのガスバーナが配備されていると共に、上下互い違いに、帯板Ｒを送り自在に回転支持する支持ロール４や帯板Ｒの蛇行を防ぐべくロール軸心角度が可変となっているステアリングロール５が配設されている。
連続焼鈍炉１に送り込まれた帯板Ｒは、支持ロール４、ステアリングロール５に支持されつつ、加熱炉１Ａ〜冷却炉１Ｄを経て熱処理され、炉の出口側に排出される。処理後の帯板Ｒは巻取リール６に巻き取られる。
【００１２】
加えて、連続焼鈍炉１には、炉内温度やステアリングロール５の動きを制御する制御部７が備えられている。この制御部７はプロセスコンピュータなどで構成されている。
図２，図３には、連続焼鈍炉１に装入される一連の帯板Ｒが模式的に示されている。前述の如く、この一連の帯板Ｒは、溶接手段３において、先の帯板Ｒ（ｉ番目の帯板Ｒ）の終端に、それに続く後の帯板Ｒ（ｉ＋１番目の帯板Ｒ）の先端が溶接されることで形成される。
これらの図から容易に想像つくように、圧延工程から次々に送られてくる板幅や板厚が大きく異なる帯板Ｒをそのまま溶接すると、その接続がうまく行かない可能性があることが否めない。溶接での接続が問題ないとしても、板幅等が大きく異なる帯板Ｒが連続焼鈍炉１に連続的に送られると、支持ロール４やステアリングロール５の制御も難しくなる。
【００１３】
加えて、連続焼鈍炉１にて処理を必要とする帯板Ｒとしては、その板幅や板厚や特性は様々であり、熱処理に必要とされる処理温度も、例えば、先の帯板Ｒは７００℃であって、それに続く後の帯板Ｒは６００℃であるといったように大きく異なる。
そのため、図２に示すように、例えば、先の帯板Ｒが連続焼鈍炉１内に存在する状況下にて、後の帯板Ｒの処理のために、連続焼鈍炉１内の温度を後の帯板Ｒの処理温度となるように低下させる必要がある。連続焼鈍炉１内の温度を、後の帯板Ｒの処理温度に低下させるためには、一定の時間がかかる。ここで、連続焼鈍炉１内の温度を低下させる過程において、先の帯板Ｒの処理温度における上限値ＬＵｉから下限値ＬＬｉの温度域にて通過した部分は、「予め設定された熱処理温度」で処理されたことになる。
【００１４】
しかしながら、時間Ｔｓｉにて下限値ＬＬｉを下回った温度域にて通過した部分は、逸脱温度範囲で熱処理されたことになる。このように逸脱温度範囲で熱処理された帯板Ｒは、製品として出荷することはできず廃棄せざるを得ないため（ロス部分）、その長さは極力短い方がよい。
さて、ロス部分の長さを考えると、その長さは極力短い方がよいと考えられるが、実操業においては生産費用を無視できないのが実情である。本発明では、単純に長さを短くするという観点ではなく、コストを考慮した操業を行うこととしている。
【００１５】
図３は、連続焼鈍炉１内の温度を、後の帯板Ｒの処理温度となるように低下させる２つのタイミングを示したものであり、この図を用いてロスコストについて説明する。
図３（ａ）に示すように、先の帯板Ｒと後の帯板Ｒとの連結部分において、先の帯板Ｒの後端部分が炉内に存在するときに、炉内の温度を７００℃→６００℃に減少する様にし、先の帯板Ｒの後端部分をロス部分（ａ）とすることもできる。また、図３（ｂ）に示すように、後の帯板Ｒの先端部分が炉内に存在するときに、炉内の温度を７００℃→６００℃に減少する様にし、後の帯板Ｒの先端部分をロス部分（ｂ）とすることもできる。
【００１６】
ここで、ロス部分（ａ）のコストが、ロス部分（ｂ）のコストよりも大である場合は、トータルコストが安くなるように、図３（ｂ）に示したように、後の帯板Ｒの先端部分が炉内に存在するときに温度を低下させるのがよい。また、ロス部分（ａ）のコストが、ロス部分（ｂ）のコストよりも小さい場合は、トータルコストが安くなるように、図３（ａ）に示したように、前の帯板Ｒの先端部分が炉内に存在するときに温度を低下させるのがよい。
つまり、上述したように、安価な帯板Ｒであれば、廃棄部分（ロス部分）が若干長くとも、全体での生産費用を低く抑えることができる。逆に、高価な帯板Ｒであれば、廃棄部分（ロス部分）の長さは可能な限り短い方がよい。ゆえに、本発明では、連続焼鈍炉１内の温度を低下させることを考えたとき、ロス部分でのコスト（単価×ロス部分の長さ）が低くなるように、どの帯板Ｒをロス部分としてよいかを考慮する。
【００１７】
上述の事項を鑑み、本願発明者らは、全体の生産費用（トータル生産コスト）を低くすることのできる連続熱処理炉への帯板投入順番の決定方法を知見するに至った。
すなわち、本発明に係る帯板投入順番の決定方法は、予め設定された熱処理温度から外れた炉内温度で熱処理された帯板Ｒに起因する費用損失を評価するロスコスト評価関数を設定し、このロスコスト評価関数が最小となるように、連続焼鈍炉１への帯板Ｒの投入順番を決定するものとなっている。
この処理は、連続焼鈍炉１に備えられた制御部７にて行われ、制御部７により算出された帯板Ｒの順番（コイルＣの順番）に従って、帯板Ｒを連結し、連続焼鈍炉１内に送り込むこととする。帯板Ｒの順番の並び替えの処理は、プロコン等の指令に基づいて自動的に行ってもよく、ガイダンス情報としてオペレータに通知し、オペレータが並び替え、帯板溶接を行ってもよい。
【００１８】
次に、制御部７の中で行われる帯板Ｒの投入順番を決定の処理について詳しく述べる。
制御部７の内部においては、連結する帯板Ｒ（コイルＣ）の通し番号:１〜Ｎをある順番に並べ、最適化手法を用いて、評価関数が最小となるように帯板Ｒの順番を探索するものとなっている。
特に、評価関数は、ロス部分に起因する費用損失を表すロスコスト評価関数を採用している。併せて、連結される帯板Ｒ同士の連続性を評価する連続性評価関数を備えるものとなっている。
【００１９】
最適化手法としては、様々なものが採用可能であるが、ＰＳＯ手法を用いることが好ましい。ＰＳＯ手法に関しては、「新たな制約付きParticle Swarm Optimizationの提案とその固定構造補償器設計への応用、丸田、金、杉江ら、第３６回制御理論シンポジウム、２００７年９月５日〜７日」に詳細が開示されている。
以下、最適化のやり方の一例を詳細に述べる。
まず、使用する変数は以下の通りであり、評価関数は、式（１）に示す通りである。
【００２０】
【数１】
2011021231.tif 000003
【００２１】
【数２】
2011021231.tif 000004
【００２２】
ここで、Ｊｗは、板幅の連続性を勘案した連続性評価関数であり、ｉ番目の帯板Ｒとｉ＋１番目の帯板Ｒとの板幅の差を加算したものとなっている。Ｊｈは、板厚の連続性を勘案した連続性評価関数であり、ｉ番目の帯板Ｒとｉ＋１番目の帯板Ｒとの板厚の差を加算したものとなっている。Ｊｃはロスコスト関数である。
このロスコスト関数Ｊｃは、予め設定された熱処理温度から外れた炉内温度で熱処理された帯板Ｒの長さ：（ｔｓi−ｔｅi）Ｖに、単位長さ当たりの単価ＵＣi （正確には、i番目とｉ＋１番目との単価で安い方） を積算している。前述の如く、温度逸脱状態で熱処理された帯板Ｒは、製品となることはなく廃棄されることとなるが、ロスコスト評価関数Ｊｃは、この廃棄される帯板Ｒの費用的なロスを意味する関数である。
【００２３】
なお、ロスコスト評価関数Ｊｃに含まれるＣi〜i+1は、以下の条件を満たすこととしている。
【００２４】
【数３】
2011021231.tif 000005
【００２５】
上記のｔｓi，ｔｅiは、炉内温度が一次遅れ系で推移すると仮定することで、式（２）で表される。
【００２６】
【数４】
2011021231.tif 000006
【００２７】
図４に、帯板Ｒの投入順探索のフローチャートを示す。このフローチャートに従った処理を行うことで、連結順番をパラメータとした最適化が実施できる。
まず、図４のＳ１に示すように、Ｎ個の帯板Ｒの組み合わせを、ＰＳＯ手法における探索空間のＮ個のパラメータとして設定する。
Ｓ２〜Ｓ４において、探索番号ｉを１にセットした後、連結制約条件のチェック（板厚・板幅の差が大きすぎないか）を基本とし、製品制約条件のチェック（連結可能な鋼種か）、プロセス条件制約のチェック（連結する帯板間に温度差がありすぎないか）も同時に行う。
【００２８】
Ｓ５にて、式（１）で定義された評価関数の値を帯板Ｒの連結順番に従い演算する。
Ｓ６，Ｓ７にて、算出された評価関数の値が、現時点の探索番号ｉの最良評価値より良ければ、探索番号ｉの最良評価値を更新し、その条件（帯板Ｒの連結順番）を保存する。
Ｓ８にて、探索番号ｉをｉ＋１として、Ｎより大きければＳ９へと進む。Ｎ以下であればＳ３へと戻る。
Ｓ９では、すべての探索番号ｉ（＝１〜Ｎ）の中の最良評価値をもとめ、現時点の探索番号群全体の最良値と比較し、よければ最良評価値を更新し、その条件を保存する。
【００２９】
Ｓ１０にて、終了判定(たとえば、回数)に達していなければＳ２へ、達していれば終了する。
以上のようにして求めた、帯板Ｒの連結順番に従い、帯板Ｒを溶接して連続焼鈍炉１に装入することで、帯板Ｒに対する規定の熱処理を確実に行うことができるようになると共に、経済的なコストが最もかからない帯板Ｒの熱処理を行うことが可能となる。
なお、最適化に用いた評価関数としては、例えば、ロスコスト関数に加えて、炉内の温度推移を実現するに必要な燃料費を考慮した燃料評価関数を採用することができる。燃料評価関数としては、温度目標値のトレンド（推移）を時間積分したものが採用可能である。これらの評価関数の和が最小となるように、連続熱処理炉への圧延材投入順番を決定するようにしてもよい。
【００３０】
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る連続熱処理炉への圧延材投入順番を決定方法は、連続熱処理炉における操業方法にのみ用いられるものではなく、ゴミ処理プラントにおける処理物の投入順番の決定などの環境関連プラント分野にも採用可能である。また、ある処理工程に溶鉄鍋をどのような順番で持ってゆくかなどの製鉄プロセス分野にも採用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１    連続焼鈍炉
１Ａ  加熱炉
１Ｂ  均熱炉
１Ｃ  過時効炉
１Ｄ  冷却炉
２    巻出リール
３    溶接手段
４    支持ロール
５    ステアリングロール
６    巻取リール
７    制御部
【図１】
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【図２】
2011021231.tif 000008
【図３】
2011021231.tif 000009
【図４】
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