(57)【要約】【課題】  製鉄所の高炉〜転炉間における溶銑運搬車両の溶銑を転炉チャージに割り付けるに際し、溶銑の成分濃度を考慮して転炉チャージへの払い出し回数を決定し、溶銑を適切に転炉チャージに割り付けることのできる溶銑割り付け装置を提供する【解決手段】  溶銑を転炉へ運搬する溶銑運搬車両５１と、該溶銑運搬車両５１に積載された溶銑の重量及び成分濃度についての溶銑データを記憶する溶銑データ記憶手段６と、転炉における処理単位である個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度についての製鋼データを記憶する製鋼データ記憶手段７と、溶銑運搬車両５１に積載された溶銑を成分濃度別にグループ化する溶銑グループ化手段３と、グループ化された溶銑のうち、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を転炉チャージに分割して払い出す回数を決定する払い出し回数決定手段４とを備えたものである。【選択図】        図１
2007009244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉で製造された溶銑を転炉へ運搬する溶銑運搬車両と、該溶銑運搬車両に積載された溶銑の重量及び成分濃度についての溶銑データを記憶する溶銑データ記憶手段と、
転炉における処理単位である個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度についての製鋼データを記憶する製鋼データ記憶手段と、
前記溶銑運搬車両に積載された溶銑を成分濃度別にグループ化する溶銑グループ化手段と、
前記グループ化された溶銑のうち、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を転炉チャージに分割して払い出す回数を決定する払い出し回数決定手段と
を備えたことを特徴とする溶銑割り付け装置。
【請求項２】
前記払い出し回数決定手段によって決定された払い出し回数及び個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度に基づいて、グループ化された溶銑の配合比率を決定する配合比率決定手段を備えたことを特徴とする溶銑割り付け装置。
【請求項３】
前記払い出し回数決定手段は、前記転炉チャージに払い出される溶銑の成分濃度が、個々の転炉チャージで要求される溶銑の成分濃度との差が所定値以下となるように払い出し回数を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の溶銑割り付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑割り付け装置及び溶銑割り付け方法に関し、特に製鉄所の高炉〜転炉間における溶銑運搬車両の溶銑を、転炉における処理単位である転炉チャージに割り付ける溶銑割り付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所における高炉〜転炉間における溶銑割り付けは、あらかじめ設定されている各転炉チャージへの溶銑払い出し量及び転炉チャージの溶銑に含まれる成分の各転炉チャージにおける要求値と、溶銑運搬車両が高炉から受けた溶銑量を基に、熟練オペレータが経験に基づいて決定している。
またオペレータは、溶銑が積載された複数の溶銑運搬車両から複数の転炉チャージへの溶銑払い出し量と、溶銑運搬車両に積載された溶銑中の燐や硫黄等の成分調整をする溶銑予備処理工程の成分濃度の目標値等を決定する。
ここで転炉チャージとは、転炉における吹錬を行うときの処理単位であり、製鋼工場における取鍋１杯分に相当するものである。
近年、熟練オペレータの考え方に基づいて溶銑の成分濃度の目標値決定をルール化し、計算機によって溶銑の割り付けを行うことも行われるようになっている。
【０００３】
このような従来の溶銑物流制御装置では、トピードカーと呼ばれる溶銑運搬車両と転炉チャージを仮割り当てして、溶銑に含まれる成分の濃度と溶銑予備処理工程におけるコストを算出し、溶銑運搬車両と転炉チャージの割り当てを繰り返し変更して、溶銑予備処理工程におけるコストが低くなる溶銑の割り付けを行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−８３９６３号公報（図４、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の製銑工程（高炉等における溶銑の製造工程）と製鋼工程（転炉以降の鋳造工程等）の操業計画は生産管理が別々に行われており、オペレータはある程度製銑〜製鋼間の関係を考慮して、製鋼工程の吹錬計画から製銑工程の計画を逆算して溶銑の割り付けを行っていたが、精度が高いものではなかった。このため、製銑工程で予備処理された溶銑が、必ずしも製鋼工程で要求されるものではないことがあるという問題点があった。
また、操業状態や溶銑運搬車両の積載部の状態に依存して、製鋼工程で要求されるものではない溶銑が供給されてしまうこともあった。
【０００５】
これらの場合、あらかじめ設定されている各転炉チャージへの溶銑払い出し量及び転炉チャージ内の溶銑に含まれる成分が、各転炉チャージの要求値を満足させることのできない溶銑となってしまうため、製鋼工程において溶銑の成分調整が必要となり、成分調整に要する脱硫剤や脱燐剤のコストが高くなってしまうという問題点があった。
また、製鋼工程で要求される量及び成分の溶銑が供給されない場合には、吹錬操業計画の見直しが必要となったり、連続鋳造に切れが発生し、それによって製品品質の低下を招くという問題点があった
【０００６】
さらに従来の溶銑物流制御装置では（例えば、特許文献１参照）、溶銑運搬車両と転炉チャージの割り当てを考慮して溶銑予備処理工程におけるコストを削減するようにしているものの、溶銑運搬車両から転炉チャージへの溶銑の払い出し回数を１回若しくは２回としていた。しかし、現実の操業状態や、溶銑運搬車両の容量と転炉チャージの容量の組み合わせによっては、３回以上の払い出しが必要となることがあった。
【０００７】
本発明は、製鉄所の高炉〜転炉間における溶銑運搬車両の溶銑を転炉チャージに割り付けるに際し、溶銑の成分濃度を考慮して転炉チャージへの払い出し回数を決定し、溶銑を適切に転炉チャージに割り付けることのできる溶銑割り付け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】
【０００８】
本発明に係る溶銑割り付け装置は、高炉で製造された溶銑を転炉へ運搬する溶銑運搬車両と、該溶銑運搬車両に積載された溶銑の重量及び成分濃度についての溶銑データを記憶する溶銑データ記憶手段と、転炉における処理単位である個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度についての製鋼データを記憶する製鋼データ記憶手段と、溶銑運搬車両に積載された溶銑を成分濃度別にグループ化する溶銑グループ化手段と、グループ化された溶銑のうち、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を転炉チャージに分割して払い出す回数を決定する払い出し回数決定手段とを備えたものである。
【０００９】
また本発明に係る溶銑割り付け装置は、払い出し回数決定手段によって決定された払い出し回数及び個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度に基づいて、グループ化された溶銑の配合比率を決定する配合比率決定手段を備えたものである。
【００１０】
また本発明に係る溶銑割り付け装置は、払い出し回数決定手段が、転炉チャージに払い出される溶銑が、個々の転炉チャージで要求される溶銑の成分濃度との差が所定値以下になるように払い出し回数を決定するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る溶銑割り付け装置では、溶銑運搬車両に積載された溶銑を成分濃度別にグループ化し、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を分割して払い出す回数を決定するため、例えば分割された成分濃度の高い溶銑と成分濃度の低い溶銑を組み合わせて転炉チャージに割り付けることにより、高炉で製造された溶銑の濃度が変動したときでも転炉チャージにおける溶銑の成分濃度を所定値以下にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施形態１．
図６は、製鉄所における製銑工程及び製鋼工程の流れを示す模式図である。なお図６では、溶銑を製造する高炉５０が３基、吹錬、鋳造等を行う製鋼工場５３が２つある製鉄所を示している。また本実施形態１では、溶銑運搬車両５１及び取鍋５４が複数あるものとする。
（１）高炉５０で製造された溶銑は、トピードと呼ばれる溶銑運搬車両５１によって受銑される。
（２）溶銑を積載した溶銑運搬車両５１は、牽引車（図示せず）によって牽引され溶銑予備処理施設５２に運ばれる。
【００１３】
（３）溶銑予備処理施設５２において、溶銑運搬車両５１に積載された溶銑に脱燐剤、脱硫剤等を添加することにより、溶銑中の燐濃度、硫黄濃度等を所定値以下に低下させる。なおここで溶銑中の燐濃度、硫黄濃度等は、転炉チャージで要求される成分濃度との差が所定値以下となるようにほぼ調整されるが、転炉チャージで要求される成分濃度以上の溶銑も残る場合がある。
（４）溶銑予備処理施設５２で成分調整が行われた溶銑は、溶銑運搬車両５１によって製鋼工場５３に運ばれる。但し、溶銑予備処理施設５２で処理が行われない溶銑が製鋼工場５３に運ばれる場合もある。
【００１４】
（５）溶銑運搬車両５１によって製鋼工場５３に運搬された溶銑は取鍋５４に払い出される。この取鍋５４の１杯分の溶銑が、１つの転炉チャージとなる。なお１台の溶銑運搬車両５１が積載している溶銑量と取鍋５４の容量は違うため、１台の溶銑運搬車両５１から複数の取鍋５４に溶銑を払い出すことも可能である。また、１つの取鍋５４が複数の溶銑運搬車両５１から溶銑を受けることも可能である。
（６）取鍋５４に払い出された溶銑はクレーンで転炉５５に運ばれ、転炉５５において吹錬等が行われる。
（７）転炉５５において吹錬等の処理が行われた溶銑は、連続鋳造設備（図示せず）に運ばれて連続鋳造される。この際、上記の転炉チャージが複数組み合わされて連続鋳造されることとなる。
【００１５】
図４は、溶銑運搬車両５１に積載されている溶銑の成分濃度の時間変化を例示するグラフである。なお図４は、溶銑予備処理施設５２で成分調整が行われた後の溶銑の燐濃度を示しているものとする。
図４では、高炉５０で製造された溶銑の成分濃度のバラツキのために、溶銑運搬車両５１に積載されている溶銑の成分濃度にもバラツキが見られる。なお一般的に溶銑予備処理施設５１で成分調整が行われた後も、溶銑の成分濃度にはバラツキが残る。
【００１６】
図５は、図４の溶銑運搬車両５１に積載されている溶銑の成分濃度の時間変化をヒストグラムとして示したグラフである。
図５に示すように、溶銑運搬車両５１に積載されている溶銑の多くは成分濃度がＡ又はＢの範囲となっている。しかし溶銑予備処理施設５２の操業状態等によっては、溶銑の予備処理が不足して図５のＣに示すような成分濃度（燐濃度）の高い溶銑が残り、製鋼工場５３に運搬されてしまうこともある。このような成分濃度の高い溶銑と、転炉チャージで要求されている溶銑の成分濃度の差が大きい場合、製鋼工程において脱燐処理を行う必要が生じ、溶銑予備処理施設５２で成分調整を行う場合に比べて成分調整に要するコストが増加する。このような場合には、成分濃度の高い溶銑と成分濃度の低い溶銑を配合することによって製鋼工程における脱燐処理をなくすか若しくは減らして、コストを削減することができる。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態１に係る溶銑割り付け装置の構成例を示す図である。なお、本発明に係る溶銑割り付け装置の構成は、図１に示すものに限定されるものではない。
生産管理サーバ１は、ＬＡＮ等を介して操作端末２、高炉５０の端末、製鋼工場５３の端末と接続されており、これらは互いにデータのやりとりが出来るようになっている。また生産管理サーバ１は、溶銑グループ化手段３、払い出し回数決定手段４、配合比率決定手段５、溶銑データ記憶手段６、製鋼データ記憶手段７を備えている。さらに生産管理サーバ１は、データ通信手段（図示せず）、端末インターフェイス手段（図示せず）等を備えているものとする。
【００１８】
溶銑グループ化手段３、払い出し回数決定手段４及び配合比率決定手段５は、ＣＰＵ等の演算手段１ａから構成され、溶銑データ記憶手段６及び製鋼データ記憶手段７は、ＨＤＤ等の記憶手段から構成されている。
溶銑データ記憶手段６は、高炉５０で製造された溶銑を運搬する溶銑運搬車両５１のデータ、溶銑運搬車両に積載された溶銑の重量及び成分濃度についてのデータを記憶している。以下、これらの溶銑に関するデータを溶銑データと呼ぶものとする。なお溶銑データ記憶手段６に記憶されている溶銑運搬車両５１に積載された溶銑の重量及び成分濃度についてのデータは、計画対象となる日に溶銑予備処理施設５２で予備処理が行われた後に計測された溶銑の重量及び成分濃度であるものとする。また本実施形態１では、溶銑中の燐の成分濃度のみを扱うものとする。
【００１９】
製鋼データ記憶手段７は、鋳造計画に基づいて決定された個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度についてのデータを記憶している。以下、これらの製鋼に関するデータを製鋼データと呼ぶものとする。なおこの製鋼データは、計画対象となる日のものであるとする。また溶銑データ記憶手段６及び製鋼データ記憶手段７は、データベースとしてもよい。
【００２０】
溶銑グループ化手段３は、図５に示されるように溶銑運搬車両５１に積載された溶銑を成分濃度別にグループ化するものである。なお本実施形態１では、図５に示された成分濃度のデータを使用するものとし、成分濃度がＡの範囲の溶銑をＡグループ、成分濃度がＢの範囲の溶銑をＢグループ、成分濃度がＣの範囲の溶銑をＣグループと呼ぶものとする。
また払い出し回数決定手段４は、溶銑グループ化手段３によってグループ化された溶銑のうち、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を分割して払い出す回数を決定するものである。なお本実施形態１では、図５に示すＡグループ及びＢグループの溶銑は所定値よりも成分濃度が低いものとし、Ｃグループの溶銑は所定値よりも成分濃度が高いものとする。また本実施形態１では、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を分割する際に、転炉チャージに払い出す溶銑の重量が同じになるように等分するものとする。
さらに配合比率決定手段５は、払い出し回数決定手段４によって決定された払い出し回数及び個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度に基づいて、グループ化された溶銑の配合比率を決定するものである。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態１に係る溶銑割り付け装置で溶銑の割り付けを行う際の手順を示したフローチャートである。以下、図２に基づいて本実施形態１に係る溶銑割り付け装置で溶銑の割り付けを行う際の流れについて説明する。
まず溶銑運搬車両５１に積載された溶銑を個々の転炉チャージに割り付ける処理が開始されると（ＳＴＥＰ１）、演算手段１ａは溶銑データ記憶手段６に記憶された溶銑データを読み込む（ＳＴＥＰ２）。なお溶銑データとは、上記のように高炉５０で製造された溶銑を運搬する溶銑運搬車両５１のデータ、溶銑運搬車両に積載された溶銑の重量及び成分濃度についてのデータである。
また演算手段１ａは、製鋼データ記憶手段７に記憶された製鋼データを読み込む（ＳＴＥＰ３）。なお製鋼データとは、上記のように鋳造計画に基づいて決定された個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度についてのデータである。
【００２２】
それから溶銑グループ化手段３は、ＳＴＥＰ２で読み込まれた溶銑データに基づいて溶銑運搬車両５１に積載された溶銑を、図５に示すように成分濃度別にグループ化する（ＳＴＥＰ４）。なお本実施形態１では、溶銑運搬車両５１に積載された溶銑をＡグループ、Ｂグループ、Ｃグループの３つのグループにグループ化しているが、例えばこれを４グループ以上に分けてグループ化するようにしてもよい。
そして演算手段１ａは計画対象期間中（例えば、１日の間）に、所定値よりも高い成分濃度の溶銑（本実施形態１では図５のＣグループの溶銑）を引き当てることのできる転炉チャージがあるかどうかを判断する（ＳＴＥＰ５）。なおＡグループ及びＢグループの溶銑は、成分濃度（燐濃度）が所定値よりも低いため、常に転炉チャージで要求される成分濃度を満足するものとする。
【００２３】
所定値よりも高い成分濃度の溶銑を引き当てることのできる転炉チャージがある場合には、演算手段１ａは各グループの溶銑を転炉チャージに割り付ける（ＳＴＥＰ６）。なお、ＳＴＥＰ６において各グループの溶銑を転炉チャージに割り付けるには、一般的な数理計画問題の最適化手法を用いることができる。
【００２４】
所定値よりも高い成分濃度の溶銑を引き当てることのできる転炉チャージがない場合には、成分濃度の低い溶銑との配合が必要となるため、所定値よりも高い成分濃度の溶銑（Ｃグループの溶銑）を転炉チャージに分割して払い出すようにし、所定値よりも低い成分濃度の溶銑（Ａグループ又はＢグループの溶銑）と配合するようにする。この際、配合する溶銑同士の濃度差が小さいと配合の効果が少なくなるため、予め所定の関数を用意して配合の効果が大きくなる溶銑の組み合わせを選択するようにしてもよい。
【００２５】
図３は、本実施形態１においてＣグループの溶銑を転炉チャージに分割して払い出す回数と、分割したＣグループの溶銑とＡグループ又はＢグループの溶銑を配合した後の溶銑の成分濃度の関係を示したグラフである。なお図３において、ＣcはＣグループの溶銑の成分濃度を、ＤcはＡグループ又はＢグループの溶銑の成分濃度を表すものとする。
図３に示すように、Ｃグループの溶銑を転炉チャージに分割して払い出し、Ａグループ又はＢグループの溶銑と配合して転炉チャージに割り付けるようにすれば、成分濃度（燐濃度）を低下させることができる。
【００２６】
このため、ＳＴＥＰ５において所定値よりも高い成分濃度の溶銑を引き当てることのできる転炉チャージがないと判断された場合には、払い出し回数決定手段４は、所定値よりも高い成分濃度のグループ（Ｃグループ）の溶銑を転炉チャージに分割して払い出す回数を決定する（ＳＴＥＰ７）。
具体的にはまず払い出し回数決定手段４は、所定値よりも高い成分濃度のグループ（Ｃグループ）の溶銑と配合可能な所定値よりも低い成分濃度の溶銑（Ａグループ又はＢグループの溶銑）を選択する。
【００２７】
それから、払い出し回数決定手段４は以下の４つの式を計算し、式（２）、式（４）を満たすように払い出し回数を決定する。
Ｃw（ｊ）＝Ｃw0／Ｎ  …（１）
｜ＬＤw（ｉ）−（Ｃw（ｊ）＋Ｄw（ｉ））｜≦ε１  …（２）
ＬＤc（ｉ）＝（Ｄw（ｉ）×Ｄc（ｉ）＋Ｃw（ｊ）×Ｃc（ｊ））／（Ｄw（ｉ）＋Ｃw（ｊ））  …（３）
｜ＬＤc（ｉ）−ＬＤr（ｉ）｜≦ε２  …（４）
【００２８】
なお上記の式（１）から（４）において、Ｃw（ｊ）は分割されたＣグループの溶銑の重量、Ｃw0は転炉チャージに割り付けられるＣグループの溶銑の総重量、Ｎは払い出し回数とする。また、ＬＤw（ｉ）は転炉チャージで要求される溶銑の重量、Ｄw（ｉ）は配合されるグループＡ又はグループＢの溶銑の重量、ＬＤc（ｉ）は溶銑が払い出された後の転炉チャージの溶銑の成分濃度、Ｄc（ｉ）は配合されるグループＡ又はグループＢの溶銑の成分濃度、Ｃc（ｊ）はＣグループの溶銑の成分濃度、ＬＤr（ｉ）は転炉チャージで要求される成分濃度とする。さらにｉ、ｊは、溶銑の番号を示すものとし、ε１、ε２は誤差を示す定数であるとする。
【００２９】
上記の式（１）では、分割されて個々の転炉チャージに払い出されるＣグループの溶銑の重量を計算し、式（２）ではすべてのグループから払い出される溶銑の重量が転炉チャージの要求する重量と合致しているかを判断している。また式（３）では各転炉チャージの成分濃度を計算し、式（４）では各転炉チャージの成分濃度が各転炉チャージが要求する成分濃度よりも低くなっているかを判断している。
そして払い出し回数決定手段４は、上記の式（２）、式（４）が満たされるＡグループ又はＢグループの溶銑及び払い出し回数が見つかるまでＳＴＥＰ７の処理を繰り返す。なお、Ｃグループの溶銑と配合するＡグループ又はＢグループの溶銑は、数理計画問題の最適化手法により選択することが可能である。
【００３０】
ＳＴＥＰ７では、払い出し回数を多くすれば、配合後の溶銑の成分濃度を低くすることができるが、払い出し回数を多くすると払い出し処理作業が増加して、他の溶銑の引き当て作業が滞り製鋼工場５３での溶銑の在庫が増えてしまうという問題点がある。このため、製鋼工場５３での溶銑の在庫量や、配合する溶銑の濃度の組み合わせに応じた払い出し量を決定する関数を予め用意しておき、その関数に基づいて溶銑運搬車両５１からの払い出し回数を決定するようにしてもよい。
【００３１】
そして配合比率決定手段５は、ＳＴＥＰ７において決定された払い出し回数及び個々の転炉チャージで要求される溶銑の重量及び成分濃度に基づいてグループ化された溶銑の配合比率を決定し、演算手段１ａは各グループの溶銑を転炉チャージに割り付けて（ＳＴＥＰ８）、処理を終了する（ＳＴＥＰ９）。このとき配合比率決定手段５は、上記の式（１）から式（４）を用いて配合比率を計算するものとし、個々の転炉チャージに割り付けるＡグループ、Ｂグループ、Ｃグループの溶銑の重量を決定するものとする。なお溶銑を転炉チャージに割り付けるには、ＳＴＥＰ６と同様に一般的な数理計画問題の最適化手法を用いることができる。
【００３２】
本実施形態１では、溶銑運搬車両５１に積載された溶銑を成分濃度別にグループ化し、所定値よりも高い成分濃度のグループの溶銑を分割して払い出す回数を決定するため、例えば分割された成分濃度の高い溶銑と成分濃度の低い溶銑を組み合わせて転炉チャージに割り付けることにより、高炉で製造された溶銑の濃度が変動したときでも転炉チャージに適切に溶銑を割り付けることが可能となる。
【００３３】
本発明に係る溶銑割り付け装置及び溶銑割り付け方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。例えば、溶銑グループ化手段３は、溶銑を２つ若しくは４つ以上のグループにグループ化するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１に係る溶銑割り付け装置の構成例を示す図。
【図２】本発明の実施形態１に係る溶銑割り付け装置で溶銑の割り付けを行う際の手順を示したフローチャート。
【図３】本実施形態１においてＣグループの溶銑を転炉チャージに分割して払い出す回数と、分割したＣグループの溶銑とＡグループ又はＢグループの溶銑を配合した後の溶銑の成分濃度の関係を示したグラフ。
【図４】溶銑運搬車両に積載される溶銑の成分濃度の時間変化を例示するグラフ。
【図５】図４の溶銑運搬車両に積載されている溶銑の成分濃度の時間変化をヒストグラムとして示したグラフ。
【図６】製鉄所における製銑工程及び製鋼工程の流れを示す模式図。
【符号の説明】
【００３５】
１  生産管理サーバ、１ａ  演算手段、２  操作端末、３  溶銑グループ化手段、４  払い出し回数決定手段、５  配合比率決定手段、６  溶銑データ記憶手段、７  製鋼データ記憶手段、５０  高炉、５１  溶銑運搬車両、５２  溶銑予備処理施設、５３  製鋼工場、５４  取鍋、５５  転炉。
【図１】
2007009244.tif 000003
【図２】
2007009244.tif 000004
【図３】
2007009244.tif 000005
【図４】
2007009244.tif 000006
【図５】
2007009244.tif 000007
【図６】
2007009244.tif 000008