鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

5Systematization of Technology, “Instrumentation and Control in the Steel Industry”

岩村忠昭 Tadaaki Iwamura■ 要旨
大島高任が現在の釜石に日本最初の高炉を建てて今年（2008 年）でちょうど 150 年になる。一方、世界で最初のコークス高炉は 18 世紀初頭であり、最初の木炭高炉にいたっては紀元前にできている。何処をはじまりとして比較するのかは難しいが、いずれにせよ、日本の近代的鉄鋼業の始まりは遅い。また、第 2 次世界大戦直後
では日本は鉄鋼業も壊滅状態であり、戦争で生じた鉄屑の電気炉を使っての再生から再出発となった。その日本がこの半世紀近く、世界の 1 割以上の粗鋼を生産し続けている。また同時に、各種の操業技術あるいは設備技術を世界に発信しており、量から質への転換により 1970 年代半ばからは世界のリーダー的存在といって過言ではない。この半世紀の動きを振返ることで、日本はどのようにして現在の地位を手に入れたのか、鉄鋼の設備技術者の立場から考えてみたい。
2 章で日本の鉄鋼業の状況を概括する。戦後の状況は「（a）キャッチアップ期」、「（b）高度成長期」、「（c）量から質への転換期」、「（d）国際比価への転換期」の 4 つに大きくは分けられる。1955 〜 1975 である（b）の時期に鉄鋼の粗鋼生産量は 1.2 億トン／年に達し、世界の 15％以上を生産するにいたっている。しかし生産設備や生産技術のほとんどは「欧米発」のものであり、日本はこの時期にそれらの技術を自分のものに消化していった。1975 〜
1995 である（c）がもっとも重要な時期であり、操業面でも鉄鋼設備や技術面でも大きな進歩があった。この時期に大きく発展した技術の一つに IT 技術があり、それが鉄鋼の計測・制御技術を、ひいては日本の鉄鋼の技術を進歩させ、「日本発」の技術として海外に技術供与する。その後（d）の 1990 〜現在において、韓国・台湾や中国等の新しい鉄鋼への参入国と生産コストで戦うことになる。労務費や本社費に圧倒的な差があり、苦戦を強いられ、リストラや大型合併が生じる。しかし 21 世紀に入っての、中国における新しい鉄鋼需要が世界の第 2 次成長を起こし、日本においても生産量が維持・拡大されている。
日本の鉄鋼業のもっとも大きな特長は「臨海一貫製鉄所」での新しい設備による生産を基本としていることであり、原料に制約されない、かつ高い技術力に支えられた操業が、低い生産コストと高い製品品質を維持している。
3 章で鉄鋼の主要プロセスについて戦後の日本における進歩を示している。プロセス上の大きな変革は、製鋼工程における「平炉から転炉へ」と「造塊・分塊から連続鋳造へ」の二つだけである。進歩の多くは、設備の「大型化」と「連続化」、そして計測・制御技術を中心とした「プロセスの見える化」である。
4 章で鉄鋼における制御系を中心とした設備技術の同時期の進歩を示している。先ず計測・制御技術では欧米からの熱管理思想の導入が出発点である。官学からの指導や協力もあり、熱管理のための計測制御が鉄鋼設備の計装化を拡大していった。計測関係の開発では鉄鋼メーカ自身の力によるものが多く、非接触計測の採用、insitu センサの採用、さらには品質センサの重視が特長である。制御では 1970 年代のサプライヤによるデジタル化の推進がもっとも大きな貢献をしており、DCS や PLC の存在が複雑な制御を容易に実現している。計算機技術
ではミニコンのプロセス計算機化、自律分散技術の普及、そしてマイコンを中心とするシステムのオープン化が大きな貢献を行なっている。電気技術では最も大きなものは圧延機電動機の交流化であり、また電磁力や誘導加熱等の技術の各種応用がある。最後に制御論理では AI 技術を含めた経験則の活用や新しい制御理論の導入が進んでいる。なおこれらの各種技術の競争と協調の場として、日本鉄鋼協会の下部組織である例えば計測部会等がある。鉄鋼メーカ同士の情報交換の場だけでなく、ある場合は鉄鋼で先行した技術の他の産業への普及の場ともなった。
5 章では鉄鋼プロセスの進歩に大きなきっかけを与えた個別課題を選んで、それらの系譜と評価をまとめている。
（1）高炉プロセスの見える化、（2）μ波応用計測システム、（3）溶鋼の温度・成分のオンライン測定と転炉終点制御、（4）連続鋳造溶鋼レベル測定と制御、（5）圧延プロセスにおける板厚制御の進歩、（6）鋼板形状の制御、（7）製品品質センサとプロセスの見える化の７つのテーマについて記している。いずれの場合も「プロセスの見える化」
がそのきっかけや進歩の key となっているが、多くは機械技術をも含めた総合技術の成果である。
6 章は全体のまとめであり、技術の系統化と今後の課題をまとめている。鉄鋼プロセスにおいては、（1）臨海一貫製鉄所の建設、（2）平炉における熱管理思想の実現、（3）平炉の転炉化と転炉の高度化、（4）連続鋳造化とその高度化、（5）高炉の見える化と安定化、（6）圧延設備の高機能化と連続化となる。制御系設備技術においては、（1）熱管理思想の導入と実現、（2）官学民での指導と鉄鋼協会共同研究組織の存在、（3）1970 年代のデジタル化と DCS,PLC の導入、
（4）プロセス計算機の早期導入とそれへの習熟、（5）パソコンの活用とオープン化への動き、などが大きなインパクトとしてあげられる。

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

265

■ AbstractItʼs been about 150 years since Takato Oshima constructed the Japanese ﬁrst blast furnace in what is now Kamaishi City. The worldʼs ﬁrst cokefurnace, however, was constructed at the beginning of the 18th century, and the ﬁrst charcoal furnaces go back to ancient times before thecurrent era. Although itʼs diﬃcult to compare the origins of furnaces between countries, it can be said nevertheless that Japanʼs modern steel
industry began relatively late. Furthermore, World War II left Japan and its steel industry in a state of destruction, and the reemergence of thesteel industry began with the use of scrap steels that generated during the war.
For nearly a half century, this resurgent Japan has been producing more than 10 percent of the worldʼs supply of crude steel. During thistime, moreover, Japan has been disseminating a variety of new operating technologies and facilities technologies to the world, and it would be
no exaggeration to say that Japan has been a world leader in this area since the middle of the 1970s. Looking back at the trends of this last half
century, I would like to consider how Japan got its current position from the viewpoint of a facilities engineer in the steel industry.
In Chapter 2, I provide an overview of Japanʼs steel industry. Its development after the war can be divided into four main periods: (a) “catch-up”
period, (b) high-growth period, (c) shift-from-quantity-to-quality period, and (d) international-parity period. Period (b) ran from 1955 to 1975,
and during this time, crude-steel production in Japan achieved an annual rate of 120 million tons or more than 15% of world production. In thisperiod, however, most production facilities and production technologies were of European or American origin, and those technologies cameto be assimilated into those of Japan. Period (c), which covers the years from 1975 to 1995, is the most important period of all as great progress
was made not only in operational aspects but also in steel facilities and technologies. One of the technologies that developed signiﬁcantly
during this time was information technology (IT), which helped to advance instrumentation and control technologies, and by extension,
Japanese steel-production technologies overall. These “Japanese technologies” made contributions to the steel industry overseas. Finally, inperiod (d), which covers 1990 to the present, Japan found itself competing in production cost with new participants in the steel industry suchas Korea, Taiwan, and China. The dramatic disparity in labor costs, corporate costs, and other expenses forced Japan into a hard ﬁght giving rise
to restructuring and major mergers in the steel industry. However, on entering the 21st century, new demand for steel in China gave rise to asecond period of growth in the world steel industry, and production volume in Japan also has either held steady or expanded.
In Chapter 3, I describe the progress made in Japan after the war with regard to major steel-production processes. During this time, there
were only two signiﬁcant changes in the steel-production process: shift from open-hearth furnaces to converters and shift from ingot casting tocontinuous casting. Most of the advances involved the move toward larger facilities and continuous operation as well as “process visualization”
centered about instrumentation and control technologies.
In Chapter 4, I describe the advances made in the same period in facilities technologies centered about control systems in steel production.
First, in relation to instrumentation and control technologies, I describe the introduction of heat management concepts from Europe and theUnited States. At this time, the steel industry also received guidance and assistance from the government and academic institutions, and theadoption of instrumentation and control systems for heat management helped to expand the instrumentation of steel-production facilities.
In the area of measurement, steel manufacturers often took it upon themselves to develop sensors, and they came to adopt non-contact
measurement systems and “in-situ sensors” as well as quality sensors. In the area of control, the conversion to digital control equipment bysystem vendors in the 1970s made the greatest contribution, and the coming of distributed control systems (DCS) and programmable logic
controllers (PLC) simpliﬁed the implementation of complex control tasks. Also, in the area of computer technologies, introduction of processcomputers using minicomputers, the spread of autonomous distributed technologies, and the trend toward open systems centered about the
microprocessor all made big contributions to steel-production facilities. Advances were also made in the ﬁeld of electrical technologies, withthe most signiﬁcant one being the conversion of rolling-machine electric motors to AC current. Electromagnetic power, induction heating, andother technologies also came to be applied in various ways. Finally, in the area of control logic, advances were made in the use of heuristics
including AI techniques and in the introduction of new control theories. The Instrumentation Division and other committees of the Iron andSteel Institute of Japan have provided a competitive and cooperative forum in support of these various technologies.
In Chapter 5, I describe the history and give an evaluation of seven key themes that I have selected as major catalysts in the advance of steelproduction processes. These themes, which are all related to the visualization of processes, are (1) visualization of blast-furnace processes, (2)microwave measurement systems, (3) online measurement of molten-steel temperature and components and control of converter end point, (4)measurement and control of continuous-casting molten-steel level, (5) advances in thickness control in the rolling process, (6) shape control in
the rolling process, and (7) product quality sensors. Each of these themes acted as a catalyst to process visualization and became a key to majoradvances, and most of them resulted from comprehensive and total technologies that included mechanical technologies.
In Chapter 6, I give an overall summary, discussing the systematization of these technologies and future issues. In steel-production
processes, I point out that (1) construction of coastal-based integrated steel mills, (2) application of heat management concepts to openhearth furnaces, (3) conversion of open-hearth furnaces to converters and enhancement of those converters, (4) adoption of continuous
casting and its enhancement, (5) visualization and stabilization of blast furnaces, and (6) development of high-function and continuous
rolling facilities have all had a major impact on the steel industry. And in control systems and facilities technologies, I point out that (1) the
introduction and incorporation of heat management concepts, (2) guidance from the government and academia and the establishment ofsteel-industry associations and joint research organizations, (3) digitization of control systems in the 1970s and introduction of DCS/PLC, (4)early implementation of process computers and their skillful application, and (5) use of personal computers and the open-systems movement
have also had a major impact.

■ Profile岩村■ Contents

忠昭 Tadaaki Iwamura

１．はじめに…………………………………………… 267

国立科学博物館産業技術史資料情報センター

主任調査員

昭和41年３月 横浜国立大学 工学部機械工学科卒業
昭和43年３月 東京工業大学大学院 理工学研究科 制御工学専
攻修士課程修了
昭和43年４月 川崎製鉄入社 製鉄所計測・制御の建設開発に従事
平成４年４月 水島製鉄所プロセス開発部長．
平成６年４月 本社プロセス技術部長（理事）．
平成９年６月 川鉄情報システム株式会社取締役．
平成10年６月 川鉄電設株式会社取締役．
平成12年６月 同常務取締役プラント事業本部長．
平成14年６月 退職（嘱託）．
平成16年６月 東京工業大学 大学院 イノベーションマネジメント研
究科、産学官連携研究員、技術経営プログラム開発委員会
平成20年４月 国立科学博物館産業史資料情報センター主任調査員

266

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

２．日本の鉄鋼業……………………………………… 268
３．鉄鋼プロセスとその進歩………………………… 273
４．鉄鋼制御系設備技術とその進歩………………… 283
５．具体的技術革新とその系譜……………………… 307
６．まとめと今後の課題……………………………… 340
７．おわりに…………………………………………… 345
謝辞………………………………………………… 345
略語集……………………………………………… 345

1 はじめに௒ᖺ㸦㸧ࡣ኱ᓥ㧗௵ࡀ⌧ᅾࡢ㔩▼㸦኱ᶫ㸧࡟㏆࠶ࡿ࠸ࡣ⇕⤒῭ᢏ⾡ࠖࡣᡓ๓࡟Ḣ⡿࠿ࡽࡶࡓࡽࡉࢀࡓ

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267

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2.1 20 世紀における鉄鋼業の推移と日本
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表2.1 日本の粗鋼生産量 百万ｔ/年 （データ：IISI）

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1900

1920

1940

1960

1980

図2.1 20世紀の世界の粗鋼生産量 （データ：IISI 国際鉄鋼協会）

268

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

2000

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日本の戦後の鉄鋼業

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図2.2 日本の臨海一貫製鉄所

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

269

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2.2 現状の製鉄所の状況

表2.2 各国の鉄鋼見掛け消費量

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図2.3 臨海一貫製鉄所における工程と製品例

図2.4 大型一貫製鉄所の計算機階層構成の例（1990年代後半）

270

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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2.2.3

情報システムの構成と機能

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2.3.2

低いエネルギ原単位と高度な製品品質

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出所：「エネルギー効率の国際比較（発電、鉄鋼、セメント部門）
」
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2008
（日訳・指数化鉄鋼連盟）

図2.5 鉄鋼業のエネルギ原単位各国比較ࡶࡢ࡛࠶ࡗࡓࡀࠊࡑࢀࡽࡢ⭾኱࡞ࢩࢫࢸ࣒ࡢ⥔ᣢ⟶⌮ࡸᢏ⾡⥅ᢎ 㸧ࡸᢏ⾡ὶฟ࡜ゝ࠺㠃࡛ぢࡿ᫬ࠊ࠸ࡃࡘ
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2.3 日本の製鉄業の特徴
2.3.1

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

271

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図2.7 鉄鋼関連主要国設備投資状況
データ 韓国鉄鋼協会 鉄鋼統計年報 1999〜2008

本章の参考文献：

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272

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図3.2 コークス炉の構造 3-1）ｐ57による。

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図3.1 鉄鋼プロセスの特質（工程間の温度変化） 片田：鉄と鋼、64-13、P1835、1978

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3.2 製銑プロセス

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3.2.1

コークス炉

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

273

274

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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表3.1 ⴫主な鉄鋼プロセスの進歩
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3.2.2

高炉

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（a）
平均寿命
（1977稼動まで）

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2006年時点の炉齢3-3）Ꮡᅾ࡛࠶ࡿࠋ

図3.3 コークス炉の寿命

3.2.3

高炉プロセスの進歩ࡇࡢ  ᖺ࡟࠾ࡅࡿࣉࣟࢭࢫ࡜ࡋ࡚ࡢ㐍Ṍࡣࠊ➨୍ࡀࡑࡢձ኱ᆺ໬࡛࠶ࡾࠊ➨஧ࡣղࣉࣟࢭࢫࡢぢ࠼ࡿ໬࡛࠶ࡿࠋ➨୕ࡀࡑࡢ⤖ᯝ࡜ࡋ࡚ࡢճ⅔ᑑ࿨ࡢቑ኱࡛࠶ࡿࠋ
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図3.4 炭化室診断・補修装置 新日鉄大分3-4）

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図3.5 （a）
高炉の全体像 元図：3-1）ｐ38、42

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

275

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図3.6 日本の高炉の大型化 出典： 3-1）、3-5）ｐ175などより。

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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54

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図3.8 製鋼プロセスの変革 元図：3-6） p.324,325、3-7）p.2J（2）などより

図3.10 日本における製法別比率 3-5）ｐ274

図3.9 転炉の変遷および日本における大型化 2-1）ｐ38など

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3.3.1

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3.3.2

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

277

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278

造塊・分塊から連続鋳造設備へ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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3.4.1

分塊圧延機と電動駆動化

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

279

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1968

図3.12 各種の圧延機

280

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

1962

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

281

加熱炉

圧延

急速冷却装置ホットレベラー

スラブ

ガス切断
冷却床

オンライン自動深傷

脱水素

シャー切断

図3.16 厚板圧延工程説明図 （画は東京製鐵HP）
図3.15 冷間圧延製造設備の完全連続化 元図： 3-15） p.21

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282

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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4.1 計測技術

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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図4.2 学振１９委員会の高温測定に対する貢献

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

285

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熱経済技術委員会 熱計器専門委員会（1949）

表4.2 平炉用標準計器
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図4.3 当時の差圧発信器 4-5）ｐ814より

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図4.4 熱管理センタの新旧比較࿑ 
4.4(a)
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286

4.1.5
新しい時代における鉄鋼計測
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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.Mayࡢ≀⌮㔞ࡢィࢆ⇍ᡂࡉࡏࡿ࡟ࡣ࡝࠺ࡋ࡚ࡶ㛗ᮇ㛫ࢆせࡋࠊⰋ࠸࢔࢖

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4.1.6

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4-6）
日本の大規模一貫製鉄所における保有センサ数推移例（川鉄水島製鉄所）
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図4.６ 鉄鋼各社におけるセンサ
開発状況 日本鉄鋼協会 計測部会
での報告数4-7） 1972〜1989

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

287

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図4.7 鉄鋼におけるセンサ開発の事例抜粋

288

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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ဋ(c) 釜石 平炉自動燃焼装置（195年代）釜石製鉄所70年史 p236 195

図4.8 初期の熱計器標準の実プロセス適用例

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

289

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図4.9 鉄鋼熱設備の全国平均燃料原単位推移4-10）
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図4.10 製鉄所の計算機システムと標準的な制御システムの構成（FA+PA+ P/C またはE+I+C）

290

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May㜞Ἱ▤೙ቶ

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図4.11 制御システムの発展

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出典：4-11）、4-40）

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

291

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図4.12 操業管制室の変化（HMIの変遷）
出典：釜石製鉄所70年史p210、室蘭製鉄所50年史p517，
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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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4.3 計算機技術

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4.3.1

初期のプロセス計算機

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

293

294

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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1965 P1718

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図4.14 初期のプロセス計算機例（1960年台）

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図4.17 自律分散システムの採用例4-20）

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図4.18 EIC一体システムの例（Single Vender）

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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4.3.4

制御を含めた今後の在り方についてࣉࣟࢭࢫィ⟬ᶵࢩࢫࢸ࣒ࡣ  ᖺ௦ࡢⓏሙ࠿ࡽഹࠋ㕲㗰ྛ♫࡛࠿  ᖺࡢ୰࡛ᛴ⃭࡟㐍Ṍࡋࡓࠋ㕲㗰࡛ࡣࡑࡢ㐍Ṍࢆࡣࡇࡢ࣮࢜ࣉࣥ໬ࡢ඲♫ᒎ㛤ࢆ⣔⤫ⓗ࡟㐍ࡵࡿࡓࡵࠊ

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図4.19 オープンシステムの導入と自社化

298

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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4.4 電気技術
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4.4.1

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

299㛵࡟⨨᥮ࢃࡿࡲ࡛࡟ࡣ  ᖺ௨ୖࢆせࡋ࡚࠸ࡿࠋ᭱ึ
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図4-22 スエーデングレンオールの電気炉（アーク炉） 2-1）ｐ48

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図4-23 エルー式電気炉（アーク炉） 2-1） ｐ48

4.4.2

日本における初期の状況（1）水銀整流器利用による熱延電動機制御
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Iron & Steel Engineer, Aug. 1960

p.141

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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電気試験所 格子付水銀整流器によるワード
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図4.24 直流電動機の初期の速度制御方法4-29）ｐ617

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（2）電気アーク炉

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301

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(b)

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資料 4-30）
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図4.26 各種電磁誘導加熱装置

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

303

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図4.29 電動機各種ドライブ方式4-27）4-35）

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図4.30 制御論理の開発抜粋

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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306

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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5.1.1

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高炉プロセスの見える化

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図5.1.3 高炉内部の解体調査
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ｐ40、
3-1）
ｐ186

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

307

表5.1 個別課題の全体感

308

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May࠶ࡗࡓࠋࣉࣟࢭࢫィ⟬ᶵ࡛཰㞟ࡋࡓ᝟ሗࢆࣉࣟࢭࢫࢹ࣮ࢱ
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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

309

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5.1.5

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図5.1.5 経験ベースのモデル例 川鉄千葉

1978

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5-4） ｐ1026-29

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

図5.1.6 混銑車管理システム（プロセス間の見える化） 1977 4-11）p141より

図5.1.7 最近のプロセスの見える化状況
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図5.1.8 データベースと可視化方法の充実
新日鉄プロセス研究開発センタ5-9） 2006

（３）モデルの高度化とシミュレーションの充実ࢆᑟධᅗ  ࡣ᪂᪥㕲ࡼࡾሗ࿌ࡉࢀࡓྠ♫࡟࠾ࡅࡿ㧗ࡋ࡚ࠊᅗ  ࡟♧ࡍࡼ࠺࡟ࠊⳘ኱࡞ࢹ࣮ࢱ࣮࣋ࢫ࠿

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5.1.6

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.Mayᐃ࡛ࠊ࡜࡚ࡶ᪥ᮏ࡛ࡣᕤᴗ⏝ࢭࣥࢧ࡜ࡋ࡚౑࠼ࡿࣞ࣋ᅗ  ࡀ᭱ึࡢ㛤Ⓨ┠ᶆ࡛࠶ࡗࡓࣉࣟࢺࢱ࢖ࣉࡢ

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高炉関連のμ波レベル計の開発ኚㄪ㐃⥆Ἴ㸧᪉ᘧ࡜࿧ࡤࢀࡿ

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図5.2.2 プロトタイプのμ波レベル計の高炉関連への適用と問題点5-19）
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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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5.2.3

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5.2.4

Ｍ系列変調方式の新しいμ波レベル計

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図5.2.3 μ波レベル計の適用拡大と成果4-1）5-20）314

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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5.2.6

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5.2.5

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（a）
原理説明図と構成5-24）
5-25）
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(c) 連続炉CPCへの適用5-27）2005㧔ࠗ㧕Ǵᵄ〒㔌⸘᷹ᣇᑼ（ｄ）
マイクロ波で制御した時の測定比較5-27）

図5.2.4 M系列変調μ波レベル計とその応用

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

315

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（４）操業メリットの徹底追及：ᮏ౛࡛ࡣΰ㖧㌴ࣞ࣋ࣝィࡀࡑࡢ඾ᆺ౛࡛࠶ࡿࡀࠊࢭ
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（５）μ -CPU の活用：ᢏ⾡ⓗ࡞ヰ࡜࡞ࡿࡀࠊ ᖺ௦ࡢᚋ༙࠿ࡽȣ &38ࡀᐜ᫆࡟ಙྕฎ⌮࡟ᑟධ࡛ࡁࡿࡼ࠺࡟࡞ࡾࠊࡑࢀࡀᚑ
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5.3 溶鋼の温度・成分のオンライン測定と転炉終点制御
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図5.3.1 操業者の目視による判定

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室蘭製鉄所年史 S）

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図5.3.2 初期の炭素量測定器 カーボメータ

316

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.Mayࡎࠊࡑࢀࡶ኱ࡁ࡞ᨵၿࡣ࡞ࡃࠊ⌧ሙ࡟ᬑཬࡍࡿ࡟ࡣ

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5.3.3

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転炉と初期の計算機システム

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図5.3.3 光電式発光分光分析計4-29）

5.3.2

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

317

図5.3.4 本格的転炉プロセス計算機システム
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318

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

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図5.3.6 転炉サブランスシステム5-33）

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

319

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320

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

表5.4.1 連続鋳造に於ける主なモールド鋼浴レベルセンサ5-22）䜿䝷䜹䠄㼍䠅㻌 ὶ䝺䝧䝹䝉䞁䝃䛾ཎ⌮ᅗ

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図5.4.1 帰還増幅渦流型（渦流式）
センサの詳細5-35）

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

321

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5.4.4

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5.4.5

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幅変更装置の登場と普及

5-36）〜5-38）

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322

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図5.4.2 制御を難しくする要因とその対応

図5.4.3 連続鋳造装置における幅可変装置の実用化5-36）〜5-38） 1970〜（a） 制御系の構成（b） 鋳込み速度が低下した場合の応答例（c） 変動の頻度比較
5-39）

図5.4.4 外乱オブザーバによる方法 川鉄千葉（a） 制御装置の構成

1994（b） スライディングノズルの動きとレベルの振幅量

図5.4.5 複合制御と各手法の実機での比較 川鉄水島4CC5-41） 1998

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

323౛ࢆ♧ࡍ 㸧ࠋ๓⪅ࡣ㟁ືᶵ࡛ࢫࢡ࣮ࣜࣗ⿦⨨ࢆᅇ㌿

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5.5.1

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図5.5.2 電動圧下と油圧圧下5-44）324

国立科学博物館技術の系統化調査報告

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5-46）
図5.5.3 油圧圧下の進歩（冷間圧延の例）

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

325

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（２）熱延スタンド間厚さ計

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（３）熱延スタンド間板速計

326

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（a） 厚板ミル直近γ線厚さ計川鉄千葉 5-51）

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1988（c） 厚さ計、板速計の取り合い 住金鹿島 5-56）2004᳓ಾࠅ▤ ࠛࠕࡄ࡯ࠫࡁ࠭࡞
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（c） 板速計詳細構成図 住金鹿島 5-56）

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図5.5.6 圧延プロセスにおけるIn situセンサの例（a） 改造前の構成（直流機）（b） 改造後の構成（IGBT+交流機）（c）
交流化による主な効果
図5.5.7 交流化の事例 新日鉄八幡 調質圧延 5-57） 2000

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

327

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実操業での具体的効果例

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5.5.4

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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（a） フィールドフォワードAGC（b） 中間適応セットアップ

図5.5.10 In situセンサの熱延ラインにおける例5-55）

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図5.5.11 In situセンサの熱延ラインにおける例2
川鉄千葉3熱延 エンドレス圧延5-59） 1995

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

329

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（３） 熱間エンドレス圧延での成果

330

5.6 鋼板形状の制御 ࡟♧ࡍࡼ࠺࡟ࠊ
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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May⡊ᵄ䋨ᐔမᐲ䋩䉣䉾䉳䊄䊨䉾䊒
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図5.6.1 鋼板の形状不良5-60）

図5.6.2 鋼板の形状不良の原因5-61）

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5.6.1

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5.6.3

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

331

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図5.6.3 形状制御機能を持った圧延機
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1974（現在は冷延が主体）

5-63）
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5.6.4 HC図5.6.4 HCミルの発展系UCミル
（日立）
1981
1981
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図5.6.5 形状制御機能をもった圧延機PCミル
（三菱）
1982
（現在は熱延が主体）3-1）ｐ97

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5.6.4

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332

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

1997
1997

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図5.6.6 形状センサの代表例（圧延と直角方向）5-66）
図5.6.7 形状センサの代表例（圧延方向）

図5.6.8 PCミルによる冷延形状制御の一例 新日鉄広畑5-68）1987
鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

333

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5-69）
図5.6.9 UCミルによる冷延形状制御の一例（エッジドロップの制御）
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図5.7.1 目視によるブリキの表面検査（1940年代）
八幡製鐵所50年史、
p105、
より

5.7.1

334

（１）レーザ光スキャン方式 5-70）5-71）

鋼板表面傷検査ᅗ  ࡟ᡓᚋࡍࡄࡢࣈࣜ࢟ࣛ࢖࡛ࣥࡢ┠ど᳨ᰝࡢᅗ  ࡟ึᮇࡢ㗰ᯈ⾲㠃᥈യ⿦⨨ࡢཎ⌮ᅗࢆ♧ࡍࠋᵝᏊࢆ♧ࡍࠋ⌧ᅾ࡛ࡶ෭ᘏ㗰ᯈࡣ⾲㠃ࡢ⨾㯇ࡉࡀཝࡋ ᖺ௦࡟ࡣࣈࣜ࢟ᮦࢆᑐ㇟࡟ࠊග※࡟Ỉ㖟ⅉࢆ⏝࠸

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May࿑ 5.7.2
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図5.7.2 鋼板表面探傷装置（レーザ方式）の測定原理5-70）5-72）5-73）

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5.7.3

CCD の利用と情報化 5-77）〜79）

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図5.7.3 オンライン表面探傷確性システム5-74）

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図5.7.4 CCD方式による鋼板表面探傷（Cognex社カタログ 5-80）を元に作成）

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

335

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図5.7.5 CCDを用いたぶりき原板の表面検査装置5-77）

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5.7.4

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336

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例 （Parsytec社HPビデオ5-76）を元に作製）ࡾࠊࡲࡓࡇࢀࡽࡢയ᝟ሗࡢࢹ࣮ࢱ࣮࣋ࢫࡀရ㉁⟶⌮࡞ࡽࡧ࡟᧯ᴗࡢぢ࠼ࡿ໬࡟ᐤ୚ࡋ࡚࠾ࡾࠊࡇࡢ⿦⨨ࡢᑟ

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࿑ 5.7.8
国立科学博物館技術の系統化調査報告

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図5.7.7 偏光反射特性利用の微小傷の探傷5-78）

5.7.5

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図5.7.8 酸洗ラインでの介在物探傷装置5-79）

5.7.6

評価

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

339

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

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鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

341

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6.3 今後の課題ࢬ࡟ᑐᛂࡍࡿࡓࡵᑓ㛛ᛶࡢ㧗࠸ࡶࡢ࡜࡞ࡿࠋࡑࢀࡣࡑ

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●所在調査（鉄鋼計測・制御 候補）
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名称

資料形体

所在地

製作者

製作年

コメント

１

高炉炉頂用 マイクロ波レベル計
プロフィールメータ

設計図㈱松島機械研究所㈱松島機械研究所

1979

開発：川崎製鉄、安川電機。
（本文5.2参照方）

２

設計図㈱松島機械研究所㈱松島機械研究所

1979

設計図

㈱松島機械研究所㈱松島機械研究所

1981

４

高炉炉頂用 マイクロ波レベル計
サウンジングメータ
マイクロ波レベル計
溶銑・溶鋼レベル計測用
渦流式溶鋼レベル計

量産品

㈱ニレコ

㈱ニレコ

1975

５

炉内鋼板位置検出器

試作品

㈱ニレコ

㈱ニレコ

2004

６

ステーブ漏洩検査装置

量産品㈱JFEスティール

㈱横河電機

1980

開発：川崎製鉄、安川電機。
（本文5.2参照方）
開発：川崎製鉄、安川電機。
（本文5.2参照方）
開発：日本鋼管。
（本文5.4参照方）
開発：ニレコ。
（本文5.2参照方）
開発：川崎製鉄、
横河電機（本文図４.７(c)参照方）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

３

342

1〜5： 2008年登録済、
6： 2009年登録予定

No鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

343

図6.1 系統化図1 （鉄鋼プロセスの変革）

図6.2 系統化図2 （制御系を中心とする設備技術の変革 ）344

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.13 2009.May

7

おわりに

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● ACRONYMS AND ABBREVIATIONS:・ACC（Automatic Combustion Control）：自動燃焼制御
・ACS（Advanced Control System）：IBM のビジコン（+ ミニコン）
でプロセスを制御するシステム名
・AGC（Automatic Gauge Control）：鋼板厚さ制御
・AI（Artiﬁcial Intelligence）：人工知能
・BISRA（British Iron Steel Research Association）：英国鉄鋼研究所
・CCD（Charge Coupled Device）：デジタルカメラなどの撮像
素子
・CDQ（Coke Dry Quench）：コークスの乾式消化設備
・CPC（Center Position Control）：鋼板の連続炉等における中心
位置制御 （EPC は端面の位置制御）
・CAPL（Continuous Annealing and Processing Line）：冷延鋼
板連続焼鈍装置
・CRT（Cathode Ray Tube）：ブラウン管 最近は液晶ディスプ
レイ・DB（Data Base）：計算機に蓄えたデータ群
・DCS（Distributed Control System）：デジタル化された総合集中
計装システム PA の主要制御装置
・DDC（Digital Direct Control）：計算機等によるデジタル制御
システム
・EIC（Electronic Instrumentation Computer）：電気、計装、計算機
・Ethernet：コンピュータネットワークの規格のひとつ
・EMC（Electro Magnetic Casting）：電磁鋳造技術・EMB（Electro Magnetic ）：電磁式モールド鋼浴レベルセン
サ・EMBr（Electro-Magnetic Break）モールド内電磁ブレーキ
・EMS（In-mold Electro-Magnetic Stirrer）：溶鋼攪拌装置・ES（Expert System）：エキスパートシステム AI による推論システム
・EWS（Engineering Work Station）：DCS の全体管理システム
・FA（Factory Automation）：工場の制御システム（順序制御主体）
・FIPL（Fully Integrated cold rolling Processing Line）：完全連
続冷薄製造設備
・FM-CW（Frequency Modulated- Continuous Wave）：μ波による距離測定の方式 周波数変調連続波方式
・Fuzzy 論理：メンバーシップ関数による Fuzzy 推論を用いた
ES の一つ。
・GTO（Gate Turn Oﬀ）：電気インバータの大容量素子の一つ・HC（High Crown control）ミル：形状制御ミル（日立製作所製）
・HCR（Hot Charge Rolling）：連鋳から加熱炉に直接装入・HDR（Hot Direct Rolling）：連鋳から加熱炉を経ず直接圧延・HMI（Human Machine Interface）：計測・制御装置と操業者・解析者とのインターフェース（最近は CRT が多い）

・IEGT（Injection Enhanced Gate Transistor）：電気インバータの大容量素子の一つ（汎用化されている）
・IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）：同上
・In situ 計測：その場計測 目的的計測
・IT（information technology）：情報技術
・Just in Time： Data Base の処理方法
・LAN（Local Area Network）：構内情報通信網 コンピュータネットワーク
・LD（Linz Donawitz）転炉：純酸素上吹転炉
・MAS（Mizushima Automaticplan yiew pattern control
System）圧延：厚板の平面形状制御
・MPX：（多重処理）計算機の OS の一つ
・OG 化：転炉の排ガスを燃焼させず回収する日本発の技術・OS（Operating System）：計算機の基本ソフト
・PA（Process Automation）：プロセスの制御システム（計測を含む）
・P/C（Process Computer）：プロセス制御用計算機
・PC（Personnel Computer）：パソコン パーソナルコンピュータ・PC（Pair Cross）ミル：形状制御ミルの一つ（三菱重工）
・PID（Proportional、Integral、Derivative）：比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせた PID 制御（制御の基本形）
・PLC（Programmable Logic Controller）：順序制御を内蔵した
ソフトウエアで制御する装置 最近はアナログ量も扱える
FA の主要制御装置
・POL（Problem Oriented Language）： 計 算 機 問 題 向 き 言 語、Fill in the blank 方式が多い。
・PWM（Pulse Width Modulation）：電気 パルスの幅を変調
・RADAR（Radio Detection And Ranging）：電磁波を対象物に照射し、対象物の距離や方向を測定・QDT（Quick Direct Tapping）：サブランス測定だけで判断し出鋼する転炉の操業方法。
・Q-Bop：酸素底吹き転炉 US スティールで開発
・TMBP（Tin Mill Black Plate）：ぶりき原板
・TSX：（単一処理）計算機の OS の一つ・UC（Universal Crown control）ミル：形状制御ミル（HC ミルの発展形）
・UHP（Ultra High Power）操業： 電気炉での超大電力操業
・μ -CPU（Micro Central Processing Unit）：マイクロコンピュータ・Wämestelle：熱管理

鉄鋼業の計測・制御技術の系統化

345国立科学博物館
技術の系統化調査報告 第 13 集
平成21（2009）年5月29日■編集

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