JP6602026B2 - 製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置 - Google Patents

Description

本発明は、高炉から出銑された溶銑の処理を行う製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置に関する。

周知の通り、製鋼工場は、主に脱硫処理、脱りん処理を行う溶銑処理設備と、主に脱炭処理を行う転炉設備とからなる。
高炉から出銑された溶銑は、混銑車に装入されて溶銑処理設備に搬送される。溶銑処理設備においては、溶銑が溶銑鍋に装入され、その溶銑に対して主に脱硫処理、脱りん処理が行われる。脱硫・脱りん処理が行われた溶銑は、溶銑鍋に装入された状態で転炉設備に搬送される。転炉設備においては、溶銑が転炉設備に装入され、その溶銑に対して主に脱炭処理が行われる。

このような製鋼工場の物流においては、従来より操業スケジュール（物流スケジュール）がガントチャートの形で予め作成されている。製鋼工場における物流の処理スケジュールを作成する技術としては、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１には、リードタイムの長さが異なる複数の連々鋳セットを１つ又は複数の処理設備で製造し、予め設定されている製造順に係る制約条件を満たしている連々鋳セットを抽出し、抽出された連々鋳セットにリードタイムの長さが長い連々鋳セットが含まれている場合には、抽出された連々鋳セットから、リードタイムの長さが長い製造ロットが選択される確率を相対的に低くして任意の連々鋳セットを選択して製造順序を決め、予め設定されている時間に係る制約条件に基づいて連々鋳セットの製造工程の時刻情報を決定して製造スケジュールを作成する方法が開示されている。

特許文献２には、実操業の整合性を考慮しつつ、いわゆる連連鋳造切れを回避することができ、工程間での物流停滞を最小化することができる製鋼プロセスの操業スケジュール作成システム及び方法、コンピュータプログラムが開示されている。
特許文献３には、異常やトラブル発生時の計画変更に対処するとともに、再計画を自動的に作成することが可能な生産計画変更支援方法およびシステムが開示されている。

特許文献４には、与えられた時間の範囲に対応して臨機応変にボトルネック過程を抽出でき、一部の過程で処理の遅延が発生した場合においても製鋼プロセス全体としての生産性の低下を抑制できる、製鋼プロセスの操業スケジュール作成方法が開示されている。
鉄鋼の技術ではないものの、スケジュールを決定する技術としては、特許文献５、６が開示されている。

特許文献５には、予測可能な状況のもとでの生産再開の手段を提供し、生産への影響を最小限に低減するようにした搬送設備の運転支援方法が開示されている。
特許文献６には、製造などの処理工程ごとに処理開始時点を設定でき、処理開始時点の遅れを解消して作業能率や処理能率を向上させるスケジューリング方法及びスケジューリングシステムが開示されている。

特開２００７−１７９５１９号公報 特開２００６−２４７７０３号公報 特開２００３−３１６４１５号公報 特開２０１３−１４３０３０号公報 特開２００７−２８６８８４号公報 特開２０１３−１１７９４８号公報

通常、複数の処理設備を備えた製鋼工場においては、精錬能力を維持するため、脱りん炉、転炉設備、溶銑鍋を搬送するクレーンなどの設備の点検・整備が定期的に行われる。
また、効率よく溶銑の処理を行うために各設備の配置転換が行われることもある。この場合、設備の操業を一時的に停止して、設備の点検・整備や、各設備の配置転換を行っている。

このように、設備の点検・整備や、各設備の配置転換を行うことも含めた操業を行うには、設備の操業を一時的に停止する時間を考慮した処理スケジュール（ガントチャート）を作成することが必要となる。
ここで、特許文献１の技術を用いて、設備の停止時間を考慮した物流の処理スケジュールを作成しようと試みる。ところが、特許文献１の技術は、設備の操業を一時的に停止する時間を考慮したものとはなっていないため、同文献から設備の停止時間を考慮した物流の処理スケジュールを作成することは非常に困難である。

それ故、操業オペレータは、自ら蓄積した経験に基づいて、操業状態を判断した上で、設備の操業を一時的に停止する時間を考慮すると共に、その停止時間による操業の遅れが最少となるような物流の処理スケジュールを作成してきた。
しかしながら、近年の製鋼工場においては、設備が数多く配置され、且つその配置が複雑なってきている。加えて、製鋼工場は従来より２４時間操業でもあるので、操業オペレータの蓄積した経験だけでは、設備の停止時間を考慮した物流の処理スケジュールを作成することが難しくなってきている。

ところで、特許文献２は、工程間での物流停滞を最小化するスケジュールを組み立てる技術であるので、設備の停止時間を明示的に与えた上でそれを考慮し、物流の処理スケジュールを作成するといったことはできないものと思われる。また、特許文献３は、異常時やトラブル発生時に一部の設備が休止した場合、スケジュールを変更する技術であるので、正常な操業を行っている設備に対し、設備の停止時間を考慮した物流の処理スケジュールを作成することはできないと思われる。さらに、特許文献４は、一部の過程で処理の遅延が発生した場合においても製鋼プロセス全体としての生産性の低下を抑制できるといった操業スケジュールを作成する技術であり、正常な操業を行っている設備に対し、設備の停止時間を明示的に与えた上でそれを考慮し、物流の処理スケジュールを作成するといったことはできないものと思われる。

一方、特許文献５、特許文献６は、そもそも、製鋼工場を対象とした技術ではないので、本願発明の課題を解決することはできない。
そこで、本発明は上記問題点を鑑み、転炉などの設備の操業を一時的に停止する時間を考慮すると共に、その停止時間による操業の遅れが最少となるような物流の処理スケジュールを容易に且つ正確に作成する製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置を提供することを目的とする。

上記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。
本発明にかかる製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置は、脱硫設備、脱りん設備、脱炭設備、少なくとも２基の搬送クレーンを有する搬送設備を備えた製鋼工場の操業を行うに際し、前記製鋼工場における物流の処理スケジュールを作成する装置であって、前記製鋼工場での操業パターンに基づいて、前記設備ごとの前記処理スケジュールを組み立てるに際し、前記設備の操業を停止する停止時間帯と停止時間幅を入力し、入力された前記停止時間帯と停止時間幅を反映させた上で、前記搬送クレーンの停止時間の時間帯に基づいて、前記脱硫設備及び前記脱炭設備の停止時間の時間帯の組み合わせを求めて、前記搬送クレーンの差し合いを回避する処理スケジュールを複数算出すると共に、算出された複数の処理スケジュールにおける操業の遅れを算出し、算出された操業の遅れに基づいて、複数算出された処理スケジュールの中から当該操業の遅れが最小となる処理スケジュールを選択するように構成されていることを特徴とする。

本発明の製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置によれば、転炉などの設備の操業を一時的に停止する時間を考慮すると共に、その停止時間による操業の遅れが最少となるような物流の処理スケジュールを容易に且つ正確に作成することが可能となる。

本発明の製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置を模式的に示した図である。 本発明が適用される製鋼工場を模式的に示した図である。

以下、本発明にかかる製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置の実施形態について、図面に基づき説明する。
まず、本発明が適用される製鋼工場１について説明する。
図２に示すように、製鋼工場１は、主に脱硫処理、脱りん処理を行う溶銑処理設備２と、主に脱炭処理を行う転炉設備３とからなり、本実施形態の場合、２つの建屋から構成されている。図２中の左側の建屋が溶銑処理設備２であり、図２中の右側の建屋が転炉設備３であり、互いに離れて配置されている。

溶銑処理設備２には、２基の払い出しステーション４と、２基の脱硫設備６と、１基の脱りん炉７と、溶銑が装入された溶銑鍋１１を脱硫設備６から脱りん炉７に搬送する搬送クレーン１４，１５（搬送設備）とが配備されている。一方、転炉設備３には、３基の脱炭設備８（処理炉）の炉前に溶銑鍋１１を搬送する搬送クレーン１６（搬送設備）が配備されている。

払い出しステーション４は、高炉（図示せず）から出銑した溶銑を搬送する混銑車１２内の溶銑を、溶銑鍋１１に装入する箇所である。払い出しステーション４には、溶銑を受けるための溶銑鍋１１を置く払い出しピット５が設けられている。また、２つの払い出しステーション４と高炉との間には、軌道１３が敷設されていて、その軌道１３上を混銑車１２が走行することにより、溶銑を高炉から払い出しステーション４に搬送する。

脱硫設備６は、払い出しステーション４で溶銑鍋１１に払い出された溶銑に対して脱硫処理を行うものであって、本実施形態では払い出しステーション４の下流側に２つ設置されている。脱硫設備６は、例えば、溶銑が装入された溶銑鍋１１内にインペラを挿入し、そのインペラを回転させて溶銑を撹拌し、攪拌されている溶銑に脱硫材を供給することにより、溶銑の脱硫を行う（ＫＲ脱硫処理）。

除滓ステーション９は、溶銑鍋１１内の溶銑上面に浮かんでいるスラグ等をノロカキ１０（スラグドラッガー）で掻き出す除滓処理を行う箇所である。
脱りん炉７は、脱硫処理及び除滓処理が終了した溶銑に対して脱りん処理を行うものである。脱りん炉７は、脱硫処理を終えた溶銑を脱りん炉７の炉前で装入した後、上吹きランスで酸素を吹き込みながら脱りん剤を投入することにより、溶銑の脱りんを行う。

払い出しステーション４、除滓ステーション９、脱硫設備６及び脱りん炉７間には、第１搬送クレーン１４と第２搬送クレーン１５とがクレーンラインと呼ばれる部材に移動自在に配備されていて、溶銑鍋１１を脱硫設備６から脱りん炉７へ搬送している。
溶銑処理設備２にて脱りんが終了した溶銑は、軌道１７上を走行する搬送列車に積載されて転炉設備３に運ばれ、脱炭設備８（処理炉）により脱炭処理が行われる。

以上述べたような製鋼工場１においては、ガントチャート２２（物流の処理スケジュール）に沿って、脱硫設備６、脱りん設備７、脱炭設備８、搬送クレーン１４，１５などが動作し、溶銑の脱硫処理、脱りん処理、脱炭処理が行われ、所望の成分を有する溶鋼が製造されることになる。
ところで、以上述べた複数の処理設備（脱硫設備６、脱りん炉７、脱炭設備８など）及び搬送クレーン１４，１５を含む製鋼工場１では、各処理設備及び搬送クレーン１４，１５の点検・整備が、定期的に行われている。

これまでは、これら複数の処理設備及び搬送クレーン１４，１５の点検・整備を行う際には、操業オペレータ３０がこれまで蓄積した経験に基づいて、各設備の操業を停止させて行っていた。すなわち、操業オペレータ３０は、自らの経験に基づいて、各設備の操業の停止時間及び時間帯を考慮すると共に、払出開始時刻及び出鋼完了時刻を決めた上で、複数の溶銑処理を行う処理スケジュール２２を作成していた。

しかしながら、上記した製鋼工場１においては、設備が数多く配置され、且つその配置が複雑であり、また２４時間操業でもあるので、操業オペレータ３０の蓄積した経験だけ
では、設備の停止時間を考慮したガントチャート２２（処理スケジュール）を作成することが困難であることは、「発明が解決しようとする課題」で述べたとおりである。
例えば、複数のクレーンのうち１つを点検・整備をしようした場合、操業中の他のクレーンが互いに差し合わせる可能性が生じてくる虞がある。また、上記した第１搬送クレーン１４及び第２搬送クレーン１５のような、クレーンラインなどの部材に一体的に配備されている２基の搬送クレーン１４，１５のうち、どちらか一方を停止させる場合には、他方の搬送クレーンの操業を考慮しなければならない。その理由としては、一体的に配備されている２基の搬送クレーン１４，１５は、それぞれが連動しながら操業を行っていて、一方の搬送クレーンを停止させると、他方の搬送クレーンの操業が行い難くなる、つまり搬送クレーン１４，１５が互いに差し合わせてしまうからである。

搬送クレーン１４，１５の差し合いを回避するためには、一方のクレーンの操業を停止させても、他方の搬送クレーンがスムーズに溶銑鍋１１を各処理設備に搬送できるようにガントチャート２２を作成する必要がある。
そこで、本発明では、製鋼工場１におけるガントチャート２２（物流の処理スケジュール）を、以下に述べるように作成している。すなわち、本発明の処理スケジュール作成装置２１（ガントチャート２２の作成装置）は、従来のガントチャート作成機能に加えて、以下のような構成を有している。

図１に示す如く、本実施形態の物流の処理スケジュール作成装置２１は、コンピュータ上で動作するソフトウエアの形で実現されたものであって、製鋼工場１での操業パターンに基づいて、各設備の処理スケジュール２２を組み立てるに際し、設備（脱硫設備６、脱りん炉７、脱炭設備８、搬送クレーン１４，１５など）の操業を停止する時間を入力可能とされている。その上で、入力された停止時間を反映させた処理スケジュール２２を算出すると共に、算出された処理スケジュール２２における操業の遅れを算出し、算出された操業の遅れを基に、最適な処理スケジュール２２を作成可能に構成されている。

このような処理スケジュール作成装置２１にて、操業オペレータ３０は、まず停止したい設備と、その設備の操業を停止する時間、例えば、搬送クレーン１４，１５などの点検・整備を行うために必要な時間と、希望する停止時間帯とを入力デバイス２４（キーボードやマウスなど）を介して入力する。
図１に示すように、例えば、第１搬送クレーン１４の箇所をチェックし、希望する停止時間帯を９：００〜１２：００までの間と入力し、停止時間を２０分間と入力する。また、前述のように、他の設備（除滓ステーション９、脱硫設備６、脱りん炉７、脱炭設備８など）の停止時間と希望する停止時間帯も入力する。

停止時間などが入力されると、処理スケジュール作成装置２１は、各設備の停止時間を組むことが可能な時間帯を、各設備ごとにシミュレーションを行って導出する。
例えば、待機時間に基づいて、第１搬送クレーン１４の停止時間を組むことが可能な時間帯を導出する。例えば、９：２０〜９：４０までの時間帯と、１１：３０〜１１：５０までの時間帯とが導出されたとする。

導出された各時間帯を基に、処理スケジュール２２において最適となる各設備の時間帯の組み合わせを求める。
例えば、第１搬送クレーン１４の停止時間が９：２０〜９：４０までの時間帯、脱硫設備６の停止時間が１０：５０〜１１：１０までの時間帯、脱炭設備８の停止時間が１５：１５〜１５：３５までの時間帯などの組み合わせが求められたとする（最適時間帯Ａ）。

また、第１搬送クレーン１４の停止時間が１１：３０〜１１：５０までの時間帯、脱硫設備６の停止時間が１４：００〜１４：２０までの時間帯、脱炭設備８の停止時間が１７：１５〜１７：３５までの時間帯などの組み合わせが求められたとする（最適時間帯Ｂ）。
求めた時間帯の組み合わせに基づいて、各設備の停止時間が設定された処理スケジュール２２を作成する。

例えば、求めた最適時間帯Ａに基づいて、各設備の停止時間が設定された処理スケジュール２２を作成する（処理スケジュールＡ）。また、求めた最適時間帯Ｂに基づいて、各
設備の停止時間が設定された処理スケジュール２２も作成する（処理スケジュールＢ）。
そして、作成された各処理スケジュール２２のシミュレーションを行って、操業の遅れをそれぞれ算出する。

例えば、処理スケジュールＡのシミュレーションを行って、当該処理スケジュールＡにおける操業の遅れを算出する。すなわち、特定のチャージ（Ｎ日後、数チャージ後、あるいは数十チャージ後）の出鋼時刻の遅れを算出する。処理スケジュール２２Ａのシミュレーションを行った結果、例えば「１０分遅れ」と算出されたとする。
また、処理スケジュールＢのシミュレーションを行って、当該処理スケジュールＢにおける出鋼時刻の遅れを算出する。処理スケジュールＢのシミュレーションを行った結果、例えば「１５分遅れ」と算出されたとする。

算出された出鋼時刻の遅れの中で、出鋼時刻の遅れが最少となる処理スケジュール２２のシミュレーションを行う。その結果、最適に操業が行えるとされた場合、その処理スケジュール２２を、製鋼工場１における物流の処理スケジュール２２とする。例えば、出鋼時刻が１０分遅れの処理スケジュールＡを、製鋼工場１における物流の処理スケジュール２２とする。

このように作成された処理スケジュール２２を、例えば表示モニタ２３に示して操業オペレータ３０に提示する。なお、停止時間が設定された処理スケジュール２２の作成実績を、記憶装置などに記憶させておいてもよい。
以上述べた製鋼工場１における物流の処理スケジュール作成装置２１によれば、転炉など様々な設備の操業を一時的に停止する時間を考慮すると共に、その停止時間による操業の遅れが最少となるような物流の処理スケジュール２２を容易に且つ正確に作成することが可能となる。

なお、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。
例えば、本発明を説明する上で、搬送クレーン１４，１５の停止時間が設定された処理スケジュール２２の作成手順を例示したが、他の設備の停止時間においても適用可能である。

また、停止時間のシミュレーションを、処理スケジュール２２の組み立てと同時に行ってもよい。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 製鋼工場
２ 溶銑処理設備
３ 転炉設備
４ 払い出しステーション
５ 払い出しピット
６ 脱硫設備
７ 脱りん設備（脱りん炉）
８ 脱炭設備（処理炉）
９ 除滓ステーション
１０ ノロカキ（スラグドラッガー）
１１ 溶銑鍋
１２ 混銑車
１３ 軌道
１４ 第１搬送クレーン
１５ 第２搬送クレーン
１６ 搬送クレーン
１７ 軌道
２１ 物流の処理スケジュール作成装置
２２ 処理スケジュール（ガントチャート）
２３ 表示モニタ
２４ 入力デバイス
３０ 操業オペレータ

Claims (1)

1. 脱硫設備、脱りん設備、脱炭設備、少なくとも２基の搬送クレーンを有する搬送設備を備えた製鋼工場の操業を行うに際し、前記製鋼工場における物流の処理スケジュールを作成する装置であって、
   前記製鋼工場での操業パターンに基づいて、前記設備ごとの前記処理スケジュールを組み立てるに際し、
   前記設備の操業を停止する停止時間帯と停止時間幅を入力し、
   入力された前記停止時間帯と停止時間幅を反映させた上で、前記搬送クレーンの停止時間の時間帯に基づいて、前記脱硫設備及び前記脱炭設備の停止時間の時間帯の組み合わせを求めて、前記搬送クレーンの差し合いを回避する処理スケジュールを複数算出すると共に、算出された複数の処理スケジュールにおける操業の遅れを算出し、
   算出された操業の遅れに基づいて、複数算出された処理スケジュールの中から当該操業の遅れが最小となる処理スケジュールを選択するように構成されている
   ことを特徴とする製鋼工場における物流の処理スケジュール作成装置。