先進プロセス制御によるセメント粉砕工程と焼成工程の最適化

トクヤマは原単位電力消費の削減と生産量向上を図るため複数の粉砕ミルとキルン設備に先進プロセス制御を導入した。

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セメント製造工程では、原料をキルン内で高温焼成した後に仕上げミルで微粉末へ粉砕するという連続的な熱処理および機械的処理が不可欠である。日本有数の生産規模を誇るトクヤマの南陽工場において、これらエネルギー消費の大きい設備群における運転変動の管理は継続的な技術的課題となっていた。

オペレーターによる手動操作は、粉砕スループットの変動、ミル負荷の不均一、エネルギー消費のばらつきを引き起こす要因となっていた。コスト競争力を維持し資源効率を高めるため、工場管理部門は粉砕回路の安定化、熱エネルギーおよび電力消費原単位の削減、そして交代勤務班間での運転手法標準化を実現できる自動化技術を求めていた。

モデル予測制御の導入プロセス
プロセスの不安定性を解消しエネルギー原単位を低減させるため、トクヤマはモデル予測制御技術と人工知能アルゴリズムを活用した先進プロセス制御システムを導入した。本システムはプロセスの動特性を常時予測し、原料供給量やミル電力設定などの主要パラメーターを自動調整するよう設計されている。

2022年のセメントキルンへの先行適用に続き、南陽工場では2024年に仕上げミル1基においてパイロット運用を開始した。実証結果を踏まえ、セメントボールミル4基とプレグラインディングおよびスラグ処理用の竪型ミル2基を含む計6基の粉砕設備へ適用範囲を拡大し、最終的に7基の仕上げミル全体へと展開した。技術供給側は工場の稼働計画に合わせて試運転工程を綿密に調整し、生産への影響を抑えて導入を完了させた。

運用の安定化とエネルギー効率の向上
本設備の稼働により、仕上げミルライン全体で自動運転率は90パーセントを超え、高度な閉ループ制御が確立された。ミル負荷と供給量の継続的な最適化により、仕上げ粉砕工程における粉砕スループットが3パーセント向上すると同時に、電力消費原単位は3パーセント削減された。

熱プロセス面では、キルンへの適用により原単位熱消費量が3パーセント削減され、オペレーターによる手動介入件数は70パーセント減少した。日常的な調整作業を手動介入から予測制御システムへ移行したことで、製造パラメーターが標準化され、運転変動に伴う機械的負荷が低減し、自律運転へ向けた強固な運用基盤が構築された。

「試験運用として本システムを初めて導入した際、明確な成果が得られ、プロジェクトは円滑に完了しました」と、トクヤマセメント製造部工務グループの土井純也氏は述べた。「当社はセメントミル工程全体へ本ソリューションの適用範囲を拡張することを決定しました。供給側は工場の稼働日程に的確に合わせて協力を進めてくれた信頼できるパートナーです」

技術担当者は、このシステムが熟練オペレーターの判断を再現するだけでなく、個々の手動制御では維持が困難な最適な運転設定値を体系的に導き出していると指摘する。

「南陽工場において、このシステムはオペレーターの操作を模倣するにとどまらず、プロセスの安定化と最適化を同時に実現する制御水準を確立しました」と、同技術供給側で日本担当ローカルディビジョンマネージャーを務める依田裕倫氏は述べた。

本件の導入実績は、既存の重工業設備に対して予測制御モデルを統合することで、粉砕設備の大規模な機械改修を伴わずに測定可能なエネルギー削減と生産性向上を達成できる実証事例となっている。

編集：スチスラ・マニ（Induportals 編集者） – AI適応版

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