KR100223144B1 - 동적설정(Dynamin set-up)을 통한 판재의 두께 적중율 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철강의 연속 열간압연 설비중 탠덤 배열된 마무리 압연기의 설정모델을 동적으로 재설정 해줌으로써, 판재의 선단부 두께를 설정하는 동적 설정을 통한 판재의 두께 적중율 향상 방법에 관한 것으로, 스탠드간의 중간두께계를 설치하지 않고 전단의 조업실적으로 부터 후단스탠드의 설정치를 동적으로 재조정해줌으로써, 설정모델의 적중 정도를 개선시키는 것을 특징으로 하는 동적설정을 통한 판재의 두께 적중율 향상방법.

Description

동적설정(Dynamic set-up)를 통한 판재의 두께 적중율 향상방법

제 1 도는 3차 설정 개념도

제 2 도는 3차 설정의 순서도

제 3 도는 후단 압연하중 편차와 전단 압연하중 편차간의 상관계수도

제 4 도는 3차 설정 모사시험 결과도

본 발명은 철강의 연속 열간압연 설비중 탠덤 배열된 마무리 압연기의 설정모델을 동적으로 재설정 해줌으로써 판재의 선단부 두께를 설정하는 동적 설정을 통한 판재의 두께 적중율 향상 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열간 압연시 마무리 압연 설정모델(finishing mill set-up model)은 마무리 압연공정에서 일어나는 현상 즉 온도, 재질의 변화를 예측 가능한 공정인자로부터 예측하여 탠덤(tandem)방식으로 배열된 각 압연기의 롤 속도와 롤갭(gap)을 미리 설정(preset) 해줌으로써 최종목표로 하는 두께의 판을 생산할 수 있게 하는 조업모델이므로, 열간 사상압연기 설정모델의 정도 향상은 압연재 선단부의 두께 적중율의 향상 및 실수율 증가를 위해 이용된다.

종래의 마무리 압연설정은 통상 조압연(roughing mill) 후면온도계가 ON되는 시점에서 제 1차설정을 한후, 마무리 압연 전면온도계가 on되는 시점에서 제 2차 설정을 해줌으로써 설정의 예측정도를 높이고 있다. 하지만 설정관련 여러 조업인자들(압연하중, 압연온도, 입하위치, 압연속도 등)은 독립적으로 혹은 상호작용을 통해 설정모델에 영향을 미치게 됨으로써, 설정모델의 예측정도를 감소시키게 되는데, 이러한 영향인자들의 영향도를 수식화시켜, 설정모델에 정확히 반영하기가 용이하지 않다.

따라서 마무리 압연 설정모델의 적중정도는 한계를 갖게 되며, 모델로 표현키 어려운 미세변수나 오차용인은 학습을 통해 조정함으로써 최적화 되어 왔다.

또한, 마무리 압연 설정모델의 정동향상과 관련한 기존의 특허를 보면, 일본국 특허공개공부 소 58-84606(가와사끼 제철)에서는 압연온도에 따른 압연재의 금속학적 변화를 고려한 압연하중 예측수식을 사용하여 설정모델의 예측정도를 개선한 바 있으나, 압연중의 복잡한 금속학적 변화를 단순화된 식으로 해석하고 있다는 점에서 실기적용에서의 정밀도 향상에 문제점을 갖게 하였다.

유럽의 설정모델과 관련한 유럽특허(0289064;후고밴스 제철)에서도 압연 하중 예측을 변형 저항값에 가중인자(multification factor)를 곱한 값을 사용하여 실적대비 예측정도의 개선을 시도하였는데, 각 조업변수들의 효과를 실험을 통해 정확히 수식화 하여야 만 효과를 기대할 수 있다는 점에서 기존 방법과 별 차이를 보이고 있지 않다.

이상의 기존 설정관련 특허 및 기술을 볼때 조업상황이 고려되지 않은 순수한 이론모델에 일률적으로 의존하고 있으므로, 모델이 고려하지 못하는 조업변수나 모델이 정확하게 고려하지 못한 조업변수등에 의해 발생하는 편차분에 대한 보상이 불가능하였다.

한편, 근래에는 일본의 스미토모(Sumitomo) 제철소의 카시마(Kashima) 열연공장에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 마무리 압연 중간스탠드(#3 또는 #4)에 두께계를 설치하여, 측정 두께편차로 부터 후단 스탠드의 롤갭을 제조정하여 선단부 두께 편차를 감소시키는 방법을 사용하기도 하는 데, 사상압연 스탠드 사이에 중간 두께계를 설치할 경우 추가 비용부담이 크고 중간스탠드 두께편차와 후단 스탠드 두께편차 사이의 상관성이 낮을 경우에는 그 개선효과가 낮아지는 문제점이 있다.

일본국 특허출원 소64-169246호(Nippon Steel)에서는 중간두께계를 사용하지 않고, 전단의 압연하중 편차를 이용하여 후단의 압연하중 편차를 조정하는 방법을 제시하였으나, 두께적중율에 가장 크게 영향을 미치는 특정 스탠드를 정하여 이 스탠드에 집중적으로 오차 보상을 실시하여 두께적중율을 개선시키는 방법을 사용하지 않고, 전단 스탠드의 조업편차를 평균적으로 후단 스탠드에 균등 분배함으로써, 오차 보상이 충분히 이루어지지 않는 단점이 있으며, 두께 적중율에 영향을 미치고 있는 압연속도편차등을 고려하지 않고 압연하중 편차에만 국한함으로써, 오차 요인을 다양하게 고려해 주지 못하여 재설정의 효과가 제한적이었다.

본 발명은 중간 스탠드 두께계를 사용하지 않고, 전단 스탠드의 압연실적을 이용하여 후단 스탠드의 설정값을 동적설정(Dynamic set-up) 해줌으로써 선단부 두께 예측정도를 향상시키고, 중간 스탠드 두께계 설치를 통한 시간 및 경비부담의 절감함과 아울러, 종래의 방법에 비해 예측의 정도 및 신뢰도가 높은 설정모델 개선법을 제공하여 판재의 두께 적중율을 향상하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 가변적이고, 여러 변수에 좌우되는 설정모델을 통계학적 이론 및 회귀분석에 근거하여 스탠드별로 예측 오차간의 상관성을 파악하여, 판의 선단부 두께편차에 직접적으로 영향을 미치고 있는 후단(최종) 스탠드의 예측오차를 전단 스탠드의 예측오차를 이용하여 감소시키는 동적설정을 실시함으로써, 설정모델의 예측정도를 개선시키고자 하였다. 즉, 동적설정은 1, 2차 설정을 통해 판이 사상압연기에 치입된 후 판선단부가 사상압연기의 전단(#1, #2, #3) 스탠드를 통과하는 시점에서 조업편차를 측정하는데, 이때의 설정오차를 이용하여 최종(#6) 스탠드의 설정치를 압연판이 후단스탠드에 치입되기 직전에 재조정하여 줌으로써, 최종 스탠드에서의 설정오차를 최소화하는 동적 개념의 설정이다.

여기서는 마무리 압연 설정모델의 예측정도 향상을 위한 동적설정 모델의 개념을 설명한다.

제 1 도에서는 3차 설정의 기본 과정을 나타내었다. 제 1 도에서 보인바와 같이 3차 설정은 전단 스탠드의 실적을 이용하여 전단의 설정오차를 계산한 후, 이를 3차 설정식을 통해 후단 스탠드에 보상해 주는 과정을 거치게 된다.

제 2 도에는 이러한 과정을 순서도로 나타내었다. 따라서 본 3차 설정의 효과가 극대화되기 위해서는 전단 스탠드의 설정오차와 후단스탠드의 설정오차가 직접적으로 상관관계를 보여야 하는 데, 이는 전단 스탠드의 조업편차(압연온도 편차, 압연온도 편차, 압연하중 편차, 압하위치 편차 등)와 후단스탠드의 조업편차 사이의 상관계수(R: correlation coefficient)를 각각 구한 후, 후단 스탠드와 상관계수가 가장 큰 전단 스탠드를 해당 스탠드의 조업편차를 이용하여 동적 설정을 실시하도록 하였다.

이하, 동적 재설정을 위한 기본수식을 설명하면 다음과 같다. 마무리 압연의 각 스탠드 롤 갭은 식(1)의 압하위치식(Gaugemeter Eq.)으로 부터 다음과 같이 같이 계산된다.

압연시 각 스탠드 출측두께 편차는 식(1)로 부터 식(2)로 표현된다.

본 발명의 3차 설정은 전단(#3 스탠드)의 실적으로부터, 후단(#6 스탠드)의 롤갭 편차 △S_i를 보상하는 형태이므로 전단 스탠드에서 회수가능한 조업실적 편차(△P_i, △V_i)으로 식(2)가 표현되어야 한다.

따라서 △O_fi, △GM_i는 3차 설정계산시 무시한 후 조업적용시 이에 해당하는 양만큼의 게인(Gain) 조정을 통해 보상한다.

△O_fi= △GM_i=0라 가정하면 식(2)는 식(3)과 같이 나타내어 진다.

따라서 최종(#6) 스탠드의 3차 설정롤갭은 식(4)의 형태로 보상하였다.

식(4)의 3차 설정수식은 설정오차가 크게 예상되는 경우에는 높은 게인을 적용하고, 설정오차가 적게 예상되는 경우에는 낮은 게인을 적용하는 것이 전 코일에 대해 일정 게인을 적용하는 것보다 설정의 효율성을 증가시키는데 유리하다.

따라서 3차설정 게인을 결정지워 줄 수 있는 기준이 필요한데, 본 발명에서는 전단 스탠드에서 회수가능한 조업실적(△P_i, △V_i)을 이용하여 설정오차를 예측해줌으로써 적정 게인을 선정하였다.

이를 위해 최종 스탠드 두께편차(FSU thickness Error)를 종속변수로 하고 #0,#1, #2, #3 스탠드의 압연하중편차(△P_i), 압연속도편차(△V_i)를 독립변수로 한 중회귀분석을 실시하여, 최종 스탠드 두께편차와 가장 높은 상관성을 보이는 회귀식을 구하였고, 이로부터 게인 선정용 파라메이터를 정하였다.

동적설정 수식을 현장적용하기 위해 공장의 조업실적을 회수하여 3차 설정수식을 작성하였다. 분석대상 코일은 2mm 이하재로부터 8mm 이상재까지 작업대상 전 두께영역에 걸쳐 수집된 약 3000코일분의 실적을 이용하였다.

본 실시예에서는 전,후단 설정오차와 선단부 두께편차 사이의 상관성 분석을 통해 3차설정용 변수를 정하였는 데, 전단 스탠드의 압연하중편차와 압연속도 편차가 최종(#6) 스탠드의 두께적중율과 가장 높은 상관성을 보였다.

따라서 후단의 롤 갭 보상량을 전단의 압연하중편차 및 압연속도편차를 이용하여 보상함으로써 후단 두께적중율을 향상시켰다.

제 3 도에는 각 스탠드의 압연하중 편차가 최종(#6) 스탠드의 압연하중 편차가 갖는 상관계수를 비교하였는 데,(#4 스탠드와 #5 스탠드의 경우 동적설정을 위한 응답속도가 부족하여) #3 스탠드 이전의 스탠드만 고려하여 #3 스탠드의 조업편차를 이용하여 #6 스탠드의 압연하중편차를 보상하였다.

식(4)의 설정보상량을 구하기 위해서는, 전단 스탠드(#3) 압연하중 편차, △P₃으로 부터 후단스탠드(#6)의 △h₆와 △P₆/M₆를 예측해야 한다.

식(5)의 후단 △h₆와 △P₆값을 전단 △P₃으로 예측하기 위해서 회귀분석을 통해 3차설정식을 산출하였다.

#3 스탠드 압연하중편차 (△P₃)을 이용한 후단 두께편차보상량(△h₆) 계산식과 압연하중편차 보상량(△P₆) 계산식을 7 두께구분별로 회귀분석을 통해 아래와 같은 식(6)의 형태로 구하였다.

게인량(G_i)은 선단부 두께편차와 가장 높은 상관관계를 보인 , △P₃, △V₁을 이용하여 아래와 같은 게인결정 파라메이터(p-value)를 정한후, 이 값의 변화에 대해 각각 다른 게인을 적용하였다.

본 3차 설정수식을 이용하여 3차 설정을 실시한 후의 선단부 두께편차(FSU Error)의 변화추이를 롤갭 보상량을 이용하여, 전 두께 영역에 걸쳐 롤갭 보상량이 100% 두께변화량으로 전달된다는 가정하에서 모사 시험한 결과 제 4 도에 보인 바와같이 두께적중율이 4.5% 증가하는 효과를 보였다.

예상 3차설정 FSU 편차

Claims (3)

1. 스탠드간의 중간두께계를 설치하지 않고 전단의 조업실적으로 부터 후단스탠드의 설정치를 동적으로 재조정해줌으로써, 설정모델의 적중 정도를 개선시키는 방법을 특징으로 하는 동적설정을 통한 판재의 두께 적중을 향상방법.
2. 전단 스탠드의 압연하중 예측편차로부터 회귀분석을 통해 후단스탠드의 선단부 두께 예상편차와 압연하중 예상편차를 계산하고 하기식을 이용하여 롤갭을 재설정하는 방법을 특징으로 하는 동적설정을 통한 판재의 두께 적중율 향상방법.
3. 전단 스탠드의 압연하중 예측편차 및 압연속도편차를 이용하여 게인값을 게인 선정용 파라메이터로 정한 후, 하기식과 같이 구간별로 차등 게인을 적용하는 것을 특징으로 하는 동적설정을 통한 판재의 두께 적중율 향상 방법.