KR100306146B1

KR100306146B1 - 냉간압연기의 벤딩제어방법

Info

Publication number: KR100306146B1
Application number: KR1019970068853A
Authority: KR
Inventors: 심민석; 이종영; 우종청
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2002-05-01
Also published as: KR19990049851A

Abstract

본 발명은 각 스탠드의 벤딩값을 열연소재의 형상과 각 스탠드별 압연하중의 변화에 따라 제어하여 강판형상의 품질을 향상시키기 위한 것으로, 판단면형상 측정값을 입력하고 입력측 판단면의 형상을 분석하는 단계와, n개의 스탠드로 이루어진 압연기의 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩과 압연하중에 의한 형상변화를 분석하는 단계와, 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤간격 단면형상을 분석하는 단계와, 입력측 판단면 형상분석단계에서 구한 판단면 형상계수와 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤간격 단면형상 분석단계에서 구한 롤간격 단면형상 영향계수를 연산해서 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩 오차를 산출하여 편차값을 구하는 단계와, 제n스탠드의 벤딩변화량을 산출하여 벤딩변화량계수를 구하는 단계와, 상기한 벤딩변화량계수를 연산해서 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩변화 보정계수를 산출하는 단계와, 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩 오차를 산출하는 단계에서 구한 편차값과 보정계수 산출단계에서 구한 조정계수를 곱셈연산하여 제1∼제(n-1)스탠드 롤벤딩제어 설정값을 출력하는 단계로 구성된다.

Description

냉간 압연기의 벤딩제어방법

본 발명은 직렬형 냉간압연기의 벤딩제어에 관한 것으로, 특히 냉간 압연기의 입력측에 판 단면형상 측정기를 설치하여 판단면 형상을 분석하고 각 스탠드에 설치된 벤딩장치에 벤딩설정값을 입력하여 강판의 형상제어능력을 향상시킬 수 있는 냉간압연기의 벤딩제어방법에 관한 것이다.

냉간압연은 열연코일을 소재로하여 상온에서 롤의 압력을 이용하여 원하는 두께의 냉연 코일을 만드는 것으로, 고품질의 코일을 얻기 위해서는 고도의 제어 정밀성을 요구한다. 냉간 압연된 판의 품질은 두께 품질과 형상품질로 대별된다. 일반적으로, 냉간 압연기는 생상성 향상을 위해 4∼6개의 스탠드가 직렬로 연결되어 있기 때문에, 제1스탠드에서 마지막 스탠드까지 단계적으로 압연이 실행되어 점차 원하는 두께와 형상을 가진 판을 생산한다.

도 1은 종래의 냉간 압연기를 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 종래의 냉간 압연기는 롤을 지지하는 복수의 스탠드(11∼15)와, 강판(20)을 압연하는 작업롤(1)과, 상기한 작업롤(1)를 지지하는 중간롤(2) 및 지지롤(3)과, 상기한 지지롤(3)에 압력을 가하는 유압장치(8)와, 각 스탠드(11∼15) 사이에 설치되어 강판의 두께와 장력을 각각 측정하는 두께측정기(6) 및 장력측정기(7)와, 마지막 스탠드의 출력측에 설치되어 출력된 강판의 형상을 분석하는 형상검출기(4)와, 각 스탠드(11∼15)에 설치되어 강판의 형상을 제어하는 벤딩장치(9)로 구성된다.

상기한 종래 냉간 압연기에서는 제1스탠드(11)∼제(n-1)스탠드에 설치된 벤딩장치에 동일한 벤딩값이 설정되어 있고 제n스탠드(15)의 베딩장치(9)에만 출력측에 설치된 현상검출기(4)에서 검출된 신호에 대응하는 벤딩값이 입력되어 강판의 형상을 제어하기 때문에, 강판(20)이 제n스탠드(15)를 통과할 때 까지는 그 형상을 판단할 수 없다. 따라서, 단면형상이 불량할 때 이에 대한 교정이 힘들 뿐만 아니라, 강판(20)의 형상이 제n스탠드(15)에 의해서만 제어되기 때문에 벤딩장치(9)가 최대 동작범위까지 작동하는 경우가 자주 발생하여 형상교정능력이 저하되는 원인이 된다. 더구나, 압연 공정중 마지막 스탠드(15)의 두께변동에 따른 압연하중의 변화와 같이 압연하중이 안정되어 있지 않을 경우에는 상기한 하중의 변화가 외란으로 작용하여 벤딩제어를 정확히 할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 압연기의 입력측에 판 단면 형상측정기를 설치하고 각 스탠드의 벤딩장치에 벤딩 설정값을 입력하여 강판의 형상제어능력이 향상된 냉연 압연기의 벤딩제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 벤딩제어방법은 판단면형상 측정값을 입력하고 입력측 판단면의 형상을 분석하여 판단면 형상계수를 구하는 단계와, n개의 스탠드로 이루어진 압연기의 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩과 압연하중에 의한 형상변화를 분석하여 벤딩영향계수 및 압연하중 영향계수를 구하는 단계와, 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤간격 단면형상을 분석하여 롤간격 단면형상 영향계수를 구하는 단계와, 상기한 입력측 판단면 형상분석단계에서 구한 판단면 형상계수와 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤간격 단면형상 분석단계에서 구한 롤간격 단면형상 영향계수를 연산해서 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩 오차를 산출하여 편차값을 구하는 단계와, 제n스탠드의 벤딩변화량을 산출하여 벤딩변화량계수를 구하는 단계와, 상기한 벤딩변화량계수를 연산해서 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩변화 보정계수를 산출하는 단계와, 상기한 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩 오차를 산출하는 단계에서 구한 편차값과 보정계수 산출단계에서 구한 조정계수를 곱셈연산하여 제1∼제(n-1)스탠드 롤벤딩제어 설정값을 출력하는 단계로 구성된다.

도 1은 종래의 냉간 압연기를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 냉간 압연기를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 벤딩제어방법의 신호흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 임의의 스탠드의 압연하중에 의한 형상영향계수를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도.

도 5는 본 발명에 따른 임의의 스탠드의 압연하중에 의한 형상영향계수를 산출하는 방법을 나타내는 흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 각 스탠드의 벤딩설정값을 산출하는 방법을 나타내는 흐름도.

도 7은 본 발명에 따른 압연기 마지막 스탠드의 제어신호처리의 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

101 : 작업롤 102 : 중간롤

103 : 지지롤 104 : 형상측정기

105 : 압연하중 측정기 106 : 두께측정기

107 : 장력측정기 108 : 유압장치

109 : 벤딩장치 110 : 판단면형상 측정기

111∼115 : 스탠드 120 : 강판

도 2는 본 발명에 따른 냉연 압연장치기 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 각 스탠드(111∼115) 위에는 강판(120)을 압연하는 작업롤(101)과, 상기한 작업롤(101)을 지지하는 중간롤(102) 및 지지롤(103)이 셋팅되어 있으며, 강판(120) 하부의 지지롤(103)에는 유압기(108)가 장착되어 상기한 지지롤(103)에 압력을 가하고 있다. 상부의 지지롤(103)에는 압연하중 측정기(105)가 장착되어 강판(120)에 가해지는 하중을 측정한다. 제1스탠드(111)의 입력측, 각 스탠드 사이 및 제n스탠드(115)의 출력측에는 두께측정기(106)가 설치되어 강판(120)의 두께를 측정하며, 각 스탠드 사이에 장력측정기(107)가 설치되어 롤(101)을 통과한 강판(120)의 장력을 측정한다. 또한, 각 스탠드(111∼115)에는 벤딩장치(109)가 설치되어 형상을 제어한다. 제1스탠드(111)의 입력측에는 판 단면형상 측정기(110)가 설치되어, 각 스탠드(111∼115)의 벤딩값을 열연소재의 형상과 각 스탠드별 압연하중의 변화에 따라 제어한다.

상기한 구성의 압연기에서는 압연기 입구측에 판 단면형상 측정기(110)가 장착되어, 제1스탠드(111)에서 제(n-1)스탠드(114)까지의 벤딩장치(109)를 실시간에 제어한다. 이를 위해 사용되는 입력신호들은 판 단면형상 측정신호, 각 스탠드의 벤딩값 및 압연하중값으로 구성된다.

이하, 도 3∼도 7을 참조하여 냉간압연기의 형상제어방법을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 형상제어방법의 신호흐름도를 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 신호들은 측정값 입력(S301)을 통해 얻어진 각 구간별 판단면의 n개 구간의 판 두께값(h₁∼h_n), 압연기 입력측 판단면 형상분석(S302)을 통해 구해진 판단면 형상계수(C_i), 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩에 의한 형상변화분석으로 구한 벤딩영향계수(k_b), 제1스탠드∼제(n-1)스탠드 압연하중에 의한 형상분석으로 구한 압연하중 영향계수(k_r), 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤러 간격 단면 형상분석에 의해 구한 롤러간격 형상영향계수(C_g), 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤러벤딩 오차산출에 의해 구한 편차값(C_em), 제n스탠드 실측 벤딩값(F_bn(t))과 제n스탠드 초기 벤딩값(F_bn(t)) 및 제n스탠드 벤딩변화량 산출에 의해 구한 벤딩변화량계수(C_b), 제1스탠드∼제(n-1)스탠드 벤딩변화 보정계수산출에 의해 구한 보정계수(k_cm)로 구성된다.

제1스탠드(111)∼제(n-1)스탠드(114)의 벤딩에 의한 형상변화 분석공정(S305)과 제1스탠드(111)∼제(n-1)스탠드(114)의 압연하중에 의한 형상변화 분석공정(S307)에서 얻어지는 스탠드(111∼115)의 압연하중 영향계수(k_r) 및 벤딩 영향계수(k_b)를 계산하는 방법을 도 4 및 도 5에 도시했다. 도면에서는 설명의 편의를 위해 임의의 제m스탠드(1≤m＜)를 선정하여 그 방법을 설명한다.

우선, 도 4에 나타낸 바와 같이 정상압연상태에서 제m스탠드의 현재 압연하중(Fr)이 입력되어(S401), 다음의 수학식 1과 같이 압연하중을 소재판과 압연 롤러사이의 접촉면적으로 나주어 판폭조건을 고려한 압연하중(F_rwo)을 계산한다(S402).

여기서, W는 판폭, R은 작업롤(101)의 반경, D는 작업롤(101)의 직경, h는 소재의 두께이다.

강판(120)이 계속 압연됨에 따라 압연하중이 변하게 되는데, 압연하중 분석을 위한 압연하중 변동시험에서 압연의 안정성을 위하여 압연하중값을 800톤을 기준으로 800톤 이상인 경우에는 압연하중의 변화분을 현재값(F_r)의 5％ 이내로 제한하고(S403,S404), 800톤 이하인 경우에는 10％ 이내로 제한한다(S403,S405). 압연하중값을 설정하기 전 초기의 형상(C₀)을 측정하고(S406), 압연하중 설정 후(S407)에 영향을 받는 판이 실제 측정되는 시점을 결정하기 위해 해당 스탠드의 출력 강판속도와 스탠드와 형상측정기(104) 사이의 거리(d_st)를 이용하여 지연시간(T_d)를 계산한다(S408,S409). 재설정후 변경된 압연하중(F_r')에 대하여 판폭을 고려하여 수학식 2와 같이 재계산한다(S410).

이어서, 지연시간(T_d) 후의 형상(C)을 입력하여(S411) 압연하중이 형상에 영향을 미치는 값인 압연하중 영향계수(k_r)를 수학식 3과 같이 계산한다(S412).

압연하중 설정(S207) 대신 벤딩변화설정을 가지고 도 5에 나타낸 바와 같은 방법으로 벤딩변화에 대한 형상영향계수(k_b)를 계산한다. 이때, 상기한 벤딩변화에 의한 형상영향계수(k_b)를 구하는 방법은 도 5에 나타낸 바와 같이 도 4의 압연하중에 의한 형상영향계수를 구하는 방법과 거의 동일하다. 다만, 벤딩변동시험에서 벤딩의 안정성을 위하여 벤딩값을 현재값(F_b)의 5％ 이내로 제한하는 것이 도 4와 다를 뿐이다(S503).

임의의 제m스탠드의 벤딩제어를 위해 입력된 신호 중 압연기 입력측에 설치된 단면형상 측정기(110)의 단면형상 측정값(h₁∼h_n)은 도 3의 입력측 판 단면형상 분석과정(S302)으로 입력된다. 입력측 판 단면형상 분석과정(S302)에서는 입력된 측정값을 이용하여 도 6에 나타낸 바와 같이, 판단면의 최소두께, 최대 두께 및 평균두께를 도출한(S602) 후, 두께편차를 이용해 다음 수학식 4로 판단면 형상값(C_i)을 계산한다(S603).

여기서, h_max와 h_min은 각각 판 단면형상 두께의 최대값과 최소값을 나타내며 h_av는 평균 두께를, σ는 응력계수와 같은 상수를 나타낸다. 이때, 입력측 판단면 형상분석(S302)을 통해 얻어진 판 단면 형상값(C_i)의 단위는 [N/mm²]이다.

제m스탠드의 롤러 간격 단면형상분석(306)을 위해서, 우선 벤딩의 실제값(벤딩력;F_b)을 입력하고(S605), 이 실제값을 도 5의 방법으로 계산된 벤딩변화형상 영향계수(k_b)과 곱셈연산하여 벤딩에 의한 형상변화값(C_b)를 계산한다(S606). 이어서, 제m스탠드의 실제 압연하중값(F_a)을 입력하고(S607), 상기한 실제 압연하중값(F_a)에서 벤딩에 의한 요인과 각 스탠드별 압연하중 특성을 고려하여 수학식 5를 사용하여 압하지수(F_s)를 계산한(S608) 후, 상기한 압하지수(F_s)와 도 4의 방법에 의해 계산된 압연하중 영향계수(k_r)을 곱셈연산하여 압연하중에 의한 형상변화값(C_r)을 계산한다(S609).

여기서, F_m-max는 m스탠드의 최대 압연하중값을 나타낸다.

그후, 제m스탠드의 압연하중에 의한 형상변화값(C_b)과 벤딩력에 의한 형상변화값(C_r)을 두 값이 가지는 상호연관특성에 따라 수학식 6과 같이 연산하여 최종적인 롤러간격 단면변화에 따른 형상변화값(C_g)이 계산된다.

C_g=C_b-C_r

입력측 소재의 판 단면형상과 제m스탠드의 롤간격에 의한 형상변화를 최소화하기 위해 제어되어야할 형상편차값(C_em)은 입력측의 판 단면 형상값(C_i)에서 롤간격단면 형상값(C_r)의 차를 계산함으로써 구할 수 있다(S604). 편차값(C_em)에 대하여 제어필요시점을 판단하기 위하여 마지막 스탠드의 벤딩변화에 따라 벤딩보정계수(k_cm)을 산출할 필요가 있다.

벤딩보정계수(k_cm)를 산출하는 방법을 도 7의 흐름도에 나타내었다. 우선, 형상제어를 시작하여 초기 설정값과 현재 벤딩값이 버퍼에 입력된(S701,S702,S703,S704,S705) 후, 전단계 벤딩값이 버퍼로부터 입력되어(S706) 현재 벤딩값(F_bn(t))과 전단계 벤딩값(F_bn(t-1))을 얻을 수 있다. 벤딩의 변화량(C_b)은 현재 벤딩값(Fbn(t))과 전단계 벤딩값(Fbn(t-1))의 차에 벤딩에 의한 영향계수(k_bn)을 곱하여 구할 수 있다(S707). 이후, 수학식 7과 같이 직렬형 압연기에서 최종적인 판의 형상에 미치는 스탠드의 위치에 따른 보정계수(k_cm)를 산출한다(S508).

제m스탠드에 대한 예측 제어필요성을 결정하기 위해 상기한 벤딩보정계수(K_cm)의 부호와 벤딩오차(C_em)의 부호를 검사하여 상호 보완관계가 있는가를 판단한다(S611). 상호 보완관계, 즉 부호가 동일하면, 보정계수값(k_em)과 벤딩오차값(C_em)을 곱셈연산하여 제어량(F_on)을 결정한다(S612). 상기한 제어량(F_on)은 비례제어기와 적분제어기에 입력되어 비례이득과 적분이득이 설정된(S413) 후, 최종적으로 제m스탠드의 벤딩제어 예측값이 출력된다(S614).

상기와 같이 계산된 벤딩제어 예측값이 예측값이 각 스탠드의 벤딩장치에 입력되며, 각 스탠드의 벤딩장치가 상기한 예측값에 따라 작동하여 강판의 형상이 제어된다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 압연기의 입구측에 설치된 판단면형상 측정기를 이용하여 제1스탠드∼제(n-1)스탠드에 설치된 벤딩장치를 실시간에 제어하여 강판의 형상을 제어하기 때문에, 압연기의 마지막 스탠드에 의해서만 제어를 실시하는 종래의 기술에 비해 마지막 스탠드에서의 제어능력을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 제1스탠드∼제(n-1)스탠드까지의 각 스탠드의 벤딩값을 열연소재의 형상과 각 스탠드별 압연하중의 변화에 따라 제어하기 때문에, 안정된 형상제어가 가능하게 되어 형상의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

판단면형상 측정값을 입력하고 입력측 판단면의 형상을 분석하여 판단면 형상계수(C_i)를 구하는 단계;

n개의 스탠드로 이루어진 압연기의 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩과 압연하중에 의한 형상변화를 분석하여 벤딩영향계수(k_b) 및 압연하중 영향계수(k_r)를 구하는 단계;

제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤간격 단면형상을 분석하여 롤간격 단면형상 영향계수(C_g)를 구하는 단계;

상기한 입력측 판단면 형상분석단계에서 구한 판단면 형상계수(C_i)와 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤간격 단면형상 분석단계에서 구한 롤간격 단면형상 영향계수(C_g)를 연산해서 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩 오차를 산출하여 편차값(C_em)을 구하는 단계;

제n스탠드의 벤딩변화량을 산출하여 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 벤딩변화 보정계수(k_cm)를 산출하는 단계; 및

상기한 제1스탠드∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩 오차를 산출하는 단계에서 구한 편차값(C_em)과 보정계수 산출단계에서 구한 보정계수(k_cm)를 곱셈연산하여 제1∼제(n-1)스탠드의 롤벤딩제어 설정값을 출력하는 단계로 구성된 압연기의 벤딩제어방법.
제1항에 있어서, 상기한 벤딩에 의한 영향계수를 구하는 단계가,

강판에 작용하는 임의의 스탠드의 제1베딩량(F_b1)을 계산하는 단계;

상기한 제1벤딩량(F_b1)에 의한 상기한 스탠드 출구측의 제1형상값(C_b1)을 입력하는 단계;

일정 시간 후 강판에 작용하는 상기한 스탠드의 제2벤딩량(F_b2)을 계산하는 단계;

상기한 제2벤딩량(F_b2)에 의한 스탠드 출구측의 제2형상값(C_b2)을 입력하는 단계; 및

식
에 의해 강판에 작용하는 벤딩에 의한 영향계수를 산출하는 단계로 이루어진 압연기의 벤딩제어방법.
제1항에 있어서, 상기한 압연하중 영향계수를 구하는 단계가,

강판에 작용하는 임의의 스탠드의 제1압연하중을 계산하는 단계;

상기한 제1압연하중(F_r1)에 의한 상기한 스탠드 출구측의 제1형상값(C_r1)을 입력하는 단계;

일정 시간 후 강판에 작용하는 상기한 스탠드의 제2압연하중(F_r2)을 계산하는 단계;

상기한 제2압연하중(F_r2)에 의한 스탠드 출구측의 제2형상값(C_r2)을 입력하는 단계; 및

식
에 의해 강판에 작용하는 압연하중 영향계수를 산출하는 단계로 이루어진 압연기의 벤딩제어방법.
제1항에 있어서, 롤간격 단면형상 영향계수(C_g)를 구하는 단계가,

벤딩량(F_b)를 입력한 후 벤딩영향계수(k_b)와 곱셈연사하여 벤딩영향 형상변화계수(C_b)를 산출하는 단계;

압연하중의 실제값(F_a)을 입력하여 식 F_s=(F_a-F_b)/F_n-max에 의해 압하지수(F_s)를 계산하는 단계;

상기한 압하지수(F_s)를 압연하중 영향계수(k_r)와 곱셈연산하여 압연하중영향 형상변화계수(C_r)를 산출하는 단계; 및

상기한 벤딩영향 형상변화계수(C_b)와 압연하중 형상변화계수(C_r)을 뺄셈연산하여 롤 간격단면 형상영향계수(C_g)을 산출하는 단계로 이루어진 압연기의 벤딩제어방법.
제1항에 있어서, 상기한 벤딩변화 보정계수(k_cm)가 식
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 압연기의 벤딩제어방법.