KR100328928B1 - Apparatus and method for measuring meandering of strip in hot rolling using load cells - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열간압연 공정의 사상압연 입측(FM1 : 1st Finishing Mill)으로부터 출측(FM7 : 7th Finishing Mill)까지 강판의 사행(蛇行 : Meandering)을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring meandering of a steel sheet from the finishing rolling entry (FM1: 1st Finishing Mill) (FM7: 7th Finishing Mill) of the hot rolling process.
일반적으로 열간압연 공정은 가열로에서 가열된 슬라브(Slab)를 사용하여 조 압연(Roughing Mill)을 거쳐서 사상압연(Finishing Mill)에서 원하는 두께와 폭을 갖는 강판(Strip)으로 압연한 후, 냉각기를 거쳐서 열연 강판을 만드는 공정이다. 상기 사상압연은 열연 강판의 품질을 결정하는 부분인데, 이곳에서 제어 불량에 따른 현상으로는 판 두께 불량, 폭 불량, 형상 불량, 강판 꼬임 등의 현상이 발생한다.In general, the hot rolling process is performed by using a slab heated in a furnace to roll a strip having a desired thickness and width from a finishing mill through a roughing mill, and then a cooler. It is the process of making hot rolled steel sheet. The finishing rolling is a part for determining the quality of the hot rolled steel sheet. Here, the phenomenon according to the poor control occurs such as plate thickness defects, width defects, shape defects, and twisting of the steel sheet.
한편, 상기와 같은 열연 제어에 있어서 중요한 요소로는 판의 흐름을 제어하는 것이다. 여기서 판의 흐름이 저해되면 사행으로 발전되어 품질에 큰 장애요소가 되므로 판의 흐름의 정도인 통판성을 제고시키기 위하여 사상압연의 각 압연기(Finishing Mill)사이에 루퍼(Looper)를 설치한다. 상기 루퍼는 판의 흐름에서 보면 버퍼(Buffer)의 역할을 하여 강판이 압연과 동시에 원활하게 진행할 수 있게 도와주고 있다. 그리고 상기 루퍼에 있어서는 강판에 작용하는 장력을 측정하는 것이 중요하다.On the other hand, an important factor in the hot rolled control as described above is to control the flow of the plate. In this case, when the flow of plate is hindered, it develops in meandering and becomes a big obstacle to quality. Therefore, a looper is installed between finishing mills of finishing rolling in order to improve the flowability, which is the degree of plate flow. The looper acts as a buffer in the flow of the plate to help the steel sheet to progress smoothly at the same time as the rolling. In the looper, it is important to measure the tension acting on the steel sheet.
종래에 있어서는 사행을 방지하기 위하여 상기 장력을 계산함에 있어서, 루퍼를 구동하는 전동기의 전류값을 가지고 수학적인 모델인 수식에 의하여 계산을한다.In the related art, in calculating the tension to prevent meandering, the current value of the electric motor driving the looper is calculated by a mathematical model.
그런데, 상기 종래의 장력 측정방법에 있어서는 단순한 수식에 의해 장력을 계산하기 때문에 루퍼 시스템이 가지는 여러 가지 상황, 즉 외란, 순간적인 조업 조건의 변화 등을 고려하지 못하며, 수식 모델이 가지는 한계인 오차가 항상 존재하게 되고, 전동기의 입력이 전류값이므로 이는 조업이 정상상태와 순간적인 부하가 걸리는 과도 상태와의 장력 변화치를 얻기 어려울 뿐만 아니라 강판에 걸리는 장력을 전체적으로 추정하는 방식이므로 강판의 사행을 판단하는 것은 불가능하기 때문에 종래의 계산에 의한 강판에 작용하는 장력을 측정하는 방식은 부적합하며, 강판의 사행을 판단할 수 없다는 문제점이 있었다.However, in the conventional tension measuring method, since tension is calculated by a simple equation, various situations of the looper system, that is, disturbance, instantaneous change in operating conditions, etc., are not considered, and an error which is a limit of the mathematical model is It is always present, and since the input of the motor is a current value, it is not only difficult to obtain the tension change value between the normal state and the transient state under the momentary load, but also to estimate the tension of the steel plate. Since it is impossible to measure the tension acting on the steel sheet by the conventional calculation, there is a problem that the meandering of the steel sheet cannot be determined.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 강판의 양단의 장력의 불균형으로 인하여 통판성이 저해되고 나아가 사행으로 발전하는 것을 방지하기 위하여 강판의 양단의 장력을 측정하여 운전원이 강판의 사행의 정보에 의해 조기에 조치함으로써 사행을 방지하고 통판성을 향상시킬 수 있는 로드 셀을 이용한 열간압연에 있어서 강판의 사행 측정장치 및 측정방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the operator is measured by measuring the tension of both ends of the steel plate in order to prevent the plateability is impaired due to the unbalance of the tension of both ends of the steel plate and further developed into meandering It is an object of the present invention to provide a meander measuring apparatus and a measuring method of a steel sheet in hot rolling using a load cell that can prevent meandering and improve mail flow through early action based on information.
도 1은 본 발명에 의한 열간압연 루퍼 시스템 및 사행 측정장치의 구성도1 is a block diagram of a hot rolling looper system and a meander measuring device according to the present invention
도 2는 본 발명에 의한 사행 측정장치의 평면도2 is a plan view of the meander measuring apparatus according to the present invention
도 3은 본 발명에 의한 사행 측정장치의 측면도Figure 3 is a side view of the meander measuring device according to the present invention
도 4는 본 발명에 의한 사행 측정장치의 신호 입력도4 is a signal input diagram of the meander measuring device according to the present invention
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 루퍼 보조 구동축의 작용도5a and 5b is an operation of the looper auxiliary drive shaft according to the present invention
도 6은 본 발명에 의한 강판의 사행 측정방법도Figure 6 is a meander measurement method of the steel sheet according to the present invention
도 7은 본 발명에 의한 강판의 사행 측정방법의 예시도Figure 7 is an illustration of a meandering measuring method of the steel sheet according to the present invention
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
101 : 강판(Strip) 102 : 롤 (Roll)101: strip 102: roll
103 : 루퍼 팔(Looper Arm) 104 : 루퍼 구동 축103: Looper Arm 104: Looper Drive Shaft
105 : 루퍼 구동 전동기 106 : 로드 셀(Load Cell)105: looper drive motor 106: Load Cell
107 : 루퍼 보조 구동축 201 : 인코더(Encoder)107: Looper auxiliary drive shaft 201: Encoder
301 : 아날로그 입력 보드 302 : 디지털 입력 보드301: analog input board 302: digital input board
303 : 신호 분석기303: Signal Analyzer
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 열간압연 공정의 사상압연의 각 압연기 사이에 설치되고, 통과하는 강판(101)을 그 폭방향을 따라 상향 지지하는 롤(102)과, 상기 롤(102)을 루퍼 팔(103)을 통해 지지하는 루퍼 구동 축(104)과,상기 루퍼 구동축(104)을 회동시켜 상기 롤(102)을 상하향 구동시키는 루퍼 구동 전동기(105)로 구성된 루퍼 시스템에 있어서, 상기 좌우 양단의 루퍼 팔(103)의 1/2 지점에 각각 장착되는 로드 셀(106)과; 상기 루퍼 구동 축(104)에 장착되는 인코더(201)와; 상기 좌우측 로드 셀(106)로부터 측정된 장력값(T1,T2)을 각각 입력받고, 상기 인코더(201)로부터 측정된 루퍼 각도(Θ)를 입력받아 상기 강판(101)의 사행 정도를 측정하는 신호 분석기(303)를 포함하여 구성된 강판의 사행 측정장치를 제공한다.In order to achieve the said subject, this invention is provided between each rolling mill of finishing rolling of a hot rolling process, The
즉, 사상압연의 압연기 사이에 있는 열연 루퍼 시스템의 루퍼 롤을 지지하는 좌우 양단의 루퍼 팔(Arm)에 각각 로드 셀을 장착하고, 이 양단의 장력값을 직접 측정하여 보다 정확한 장력값을 얻으며, 이를 이용하여 루퍼 팔의 양단에 작용하는 장력값의 차이를 비교함으로써 강판의 사행을 측정 및 판단함을 원리로 한다.That is, the load cells are mounted on the looper arms of the left and right ends supporting the looper rolls of the hot rolled looper system between the finishing mills, and the tension values at both ends are directly measured to obtain more accurate tension values. The principle is to measure and determine the meandering of the steel sheet by comparing the difference in the tension values acting on both ends of the looper arm using this.
도 1은 본 발명에 의한 열간압연 루퍼 시스템 및 사행 측정장치의 구성도이다. 사상압연의 압연기 사이의 루퍼에 강판(101)이 통과한다. 상기 강판(101)은 롤(102)에 의하여 받쳐져서 다음 압연기로 통과하는데, 상기 강판(101)과 롤(102)간에 작용하는 장력을 측정하기 위하여 각 루퍼 팔(103)의 1/2 지점에 로드 셀(106)을 설치한다. 상기 로드 셀(106)은 두 개를 사용하여 좌우 양단의 루퍼 팔에 각각 설치한다. 상기 로드 셀(106)을 많이 설치하면 비용이 많이 들고 이를 정비하는 데 인력이 많이 소요되므로, 좌우 양단의 루퍼 팔에 한 개씩 최소한 두개를 설치한다. 상기 설치 위치는 루퍼 팔의 1/2 지점이 적당하다. 이는 루퍼 전동기(105)의 출력을 강판(101)에 전달하고 강판(101)과 롤(102)간의 장력을 측정하는데 있어서 기계적으로 적합한 위치이다.1 is a block diagram of a hot rolling looper system and a meander measuring apparatus according to the present invention. The
도 2는 본 발명에 의한 사행 측정장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 사행 측정장치의 측면도이다. 여기서 루퍼 구동축(103)의 아래에 작은 루퍼 전동기로 큰 출력을 낼 수 있도록 루퍼 보조 구동축(107)을 90°로 장착하여 작은 용량의 루퍼 전동기(105)로 큰 출력을 낼 수 있도록 설계되어 있다. 이는 같은 전동기의 출력일 경우 보조 구동축(107)을 사용하면 전동기의 용량을 축소할 수 있으므로 대단히 경제적이다.2 is a plan view of the meander measuring apparatus according to the present invention, Figure 3 is a side view of the meander measuring apparatus according to the present invention. Here, the looper
이를 예를 들어 설명하면, 도 5a에서 루퍼 구동축(104)을 회동시켜 롤(102)을 상하향 구동시키는 루퍼 전동기(도면 미도시)와 강판(101)이 1 대 1로 직접 맞물려 있고, 롤(102)과 루퍼 구동축(104)간의 거리가 L, 전동기 효율이 0.7인 경우, 전동기의 용량은 마력(HP)으로 환산하면 다음 수학식 1과 같다.For example, in FIG. 5A, the looper motor (not shown) and the
반면에 도 5b에서 루퍼 보조 구동축을 사용한 경우에 강판(101)과 루퍼 전동기(도면 미도시)가 90°로 맞물려 있고, 롤(102)과 루퍼 구동축(104)의 거리가 L이며, 구동축(104)과 루퍼 보조 구동축(107)의 거리도 L인 경우에 전동기의 용량을 마력(HP)으로 환산하면 다음 수학식 2와 같다.On the other hand, when the looper auxiliary drive shaft is used in FIG. 5B, the
따라서 상기 수학식 1과 수학식 2를 비교해 보면, 축의 길이 L에 해당하는 값만큼 수학식 1의 경우가 전동기 용량이 증가하고, 수학식 2의 경우는 전동기의 용량이 감소한다. 따라서 수학식 2의 경우가 전동기의 가격이 낮아지므로 보다 경제적이다. 여기서 루퍼 보조 구동축(107)은 본 발명의 필수적인 요소는 아니며, 루퍼 구동축(103)과 루퍼 전동기(105)가 직접 1 대 1로 맞물려서 작용해도 무방하다.Accordingly, when comparing
도 4는 본 발명에 의한 사행 측정장치의 신호 입력도이다. 본 발명에 의한 강판(101)의 사행 측정장치에서 루퍼 팔의 로드 셀(106)로부터 출력되는 강판(101)에 작용하는 장력을 신호분석기(303)의 내부에 내장되어 있는 아날로그 입력보드(301)로 입력된다. 또한 루퍼의 위치를 검출하기 위하여 루퍼 팔(103)을 구동하는 구동축(104)의 한쪽 끝에 인코더(201)를 장착한다. 상기 인코더(201)는 정밀한 루퍼 위치를 측정하기 위하여 광학 절대형(Optical Absolute Type)을 사용하였고, 12 bit 분해능을 갖는 인코더이다. 상기 인코더(201)에서 출력되는 값은 디지털 값이므로 이를 신호 분석기(303)에 입력하기 위하여 디지털 입력 보드(302)를 사용하였다. 상기 신호 분석기(303)는 범용의 산업용 컴퓨터(PC)를 사용하였는데, 상기 신호 분석기(303)는 로드 셀(106)의 출력인 장력값과 인코더(201)의 출력인 루퍼 위치값을 가지고 강판(101)의 사행 정도를 측정 및 분석을 한다.4 is a signal input diagram of a meander measuring apparatus according to the present invention. In the meander measuring apparatus of the
도 6은 본 발명에 의한 강판(101)의 사행 측정방법도이다. 도 6에서 강판(101)에 작용하는 요소는 다음과 같다.6 is a meander measurement method diagram of the
F1 : 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수직력F1: vertical force acting on the left side of the
F2 : 강판(101)의 오른쪽에서 작용하는 수직력F2: vertical force acting on the right side of the
σ1 : 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수평력sigma 1: horizontal force acting on the left side of the
σ2 : 강판(101)의 오른쪽에서 작용하는 수평력sigma 2: horizontal force acting on the right side of the
T1 : 루퍼 팔의 왼쪽 로드 셀(106)에 측정되는 장력T1: Tension measured on the
T2 : 루퍼 팔의 오른쪽 로드 셀(106)에 측정되는 장력T2: tension measured on the
Θ : 루퍼 구동축(104)의 인코더(201)에서 측정되는 루퍼 각도Θ: looper angle measured by
도 6에서 삼각형법에 의하여 강판(101)에 작용하는 힘들의 관계를 나타내면 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같다.In FIG. 6, the relationship between the forces acting on the
따라서, 수학식 4를 다시 쓰면 다음의 수학식 5 및 수학식 6과 같다.Therefore, Equation 4 is rewritten as Equation 5 and Equation 6 below.
상기 수학식 5와 수학식 6에서 구한 σ1과 σ2를 표준화(Normalize)한다. 상기와 같이 표준화를 하는 이유는 각 설비마다 기계적인 사양과 환경이 다르므로 σ1과 σ2를 특정 값이 아닌 설비에 맞게 값을 튜닝하기 위해서이다. 상기 표준화의 결과는 다음의 수학식 7 및 수학식 8과 같다.Normalize
상기 수학식 7과 수학식 8에서In Equations 7 and 8
σ1nor : 표준화된 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수평력sigma 1nor: horizontal force acting on the left side of the
σ2nor : 표준화된 강판(101)의 오른쪽에서 작용하는 수평력σ2nor: horizontal force acting on the right side of the
maxσ1 : σ1 의 최대값maxσ1: the maximum value of σ1
maxσ2 : σ2 의 최대값maxσ2: the maximum value of σ2
이다. 상기 수학식 7과 수학식 8에서 다음의 수학식 9 및 수학식 10이 유도된다.to be. In Equations 7 and 8, the following Equations 9 and 10 are derived.
상기 수학식 9와 수학식 10에서 Θ는 0°에서 60°까지의 범위를 갖는다.In Equations 9 and 10, Θ ranges from 0 ° to 60 °.
한편, 강판(101)이 왼쪽 혹은 오른쪽으로 사행하는 정도의 측정은 상기 수학식 7과 수학식 8의 차이로부터 구할 수 있다. 즉, 강판(101) 사행 판정 지수MD(Meandering)는 다음의 수학식 11과 같다.On the other hand, the measurement of the degree to which the
상기 수학식 11을 다시 쓰면 다음의 수학식 12와 같다.Rewriting Equation 11 is equal to Equation 12 below.
상기 수학식 12의 의미를 살펴보면 다음의 표 1과 같다.Looking at the meaning of Equation 12 is shown in Table 1 below.
따라서, 상기 표 1에서 보듯이 강판(101)은 수학식 11과 수학식 12의 강판(101) 사행 판정 지수 MD가 '0'에 가까울수록 안정적으로 압연기를 통과함을 나타내고, 통판성의 양호를 의미한다. 반면에 강판(101) 사행 판정 지수 MD가 '1' 또는 '-1'에 가까울수록 강판(101)이 왼쪽 또는 오른쪽으로 사행이 강하게 일어남을 알 수 있다.Therefore, as shown in Table 1, the
상기에서 기술한 것을 예를 들어 설명하면, 루퍼 팔의 왼쪽의 로드 셀(106)에 측정되는 장력이 4.330[N/㎟]이면 수학식 9로부터 다음의 수학식 13과 같이 된다.If the above-mentioned description is given by way of example, if the tension measured in the
여기서 Θ는 0°일 때 cosΘ 가 최대(cos0°= 1)가 되므로 상기 수학식 13으로부터 다음의 수학식 14가 유도된다.Since Θ is the maximum (cos0 ° = 1) when Θ is 0 °, the following equation (14) is derived from equation (13).
한편, 대개의 경우 maxσ2 ≒ maxσ1 이므로, 상기 수학식 12로부터 다음의 수학식 15가 유도된다.On the other hand, since in most cases maxσ2 ≒ maxσ1, the following equation (15) is derived from the above equation (12).
도 7은 본 발명에 의한 강판(101)의 사행 측정방법의 예시도이다. 도 7은 수학식 13을 σ1과 σ2의 범위를 0 에서 4.330 까지로 하여, 즉 0 <= σ1 <= 4.330, 0 <= σ2 <= 4.330에서 강판(101) 사행 판정 지수를 3 차원으로 표시한 것이다.7 is an exemplary view of a meandering measuring method of the
따라서 본 발명에 의하면 사상압연(FM)의 루퍼의 양단에 로드 셀을 장착하여 장력을 직접 측정함으로써 강판의 사행을 측정하여 이를 사전에 방지할 수 있으므로 강판의 통판성을 향상시킬 수 있고, 부가적으로 루퍼 시스템의 장력 제어를 가능하게 하는 매우 획기적인 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, the load cell is mounted on both ends of the looper of filament rolling (FM) to measure the tension directly by measuring the tension of the steel sheet, thereby preventing the slippage in advance, thereby improving the flowability of the steel sheet. This has a very significant effect on the tension control of the looper system.
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