KR100330434B1 - 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치 - Google Patents

탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치 Download PDF

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Abstract

탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치는 압연 스탠드의 상류측에서 전방 장력을 고려하지 않고 후방 장력을 고려하여 예측한 선진율과, 압연 스탠드의 하류측에서 장력을 고려하지 않고 예측한 선진율을 이용하여 근접한 두 압연 스탠드의 속도 설정값을 계산하고, 그 단계에서 압연 스탠드를 올리는 것에 의해 각 압연 스탠드의 속도 설정값을 계산하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치{PLATE FEEDING SPEED CONTROLLING APPARATUS FOR TANDEM ROLLING MILL}
본 발명은 탠덤 압연기에서 이송되는 판재의 속도를 제어하는 장치에 관한 것이다.
열간 탠덤 압연기에서, 압력롤 사이에 갭의 목표값과 압연기 속도 목표값은 소망의 판재두께, 판재폭 및 압연재 온도를 얻기위하여 압력재의 특성 및 압연조건을 고려하여 계산되어지고, 이것은 초기값으로서 설정된다. 이러한 처리는 설정계산기능에 의해 실행되어진다.
도 4에서는 종래의 탠덤 압연기 설정계산기능의 개요를 설명한다. 압연재(1)는 연속으로 배치된 일련의 압연 스탠드(2a, 2b, 2c, ---, 2n)를 통하여 연속적으로 이송되어지고, 압연처리되어진다. 압연 스탠드(2a, ---, 2n)는 롤 갭 조정장치(3a, 3b, 3c,---, 3n)와 함께 제공되어진다. 압연 스탠드(2a, ---, 2n)의 압력롤은 각각 전기모터(4a, 4b, 4c, ---, 4n)에 의해 회전되도록 구동되어진다. 전기모터(4a, ---, 4n)의 속도는 압연기의 미리 결정된 속도를 얻기위하여 속도 제어기(ASR)(5a, 5b, 5c, ---, 5n)에 의해 제어되어진다. 스탠드사이에서 압연재의 장력을 제어하는 각각의 루퍼(6a, 6b, 6c, ---, 6n)는 두 압연 스탠드사이에서 제공되어진다. 루퍼(6a, 6b, 6c, ---, 6n)는 압연재(1)의 장력을 측정하기 위하여 각각 장력 미터기(7a, 7b, 7c, ---, 7m)와 함께 제공되어진다. 설정계산장치(9)는 설정실시장치(8)를 통해 속도 제어기(5a, ---, 5n)에 속도 명령을 제공한다. 설정계산장치(9)는 매시간 주어지는 압연조건 및 압연재의 폭과 두께의 목표 값대로 각 압연 스탠드의 롤 갭 목표값과 롤 속도 목표값을 계산한다. 롤 속도 목표값은 설정실시장치(8)를 통하여 제어기(5a, ---, 5n)에 속도 명령으로 공급되어진다. 롤 갭 목표값은 설정실시장치(8) 및 설명되지 않은 신호장치를 통해 롤 갭 조정장치(3a, ---, 3n)에 공급되어진다.
설정계산장치(9)에 의해 실행되는 설정계산의 절차는 도 5에서 설명되어진다. 일반적으로 열간압연에서는, 먼저 최종 압연 스탠드의 출구측에 압연재의 온도를 소망의 값(블록 502)으로 설정하기 위해서 피벗(기준)으로 작용하는 압연 스탠드의 롤 속도를 계산한다. 일반적으로, 최종 압연 스탠드는 피벗 스탠드로서 설정되어진다. 반면에, 설정계산의 시작으로는 압연하중의 예측계산이 실행되어지고, 압연하중의 예측값은 각 압연 스탠드(블록 504)에 배분되어진다. 또한, 각 압연 스탠드의 출구측 판재 두께가 계산되어지고(블록 506), 그런후 선진율(先進率)이 계산되어진다(블럭 508). 이러한 계산결과를 참고로 하여, 각 압연 스탠드의 질량유량(=폭×두께×속도=단위시간당 재료의 이동량)이 일정하게 되도록 각 압연 스탠드의 속도를 계산한다(블록 510). 설정계산에 필요한 압연하중, 출구측 판재 두께, 선진율 및 속도는 서로 영향을 주고, 블록 504 - 510을 포함하고 점선에 의해 표시되는 블록(503)의 경우에는 수렴계산(convergence calculation)이 실행되어진다. 각 압연 스탠드의 속도를 계산한 후에는, 각 압연 스탠드의 압연 갭이 계산되어지고(블록 512), 설정계산이 종료하게 된다.
이와같이 실행된 설정계산에서는, 모델등을 기초로 하여 예측계산이 실행되기 때문에 오차가 발생될 수 있다. 상기 오차를 제거하기 위해서는 자동 판재 두께제어와 장력제어를 위한 루퍼제어 및 냉각수에 의한 압연재의 온도제어등이 실행되어져야 하고 또한 압연처리 개시후에는 외란의 영향을 제거해야 한다.
상기에서 기술된 설정계산에서는 각 압연 스탠드의 전방 장력 및 후방 장력이 목표값을 나타내도록 정상상태로 가정해야 한다. 이러한 경우에는, 상류측에 배치된 압연 스탠드에서의 질량유량이 하류측에 배치된 압연 스탠드에서의 질량유량보다 작아지게 되는 그런 상태를 야기하게 된다. 그 결과, 압연 스탠드사이의 장력은 대부분 크게 증가되어진다. 이러한 이유는 하기에서 설명되어진다.
일반적으로 선진율은 전방장력과 후방장력에 영향을 받을뿐만 아니라 압하율에 의해 크게 영향을 받는다. 일반론에 기초하면, 선진율은 수학식 1과 같이 모델화 될 수 있다.
여기서 i는 압연 스탠드 번호, fi는 선진율, tfi는 전방장력, tbi는 후방장력, Kmi는 압연재변형저항, ri는 압하율, hi는 출구측 판재 두께, Hi는 입구측 판재 두께, αfi, βfi, afi, bfi는 양의 계수이다.
스탠드 속도 VRi-1은 질량유량이 일정하기 때문에 선진율(fi)을 이용하여 하기 수학식 2에서 계산되어진다.
즉, 각 압연 스탠드에서 출구측 판재 두께(hi)가 결정되어지고, 기준 압연 스탠드(피벗 스탠드)에서의 속도(VRi)가 결정되면, 상류측에 위치하는 (i-1)번째 스탠드에 속도(VRi-1)가 결정되어진다. 일반적으로 목표값으로서 최종 스탠드의 출구측 압연재의 온도를 설정하는 속도는 피벗 스탠드에 속도로서 선택된다.
도 6은 압연재(1)가 압연 스탠드(2b)에서 나온후 다음 압연 스탠드(2c)에 물리기전 상태를 나타낸 것으로, 스탠드(2b)의 출구측 압연재 장력, 즉 스탠드(2b)의 전방장력(tf2)은 tf2=0이 된다. 이경우 스탠드(2b)에서 압연재의 선진율(f2)은, 수학식 1에 의하면, 전방 장력이 작용할때의 선진율보다 작아진다. 그래서, 전방 장력이 작용되지 않을때의 스탠드 '2b'와 '2c'사이의 압연재 속도(Vs1)는 전방 장력이 작용될때의 스탠드 '2b'와 '2c'사이의 압연재 속도(Vs2)보다 작아진다.
그러나, 종래의 설정계산에서는 전방 장력이 작용될때의 스탠드 사이의 압연재 속도(Vs2)를 이용하기 때문에, 압연재 속도는 판재 이송후에 실제 속도(Vs1)보다 크게 평가되어진다. 스탠드(2b)의 전기모터의 속도는 더욱 작은 값으로 설정된다. 그 결과, 판재가 이송된 후에는 스탠드사이의 장력이 크게 증가한다. 장력이 너무 커지면, 판재 두께는 더욱 얇게 되어지고, 판재 폭은 더욱 작아져 그결과 고품질의 압연재를 얻기 힘들어진다. 또한, 만일 품질이 저하되면, 과잉장력에 의하여 압연재가 파단되고 그결과 안정된 작업을 저해할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기에서 기술된 문제점을 해결하기 위하여 판재 이송시 장력상태에서 선진율을 정확히 예측하고 높은 정확성의 판재 이송속도를 설정할 수 있는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 관점에 따르면, 상류측 및 하류측에 배치된 압연 스탠드의 속도 설정값을 계산하는 경우에는, 판재 이송속도 제어장치가 상류측 압연 스탠드에서 전방 장력의 고려없이 후방 장력만을 고려하여 예측된 선진율과 하류측 압연 스탠드에서 장력을 고려하지 않고 예측된 선진율을 이용하여 두 압연 스탠드용 속도 설정값을 계산하는 설정계산장치를 포함한다.
이러한 구성에서는, 판재의 이송시 장력상태를 정확히 고려하는 것에 의해 선진율을 예측하고 속도 설정값을 계산하기 위하여 선진율을 이용하기 때문에 균형된 질량유량을 가지는 최적조건의 속도를 설정할 수 있고, 압연재의 최선단부에서 전체길이까지 높은 품질을 가지는 제조품을 얻을 수 있다.
이러한 판재 이송속도 제어장치에서는, 후방 장력 목표값이 후방 장력으로 사용될 수 있다.
판재 이송속도 제어장치는 판재가 이송된 후 압연 스탠드사이에 장력의 설정값과 설정계산장치에서 사용된 장력값의 차이를 기초로한 선진율의 오차로부터 속도보정값을 출력하고, 속도명령을 보정시키는 제 1 속도보정장치를 더 포함할 수 있다.
판재 이송속도 제어장치는 또한, 제 1 속도보정장치를 대신하여, 압연 스탠드사이에서 제공되는 루퍼의 루퍼각도가 루퍼 각도 목표값에 일치할때 압연 스탠드사이 거리에 해당하는 속도보정값을 출력하고, 속도명령을 보정하는 제 2 속도보정장치를 더 포함한다.
판재 이송속도 제어장치에서는, 제 1 속도보정장치에 의해 계산된 속도보정값은 제 2 속도보정값에 의해 계산된 속도보정값과 가산되어지고, 이 가산된 값은 속도명령 보정값으로 사용되어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적에 따르면, 판재 이송속도 제어장치는 판재 이송후에 상기 압연 스탠드사이에 장력 측정값을 분류하고 저장하여, 다음 압연재의 압연조건과 조합하여 다음 압연재의 장력을 예측하는 장력예측장치; 서로 인접한 상기 두 압연 스탠드의 상류측 압연 스탠드에서 전방 장력의 영향을 고려하지 않고 상기 장력예측장치에 의해 예측된 후방 장력의 영향을 고려하여 예측된 선진율과, 하류측 압연 스탠드에서 장력의 영향을 고려하지 않고 예측된 선진율을 이용하여 속도설정값을 계산하는 설정계산장치; 및 상기 속도설정값에 기초하여 속도명령을 상기 속도 제어기에 공급하는 설정실시장치를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 위한 판재 이송속도 제어장치를 도시하는 구성도;
도 2는 본 발명에서 사용된 장력값 테이블의 구성의 예를 도시하는 개념도;
도 3은 루퍼각도에 대한 재료의 길이증가를 도시하는 설명도;
도 4는 종래의 판재 이송속도 제어장치를 설명하는 구성도;
도 5는 설정계산의 일반적인 처리흐름을 도시하는 플로우챠트; 및
도 6은 압연재의 판재 이송상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제 1 실시예는 하기에서 설명되어진다.
우선, 도 1에서는, 도 4에 도시된 종래의 판재 이송속도 제어장치의 설정실시 장치(8)와 설정계산장치(9)와는 다른 기능을 가지는 설정실시장치(8a)와 설정계산장치(9a)를 구비한 판재 이송속도 제어장치를 나타낸다. 제 1 실시예의 특징은 도 4에서 도시된 설정실시장치(8)와 설정계산장치(9)가 각각 설정실시장치(8a)와 설정계산장치(9a)로 대체되는 것이다.
설정계산장치(9a)는 판재가 이송될때 장력상태를 고려하여 각 압연 스탠드의 속도 설정값을 계산한다. 구체적으로는, 속도 설정값은 서로 근접한 두 압연 스탠드의 상류측 압연 스탠드에서 전방 장력을 고려하지 않고 후방 장력만을 고려하여 예측된 선진율과, 하류측 압연 스탠드에서 장력의 영향을 고려하지 않고 예측된 선진율을 이용하여 계산되어진다. 설정실시장치(8a)는 이 속도 설정값을 설정하면서 속도 제어기(5a, ---, 5n)에 속도명령을 제공하고, 속도 제어기(5a, ---, 5n)는 각각 속도명령대로 전기모터(4a, ---, 4n)를 구동한다.
다음에는, 후방 장력은 고려하고 전방 장력은 고려하지 않은 선진율 이용하여 속도를 설정하는 방법이 도 6에서 설명되어진다. 도 6에서는 스탠드(2c)가 피벗 스탠드로서 i번째 스탠드로 형성되고, 스탠드(2b)는 (i-1)번째 스탠드로 형성되어진다. 도 6을 다시 참조하면, 압연재(1)의 최선단부는 스탠드 2b와 2n사이에서 존재하고, 스탠드 2b와 2c사이의 장력은 0이 된다. 그러면, 압연재가 i번째 스탠드에 물려질때 선진율은 i번째에서 전후방 장력이 0이되고 (i-1)번째에서는 단지 후방 장력만이 적용되는 상태로 주어진다.
따라서, 수학식 3으로 표현되는 등식이 성립된다.
각 스탠드의 출구측 판재 두께(hi, hi-1)는 수학식 3을 이용하여 결정되어지고, 만일 i번째 스탠드의 속도(VRi)가 주어지면, (i-1)번째의 속도(VRi-1)가 결정되어질 수 있다.
수학식 3에서 실제 압연처리일때는 계수 βi-1의 값이 불명확한 경우가 많다. 그래서, 이 계수 βi-1의 값은 조정 파라미터로 사용되어진다.
수학식 3에서 후방 장력의 값이 tbi-1이면, 후방 장력 목표값은 실제 측정값을 대신하여 사용되어질 수 있다.
또한 설정계산장치(9)에서 이용되는 장력을 예측하기 위한 장력예측장치(10)가 제공될 수 있다. 판재가 이송될때, 장력은 설정계산에서 오차와 같은 영향으로 나타나는 목표값의 값이 되고, 어떤 경우에는 루퍼 제어의 응답이 필요하지 않다. 이러한 경우에는, 장력예측장치(10)는 장력 테이블에 저장된 미리 측정된 장력 데이타와 압연조건에 대응하여 매 시간마다 적절한 장력예측값을 출력한다. 장력 테이블은 압연재의 폭 및 두께, 강의 종류 및 온도와 같은 다수의 압연조건하에서 압연된 판재가 이송된 후에 압연 스탠드 사이에서 장력을 측정하고, 상기 압연조건에 따라 분류된 장력의 측정값을 테이블에 배열하고 저장하는 것에 의해 만들어진다.
도 2는 장력 측정값이 저장된 장력 테이블의 한 예를 도시한다. 이 테이블은 각 압연 스탠드에서 제공되어진다. 이 테이블에서 장력측정값이 저장되어지지만, 일반적으로 장력측정값은 압연재마다 측정되어지고 여과되어진 후에 저장되어진다. 예를들면, 강종류, 판재 두께 구분, 판재 폭 구분 및 장력값(T)이 그 안에서 주어지고, 압연된 결과로서, 판재 이송후에 장력값(T1)이 주어진다. 이때 테이블을 갱신하는 값은, 갱신하기전에 장력값이 Told이고 갱신후에 장력값이 Tnew라면, 수학식 4에 의해 얻어진다.
여기서, a는 평활게인이고 0에서 1까지의 값으로 설정된다.
도 2에서 장력값을 참조하면, 다음 압연재의 조건을 조합하여 장력값을 산출하는 것에 의해 다음 압연재의 장력값을 예측할 수 있고, 장력 목표값을 사용하는 경우와 비교하여 고정밀의 선진율을 예측할 수 있다.
도 4에 도시된 장치에서는 속도보정장치(11)를 포함한다. 속도보정장치(11)는 하나의 제 1 속도보정장치(12)를 포함할 수 있고, 또는 두개의 제 1 속도보정장치(12)와 제 2 속도보정장치(13)를 포함할 수 있다.
도 4에서는, (i-1)번째 스탠드(2b)에 압연재가 맞물려진후 스탠드(2b)에서 후방 장력(tbi-1)을 측정하고, 실제 측정된 장력값을 이용하여 속도를 설정한다. 속도보정장치는 하기 수학식 5로 속도 보정량 △VRi-1 M을 계산한다.
수학식 3에서 후방 장력이 tbi-1일때 (i-1)번째 스탠드의 속도보정량을 VRi-1 0으로 하면, 이 속도 보정량은 수학식 5와 같이 된다.
반면에, 판재 이송후에 측정된 후방 장력이 tbi-1 ACT이면, (i-1)번째 스탠드 속도보정량(VRi-1 M)은 수학식 6으로 표현된다.
이 보정량은 (i-1)번째 스탠드에 첨가되고, 또한 상류측 스탠드에서 일정한 질량유량을 유지하기 위해서 연속적으로 속도보정량을 부가하는 것이 요구된다.
압연재가 물려진 후에 장력 측정값이 안정되지 않으면, 상정 타이밍을 지연시키고 여과하는 처리가 필요하다.
다음으로는 제 2 속도보정장치(13)가 사용되는 실시예가 설명되어진다.
루퍼는 일반적으로 열간압연라인상에 배치되어진다. 도 3에 도시되는 것처럼, 압연재(1)가 스탠드(2b)에 맞물려진 후, 루퍼(6a)가 상승되고, 압연재도 상승된다. 도 3에 도시되는 바와같이, 서로 근접하는 한쌍의 압연 스탠드(2a, 2b)사이의 거리를 가정하면, 압연재(1)와 루퍼(6a)가 접촉하는 점(C)을 경유한 AC+CB의 거리는 수평라인(14)의 일직선 거리(AB)보다 더 길어진다.
그러나, 도 3에서 도시되는 바와같이, 설정계산장치(9)는 서로 인접한 압연 스탠드에서 질량유량이 일정하게 되도록 속도를 계산하기 때문에, 루퍼에 의한 압연재의 길이 증가분은 고려하지 않는다.
이 증가분은 일반적으로 루퍼제어에 의해 보상되지만, 과잉장력 상태를 피하고 루퍼제어를 쉽게 도울 수 있기 위해서는 루퍼각도가 쉽게 상승될 필요가 있다.
이러한 경우에는, 제 2 속도보정장치(13)가 압연재(1)의 스탠드사이의 길이 증가분을 얻는데, 즉, 루퍼각도 목표값 θ*을 얻는 경우에서 루퍼양(L)은 일정시간(△TL)에 대한 루퍼 양(L)에 대응하는 속도보정양(△VL)을 출력하고, 그때 제 2 속도보정양(△V2)을 얻을 수 있고, 설정계산장치(9)에 의해 계산된 속도설정값을 보정할 수 있다.
L = AC + CB - AB
제 1 속도보정장치(12)와 제 2 속도보정장치(13)는 서로 독립적인 속도보정양을 계산하여 출력하고, 도면에서 도시된 바와같이 두 장치를 구비하는 판재 이송속도 제어장치에서는, 각 속도보정양의 합계를 속도보정장치(11)에 출력보정양으로 사용될 수 있다.
상기한 바와같이, 본 발명에서는 판재 이송시의 장력상태를 정확히 고려하여, 선진율을 예측하고 속도설정값의 계산에 사용하여, 질량유량 밸런스와 최적의 속도설정이 가능하고, 판재의 최선단부에서 전체길이까지 양호한 품질의 제품을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Claims (6)

  1. 연속적으로 배열된 일련의 압연 스탠드를 구비하면서, 상기 일련의 압연 스탠드를 통하여 연속적으로 압연재를 이송하고 압연재를 압연시키도록 각 롤의 회전속도를 제어하는 속도 제어기를 각각 포함하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치에 있어서,
    두 압연 스탠드의 상류측 압연 스탠드에서 전방 장력을 고려하지 않고 후방 장력만을 고려하여 예측된 선진율과 하류측 압연 스탠드에서 장력을 고려하지 않고 예측된 선진율을 이용하여 서로 인접한 상기 두 압연 스탠드의 속도설정값을 계산하고, 그런 후 상기 압연 스탠드의 장소를 이동하여 상기 각 압연 스탠드의 속도 설정값을 계산하는 설정계산장치 및
    속도 제어기에서 상기 설정계산장치에 의해 계산된 속도설정값을 공급하는 설정실시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    후방 장력값은 후방 장력 목표값인 것을 특징으로 하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    판재가 이송된 후에 상기 압연 스탠드사이에서 장력의 설정값과 상기 설정계산장치에서 사용되는 장력값의 차이를 기초로한 선진율의 오차로부터 속도보정값을 출력하고, 속도명령을 보정하는 제 1 속도보정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연 스탠드사이에서 제공되는 루퍼의 루퍼각도가 루퍼각도 목표값과 일치할때 상기 압연 스탠드사이의 거리에 해당하는 속도보정값을 출력하고, 속도명령을 보정하는 제 2 속도보정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    판재가 이송된 후 상기 압연 스탠드사이에서 장력의 설정값과 상기 설정계산장치에서 사용되는 장력값의 차이를 기초로한 선진율의 오차로부터 속도보정값을 계산하는 제 1 속도보정장치 및
    상기 압연 스탠드사이에서 제공되는 루퍼의 루퍼각도가 루퍼각도 목표값과 일치할때 상기 압연 스탠드사이의 거리에 해당하는 속도보정값을 계산하는 제 2 보정장치를 포함하고,
    여기서 상기 제 1 속도보정장치에 의해 계산되는 속도보정값은 상기 제 2 속도보정장치에 의해 계산되는 속도보정값과 가산되고, 속도 명령은 가산된 값을 기초로하여 보정되는 것을 특징으로 하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치.
  6. 연속적으로 배열된 일련의 압연 스탠드를 구비하면서, 상기 일련의 압연 스탠드를 통하여 연속적으로 압연재를 이송하고 압연재를 압연시키도록 각 롤의 회전속도를 제어하는 속도 제어기를 각각 포함하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치에 있어서,
    압연재 이송후에 상기 압연 스탠드사이에 장력 측정값을 분류하고 저장하여, 다음 압연재의 압연조건과 조합하여 다음 압연재의 장력을 예측하는 장력예측장치;
    서로 인접한 상기 두 압연 스탠드의 상류측 압연 스탠드에서 전방 장력의 영향을 고려하지 않고 상기 장력예측장치에 의해 예측된 후방 장력의 영향을 고려하여 예측된 선진율과, 하류측 압연 스탠드에서 장력의 영향을 고려하지 않고 예측된 선진율을 이용하여 속도설정값을 계산하는 설정계산장치; 및
    상기 속도설정값에 기초하여 속도명령을 상기 속도 제어기에 공급하는 설정실시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 압연기용 판재 이송속도 제어장치.
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