KR100348661B1 - 냉간압연시 압하배분율 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간압연시에 압연기의 스탠드별로 가하는 압하율을 결정하는 방법에 관한 것으로서, 연속냉각압연기의 압연조건에 관한 데이타를 입력하고 계산하여 판온도가 설정온도보다 높을 경우 각 스탠드별 압하배분율을 변경하는 압하배분율 결정방법에 있어서, 총 압하율(γ_total)이(H₁: 열연코일의 두께, H_f: 최종제품의 두께)를 만족하면서, γ_j ^*= α₁γ_j(j : 최고온도에 도달한 스탠드) --- A, γ_i ^*α₂γ_i(i : j를 제외한 나머지 스탠드) --- B (0.93<α₁<0.96 이고, 1.01<α₂<1.03)에 의해 각 스탠드별 압하율을 자동으로 배분함으로써 냉각설비의 설치 또는 교체 없이도 쉽게 히트 스크래치의 발생을 방지할 수 있어 경비절감과 함께 제품의 신뢰성을 높이는 냉간압연시 압하배분율 결정방법이다.

Description

냉간압연시 압하배분율 결정방법

본 발명은 냉간압연시에 압연기의 스탠드별로 가하는 압하율을 결정하는 방법에 관한 것으로서, 특히 히트 스크래치(Heat Scratch)방지를 위하여 압연기의 각 스탠드에 적절히 가하는 냉간압연시 압하배분율 결정방법에 관한 것이다.

일반적으로 4 내지 5개의 압연기로 구성된 연속냉간압연기에 있어서 압하배분출의 결정, 즉 각 스탠드에 작용되는 부하의 배분은 압연작업의 가장 기본적인 문제점임에도 불구하고 이것을 구하는 합리적인 방법은 아직까지 확립되어 있지 않다. 따라서 지금까지 통상적으로 행해지고 있는 압하배분율 결정방법을 보면, 장기간의 압연작업 실직과 압연작업자의 경험 그리고 작업자의 느낌을 기초로 시행착오를 반복하여 압하배분율을 결정하던가, 압연소재의 단위 중량당 필요한 압연 에너지를 연신률의 함수로서 나타내 그래프로 표시되는 파워커브를 기초로 압하배분율을 개략적으로 계산하는 방법중의 하나를 사용하고 있다.

그러나 이와같은 종래의 경험에 의한 압하배분을 결정방식에 의존한 압연은 스탠드별로 부하배분이 적절치 못하여 특정 스탠드에 항상 과부하가 걸린다거나, 압연하중의 과다로 인한 히트 스크래치 발생 등의 문제점이 야기된다.

히트 스크래치는 압연중 과부하에 의해 룰의 표면에 발생되는 흠집을 의미하며, 작업롤에 히트 스크래치가 발생하게 되면, 롤에 접촉하게 되는 압연판의 표면으로 홈이 전사(Printing)되어 제품의 표면결함을 유발하게 된다고 하는 결점이 있다.

냉간압연판은 최종제품으로서 수요자에게 공급되는 경우가 대부분이므로 표면결함은 품질을 저하시키는 치명적인 결함이 되며, 따라서 판표면의 결함을 줄이기 위해서는 히트 스크래치 발생을 적극적으로 억제해야만 한다.

히트 스크래치의 발생은 압연중 과부하에 의해 작업롤과 압연판이 접촉하는 부위의 온도가 급격히 높아져서 순간적으로 판의 표면이나 롤의 표면이 상대편에 융착되는 소위 점착력(Adhesion) 현상에 의해 발생된다고 알려져 있다. 실제의 압연작업 데이타를 근거로 발표된 문헌에 따르면 통상의 냉간압연에서 압연판의 온도가 180℃ 이상으로 상승하게 되면 히트 스크래치가 발생된다고 한다. 따라서 히트 스크래치의 발생을 막기 위해서는 압연중 압연판의 온도가 히트 스크래치 발생온도보다 높지 않도록 관리해야 한다.

그러므로 냉각방법으로 히트 스크래치의 발생을 저지할 수 있으며, 압연판의온도를 낮추는 가장 간단한 방법으로는 압연시 냉각수량을 충분히 공급할 수 있도록 냉각설비를 증가시키는 것이다. 그러나 이러한 방법은 기존의 냉각설비를 개조해야만 하는 부수적인 설비보완과 설치에 따른 압연작업의 지연을 초래하여 경제적인 면에서 적절하치 못한 방법이라고 할 수 있다.

본 발명은 상기한 실정은 감안하여 히트 스크래치와 발생원인인 과부하를 줄이고자 발명한 것으로서, 별도의 냉각설비 투자없이 압연기의 스탠드별로 적절히 압하가 가해지도록 압하의 배분을 결정하는 냉간압연시 압하배분율 결정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 냉간압연시 압하배분율 결정방법은 연속냉각압연기의 압연조건에 관한 데이타를 입력하고 계산하여 판온도가 설정 온도보다 높을 경우 각 스탠드별 압하배분율을 변경하는 압하배분율 결정방법에 있어서 총 압하율(γ_total)이(H₁: 열연코일의 두께, H_f: 최종제품의 두께)를 만족하면서, 하기 식(A), (B)을 만족하도록 압하율을 배분하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 0.93< α₁<0.96 이고, 1.01<α₂<1.03 이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명 압하배분율 결정방법에 대하여 상세하게설명한다.

제 1 도는 본 발명 압하배분율 결정방법의 절차를 나타낸 순서도, 제 2 도는 냉각압연중 압연판의 온도변화를 나타낸 그래프로서, 압연시에는 급격히 온도가 상승하며, 스탠드간의 이송시에는 냉각되는 것을 볼 수 있다. 우선 압하배분율을 조정하기 전에 압연판의 온도가 히트 스크래치를 발생시킬 만큼 높은 온도까지 상승되는지를 판단해야 한다. 이러한 온도 판단을 위해 열전달이론식을 이용하여 압연 및 냉각과정에서의 압연판의 온도를 계산해 보았다.

일반적으로 압연중에는 압연판의 온도가 상승하게 되며, 이때 압연중 압연판으로 전달되는 열에너지는 압연판과 롤간의 마찰에너지 Q_f와 압연판의 소성변형 에너지 Q_d의 합인 Q가 되며, 이들은 각각 다음과 같은 식으로 표시된다.

여기서 η_fη_d: 보정계수

η_c: 마찰열이 압연판에 전달되는 비율

μ: 마찰계수

P _m: 평균압연압력

k_m: 평균변형저한

V_s: 롤과 소재의 상대속도

h_i,h_o: 압연기 입·출측 판두께

h_m: 압연역에서의 평균판두께

t_R: 압연시간을 각각 나타낸다.

한편, 식(1)의 열에너지에 의한 압연판의 온도상승량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

여기서 ρ는 밀도이고,

C_P는 비열이다.

따라서 압연이 완료된 시점에서의 압연판의 온도T _rol은 초기의 온도에 식(4)에서 계산된 온도상승량을 합한 다음의 식으로 표현된다.

여기서T _ini는 압연전의 압연판 온도를 나타낸다.

한 스탠드에서 압연이 완료된 압연판은 다음 스탠드로의 이송도중에 대기중에서 냉각되므로 이를 수식으로 표현하면 다음과 같이 된다.

여기서T _cool: 냉각된 압연판의 온도

T _nb: 대기온도

h_c: 이송중 냉각에 대한 평균열전달계수

t_a: 이송시간을 각각 나타낸다.

상기 식(6)으로 부터 구해진 공냉후의 압연판의 온도는 다음 스탠드에서의 압연중의 온도를 구하는 식(5)에서의T _ini값으로 사용되며, 모든 스탠드에 대해 식(5)와 식(6)을 사용하언 압연판의 온도를 구한 후 다음의 조건이 만족되는 지를 검토한다.

상기 식(7)은 압연판의 최고온도가 히트 스크래치 발생온도인 180℃와 비교해 보아 히트 스크래치가 발생하는 지를 판단하는 기준이 된다. 만약, i스탠드에서 압연판의 온도가 180℃를 넘게되면 i스탠드의 압하율은 줄이고, 다른 스탠드의 압하율은 증가시켜 주어야 한다. 이때 각 스탠드의 압하율이 변하더라도 총압하율 γ_total은 다음의 조건이 만족되어야 한다.

즉, 최종 스탠드에서의 총압하율은 제품의 목표두께를 맞추어야 된다는 조건이다.

여기서 H₁은 열연 코일의 두께이고,

H_f는 최종제품의 두께이다.

상기한 식(1)로 부터 식(8) 까지와 압연판의 온도변화식과 압연이론식 등을 풀면 원하는 압하배분율 즉, 각 스탠드의 압하배분율을 체계적으로 구할 수 있다.그러나 압하배분율 결정을 위한 여러단계의 로직들을 이용하여 실제로 계산을 행하는 경우에는 계산량이 상당히 많고, 절차도 까다로워서 수계산하는 것이 대단히 힘들므로 컴퓨터를 사용하여 계산을 하면 좋다. 또한 컴퓨터를 사용하는 프로그램을 일단 만들어 두면 어떠한 사양의 압연기, 강종, 그리고 제품 사이즈(size)에 대해서도 입력데이타를 변경함으로써 간단하게 단시간에 필요로 하는 결과를 얻을 수 있게 된다.

제 1 도는 본 발명 압하배분율 결정방법의 절차를 나타낸 순서도로서, 우선 S₁단계에서는 압하배분율 계산에 필요로 하는 데이타를 입력한다. 다음으로 S₂단계에서는 셋업계산(기본입력데이타의 계산)을 수행하며, 이어 S₃단계에서는 S₂단계에서 구해진 기본입력데이타를 기준으로 압하배분율을 변경할 것인지를 판단하고 S₄단계에서 셋업모델에서 계산된 각 스탠드의 온도중 최고온도가 180℃를 넘는지를 판단하는데, 본 발명의 히트 스크래치를 방지하기 위한 압하배분율의 결정방법에서는 히트 스크래치 발생온도를 180℃로 설정하였으므로 판온도가 180℃를 넘는지를 판단하지만 이 단계의 설정온도는 180℃로 한정되는 것은 아니다.

상기 S₄단계에서의 판단결과 판온도가 180℃ 보다 높으면 S₃단계로 진행하여 각 스탠드별로 압하배분율을 변경한 후 S₂단계로 돌아가고, 판온도가 180℃ 보다 높지않은 경우는 S₅단계로 진행하여 계산결과를 출력하고 압하배분율 진행절차를 종료한다.

상기 S₄단계에서 각 스탠드별로 배분하는 압하배분율은

여기서, * 표시는 새로 설정된 압하배분율에서의 각 스탠드별 압하율이며, 0.93<α₁<0.96 이고, 1.01<α₂<1.03 이다.

또한 변경된 각 스탠드의 압하율은 상기 식(8)을 만족하도록 미세조정을 해주어야 하며, 식(8)을 만족시키기 위한 미세조정에서의 우선대상 스탠드는 첫번째 스텐드로 하였다. 첫번째 스탠드를 미세조정 스탠드로 정한 이유는 일반적으로 첫번째 스탠드에는 여러가지 자동두께제어장치(Automatic Gage Controller)가 갖추어져 있어서 약간의 압하율 변화가 있더라도 최종제품의 판두께에 미치는 영향이 가장 적을 것으로 판단되기 때문이다.

그런데 만약 첫번째 스탠드에서의 압연판의 온도가 설정온도 180℃를 넘게되는 경우에는 미세조정의 스탠드를 두번째 스텐드로 하였다.

실시예

하기 표1에 나타낸 실제의 압연데이타를 이용하여 5개의 스탠드로 구성된 연속냉간압연 설비에서 본 발명의 압하배분율 결정방법으로 각 스탠드별로 압하배분율 하고 압연을 실시, 그 결과를 기존의 방법과 비교하여 제 3 도에 나타냈다.

제 3 도에 있어서 (가),(나),(다)는 스탠드별 압연판의 최고온도, 압하율, 그리고 압연하중을 각각 나타낸 것으로, 점선은 종래 압하배분율의 경우이고, 실선은 본 발명의 방법에 의해 자동으로 압하배분율이 변경되어 계산된 압연변수의 값을 나타낸 것이다.

제 3 도로 부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이 기존의 압하배분율로 압연을 할 경우에는 세번째 네번째 스탠드에서와 압연판의 온도가 히트 스크래치를 일으키는 임계온은도인 180℃를 상회하게 되는데 반해, 본 발명 히트 스크래치 발생방지 압하배분율 결정방법에 의하면 자동으로 세번째 네번째 스탠드의 압하율이 감소되고 다른 스탠드의 압하율은 증가되어 모든 스탠드에서 임계온도보다 낮은 온도로압연이 됨을 알 수 있다.

또한 제 3 도(다)로 부터는 압하율의 변경에 따라 압연하중도 함께 달라짐을 알 수 있다.

따라서 본 실시예의 결과로 부터 냉각효율을 바꾸기 위한 설비의 설치 또는 교체 없이도 단지, 본 발명 방법에 의한 스탠드별 압하율의 수정만을 통해 쉽게 히트 스크래치치의 발생을 방지할 수 있으므로 경비절감과 함께 제품의 신뢰성이 높아지는 장점이 있다.

제 1 도는 본 발명 압하배분율 결정방법의 절차를 나타낸 순서도

제 2 도는 냉간압연중 압연판의 온도변화를 나타낸 그래프

제 3 도 (가)(나)(다)는 각각 스탠드별 압연판의 최고온도, 압하율, 압연하중을 종래의 경우와 본 발명의 경우를 비교하여 나타낸 그래프이다

Claims (2)

1. 연속냉각압연기의 압연조건에 관한 데이타를 입력하고 계산하여 판온도가 설정온도보다 높을 경우 각 스탠드별 압하배분율을 변경하는 압하배분율 결정방법에 있어서,

   총 압하율(γ_total)이(H₁: 열연코일의 두께, H_f: 최종제품의 두께)를 만족하면서, 하기 식(A), (B)을 만족하도록 압하율을 배분하는 것을 특징으로 하는 냉간압연시 압하배분율 결정방법

   여기서, 0.93<α₁<0.96 이고, 1.01<α₂<1.03 이다.
2. 제 1 항에 있어서, 설정된 판온도가 180℃인것을 특징으로 하는 냉간압연시 압하배분율 결정방법.