KR100354208B1 - 연연속 압연에서의 판두께제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속압연에서 강판의 두께편차를 제어하는 방법에 있어서, 두께차가 크게 형성된 용접부가 압연기를 통과시에 신속한 두께제어가 가능하며, 장력을 낮추어 강판의 파단을 방지할 수 있는 연연속 압연에서의 판두께제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 연속압연에서 강판의 두께편차를 제어하는 판두께제어방법에 있어서, 롤포스 자동판두께제어장치의 판두께제어를 잠시 중단하는 자동판두께제어장치의 제어중단단계와 압연기에 설정된 제어이득을 조정하는 조정단계를 포함하며, 상기 제어중단단계는 용접부의 위치가 파악된 곳에서부터 압연기의 상하부 워크롤까지의 거리를 강판의 진행속도로 나누어 용접부가 압연기에 도달하는 시각을 Ti로 하고, 용접부가 압연기에 도달하기 전에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단시키는 시점에서 용접부가 압연기에 위치할 때까지의 시각을 Δ T로 하였을 때, 2 Δ T동안 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단하며, 상기 제어이득의 조정단계는 첫 번째 압연기에서 마지막 압연기까지의 제어이득을 0.7±0.07와 0.5±0.05 및 0.3±0.03으로 단계적으로 제어이득값을 낮추어 설정하는 것을 특징으로 하는 판두께제어방법이 제공된다.

Description

연연속 압연에서의 판두께제어방법
본 발명은 연속압연에서 강판의 두께편차를 제어하는 방법에 관한 것이며, 특히, 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차가 큰 경우에도 원활한 연속압연작업이 수행될 수 있도록 장력을 낮추는 판두께제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열간압연에서 가장 많이 사용되고 있는 자동판두께제어로는 롤포스(Roll Force) 자동판두께제어장치(AGC : Automatic Gage Controller)가 있다.
도 1은 롤포스 자동판두께제어장치의 블록도이다.
압연기의 워크롤(Work Roll)에 가해지는 압연하중 P 와 목표하중 PO 를 비교하여 그 편차가 일정범위를 넘게되면 다음 수학식으로 계산된 롤 갭(Roll Gap)만큼 두 롤의 갭을 조절하는 방식이다.
ΔSRF=-a⋅ΔP/M=-a⋅(P-PO)/M
수학식 1에서 압연하중 P 와 목표하중 PO 의 편차 ΔP 를 롤의 강성 M 으로 나눈 ΔP/M 은 압연하중 편차에 의해 생기는 압연기의 탄성변형량, 즉 롤 갭의 변화량이다. 이런 롤 갭의 변화량은 곧바로 강판두께의 변화량으로 나타난다. 그러므로 강판두께의 변화는 ΔP/M 량과 비례하게 된다.
그리고, 상기 수학식에서 a 는 다른 두께제어기의 하나인 피드백(Feedback) 자동판두께제어장치와의 제어량 배분율이다. 각각의 압연기에는 롤포스 자동판두께제어장치와 압연 완료된 강판의 두께를 측정한 데이터를 이용하는 피드백 자동판두께제어장치가 함께 사용되어 롤의 갭을 제어하므로 이런 두 제어기의 특성에 따라 제어량 배분율 a 를 적용하고 있다.
이와 같은 롤포스 자동판두께제어방식으로 압연기의 상하부 워크롤의 갭의 제어값 ( ΔSRF )이 산출되고, 이 산출값을 실제 상하부 워크롤에 적용하는데에는 각각의 압연기의 특성에 따라 설정된 제어이득상수를 산출값에 곱하여 상하부 워크롤의 갭을 제어한다. 여기서 제어이득은 롤포스 자동판두께제어장치를 실제로 사용함에 있어서 압연설비의 특성에 따라 판두께편차를 최소화시키기 위해 각 압연기별로 설정된 상수를 말한다.
이와 같은 롤포스 자동판두께제어장치와 피드백 자동판두께제어장치를 이용하는 롤 갭 제어방식은 강판의 두께를 수십 ㎛범위 내에서 제어한다.
선행코일강판과 후행코일강판을 용접하여 압연하는 연연속 압연에서의 두께제어에 대하여 상세히 설명하겠다.
도 2는 6개의 압연기로 구성된 열간 압연기의 구조와 제어기의 구조를 나타낸 개략도이고, 도 3a, 3b, 3c는 연연속 압연에 따른 선행코일강판과 후행코일강판의 용접부 부근에서의 압연현상을 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로서 연연속 압연이 아닌 한 강판씩 압연하던 방법에서 사용되던 제어이득을 사용한 상태의 결과이다.
선행코일강판과 후행코일강판을 용접한 용접부는 선행코일강판의 두께와 후행코일강판의 두께에 따라 두께차가 수 mm 발생한다.
연연속 압연에서는 선행코일강판의 압연이 완료되는 동시에 후행코일강판의 압연이 시작되기 때문에 선행코일강판과 후행코일강판의 두께 및 성분이 다르면 압연기의 롤 갭이나 압연속도 등의 설정치가 달라지게 된다.
따라서 이미 선행코일강판의 설정치에 의해 운전중이던 압연기는 후행코일강판의 진입과 동시에 후행코일강판의 압연조건에 맞는 롤 갭 및 압연속도로 조정하여야 한다.
이와 같은 설정치 조정은 용접부가 제 1 번 압연기에서 제 6 번 압연기까지 이동하는 도중에 용접부가 각 압연기에 도달하는 순간에 이루어진다.
그런데 선행코일강판은 장력평형상태로 압연되다가 용접부가 압연기에 진입하여 갑작스럽게 설정치를 조정하면서 장력이 변화하게 되고, 압연기에 작용하는 압연하중 또한 대단히 크게 변화하게 된다.
선행코일강판의 두께편차를 장력평형상태에서 수십 ㎛범위 내에서 제어하던 롤포스 자동판두께제어장치의 제어방식으로는 두께차가 수 mm 발생하는 용접부를 제어할 수 없게 된다. 왜냐하면, 롤포스 자동판두께제어장치의 제어방식은 압연하중과 목표압연하중의 차에 의해 제어하기 때문에 대단히 큰 압연하중의 변화가 발생하는 순간에는 제어할 수 없기 때문이다.
도 3a는 두께차가 크게 형성된 용접부가 압연기를 통과할 때 발생하는 장력을 도시하고 있으며, 도 3b는 시간이 지남에 따라 변화되는 제품의 두께를 도시하며, 도 3c는 루퍼의 각도 θ를 도시하고 있다.
두께 2.21mm의 선행코일강판과 2.3mm의 후행코일강판의 용접부가 용접점검출기(30)에서 감지되어 제 1 번 압연기(1)에 이르는 시각은 약 2.5초이며, 이 때, 최고장력은 평균장력에 약 5배가되는 약 50 N/mm2 까지 증가한다. 또한 후행코일강판이 압연기에 진입하여 후행코일강판의 두께제어에 소요되는 시각은 약 3.5초가 필요하다.
그리고, 루퍼의 각도 θ는 루퍼의 움직임을 나타낸다. 강판에 장력이 일정하게 유지되면 루퍼의 각도는 일정하며 장력이 불균일하면 루퍼의 각도 또한 불균일하다.
한편, 용접부가 각각의 압연기를 통과할 때의 장력은 최고장력으로 발생된다. 이러한 장력의 급격한 증가로 용접부 또는 그 근처에 파단이 발생할 수 있다.
또한, 후행코일강판의 두께제어가 실시되는 시각이 약 3.5초이므로, 강판진행속도에 따라 약 3.5초동안 강판의 두께제어가 이루어지지 못한다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 큰 두께차의 용접부가 압연기를 통과시에 신속한 두께제어가 가능하며, 장력을 낮추어 강판의 파단을 방지할 수 있는 열간 연연속 압연에서의 판두께제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 롤포스 자동판두께제어장치의 블록도이고,
도 2는 6개의 압연기로 구성된 열간 압연기의 구조와 제어기의 구조를 나타낸 개략도이고,
도 3a, 3b, 3c는 종래의 기술에 따른 한 강판씩 압연하던 방법에서 사용되는 제어이득을 이용하여 실시한 연연속 압연에 따른 용접부 부근에서의 압연상태를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 연연속 압연에서의 판두께제어장치의 제어를 잠시 중단하는 시각을 도시한 개략도이며,
도 5a, 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어이득을 변경한 연연속 압연에서의 판두께제어방법에 따른 용접부의 압연상태를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 ~ 6 : 압연기 21 : 상부 워크롤
22 : 하부워크롤 30 : 용접점검출기
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 연속압연에서 강판의 두께편차를 제어하는 판두께제어방법에 있어서, 롤포스 자동판두께제어장치의 판두께제어를 잠시 중단하는 자동판두께제어장치의 제어중단단계와 압연기에 설정된 제어이득을 조정하는 조정단계를 포함하며, 상기 제어중단단계는 용접부의 위치가 파악된 곳에서부터 압연기의 상하부 워크롤까지의 거리를 강판의 진행속도로 나누어 용접부가 압연기에 도달하는 시각을 Ti로 하고, 용접부가 압연기에 도달하기 전에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단시키는 시점에서 용접부가 압연기에 위치할 때까지의 시각을 Δ T로 하였을 때, Ti에서 Δ T를 뺀 시각에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단시키고, Ti에 Δ T를 더한 시각에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 시작하는 단계로서, 용접부가 압연기를 지나갈 때, 2 Δ T동안 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단하며, 상기 제어이득의 조정단계는 첫 번째 압연기에서 마지막 압연기까지의 제어이득을 0.7±0.07와 0.5±0.05 및 0.3±0.03으로 단계적으로 제어이득값을 낮추어 설정하는 것을 특징으로 하는 판두께제어방법이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 열간 연연속 압연에서의 판두께제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 연연속 압연에서의 판두께제어장치의 제어를 잠시 중단하는 시각을 도시한 개략도이고, 도 5a, 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 연연속 압연에서의 판두께제어방법에 따른 용접부의 압연상태를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4 또는 도 5a, 5b에 도시된 바와 같이, 롤포스 자동판두께제어장치의 두께제어를 잠시 중단하는 자동판두께제어장치의 제어중단단계와, 용접부에 가해지는 장력을 낮추기 위해 압연기에 설정된 제어이득을 조정하는 제어이득조정단계를 포함한다.
상기 제어중단단계는 제 1 번 압연기(1) 선단에 설치된 용접점검출기(30)는 용접부의 전방에 형성된 천공을 감지하여 용접부의 위치를 파악한 후, 용접부의 위치가 파악된 곳에서부터 제 1 번 압연기(1)의 상하부 워크롤(21, 22)까지의 거리를 강판의 진행속도로 나누어 용접부가 압연기에 도달하는 시각을 Ti로 하였을 때, Δ T는 용접부가 압연기에 도달하기 전에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어가 중단되는 시점에서 용접부가 압연기에 위치하는 시점까지의 시각이며, 용접부가 압연기를 통과하여 Δ T의 시각이 지났을 때, 롤포스 자동판두께제어장치의 제어가 다시 시작된다.
따라서, 용접부가 압연기를 지나갈 때, 롤포스 자동판두께제어장치는 2 Δ T만큼 제어를 중단한 후, 다시 롤포스 자동판두께제어장치의 제어가 시작되면서, 후행코일강판의 판 두께를 수십 ㎛범위 내에 제어한다.
제어이득조정단계는 표 1에 도시된 바와 같이 제 1 번 압연기에서 제 6 번 압연기까지 설정된 제어이득을 점차적으로 낮춤으로써, 용접부가 각각의 압연기를 통과할 때, 용접부에 가해지는 장력을 낮춘다.
[실시예]
도 5a는 두께차가 크게 형성된 용접부가 압연기를 통과할 때 발생되는 장력을 도시하며, 도 5b는 시간이 지남에 따라 변화되는 제품의 두께, 즉 후행코일강판의 두께제어에 소요되는 시각을 도시하고 있다.
선행코일강판의 두께가 2.21mm이고 두께가 2.3mm의 후행코일강판을 용접하여 18.5m/sec의 강판진행속도로 강판이 진행하였을 때, 용접부 검출위치로부터 제 1 번 압연기(1)의 상하부 워크롤(21, 22)까지 도달하는 시각은 도 5b에 도시된 것과 같이 약 2.5초이다.
Δ T를 0.5초로 설정하였을 때, 롤포스 자동판두께제어장치의 제어중지는 약 2초에서 중지되고 약 3초에서 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 다시 시작한다.
또한, 제 1 번부터 제 6 번 압연기(1 ~ 6)까지 설정되는 제어이득의 가장 양호한 실시값은 여러번의 시험적 실시에 의해 결정한다. 이런 시험적 실시에 의해 얻어진 가장 양호한 제어이득값은 표 1에 도시되어 있으며, 표 1과 같은 제어이득으로 설정된 압연기로 표 2와 같은 압연조건으로 압연하였을 때, 최고장력은 약 32 N/mm2 이다.
앞서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 열간압연 연연속압연의 판두께제어방법에 의하면, 통상적인 압연에서 사용되는 제어이득과 본 발명의 연연속압연에서 설정된 제어이득을 표 1에서 비교하고 있다.
압연기 번호 1 2 3 4 5 6
통상의 압연방법에서 사용되는제어이득 0.7 0.7 0.7 0.7 0.4 0.4
본 발명의 연연속 압연방법에서 사용되는 제어이득 0.7 0.7 0.5 0.5 0.3 0.3
이와 같은 제어이득의 조정으로 본 발명의 제어이득과 통상의 압연에서 사용되는 제어이득을 사용함에 따라 용접부 부근에 발생하는 장력을 도 3a와 도 5a를 비교하여 설명하겠다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 통상의 압연에서 사용되는 제어이득을 이용하여 연연속압연을 할 경우에서의 최고 장력은 약 50 N/mm2 이며, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어이득을 사용하는 경우에는 최고 장력이 약32 N/mm2 이다.
그럼으로써, 용접부 또는 그 근처에서의 파단을 방지할 수 있다.
다음은 롤포스 자동판두께제어장치에 의한 판두께제어 되는 시점을 도 3b와 도 5b를 비교하여 설명하겠다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 통상의 압연방법에서는 2.5초에 용접부가 압연기에 진입하여 6초에 판두께제어가 시작되어, 3.5초동안 판두께제어가 이루어지지 않는다. 그러나 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압연방법에서는 2.5초에 용접부가 압연기에 진입하여 4.9초에 판두께제어가 시작되어 2.4초동안 판두께제어 시각이 필요로 한다.
따라서, 통상의 압연방법보다 본 발명의 압연방법은 약 1.1초 빨리 판두께를 제어할 수 있다.
강판진행속도가 18.5m/sec에서 약 1.1초는 20.35m의 강판길이이다.
통상의 압연방법과 본 발명의 압연방법을 비교하기 위해 사용된 기본 압연조건은 다음 표 2와 같다.
이와 같이 본 발명의 압연방법에 의하면, 용접부의 장력을 낮출 수 있으며, 판두께제어를 신속하게 할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 판두께제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

  1. 연속압연에서 강판의 두께편차를 제어하는 판두께제어방법에 있어서,
    롤포스 자동판두께제어장치의 판두께제어를 잠시 중단하는 자동판두께제어장치의 제어중단단계와, 압연기에 설정된 제어이득을 조정하는 제어이득조정단계를 포함하며,
    상기 제어중단단계는 용접부의 위치가 파악된 곳에서부터 압연기의 상하부 워크롤까지의 거리를 강판의 진행속도로 나누어 용접부가 압연기에 도달하는 시각을 Ti로 하고, 용접부가 압연기에 도달하기 전에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단시키는 시점에서 용접부가 압연기에 위치할 때까지의 시각을 Δ T로 하였을 때, Ti에서 Δ T를 뺀 시각에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단시키고, Ti에 Δ T를 더한 시각에 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 시작하는 단계로서, 용접부가 압연기를 지나갈 때, 2 Δ T동안 롤포스 자동판두께제어장치의 제어를 중단하며,
    상기 제어이득의 조정단계는 첫 번째 압연기에서 마지막 압연기까지의 제어이득을 0.7±0.07와 0.5±0.05 및 0.3±0.03으로 단계적으로 제어이득값을 낮추어 설정하는 것을 특징으로 하는 판두께제어방법.
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