KR100354214B1 - 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간압연 공장에서 압연기의 주기 전동기의 속도를 효과적으로 변경함으로써 연연속 압연시에 용접부가 압연기를 통과하는 시점에서 발생되는 비정상적인 압연상태를 최소화할 수 있는 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 열간 연연속 압연을 하기 위해 필요한 압연속도의 설정치로서 용접부 x가 통과중인 스탠드를 i 라고 하고 이미 용접부가 통과한 스탠드를 j 로 표기하면, 용접점이 i 스탠드에 도달했을 때 변경해 주어야 할 j 스탠드의 압연속도 설정치는 에 의해 변경된다. 그리고, 압연속도 설정치는 용접부가 압연기에 도착하는 순간부터 정해진 압연속도로 일정시간 동안 서서히 변화시키는 램프형(ramp) 압연속도 변화방식에 의해 변경되는 것이 양호하다.

Description

열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법

본 발명은 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법에 관한 것이며, 특히, 열간압연 공장에서 압연기의 주기 전동기(main motor)의 속도를 효과적으로 변경함으로써 연연속 압연시에 용접부가 압연기를 통과하는 시점에서 발생되는 비정상적인 압연상태를 최소화할 수 있는 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법에 관한 것이다.

열간압연 공정에서 연연속 압연이라 함은, 한 코일의 압연이 종료되면 다음 코일을 압연하던 기존의 방식과는 달리, 압연중인 판의 후단부와 다음에 압연하게될 압연판의 선단부를 용접시켜 연속으로 압연을 하는 방식이다. 이런 연연속 압연을 실시하게 되면 쉼 없이 압연을 할 수 있으므로 생산성을 대폭 향상시킬 수 있고, 기존의 압연방식에서 고질적으로 발생되던 압연판의 선,후단부에서의 품질불량을 크게 줄일 수 있다. 또한, 압연유의 사용량을 높여서 작업롤과 압연판 사이의 마찰을 줄여주게 되면 고압하 압연이 가능해지므로, 기존에는 냉간압연으로만 생산이 가능하던 두께 1.0mm 이하의 극박판까지도 생산할 수 있게 되어 경제적인 효과가 대단히 크다.

그러나, 연연속 압연을 하기 위해서는 압연 도중에 롤갭과 압연속도를 변경해야 하는 어려움이 뒤따른다. 이것은 연연속 압연을 하기 위해 두 개의 판을 용접했을 때 용접부를 전후한 압연판의 조건, 즉 제품의 두께나 판폭 혹은 강종 등이 달라지게 되면 각 압연판에 해당하는 압연설비의 운전조건인 롤갭과 압연속도가 달라지기 때문이다.

따라서, 앞서 압연중인 코일(이하, "선행코일"이라 함)에 해당하는 롤갭과 압연속도로 운전되던 설비를 용접부가 통과되는 순간 뒤따르는 코일(이하, "후행코일"이라 함)에 맞는 운전조건으로 원활하게 변경시켜주어야 한다. 특히, 압연속도의 경우에는 스탠드간에 존재하는 압연판의 장력에 직접적인 영향을 미치게 되므로 압연속도의 제어가 원활하지 않게 되면 압연판에 걸린 장력의 변화가 커져서 심한 경우 판이 절단되는 사고가 발생하게 되어 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 또한, 압연기의 제어가 정상상태로부터 균형이 깨어져 용접부 부근의 판두께는 물론 판의 형상도 대단히 나빠지게 됨에 따라 제품의 실수율이 저하되게 되면 당초의 연연속 압연으로 얻을 수 있는 여러 가지 효과가 기대하기 어렵게 된다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열간압연 공장에서 압연기의 주기 전동기의 속도를 효과적으로 변경함으로써 연연속 압연시에 용접부가 압연기를 통과하는 시점에서 발생되는 비정상적인 압연상태를 최소화할 수 있는 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 압연기사이에 존재하는 압연판에 작용되는 장력과 판두께 등의 관계를 나타낸 개념도이고,

도 2a 및 도 2b는 연연속 압연시 압연속도를 스텝형 또는 램프형으로 각각 변화시키는 방식을 나타낸 도면이고,

도 3a 내지 도 3c는 스텝형으로 압연속도 감속시 압연특성을 각각 나타낸 그래프이며,

도 4a 내지 도 4c는 램프형으로 압연속도 감속시 압연특성을 각각 나타낸 그래프.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 열간 연연속 압연을 하기 위해 필요한 압연속도의 설정치로서 용접부 x가 통과중인 스탠드를 i 라고 하고 이미 용접부가 통과한 스탠드를 j 로 표기하면, 용접점이 i 스탠드에 도달했을 때 변경해 주어야 할 j 스탠드의 압연속도 설정치는 에 의해 변경된다.

또한, 본 발명의 압연속도 설정치는 용접부가 압연기에 도착하는 순간부터 정해진 압연속도로 일정시간 동안 서서히 변화시키는 램프형(ramp) 압연속도 변화방식에 의해 변경되는 것이 양호하다.

아래에서, 본 발명에 따른 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 연연속 압연시 용접부 x 가 i 스탠드와 i+1 스탠드 사이에 존재하는 경우에, 압연기사이에 존재하는 압연판에 작용되는 장력과 판의 두께 등의 관계를 나타낸 개념도이다.

연연속 압연을 위해서는 필연적으로 용접부가 통과할 때, 해당 스탠드의 설정치, 즉 롤갭과 압연속도를 변경시켜주어야 한다. 그런데, 용접부의 통과와 함께 설정치가 변경되더라도 안정된 압연상태를 유지하기 위해서는 압연판에 작용하는 총장력(total tension)을 선행코일의 값인 T_i,a 로 일정하게 유지해야 한다. 이런 총장력 T_i,a 를 유지하기 위해서는 i 스탠드의 압연속도를 적절하게 변경시켜주어야 하며, 이때의 압연속도를 i 스탠드의 과도 압연속도인 V_{R i,c} 라 한다.

한편, 압연판에 작용하는 장력의 변화는, i+1 스탠드로 들어가는 압연판의 속도 V_{e i+1} 와 i 스탠드에서 빠져나오는 압연판의 속도 V_{o i} 의 차이에 비례하므로 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서, Ve, Vo : 압연기 입구 및 출구측에서의 압연판의 이송속도 (m/sec), E : 영율 (N/㎟), H : 압연기 입구측에서의 판두께 (mm), L : 압연기 사이의 거리 (m)를 각각 나타낸다.

수학식 1에서 V_{e i+1} 는 용접부가 통과하기 전까지는 일정하게 유지되고 있으므로, 상기 수학식 1로부터 앞에서 언급한 총장력을 일정하게 유지하기 위해서는 V_{o i} 를 일정하게 해주면 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 압연판의 이송속도와 롤의 속도 관계식으로부터 i 스탠드의 과도 압연속도 설정치 V_{R i,c} 는 수학식 2와 같게 된다.

여기서, V_R : 압연속도 (m/sec), f : 선진율를 각각 나타낸다.

수학식 2로부터 구해진 과도상태의 압연속도는 용접부 x가 매번 새로운 하류 스탠드를 통과할 때마다 변경되어야 한다. 예를 들어, 용접부 x가 통과중인 스탠드를 i 라고 하고 이미 용접부가 통과한 스탠드를 j 로 표기하면, 용접점이 i 스탠드에 도달했을 때 변경해 주어야 할 j 스탠드의 압연속도 설정치는 수학식 3과 같이 된다.

상기의 수학식 3과 구해진 압연속도 설정치를 실제의 연연속 압연에서 변화시켜 주는 방식으로는 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같은 다음의 두 가지 방식이 있다. 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 용접부가 압연기에 도착하는 순간 정해진 압연속도로 한꺼번에 변화시키는 스텝형(step) 압연속도 변화 방식과, 도 2b에 도시된 바와 같이 용접부가 압연기에 도착하는 순간부터 정해진 압연속도로 일정시간 동안 서서히 변화시키는 램프형(ramp) 압연속도 변화 방식이 있다.

그런데, 본 발명은 다음에 설명하게 될 실시예의 결과로부터 위와 같은 두 가지의 압연속도 변경방식 중에서 램프형 압연속도 변화방식이 압연상태의 불균형을 최소한으로 줄여 줄 수 있어서 보다 효율적인 방법이라는 것을 밝혀내었다.

<실시예>

아래에서는, 시뮬레이션을 통해 본 발명에서 제시한 램프형 압연속도 변화방식이 열간 연연속 압연을 함에 있어서 압연속도 변경방식으로 유효한가를 설명하고자 한다.

본 시뮬레이션은 일정 속도로 압연을 하던 중에 최종 스탠드인 6번 스탠드의 압연속도를 변경시켰을 때, 루퍼각도와 장력 등이 어떻게 변화되는가를 알아보기 위한 시뮬레이션이다. 이런 시뮬레이션에 사용된 열간압연조건은 표 1과 같다.

정상적으로 압연하던 도중 임의의 순간에 6번 스탠드의 압연속도를 변경하게 되면 자동적으로 1~5번 스탠드의 압연속도도 변하게 된다. 이것은 열간압연기의 주기 전동기에 부여된 SSRH(Stand Speed RHeostat)라고 하는 속도제어기에 의해 처리되는 것으로서, 압연중에 항상 체적일정법칙이 유지되도록 해주는 자율제어기능이다. 그러나, 갑작스럽게 각 스탠드의 압연속도가 변하게 되면 당연히 압연판의 장력이 변하게 될 것이고 이를 제어하기 위해 루퍼각도와 주기 전동기의 속도에도 변화가 일어나게 된다.

우선, 도 3a 내지 도 3c는 6번 스탠드의 압연속도를 17.54m/sec에서 16.15m/sec로 스텝(step) 형태로 감속한 경우에 대한 압연특성을 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 도 3a에서 보는 바와 같이 정상적으로 압연되다가 0.5초가 경과한 후 갑자기 6번 압연속도를 스텝형으로 변경시키게 되면 다른 스탠드의 압연속도도 SSRH에 의해 자동적으로 같은 비율로 감속됨을 알 수 있다.

그리고, 도 3b는 루퍼각도의 변화를 나타내는 결과로서, 루퍼각도의 목표치가 1~3번 루퍼는 20°, 4번 및 5번 루퍼는 18°로 설정되어 있었으나 예상했던 바와 같이 압연속도를 변경시킨 0.5초로부터 모든 루퍼가 움직이기 시작하며 진폭은 약 ±1°정도인 것으로 나타나고 있다. 그러나, 일정시간이 경과하면 모든 루퍼가 목표 각도로 수렴하고 있어서 압연속도의 변경에도 불구하고 안정된 루퍼각도 제어가 행해지고 있음을 알 수 있다.

한편, 도 3c는 각 스탠드의 전방 단위장력의 변화를 나타내고 있다. 즉, 도 3c에서 알 수 있듯이, 루퍼각도의 변화에서와 마찬가지로 압연속도가 변경된 0.5초 후부터 갑작스럽게 장력이 헌팅(hunting)하기 시작하는 것을 볼 수 있으며, 루퍼각도와 같은 형태로 변화되고 있지만 약 9초 정도 경과하게 되면 원상태로 회복된다.

이번에는 본 발명에서 제시한 램프형 압연속도 변화방식으로서 6번 스탠드의 압연속도를 서서히 변화시켜 보았다. 즉, 스텝형과 동일한 크기로 압연속도를 줄이되 t=0.4초로부터 t=0.9초까지 압연속도가 완만하게 변화되도록 하였다. 도 4a 내지 도 4c는 이 조건에 대한 압연특성의 변화를 나타내는 그래프로서, 압연속도의 변화를 나타내는 도 4a를 보면 의도한 바와 같이 압연속도가 0.4초에서 0.9초까지 서서히 감소되고 있다. 이와 같이 압연속도를 서서히 변화시키게 되면 루퍼의 각도에서는 별다른 차이가 없음을 도 3b와 도 4b를 비교해 봄으로써 확인할 수 있으나, 장력의 급격한 변화가 많이 완화되었음을 도 3c와 도 4c를 비교해 봄으로써 확인할 수 있다. 즉, 압연속도가 0.4초로부터 서서히 변하므로 장력의 변화도 서서히 나타나게 되며 비교적 양호한 상태로 압연이 진행된다.

이와 같은 결과로부터 연속압연을 위해서 필수적으로 행해져야 하는 압연속도의 변경은 스텝형으로 갑자기 변화시키는 것보다는 본 발명에서 제시한 바와 같은 램프형 압연속도 변화방식으로 서서히 변화시키는 것이 바람직함을 알 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법은 열간압연 공장에서 압연기의 주기 전동기의 속도를 램프형 압연속도 변화방식으로 서서히 변화시킴으로써 연연속 압연시에 용접부가 압연기를 통과하는 시점에서 발생되는 비정상적인 압연상태를 최소화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (2)

1. 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법에 있어서,

   열간 연연속 압연을 하기 위해 필요한 압연속도의 설정치로서 용접부 x가 통과중인 스탠드를 i 라고 하고 이미 용접부가 통과한 스탠드를 j 로 표기하면, 용접점이 i 스탠드에 도달했을 때 변경해 주어야 할 j 스탠드의 압연속도 설정치는 다음과 식에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법.

   여기에서, h : 압연판의 두께, Vo : 압연기의 출구측에서의 압연판의 이송속도, f : 선진율을 각각 나타냄.
2. 제1항에 있어서, 상기 압연속도 설정치는 용접부가 압연기에 도착하는 순간부터 정해진 압연속도로 일정시간 동안 서서히 변화시키는 램프형(ramp) 압연속도 변화방식에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 열간 연연속 압연중 압연속도 변경방법.