KR100356947B1 - 금속 스트립을 압연하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

금속 스트립을 압연하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 어닐링 섹션 및 템퍼링 섹션이 뒤에 연결된 냉간 압연 트레인에 의해 금속 스트립, 특히 강 스트립을 압연하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 냉간 압연 트레인으로부터의 배출시 금속 스트립의 배출 두께 또는 목표 두께는 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 금속 스트립의 목표 경도 및 목표 두께에 따라 결정된다.

Description

금속 스트립을 압연하기 위한 방법 및 장치 {PROCESS AND INSTALLATION FOR ROLLING A METAL STRIP}
본 발명은, 냉간 압연 트레인(cold rolling train)에 의해 금속 스트립을 압연하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 상기 냉간 압연 트레인 뒤에는 어닐링 섹션(annealing section) 및 템퍼링 섹션(temper pass section)이 배치된다. 이러한 형태의 압연 트레인에서 작업할 때는 원하는 재료 경도를 얻기가 어렵다.
도 1은 본 발명에 따른 압연 트레인을 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 보정 팩터(correction factor)를 구하는 것을 나타내며,
도 3은 금속 스트립의 길이에 걸쳐 일정한 경도를 얻기 위한 방법을 도시한다.
본 발명의 목적은, 원하는 재료 경도가 정확하게 얻어지는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이때, 템퍼링 섹션으로부터 배출될 때 요구되는 금속 스트립 두께를 얻는 것도 바람직하다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1에 따른 방법 또는 청구항 14에 따른 장치에 의해 달성된다. 여기서 금속 스트립의 배출시 두께 즉 냉간 압연 트레인으로부터의 배출될 때의 목표 두께(setpoint thickness)는 템퍼링 섹션으로부터 배출시의 목표 경도 및 목표 두께에 따라 구해진다. 이러한 방식에 의해, 압연 스트립이 템퍼링 섹션으로부터 배출될 때 원하는 목표 경도를 얻을 수 있다. 또 본 발명의 매우 바람직한 실시예에서는 템퍼링 섹션의 작용(effect), 특히 금속 스트립의 경도와 금속 스트립의 두께 감소도 사이의 관계 뿐만 아니라, 어닐링 섹션의 작용, 특히 재료 경도에 대한 작용도 고려된다. 본 발명의 이러한 매우 바람직한 실시예에 따라, 어닐링 섹션에서의 재료 경도 감소 뿐만 아니라 템퍼링 섹션에서 금속 스트립의 경도와 금속 스트립 두께 감소도 사이의 관계도 고려하여, 템퍼링 섹션에서 금속 스트립이 요구되는 목표 두께로 감소되는 동안, 요구되는 목표 경도도 얻어지도록, 냉간 압연 트레인으로부터 배출될 때의 압연된 금속 스트립의 두께가 미리 설정된다. 이러한 방식으로 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 금속 스트립에 의도되는 목표 경도를 얻을 때, 정확성이 뚜렷이 향상되는 것으로 밝혀졌다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 템퍼링 섹션의 작용, 특히 금속 스트립의 경도와 금속 스트립의 두께 감소도 사이의 관계는, 냉간 압연 트레인의 작용, 특히 냉간 압연 트레인에서 금속 스트립의 경도와 금속 스트립의 두께 감소도 사이의 관계로부터 검출된다. 금속 스트립의 두께 감소도와 재료 경도 사이의 관계에 대한 모델은 냉간 압연 트레인의 스탠드들(stands) 또는 냉간 압연 트레인의 선택된 몇몇 스탠드들에서의 금속 스트립의 두께 감소도와 재료 경도 사이의 관계를 토대로 이루어진다.
또한, 바람직한 다른 실시예에서는 템퍼링 섹션의 작용, 특히 금속 스트립의 경도와 금속 스트립의 두께 감소도 사이의 관계가 사전에, 특히 인장 시험(tensile test)에 의해 구해진다.
바람직한 실시예에서, 구해진 템퍼링 섹션의 작용 특히 금속 스트립의 경도와 금속 스트립의 두께 감소도 사이의 관계는, 템퍼링 섹션으로부터 배출시 금속 스트립의 실제 측정된 경도를 목표 경도와 비교함으로써, 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 금속 스트립의 목표 경도와 실제 측정된 경도 사이의 편차를 줄이는 방향으로 보정(correction)된다.
다른 바람직한 실시예에서, 템퍼링 섹션의 작용 특히 금속 스트립의 경도와 두께 감소도 사이의 관계로부터 구해진 두께 목표값 즉 냉간 압연 트레인으로부터의 배출시 금속 스트립 두께에 대한 목표값은, 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 실제 경도와 목표 경도를 비교함으로써, 이들 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 금속 스트립의 목표 경도와 실제 경도 사이의 편차를 감소시키는 방향으로 보정된다.
금속 스트립의 경도와 두께 감소도 사이의 관계에 대한 정확한 모델과 관련된 이들 방법에 의해, 의도하는 목표 경도가 매우 정확하게 얻어진다. 템퍼링 섹션으로부터 배출시의 금속 스트립 경도를 측정할 수 없다면, 역 모델링(inverse modelling)에 의해 실제 측정값이 구해지는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 방법은 금속 스트립의 전체 길이에 걸쳐 일정한 재료 경도가 얻어지도록 하여, 스크랩(scrap)을 현저하게 감소시키는데에 특히 유리하게 이용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 템퍼링 섹션에서 금속 스트립의 두께가 적어도 10%, 특히 적어도 20% 감소된다. 또 템퍼링 섹션에서 금속 스트립의 두께가 20∼40% 만큼 감소되는 것이 특히 바람직하다.
추가적인 장점 및 발명의 특징은 도면 및 종속항과 관련되어 아래 실시예의 설명에 나타난다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 압연 트레인을 도시한다. 여기서, 예를 들어 4개의 스탠드(21, 22, 23, 24)를 갖는 냉간 압연 트레인(2) 뒤에는 어닐링 섹션(3) 및 템퍼링 섹션(4)이 배치된다. 예를 들어 열간 압연 트레인(1)으로부터 배출되는 금속 스트립은 도 1에 따른 실시예에서 냉간 압연 트레인(2)으로 유입되고 계속해서 두께가 감소된다. 그 다음, 금속 스트립은 본 발명에 따라 어닐링 섹션(3)에서 어닐링되고 템퍼링 섹션(4)에서 조질 압연(temper rolling)되어 그 두께가 감소된다. 함수 블록(5, 6, 7)에 나타난 관계는 냉간 압연 트레인(2), 어닐링 섹션(3) 및 템퍼링 섹션(4)에서의 재료 경도 변화를 도시한다. 두께가 HEKTM이고 경도가 KF0인 금속 스트립이 냉간 압연 트레인(2)으로 유입되고 두께 HAKTM및 경도 KFKTM으로 냉간 압연 트레인(2)으로부터 배출된다. 함수 블록 5는 금속 스트립의 재료 경도(KF)와 두께 감소도(EPS) 사이의 물리적 관계를 나타낸다. 이 경우, 두께 감소도(EPS)는
로 규정되며, 여기서 HE는 금속 스트립의 유입 두께이고, HA는 배출 두께이다. 어닐링 섹션(3)에서 재료 경도(KF)는, 함수 블록 6에 도시된 것처럼, 냉간 압연 트레인에서의 금속 스트립 두께 감소의 함수로서 감소된다. 이때, 재료 두께는 변동없이 유지된다. 즉, HAKTM= HEDCR이다. 어닐링 섹션(3)을 통과한 후 금속 스트립은 재료 경도 KF0를 갖는다. 본 실시예에서 템퍼링 섹션(4)은 2개의 압연 스탠드(41, 42)를 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 압연 스트립은 제 1 스탠드(41)에 의해 축소된다. 제 2 스탠드(42)에 의해서는 압연 스트립에 요구되는 표면 상태 및 편평도가 얻어진다. HEDCR의 스트립 두께 및 KF0의 재료 경도로 템퍼링 섹션(4)에 유입되는 압연 스트립은, 함수 블록 7이 도시하는 바와 같이, HADCR의 스트립 두께 및 KFDCR의 재료 경도로 배출된다. 본 발명의 방법에 따라, 한 쌍의 값 HAKTM및 KFKTM은, 함수 블록 6과 7에 따른 관계에 맞춰, 템퍼링 섹션(4)에서의 두께 감소에 의해 원하는 배출 두께 HADCR및 재료 경도 KFDCR값이 얻어지게 되는 방식으로 설정된다. 압연 스트립이 냉간 압연 트레인에 유입될 때 예를 들어 두께(HEKTM)가 4mm이고 경도(KF0)가 300N/mm2이고 금속 스트립에 의도되는 두께(HADCR)가 0.3mm, 경도(KFDCR)가 450N/mm2이면, 한 예시적인 구성에서 금속 스트립은, HAKTM= 0.5mm이고 KFKTM= 600N/mm2가 되도록 냉간 압연 트레인(2)에서 압연된다. 그 다음 이어지는 어닐링 섹션(3)에서 금속 스트립의 경도는 다시 KF0즉 300N/mm2로 감소된다. 그 다음 템퍼링 섹션(4)에서 0.5mm인 금속 스트립의 유입 두께(HEDCR)가 0.3mm인 배출 두께(HADCR)로 감소되는 결과, 템퍼링 섹션(4)으로부터 배출시의 금속 스트립 경도(KFDCR)는 의도되는 450N/mm2로 높아진다. 본 발명에 따른 방법의 한계는 템퍼링 섹션(4)에서의 축소 가능성에 의존한다. 예를 들어,
HEKTM= 4mm
HADCR= 0.3mm
KFO = 300N/mm2
KFI = 350N/mm2
KFE = 0.7이면,
템퍼링 섹션에서 두께 감소가 10∼40%이면 약 35%의 경도 변화가 얻어질 수 있다. 이 경우, 템퍼링 섹션(4)에서의 유입 두께(HEDCR)는 0.33mm로부터 0.5mm까지 가능하다. 이러한 변화에 의해 재료의 경도는 330N/mm2로부터 440N/mm2까지 바뀔 수 있다.
함수 블록 5와 7로 나타난 본 발명에 따른 모델이 고려된다. 또한, 냉간 압연 트레인에 대한 재료 경도(KF)와 두께 감소도(EPS) 사이의 관계에 관한 모델을 템퍼링 섹션(4)에도 적용하는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 이 경우, 냉간 압연 트레인에 대해 구해진 금속 스트립의 경도(KF)와 두께 감소도(EPS) 사이의 관계는, 템퍼링 섹션(4)으로부터 금속 스트립이 배출될 때 실제 경도를 목표 경도와 비교함으로써, 템퍼링 섹션(4)으로부터의 배출시 목표값과 실제값 사이의 차이를 줄이는 방향으로 보정되는 것이 특히 유리하다. 이러한 방식의 보정이 도 2에 도시되어 있다. 템퍼링 섹션에서 재료 경도의 설정은 아래의 자동화 단계에 따라 실행될 수 있다:
1. 템퍼링 섹션(4)을 지난 후 금속 스트립의 경도(KFDCR) 및 두께(HADCR)에 대한 목표값에 부합되게, 냉간 압연 트레인에서의 배출 두께(HAKTM)를 계산하고 이 배출 두께(HAKTM)로 냉간 압연 트레인 내에서 압연하는 것에 의한 예비 제어(Pre-control) 단계(8).
2. 템퍼링 섹션(4)에서 얻어진 경도(KFDCR)를 구하고, 이 KFDCR에 대한 목표값과의 편차에 따라, 냉간 압연 트레인(2)으로부터 배출시의 금속 스트립 두께(HAKTM)에 대한 보정값(α)을 형성하는 피드백 단계(9).
3. 냉간 압연 트레인(2)에서 스트립 전체 길이에 대한 재료 경도 곡선 즉 경도(KF)와 두께 감소도(EPS) 사이의 관계를 구하고, 구해진 재료 경도 곡선 및 경도(KFDCR)에 대한 목표값에 부합되게, 스트립의 전체 길이에 걸쳐 두께(HAKTM)를 구하고 이 두께(HAKTM)로 압연하는 단계.
구체적으로, 예비 제어(8)에서는 금속 스트립에 의도되는 경도(KFDCR)에 따라, 금속 스트립의 배출 두께(HAKTM)가 계산된다. 이는 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 두께(HADCR), 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 경도(KFDCR), 냉간 압연 트레인으로의 유입시 금속 스트립의 두께(HEKTM), 그리고 압연된 스트립의 재료 특성(MT)의 함수로서 수행된다. 예비 제어(8)의 초기값(starting variables)은 냉간 압연 트레인으로부터 배출시 금속 스트립의 두께(HAKTM) 및 재료 패러미터(ME)이다. 이러한 재료 패러미터(ME)는 기본적으로 금속 스트립의 경도(KFDCR)를 설명하는 패러미터이다. 본 실시예에서 이들 패러미터는 KFO, KFI, KFE인데, 이들은 금속 스트립의 경도(KFDCR)와 금속 스트립의 두께 감소도 사이의 관계를 설명한다. 금속 스트립 실제 두께(HADCR) 및 경도(KFDCR) 값에 의존하여, 피드백 단계(9)에서 보정값(α)이 검출되고, 이 보정값(α)에 의해 냉간 압연 트레인으로부터의 배출시 금속 스트립의 두께(HAKTM) 값이 보정된다. 이때, 보정 패러미터(α)와 냉간 압연 트레인으로부터의 배출시 금속 스트립에 의도되는 두께(HAKTM)를 곱하는 것이 매우 바람직한 것으로 입증되었다. 상기 보정 패러미터(α)는, 템퍼링 섹션으로부터의 배출시 금속 스트립의 실제 두께(HADCR)와 이에 대응되는 목표값 사이의 편차가 최소로 되도록 형성된다.
스트립 단부의 높은 강도는, 열간 압연 트레인을 통과한 후 외부 와인딩 및 내부 와인딩을 보다 급속히 냉각함으로써 항복된다. 금속 스트립의 길이(BL)에 걸친 경도(KF0) 변화를 나타내는 도 3의 곡선(13)에 나타난 바와 같이, 냉간 압연 트레인을 통과한 후의 중간 어닐링도 이러한 효과를 없애지는 못한다. 특히 디프 드로잉(deep drawing) 재료에서 이러한 단부는 일반적으로 템퍼링 섹션을 통과한 후 절단되어야 하는데, 이는 금속 스트립의 경도(KFDCR)가 스트립 길이에 걸쳐 일정해야 하기 때문이다. 이때, 높은 스크랩 비율과 추가 비용에 의해 원가 부담이 커진다. 재료의 경도는 15%까지 상승된다. 이러한 재료 경도의 상승은 약 50m의 스트립 길이에 걸쳐 점차적으로 감소된다. 본 발명에 따라 재료의 경도가 15% 상승되면, 템퍼링 섹션에서의 두께 감소(EPSDCR)는 약 15%만큼 줄어든다. 이는 전체 감소도 EPSDCR가 30%보다 클 때 매우 바람직하다. 전술한 예에서 15%의 감소도 변화는 50㎛ 또는 6%의 유입 두께 변화를 의미한다.
도 3의 곡선들(13, 14, 15, 16, 17)은 금속 스트립의 길이에 걸쳐 일정한 경도(KF)를 얻기 위해 본 발명에 따른 방법을 사용한 것을 나타낸다. 냉간 압연 트레인으로부터의 배출시 금속 스트립은 곡선 13에 상응하는 경도(KF0)를 갖는다. 스트립 단부, 즉 10 및 12 영역에서 금속 스트립은 중간 영역에서보다 경도가 높다. 10 및 12 영역은 예를 들어 각각 50m의 스트립 길이를 가질 수 있다. 본 발명에 따라 냉간 압연 트레인은, 금속 스트립이 냉간 압연 트레인으로부터 배출될 때 곡선 14에 대응되는 두께가 되도록 세팅된다. 곡선 14의 특성은, 템퍼링 섹션에서의 두께 감소(EPSDCR)가 곡선 15와 같이 주어질 때 금속 스트립의 두께(HADCR) 및 경도(KFDCR)가 곡선 16 및 17과 같이 일정한 특성을 나타내도록 선택된다.

Claims (20)

  1. 어닐링 섹션(3) 및 템퍼링 섹션(4) 앞에 연결된 냉간 압연 트레인(2)에 의해 금속 스트립을 압연하기 위한 방법으로서, 상기 냉간 압연 트레인(2)으로부터 배출시 금속 스트립의 두께(HAKTM) 또는 목표 두께를 템퍼링 섹션(4)으로부터 배출시의 금속 스트립의 경도(KFDCR) 및 두께(HADCR)에 따라서 그리고 두께 감소도(EPS)에 따라 구하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    냉간 압연 트레인(2)으로부터의 배출시 금속 스트립의 두께(HAKTM) 또는 목표 두께를 템퍼링 섹션(4)의 작용에 따라 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)의 압연 모델(7)을 이용하여, 금속 스트립의 경도(KF)와 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계를 모델링하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    냉간 압연 트레인(2)으로부터의 배출시 금속 스트립의 두께(HAKTM) 또는 목표 두께를 어닐링 섹션(3)의 작용에 따라, 특히 어닐링 섹션(3)의 모델에 의해 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)의 작용을 냉간 압연 트레인(2)의 작용으로부터 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)의 작용이 사전에 결정되는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)으로부터의 배출시에 측정된 금속 스트립의 실제 경도(KFDCR)값과 목표 경도값 사이의 차를 줄이려는 목적으로, 템퍼링 섹션(4)으로부터 배출시에 측정된 금속 스트립의 실제 경도(KFDCR)값 및 목표 경도값의 비교에 의해서, 템퍼링 섹션(4)의 검출된 작용이 보정되는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  8. 제 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)으로부터의 배출시에 금속 스트립의 목표 경도와 실제 경도(KFDCR) 사이의 차를 줄이려는 목적으로, 템퍼링 섹션(4)으로부터의 배출시에 금속 스트립의 실제 경도(KFDCR)와 목표 경도의 비교에 의해서, 템퍼링 섹션(4)의 작용으로부터, 특히 금속 스트립의 경도(KF)와 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계로부터 검출된 두께(HAKTM)의 목표값 또는 냉간 압연 트레인(2)으로부터의 배출시의 금속 스트립의 목표 두께가 보정되는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  9. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)으로부터의 배출시에는 금속 스트립의 경도(KFDCR)가 상기 금속 스트립의 길이(BL)에 걸쳐 일정하게 또는 넓은 범위에 걸쳐 일정하게 유지하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  10. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)이 적어도 2개의 스탠드(41, 42)를 갖는 경우, 제 1 스탠드(41)는 금속 스트립의 두께를 감소시키기 위해서 사용되고, 제 2 스탠드(42)는 금속 스트립 표면의 편평도를 조정하고 상기 표면에 영향을 미치기 위해 사용하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    2개의 스탠드로 형성되는 템퍼링 섹션(4)의 경우, 제 1 스탠드(41)는 금속 스트립의 두께를 감소시키는데 사용되고, 제 2 스탠드(42)는 금속 스트립 표면의 편평도를 조정하고 상기 표면에 영향을 주는데 사용되는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  12. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)에서 금속 스트립의 두께를 적어도 10% 만큼, 특히 적어도 20% 만큼 줄이는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)에서 금속 스트립의 두께를 20% 내지 40% 줄이는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  14. 금속 스트립을 압연하기 위한, 제 1항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치로서,
    상기 장치가 냉간 압연 트레인(2) 및 계산 장치를 포함하며, 상기 냉간 압연 트레인 뒤에는 어닐링 섹션(3) 및 템퍼링 섹션(4)이 연속되며,
    상기 계산 장치는, 냉간 압연 트레인(2)으로부터의 배출시 금속의 배출 두께 또는 목표 두께가 템퍼링 섹션(4)으로부터 배출시의 목표 경도 및 목표 두께에 따라 결정되도록 형성되는, 금속 스트립을 압연하기 위한 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    냉간 압연 트레인(2)으로부터의 배출시 금속 스트립의 두께(HAKTM) 또는 목표 두께를 템퍼링 섹션(4)의 압연 모델(7)을 이용하여 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  16. 제 2항에 있어서, 냉간 압연 트레인(2)의 작용으로부터 금속 스트립의 경도(KF)와 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계를 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  17. 제 2항에 있어서, 템퍼링 섹션의 작용(4)을, 금속 스트립의 경도(KF)와 스탠드(21, 22, 23, 24)에서의 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계로부터 또는 냉간 압연 트레인(2)의 스탠드(21, 22, 23, 24)의 선택으로부터 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  18. 제 2항에 있어서, 금속 스트립의 경도(KF)와 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계를, 금속 스트립의 경도(KF)와 스탠드(21, 22, 23, 24)에서의 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계로부터 또는 냉간 압연 트레인(2)의 스탠드(21, 22, 23, 24)의 선택으로부터 결정하는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  19. 제 2항에 있어서, 금속 스트립의 경도(KF)와 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 관계가 인장 시험에 의해 결정되는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
  20. 제 2항에 있어서,
    템퍼링 섹션(4)으로부터의 배출시에 측정된 금속 스트립의 실제 경도(KFDCR)값과 목표 경도값 사이의 차를 줄이려는 목적으로, 템퍼링 섹션(4)으로부터 배출시에 측정된 금속 스트립의 실제 경도(KFDCR)값 및 목표 경도값의 비교에 의해서, 금속 스트립의 경도(KF)와 금속 스트립의 두께 감소도(EPS) 사이의 검출된 관계가 보정되는 금속 스트립을 압연하기 위한 방법.
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