KR100362662B1 - 열간압연강판의 폭방향으로의 형상제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열연강판의 폭방향으로의 형상을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 롤 벤더력을 적절히 제어하여 페어크로스와 작업롤 벤더의 과설정에 의한 판의 중심부에서의 프로필 불량을 방지하므로써 열연강판의 폭방향으로의 양호한 형상 을 얻을 수 있는 열연강판의 폭방향으로의 형상 제어방법을 제공하고자 하는대, 그 목적이 있다.

본 발명은 다수개의 롤스탠드를 구비하고 페어크로스와 롤벤더에 의해 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 있어서, 목표 판프로필을 설정하는 단계; 초기 벤더력(F0)하에서 압연을 행하고, 이때의 판프로필을 측정하는 단계; 상기와 같이 측정된 판프로필을 근사함수로 나타내는 단계; 최소자승법에 의해 상기 근사함수의 계수를 구하는 단계;상기와 같이 구한 계수값을 상기 근사함수에 대입하여 판폭방향으로의 다수의 지점에 대한 두께를 구하여 평균프로필을 구하는 단계; 판의 폭방향으로의 중앙부에서의 상기 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)를 구하는 단계; 상기와 같이 구한 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)값을 이용하여 보정 벤더력(F)를 구하는 단계; 및상기와 같이 구한 보정 벤더력(F)만큼을 상기 초기 벤더력(F0)에 보정해 주는 단계를 포함하여 구성되는 압연강판의 폭방향 형상제어방법을 그 요지로 한다.

Description

열간압연강판의 폭방향으로의 형상제어방법

본 발명은 열연강판의 폭방향으로의 형상을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 롤 벤더력을 적절히 제어하여 열연강판의 폭방향으로의 형상을 제어하는 방법에 관한 것이다.

열간압연공정에서 열연강판의 형상을 제어하는 종래의 형상 제어방법에서는 열연에서 페어크로스각도를 이용하여 판재의 폭방향 중심부와 단부(에지)두께의 상대값을 제어하여 크라운(중심두께 - 단부두께)제어하고, 롤벤더를 이용하여 길이방향 연신량의 차이로 발생하는 판재의 형상불량 즉 판폭 중심부의 연신량이 양단부 보다 큰 경우 발생되는 중파, 반대의 경우에 발생되는 양파의 형상불량을 제거하여 판재의 형상제어하였다.

그러나, 실조업에서는 페어크로스 및 롤벤더의 과설정이 행해지는 경우가 발생하게 되는데, 이러한 페어크로스 및 롤벤더의 과설정이 발생되는 경우에는 롤중심부의 간격을 양단 보다 작게 만들고 압연중 판재의 열전도에 의해 롤팽창으로 중심부의 간격이 좁게만들게 되며, 이러한 현상은 판재에 영향을 미쳐 중심부가 얇게되는 불량판재를 만들게 된다.

즉, 판재의 압연중 높은 열에 의해 롤에 전도되어 발생되는 롤 팽창으로 중심부의 간격이 양단 보다 좁게되어 판재의 중심부가 판폭 1/4,3/4부분 보다 얇아지는 불량프로필이 얻어진다.

이어한 불량 프로필를 갖는 판재를 가지고 2차압연(냉연 또는 리롤)을 실시하게 되면, 판폭1/4,3/4의 부분이 더 많은 연신을 하게 되고 두께가 얇은 판폭 중심부는 연신이 작게 되어 형상 불량을 가져오게 된다.

열연강판의 형상을 제어하는 방법이 한국 특허공개공보85-8110호에 제시되어 있는데, 이 방법은 롤의 마모량 및 써멀크라운 연산장치를 가진 형상제어장치를 사용하여 마모, 써멀크라운, 압연하중분포로 부터 각 출력에 의해 가장적합한 롤벤딩력을 연산하여 판형상을 제어하는 방법이다.

열연강판의 형상을 제어하는 다른 방법이 한국 특허공개공보86-1619호에 제시되어 있는데, 이 방법은 판두께, 폭, 압연하중등의 압연조건을 입력하는 수단과 판크라운 및 평탄도 모델의 모델파라미터를 산출하는 수단과 목표 판크라운 비율을 결정하는 수단과 형상제어 조작량의 설정치를 결정하는 수단을 구비한 형상제어 조작량 설정치의 결정장치와 목표판 크라운 비율을 결정하는 수단, 다수개의 스탠드를 구비한 연속 압연기의 형상제어 조작량을 결정하여 압연판의 형상을 결정하는 방법이다.

열연강판의 형상을 제어하는 다른 방법이 한국 특허공개공보88-3681호에 제시되어 있는데, 이 방법은 롤벤더를 가진 압연기에서의 판재의 형상제어에 있어서 목표 크라운 형상을 달성하기 위하여 롤벤딩력 및 각스탠드간의 형상제약을 만족시키도록하는 롤벤딩력을 구하고 이를 피드백제어로 사용하여 판재의 형상을 제어하는 방법이다.

그러나, 상기한 한국 공개특허공보에 제시되어 있는 형상제어방법들의 경우에는 페어크로스와 작업롤 벤더의 과설정에 의한 판의 중심부에서의 프로필 불량을 방지할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래기술들의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구를 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 다수개의 롤스탠드를 구비하고 페어크로스와 롤벤더에 의해 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 있어서, 롤 벤더력을 적절히 제어하여 페어크로스와 작업롤 벤더의 과설정에 의한 판의 중심부에서의 프로필 불량을 방지하므로써 열연강판의 폭방향으로의 양호한 형상 을 얻을 수 있는 열연강판의 폭방향으로의 형상 제어방법을 제공하고자 하는대, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명을 구현하기 위한 열연강판의 형상제어장치의 일례를 나타내는 구성 도

도 2(a)는 작업롤 벤더작용시 판프로필에 미치는 영향을 설명하기 위한 모식도

(b)는 페어크로스각도가 판프로필에 미치는 영향을 설명하기 위한 모식도

도 3(a)는 M형 판프로필의 일례를 나타내는 모식도

(b)는 M형 판프로필의 개념을 설명하기 위한 모식도

도 4는 롤벤더력의 크기에 따른 판프로필의 형태를 나타내는 모식도

도 5는 페어크로스 각도의 크기에 따른 판프로필의 형태를 나타내는 모식도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1... 롤스탠드 2... 권취기 3... 프로필측정장치 4... 제어기

11... 페어크로스

본 발명은 다수개의 롤스탠드를 구비하고 페어크로스와 롤벤더에 의해 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 있어서,

목표 판프로필을 설정하는 단계;

초기 벤더력(F0)하에서 압연을 행하고, 이때의 판프로필을 측정하는 단계;

상기와 같이 측정된 판프로필을 하기 식(1)의 형태의 근사함수로 나타내는 단계;

y = A0 + A1 × x²+ A2 × x⁴

최소자승법에 의해 상기 식(1)의 근사함수의 계수를 구하는 단계;

상기와 같이 구한 계수값을 상기 식(1)의 근사함수에 대입하여 판폭방향으로의 다수의 지점에 대한 두께를 구하여 평균프로필을 구하는 단계;

판의 폭방향으로의 중앙부에서의 상기 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)를 구하는 단계;

상기와 같이 구한 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)값을 이용하여 하기 식(2)에 의해 보정 벤더력(F)를 구하는 단계; 및

F = Ch/(-K_B)

(K_B: 벤더영향계수)

상기와 같이 구한 보정 벤더력(F)만큼을 상기 초기 벤더력(F0)에 보정해 주는 단계를 포함하여 구성되는 압연강판의 폭방향 형상제어방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

다수개의 롤스탠드를 구비하고 페어크로스와 롤벤더를 가지고 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 있어서는 통상 목표 판크라운과 형상을 얻기 위하여 목표 판두께, 폭 크라운, 형상등의 압연정보와 압연스케쥴, 압연하중등을 고려하여 페어크로스각도 및 벤더력을 설정하게 된다.

그러나, 실제 벤더력 및 페어크로스 각도 설정시 벤더력 및 페어크로스 각도의 과설정이 행해지게 되는 경우가 있다.

만약, 벤더력의 과설정이 있을 경우즉,도 2(a)의 벤더력이 화살표 방향으로 움직여 롤갭이 롤길이 방향 중심부가 단부보다 좁되는 경우에는 도 3에서와 같은 M형 프로필이 발생하게 되며, 그 정도는 도 4와 같이 벤더력이 클수록 M형 프로필을 크게 발생시킨다.

또한, 페어크로스 각도의 과설정이 있을 경우즉, 도 2(b)에 도시되어 있는 바와 같이 정의되는 페어트로스 각도가 크게되어 롤 중심부의 롤갭이 단부보다 좁게되는 경우에도 도 3에서와 같은 M형 프로필이 발생하게 되며, 그 정도는 도 5에서와 같이 그 각도가 클수록 중심부에서 M형 프로필이 발생하기 쉽다.

한편, 압연강판이 M형 판프로필을 갖는 경우에는 후공정인 냉연 또는 리롤작업시 도 3과 같이 판폭방향으로1/4.3/4부분이 판중심부 보다 두꺼워 압연시 중심부보다 판두께가 두꺼운 지점에서 더 많은 압연이 일어나게 된다.

상기와 같이 M형 판프로필에 기인하여 상대적으로 압연이 더 행해진 부분의 많은 연신은 냉연공정후에도 계속남아 품질불량의 원인이 된다.

본 발명은 도 1에 나타난 바와 같이 다수개의 롤스탠드(1)를 구비하고 페어크로스(11)와 롤벤더를 가지고 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 적용되는 것으로서, 압연강판의 판폭 방향으로의 형상을 제어하는 방법 특히, 벤더력을 적절히 제어하여 판폭방향 중심부에의 M형 프로필을 개선하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따라 압연강판의 폭 방향 형상을 제어하기 위해서는 목표 판프로피일을 설정해야한다.

상기 목표 프로피일은 목표 판두께, 폭 크라운, 형상등의 압연정보와 압연스케쥴, 및 압연하중등을 고려하여 설정한다.

다음에, 초기 벤더력(F0)하에서 압연을 행하고, 이때의 판프로필을 측정한다.

상기 판프로필은 도 1에 나타난 바와 같이 최종 압연기(F7)와 권취기(2)사이에서 판프로필을 측정할 수 있도록 설치된 통상의 판프로필 측정장치(3)를 이용하여 측정하면 된다.

상기 초기 벤더력(F0)은 조업 데이타등을 이용하여 결정된다.

상기와 같이 측정된 판프로필 측정 데이타는 오차의 량을 줄이기 위해 판중앙을 기준으로 구동측과 작업측의 데이타를 평균처리를 실시하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 측정된 판프로필을 하기 식(1)의 형태의 근사함수로 나타낸다.

(수학식 1)

y = A0 + A1 × x²+ A2 × x⁴

여기서, y: 판 두께, x: 판의 두께방향으로의 각 지점, A0, A1, A2: 상수를 나타낸다.

다음에, 최소자승법에 의해 상기 식(1)의 근사함수의 계수를 구하는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 식(1)의 근사함수의 계수는 통상의 방법에 의해 구한다.

상기 식(1)의 근사함수의 계수를 구하는 통상의 방법의 일례를 들어 설명한다.

상기 근사함수에 대하여 최소자승법에 의해 함수근사를 행하는 경우의 분산을 최소화 하는 평가함수R 은 하기 식(3)과 같이 된다.

(수학식 3)

R = (yj - A0 - A1×xj²- A2×xj⁴)²

여기서, yj : 각 점에서의 프로필데이타(두께)

xj : 폭방향의 각 지점의 위치

상기 함수를 최소로 하는 A0,A1,A2를 구하기 위해 평가함수(R)에 대하여 A0,A1,A2의 도함수를 구하고 연립방정식을 A0,A1,A2에 대하여 풀어 근사함수의 계수를 구하는 것이 가능하다.

다음에, 상기와 같이 구한 계수값을 상기 식(1)의 근사함수에 대입하여 판폭방향으로의 다수의 지점에 대한 두께를 구하여 평균프로필을 구한다.

다음에, 상기와 같이 구한 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)값을 이용하여 하기 식(2)에 의해 보정 벤더력(F)를 구한다.

(수학식 2)

F = Ch/(-K_B)

(K_B: 벤더영향계수)

상기 벤더영향계수(K_B)란 판중앙부 두께와 판폭방향으로 다수개 지점,즉, 예를 들면 50,70,80,100%지점의 두께의 비교로 부터 벤더력을 1Ton/chock변화시켰을 때 M형 판프로필의 개선효과를 의미한다.

상기 벤더영향계수는 오프라인에서 유한요소해석을 통해 시뮬레이션한 결과를 바탕으로 강종,판두께,폭별로 각각의 벤더영향계수를 구분하여 파일로 저장해 두고 사용하는 것이 바람직하다.

상기 유한요소해석법(FEM: Finite Element Method)은 먼저 피압연재의 소성변형을 Lagrange승수법 3차원 강소성 유한요소로 해석한다.

피압연재의 변형해석으로부터 얻어진 하중분포를 경계조건으로 하여 분할모델에 의한 작업롤축심의 휨을 계산하고 수정반무한체식에 의한 작업롤과 피압연재간의 편평변형을 계산하여 작업롤축심의 휨과 편평변형에 기인하는 표면의 형상변화를 구해낸다.

여기서 등크라운을 고려하여 페어크로스각도를 반영하고 벤더력을 축심변형으로 계산한다.

이 벤더력의 크기에 따라 축심변형을 계산하고 판크라운의 영향을 계산할 수 있다.

벤더력영향계수는 이 유한요소해석을 통해 강종, 판두께, 폭별구분치를 정하고, 벤더력을 변화시키면서 영향계수를 도출한다.

다음에, 상기와 같이 구한 보정 벤더력(F)만큼을 상기 초기 벤더력(F0)에 보정해 주어 압연하므로서, 압연강판의 폭방향 형상이 제어된다.

상기한 단계들은 도 1의 연산기(4)에서 행해지게된다.

즉, 연산기(4)는 프로필측정장치(3)로 측정된 데이타를 이용하여 상기한 단계들을 거쳐 보정 벤더력을 구한 후, 보정 벤더력이 벤더에 적용 되도록 해주는 기능을 하게 된다.

도 1에서 부호 5는 형상측정계를 나타낸다.

본 발명에 있어서는 적어도 열간 다듬질 압연기의 최종 압연기의 벤더력은 상기에서 구한 보정 벧더력내에서 적절히 보정되어야 하며, 바람직하게는 열간 다듬질 압연기의 후반부 압연기에 보정 벤더력을 균일하게 분배하여 보정하는 것이며, 보다 바람직하게는 최종 압연기로 갈수록 증가 되도록 보정 벤더력을 분배하여 후반부 압연기에 보정해 주는 것이다.

물론, 본 발명에 있어서는 목표 판프로필에 접근될 때까지 상기한 단계들이 반복적으로 수행된다.

그리고, 본 발명에 있어서는 강종, 강판의 두께, 및 강판 폭별로 M형프로필이 개선될 수 있는 벤더력을 테이블화하여 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

본 발명법을 실기적용한 결과 판중심부의 두께가 판 50,70, 80,100% 지점에서 보다 두꺼운 양호한 프로필을 가진 판재의 생산이 가능했다.

또한, 후단 스탠드(F4,5,6,7)벤더력의 피드백시 과설정에 따른 품질악화를 방지하기 위하여 1회설정시 변동량을 ±30Tonf/chock범위내에서 변하도록 하였고 최종 스탠드 벤더력은 최종판의 형상(판폭중앙부 또는 단부 연신)과 관련이 깊어 변동량없이 형상제어에 이용하도록 하였다.

그 결과 특히 두께가 두꺼울수록 폭이 넓을 수록 제어효과가 뛰어 났다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다수개의 롤 스탠드를 구비하고 페어크로스와 롤벤더에 의해 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 있어서 벤더력을 적절히 제어하므로써, 폭방향으로의 양호한 판프로필을 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 다수개의 롤스탠드를 구비하고 페어크로스와 롤벤더에 의해 판크라운 및 형상을 제어하는 열간 다듬질 압연에 있어서,

   목표 판프로필을 설정하는 단계;

   초기 벤더력(F0)하에서 압연을 행하고, 이때의 판프로필을 측정하는 단계;

   상기와 같이 측정된 판프로필을 하기 식(1)의 형태의 근사함수로 나타내는 단계;

   (수학식 1)

   y = A0 + A1 × x²+ A2 × x⁴

   최소자승법에 의해 상기 식(1)의 근사함수의 계수를 구하는 단계;

   상기와 같이 구한 계수값을 상기 식(1)의 근사함수에 대입하여 판폭방향으로의 다수의 지점에 대한 두께를 구하여 평균프로필을 구하는 단계;

   판의 폭방향으로의 중앙부에서의 상기 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)를 구하는 단계;

   상기와 같이 구한 목표 판프로필과 평균 판프로필과의 차이(Ch)값을 이용하여 하기 식(2)에 의해 보정 벤더력(F)를 구하는 단계; 및

   (수학식 2)

   F = Ch/(-K_B)

   (K_B: 벤더영향계수)

   상기와 같이 구한 보정 벤더력(F)만큼을 상기 초기 벤더력(F0)에 보정해 주는 단계를 포함하여 구성되는 열간압연강판의 폭방향 형상제어방법
2. 제1항에 있어서, 보정 벤더력이 열간 다듬질 압연기의 최종 압연기에 대해서만 보정되는 것을 특징으로 하는 열간압연강판의 폭방향 형상제어방법
3. 제1항에 있어서, 보정 벤더력이 열간 다듬질 압연기의 후반부 압연기에 대해서 보정되는 것을 특징으로 하는 열간압연강판의 폭방향 형상제어방법
4. 제3항에 있어서, 보정 벤더력이 열간 다듬질 압연기의 후반부 압연기에 대해서 균일하게 분배되어 보정되는 것을 특징으로 하는 열간압연강판의 폭방향 형상제어방법
5. 제3항에 있어서, 보정 벤더력이 열간 다듬질 압연기의 후반부 압연기에 대해서 최종 압연기로 갈수록 증가 되도록 분배되어 보정되는 것을 특징으로 하는 열간압연강판의 폭방향 형상제어방법