KR100363415B1 - 냉간압연에서 강판의 형상제어방법_ - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉간압연의 강판의 형상 제어방법에 있어서, 각 스탠드사이를 지나는 강판에 웨이브가 발생하지 않으며, 마지막 스탠드의 형상제어 범위를 최대로 확보하는 냉간압연에서의 강판의 형상제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 냉간압연에서의 강판의 형상제어방법에 있어서, 소재강판의 크라운량을 계산하는 단계와, 크라운비 계산단계와, 최대 및 최소 크라운량 계산단계와, 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 계산단계와, 중간롤의 위치 계산단계와, 형상측정장치에 의한 웨이브량 계산단계 및, 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경단계를 포함하며, 상기 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 계산단계에서는 최대 및 최소크라운량을 각 스탠드별로 제어하도록 벤더력을 계산하여 각 스탠드의 벤더력을 계산값으로 변경하여 압연하고, 만약 변경된 벤더력이 스탠드의 설비사양을 넘게되면, 전 스탠드에 현재의 중간롤의 위치를 변경하여 압연하며, 상기 형상측정장치에 의한 웨이브량계산단계에서는 형상측정장치에 설정된 계수와 측정된 웨이브에 의해 웨이브량을 계산하며, 상기 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경단계에서는 현재의 벤더력에 대칭형상 스탠드의 설정된 계수를 적용하여 벤더력을 변경하여 압연하는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서 강판의 형상제어방법이 제공된다.

Description

냉간압연에서 강판의 형상제어방법
본 발명은 냉간압연기의 각각의 스탠드에 설정된 형상제어에 관한 것이며, 특히, 전 스탠드의 형상제어의 상호관계를 이용하여 각각의 스탠드 사이를 지나가는 강판에 웨이브가 발생하는 것을 제어하며, 마지막 스탠드의 형상제어 범위를 최대로 확보할 수 있는 형상제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 냉연강판은 냉간압연기를 지나면서 강판의 형상을 바로 잡는다. 이 때, 냉간압연기를 지나면서 강판의 형상이 바로 잡히지 않을 경우에는 다음 공정의 작업이 어려워진다.
특히, 압연기에서 강판의 장력제어가 원활히 이루어지지 않았을 때, 재결정 생성 온도의 열이 가해지는 소둔로에서 강판이 찢어지는 판파단의 위험이 있으며, 또한 냉간압연기 각각의 스탠드사이에서 강판의 진행방향을 이탈하는 사행, 강판이 찢어지는 판파단, 판물림, 강판의 두께불량 등의 사고가 발생할 수 있다.
이러한 강판의 형상에 영향을 주는 소재의 요소들 중에는 냉간압연의 소재의 고 크라운(Crown : 강판의 폭방향의 두께차)와 저 크라운 및 하이스파트(Hi Spot) 등이 있으며, 고 크라운은 강판의 중심에 웨이브(Wave)가 발생하는 중파로 압연되고, 저 크라운은 강판의 양 폭단부에 웨이브가 발생하는 양파로 압연되며, 하이스파트는 강판의 폭방향의 국부적인 위치에 극심한 웨이브를 형성시킬 수 있다. 여기서 크라운은 강판의 중심과 양 폭단부의 두께의 차를 나타낸 것으로 고 크라운은 중심부의 두께가 두꺼움으로, 강판의 압하량을 증가시키면 압하량 증가에 따른 강판의 중심의 연신이 강판의 길이방향으로 많이 발생하여 강판의 중심에 중파가 발생한다.
저 크라운은 고 크라운과 반대로 양 폭단부에 웨이브가 발생하는 양파가 발생한다. 또한 하이스파트는 소재에 국부적으로 두께편차가 생긴 것으로 압연 후에 국부적으로 국부적인 웨이브가 발생한다.
이렇게 압연기에서는 형상이 불량한 소재를 압연하여 형상이 좋은 강판으로 제조한다.
도 1 에는 종래의 연속냉간압연기의 형상제어를 나타내는 개략도이며, 도 2에는 6단 압연기의 형상제어단의 상세도이다.
도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 초기 설정정보 즉, 소재 코일의 강종, 폭, 두께에 따라 이미 설정된 데이터에 의해 압연기의 각각의 스탠드에 설정치가 결정되어 강판(1)을 압연한다. 그리고, 압연기에서 나온 강판의 형상이 적절하지 못할 경우에는 마지막 번째의 스탠드의 형상제어단을 변경하여 압연된 강판의 형상이 최적의 조건이 되도록 한다.
이 때, 형상제어단의 변경은 마지막 번째의 스탠드의 출측에 설치된 형상측정장치(5)에서 압연된 강판의 형상을 측정하고, 압연실적에 따라 형상제어출력 범위를 수정하며, 형상제어단의 제어조절량을 조절한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 스탠드는 6단의 롤을 포함한다.
6개의 롤은 강판과 접하는 작업롤(2)과 압하하는 보강롤(4) 및 작업롤과 보강롤 사이에서 작업롤의 하중을 조절하는 중간롤(3)로 구성되며, 압연하는 강판의 형상에 따라 작업롤 벤더(Bender)력과 중간롤 벤더력을 조절하여 강판의 형상을 제어한다.
여기에 중간롤의 위치와 압연유의 유량에 의해 강판의 형상을 제어할 수 있다. 따라서 형상제어단에는 작업롤 벤더력과, 중간롤 벤더력과, 중간롤의 위치 및, 압연유의 유량이 포함된다. 이러한 형상제어단은 마지막 번째의 스탠드에 적용되어 강판에 가하는 압하량을 변경하여 강판의 형상을 조절한다.
도 3은 종래의 냉간압연에서의 형상제어방법에 따른 강판의 형상을 나타낸 그래프이다. 그러나, 극박판을 압연하는 경우에 마지막 번째의 스탠드의 형상제어단이 설비조건의 최대치를 넘는 경우가 있으며, 이러한 경우에는 압연작업이 적절하게 이루어질 수 없으며, 따라서, 강판의 형상이 좋지 않다는 문제점이 발생한다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 각 스탠드별로 각각의 형상제어단을 설정하여 강판의 형상을 제어함으로써, 마지막 번째의 스탠드의 형상제어 범위를 최대로 확보할 수 있는 형상제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 냉간압연기의 형상제어를 나타낸 개략도이고,
도 2는 일반적인 6단 압연기의 형상제어단의 상세도이고,
도 3은 종래의 냉간압연에서의 형상제어방법에 따른 강판의 형상을 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉간압연에서의 형상제어의 개략도이고,
도 5는 도 4에 도시된 냉간압연에서의 형상제어방법을 나타낸 블록도이며,
도 6은 도 4에 도시된 냉간압연에서의 형상제어방법에 따른 강판의 형상을 나타낸 그래프이다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 냉간압연에서의 강판의 형상제어방법에 있어서, 소재강판의 크라운량을 계산하는 단계와, 크라운비 계산단계와, 최대 및 최소크라운량 계산단계와, 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 계산단계와, 중간롤 위치 계산단계와, 형상측정장치에 의한 웨이브량계산단계 및, 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경단계를 포함하며, 상기 웨이브량 계산단계에서는 소재강판이 압연기에 진입하기 전에 웨이브의 형상을 측정하여 웨이브에 따라 각 스탠드의 크라운 제어량이 계산되어 설정되며, 상기 크라운비 계산단계에서는 각 스탠드의 입측과 출측의 크라운비를 계산하며, 상기 최대 및 최소크라운량 계산단계에서는 각 스탠드에서 강판이 압연된 후 형성될 수 있는 최대 및 최소크라운량을 계산하며, 상기 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 계산단계에서는 최대 및 최소크라운량을 각 스탠드별로 제어하도록 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 계산하여 각 스탠드의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 계산값으로 변경하여 압연하고, 만약 변경된 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 스탠드의 설비사양을 넘게되면, 전 스탠드에 현재의 중간롤의 위치를 변경하여 압연하며, 상기 형상측정장치에 의한 웨이브량계산단계에서는 형상측정장치에 설정된 계수와 측정된 웨이브에 의해 웨이브량을 계산하며, 상기 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경단계에서는 현재의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력에 대칭형상 스탠드의 설정된 계수를 적용하여 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 변경하여 압연하고, 만약 변경된 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 스탠드의 설비사양의 한계치를 넘게되면, 다시 상기 중간롤의 위치 계산단계로 이어지는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서 강판의 형상제어방법이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 냉간압연에서의 형상제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉간압연에서의 형상제어의 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 냉간압연에서의 형상제어방법을 나타낸 블록도이며, 도 6은 도 4에 도시된 냉간압연에서의 형상제어방법에 따른 강판의 형상을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 소재강판의 사양을 측정하는 측정단계와, 각 스탠드별 출측의 웨이브량을 계산하는 단계와, 각 스탠드별 입출측의 크라운비를 계산하는 단계와, 각 스탠드 출측의 강판형상이 평탄하다고 하였을 때 최대 크라운량과 최소크라운량을 계산하는 단계와, 상기 각 스탠드별 출측의 크라운량으로부터 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 계산하는 단계와, 만일 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 설비사양의 최대치를 초과하였을 때 중간롤의 위치를 계산하는 단계와, 마지막 번째 스탠드의 출측에서 강판의 형상을 측정하여 형상의 패턴을 인식하는 단계와, 각 스탠드의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경치는 대칭형상 패턴인식으로 제어하는 단계 및, 만일 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 설비사양의 최대치를 초과하였을 때 전 스탠드의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 및 중간롤의 위치로 제어하는 단계를 포함한다.
소재강판의 사양측정단계에서는 압연기의 입측부에서 소재강판을 측정한다(S1).
크라운량을 계산하는 단계에서는 측정된 크라운량에 따른 각 스탠드의 출측 크라운량을 계산한다(S2).
Chi=a⋅Pi+b⋅Fwi+c⋅Fii+d⋅UCδ+e⋅Chi-1+f⋅ε+g⋅Th+h
여기에서, P : 압연하중(ton), Fw : 작업롤 벤더력, Fi : 중간롤 벤더력, UCδ : 중간롤 위치, Ch-1 : 입측크라운, ε: Δt/t(압하율), Th : 압연 출측두께, i : 스탠드번호이며, a, b, c, d, e, f, g, h는 상수로써, 표 1에 주어져 있다.
수학식 1에 의하여 i번째의 스탠드의 크라운량을 계산한다.
구분 1번 스탠드 2번 스탠드 3번 스탠드 4번 스탠드 5번 스탠드
a -0.00158 -1.38365E-4 6.02271E-5 1.40731E-4 -7.17404E-5
b -0.03169 -0.00417 -9.42793E-4 -0.01757 -9.34779E-5
c 0.04616 -0.00415 0.02952 0.02792 1.39895E-4
d -0.01263 -0.0103 -8.28348E-4 0.00408 6.61647E-5
e 0.74525 0.72279 0.74236 0.77993 0.97474
f -41.6875 -34.96803 -19.00729 -20.43788 -19.53046
g -0.42315 -0.30328 -0.10369 -0.36336 0.04299
h 14.61776 12.04274 3.70665 4.3095 0.45961
크라운비를 계산하는 단계에서는 각 스탠드의 압연 전후의 크라운량의 변화에 의해 크라운비를 계산할 수 있다.
크라운비는 수학식 1에서부터 계산된 크라운량에 의해 각 스탠드별로 입출측의 크라운비를 구하는 것이다(S3).
여기에서 Δλ 는 크라운비이며, t는 강판의 두께이다.
각 스탠드 출측의 강판형상이 평탄하다고 하였을 때, 최대 크라운량과 최소크라운량을 계산한다(S4).
CL=f(t,c,w)
CU=f(t,c,w)
여기에서, CU는 최대 크라운량이며, CL은 최소 크라운량이며, t는 강판의 두께이고, c는 크라운이며 ,w는 강판의 폭이다.
따라서, CL〈 Δλ 〈CU의 조건을 만족하여야 한다.
그러면, 각 스탠드별 출측의 크라운량으로부터 작업롤의 벤더력을 수학식 4에 의해 계산하며, 중간롤의 벤더력은 수학식 5에 의해 계산한다.
Fw=f(P, Fi, UCδ, Ch, CU, CL, ε, Th)
Fi=f(P, Fw, UCδ, Ch, CU, CL, ε, Th)
이렇게 구한 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 설비사양의 최대치를 넘는 경우에는 중간롤의 위치를 수학식 6에 의해 구한다.
UCδ=UCδ(현재값)+ΔUCδ
그리고 계산된 중간롤의 위치( UCδ )에 따라 수학식 4와 수학식 5에 대입하여 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 계산한다(S5).
마지막 번째 스탠드의 출측에서 강판의 형상을 측정하여 강판의 폭방향으로 형성된 웨이브의 패턴을 인식한다(S6).
폭방향의 웨이브의 량은 수학식 7에 의해 계산된다.
y=q1X+q2X2+q3X3+q4X4
여기에서, y는 폭방향의 웨이브의 량이며, q1, q2, q3, q4는 형상측정장치에 따라 설정된 상수이고, X는 강판의 폭단부의 웨이브값이다.
강판의 폭방향 웨이브의 량을 수학식 7에 의해 계산하고, 각 스탠드의 Fw와 Fi값에 변화량을 대칭형상 패턴으로부터 제어한다.
Fw=Fw(현재값)+ΔFw⋅f(b,d)
Fi=Fi(현재값)+ΔFi⋅f(b,d)
만일 조정된 작업롤의 벤더력과 조정된 중간롤의 벤더력이 설비사양의 최대치를 초과하였을 때, 다시 수학식 6에 의해 전 스탠드의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 및 중간롤의 위치로 제어한다(S7).
이와 같이, 연속냉간압연기에서 신형상제어 기술개발을 위한 냉연 웨이브 및 형상예측 모델과, 전 스탠드 형상제어 로직(Logic)이다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉간압연에서 강판의 형상제어방법은 압연기의 각 스탠드별로 강판의 형상제어가 가능하다.
도 3은 종래의 냉간압연에서의 형상제어방법에 의한 강판의 형상을 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 형상제어방법에 의한 강판의 형상을 나타낸 그래프이다.
도 3과 도 6에서는 2초간격으로 측정된 웨이브의 형상데이터이며, 형상변수의 +값은 양파의 발생을 나타내며, -값은 중파의 발생을 나타낸다. 그리고 중간파는 강판의 중심과 강판의 양 폭단부의 사이에 나타난 웨이브를 말한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 측정의 초기에는 양파가 발생하였으며, 이에 따라 양파를 방지하기 위해 벤더력을 임의로 조절하여 20초에서 100초 사이에는 중파가 발생하며, 발생된 중파를 방지하기 위해 벤더력을 조절하여 100초 이후에서는 다시 양파가 발생하였다.
그러나 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 강판의 중심과 양단 및 중간에서 웨이브은 거의 발생하지 않도록 제어가 가능한 것을 알 수 있다.
따라서, 각 스탠드별로 형상제어를 하였을 때에는 강판의 형상이 양호하다는 것을 알 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 마지막 번째의 스탠드의 설비사양을 넘는 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 필요성을 각각의 스탠드에서 보정함으로써, 마지막 번째의 스탠드의 형상제어 범위를 최대로 확보할 수 있다는 장점이 있으며, 또한 강판에 가해지는 장력을 각각의 스탠드의 압하량이 조절 가능함으로써, 판파단의 위험을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 냉간압연에서 강판의 형상제어방법에 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. 냉간압연에서의 강판의 형상제어방법에 있어서,
    소재강판의 크라운량을 계산하는 단계와, 크라운비 계산단계와, 최대 및 최소크라운량 계산단계와, 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 계산단계와, 중간롤 위치 계산단계와, 형상측정장치에 의한 웨이브량계산단계 및, 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경단계를 포함하며,
    상기 웨이브량 계산단계에서는 소재강판이 압연기에 진입하기 전에 웨이브의 형상을 측정하여 웨이브에 따라 각 스탠드의 크라운 제어량이 계산되어 설정되며,
    상기 크라운비 계산단계에서는 각 스탠드의 입측과 출측의 크라운비를 계산하며,
    상기 최대 및 최소크라운량 계산단계에서는 각 스탠드에서 강판이 압연된 후 형성될 수 있는 최대 및 최소크라운량을 계산하며,
    상기 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력 계산단계에서는 최대 및 최소크라운량을 각 스탠드별로 제어하도록 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 계산하여 각 스탠드의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 계산값으로 변경하여 압연하고,
    만약 변경된 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 스탠드의 설비사양을 넘게되면, 전 스탠드에 현재의 중간롤의 위치를 변경하여 압연하며,
    상기 형상측정장치에 의한 웨이브량계산단계에서는 형상측정장치에 설정된 계수와 측정된 웨이브에 의해 웨이브량을 계산하며,
    상기 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력의 변경단계에서는 현재의 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력에 대칭형상 스탠드의 설정된 계수를 적용하여 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력을 변경하여 압연하고, 만약 변경된 작업롤의 벤더력과 중간롤의 벤더력이 스탠드의 설비사양의 한계치를 넘게되면, 다시 상기 중간롤의 위치 계산단계로 이어지는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서 강판의 형상제어방법.
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