KR100401999B1 - 선재의 수냉제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과거의 수냉실적을 이용하여 냉각수의 유량을 설정함으로서 제어성능을 향상시키면서 제어 안정 시간을 단축시킴으로서, 생산성 향상뿐만 아니라 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 선재의 수냉제어방법에 관한 것으로, 상기 방법은 냉각수를 보통은 배수시키다가 선재 치입시에는 수냉박스로 인가하는 삼방변과, 상기 삼방변으로 공급되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 구비하여 선재의 온도가 목표온도가 되도록 냉각수유량을 피드백제어방법에 있어서, 냉각수유량의 피드백제어중 냉각후 선재의 온도가 목표온도값에 일치할 때의 유량조절밸브를 제어하는 출력제어값을 기억한 후, 선재의 수냉작업완료시 상기 유량조절밸브를 기억된 출력제어값으로 제어하여 고정시킴에 의해서, 선재 하나 당 삼방변의 조작횟수를 줄이고, 초기유량설정시간 및 제어안정시간을 줄여 생산성을 향상시키는 것이다.

Description

선재의 수냉제어방법{WATER FLOW CONTROL METHOD OF WIRE ROD}

본 발명은 압연후 고온/고속으로 통과하는 선재를 냉각수를 이용하여 목표온도로 냉각시키는 수냉설비의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전회의 수냉실적을 이용하여 수냉제어를 수행함으로서 제어안정시간을 단축시키고 제어성을 향상시키고자 하는 선재의 수냉제어방법에 관한 것이다.

제철설비에서 제조되는 제품중 각종 철선이나 소형볼트, 너트의 선재로 이용되는 선재의 제조에 있어서, 압연단계를 거친 고온의 선재를 목표온도로 냉각시키기 위해 냉각수를 이용하여 냉각하는 냉각설비가 구비된다. 상기 선재 냉각 설비는 선재의 특성상, 선재의 선단부가 수냉대를 통과하기 전부터 냉각수를 살수하면 선단부가 급격히 냉각되어 유동성이 부족해지고, 이렇게 되면 냉각대와 가이드를 통과하지 못하게 되기 때문에, 선재의 선단부가 수냉대를 통과한 후 살수를 시작하여 선재가 수냉대를 완전히 통과하면 살수를 중단하고, 다음 선재의 선단부가 통과한 후 다시 살수를 시작하는 방식으로 동작하여야 한다.

이러한 선재의 수냉 설비는 도 1에 도시한 바와 같이, 수냉박스(2)의 수냉노즐(3)로 냉각수를 공급하는 수냉헤더(4)에 삼방변(5)의 일단을 연결하고, 상기 상방변(5)의 다른 일단은 배수관에 연결하고, 상기 삼방변(5)의 나머지 일단은 냉각수 유량조절밸브(8)를 통해 냉각수가 유입되는 급수배관에 연결하고, 상기 급수배관에 설치된 유량계(6)의 측정값(PV)과 설정값(SV)을 비교하여 얻어진 출력값(MV)으로 상기 유량조절밸브(8)로 설정된 유량이 흐르도록 유량조절하면서, 선재(1)의 선단부가 수냉대를 통과하기 전까지는 냉각수가 화살표B의 방향으로 흐르도록 삼방변(5)을 제어하다가, 선재(1)의 선단부가 수냉대를 통과하면 냉각수가 화살표 A방향으로 흐르도록 삼방변(5)을 제어하고 있다.

그런데, 상기와 같은 수냉설비에서는, 상기 A측 배관과 B측 배관의 배관저항차에 의해 유량 불안정 영역이 발생하기 때문에, 냉각수를 목표유량으로 제어하는데 걸리는 시간이 길어지며, 이는 제품의 불량부를 증가시킨다. 결과적으로, 선재의 전체 부분에서 절단되는 부분이 증가함으로서, 제조의 실수율을 감소시키고, 생산성을 하락시키게 되는 문제점이 있다.

이러한 현상을 방지하고 제어성을 높히기 위한 제어방법이 일본국 특허공개 평6-39421호에서 제안되었는데, 이는 열간압연된 선재를 텐덤배치의 복수 수냉노즐(3)을 구비한 수냉박스(2)를 통과시켜 강제로 냉각시키는데 있어서, 냉각수노즐의 실제 유량을 유량계(6)로 측정하여, 측정된 실제 유량과 목표유량과의 편차가 해소되도록 유량조절밸브(8)의 개도를 제어하는 피드백제어방법을 이용하고, 먼저 선재(1)가 수냉박스(2)에 도달하기 전에 삼방변(5)을 조절하여 냉각수가 수냉박스측(화살표A)로 흐르도록 하여 냉각수를 분출하면서 냉각수의 실유량과 목표유량이 일치하도록 유량조절부(7)로 피드백제어를 실시하고, 목표유량에 도달한 시점에서 피드백냉각제어를 중지하여 유량조절밸브(8)의 개도를 고정시킴과 동시에, 삼방변(5)을 냉각수흐름이 화살표B로 되도록 조절하고, 선재(1)의 선단부가 수냉박스(2)를 통과할 때까지 상기 상태를 유지한다. 그리고, 선단부가 수냉박스(2)를 통과하면, 바로 냉각수흐름이 A방향이 되도록 삼방변(5)을 전환하여 다시 피드백냉각수량제어를 실시하여 선재를 냉각시켰다.

그런데, 이러한 종래 방법은 삼방변을 선재가 수냉대에 도착하기 전에 유량설정을 위해 수냉박스 A측으로 조절했다가, 개도설정후 B측으로 돌렸다가, 선단부 통과후 수냉을 위해 다시 A측으로 절환하여야 하므로, 선재 하나당 2번의 밸브 조작이 필요하고, 또한, 삼방변을 배수측 B 방향에서 수냉박스측 A 방향으로 전환시 양측의 배관구조가 불일치에 따른 배관 저항 편차로 인하여 순간적으로 실유량이 급속히 변동하게 되고, 또한 삼방변(5)을 전환함과 동시에 유량조절을 시작함으로써 선재의 선단부이후가 갑자기 냉각되어 온도가 급변하는 문제가 발생한다.

또한, 선재온도를 감지하여 유량제어를 실시하여야 하나, 빠른 시간에 고속(통상 90~110 m/sec)으로 통과하는 선재의 온도를 측정할 수 없는 제어 불능 영역이 발생하는 등, 신속하고 적절한 제어가 이루어질 수 없다.

또한, 선재 수냉중 온도변화로 냉각수 유량 변화가 발생하면, 비수냉시 선정된 유량초기값으로 제어를 시작하므로, 제어가 안정되기 까지 소요되는 시간이 길어지고, 삼방변의 2회 조작 등으로 인해 작업시간 단축에 한계가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 방법에서의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은 고속으로 통과하는 선재에 냉각수를 분사하여 냉각시키는 수냉설비에 있어서, 전회 수냉시의 수냉실적을 이용하여 냉각수의 유량을 설정함으로서 제어성을 향상시키고 제어안정시간을 단축시켜 생산성 향상뿐만 아니라 선재의 품질향상을 도모하는 선재의 수냉제어방법을 제공하는 것이다.

도 1은 선재 압연 공정에 있어서 선재의 수냉설비를 도시한 블록구성도이다.

도 2는 본 발명에 의한 선재 냉각제어방법이 적용된 수냉 설비를 보이는 블록구성도이다.

도 3은 본 발명의 선재 냉각제어방법에 따른 냉각제어장치를 도시한 블록구성도이다.

도 4는 본 발명에 의한 선재 냉각제어방법에 따른 냉각제어플로우를 보이는 플로우챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

6 : 냉각수 유량계

8 : 유량조절밸브

10 : 선재 온도계

12 : 선재검출기

100 : 냉각제어기

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명은 통과하는 선재에 냉각수를 분사하기 위한 수냉박스와, 냉각수를 상기 수냉박스 또는 배수로로 연결하는 삼방변과, 상기 수냉박스에 전달되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브와, 선재의 냉각온도가 목표온도에 도달하도록 냉각수 유량 및 선재온도의 측정값에 따라서 산출된 제1출력제어값을 상기 유량조절밸브로 출력시키는 유량조절부를 포함하는 수냉설비의 선재 수냉제어방법에 있어서,

상기 수냉설비에서 냉각된 선재의 온도가 목표온도와 일치할 때의 상기 유량조절밸브로 인가되는 출력제어값을 제2출력제어값으로 기억하는 단계;

선재가 수냉박스로 치입되는 지를 판단하는 단계;선재가 수냉박스로 치입되지 않은 것으로 판단되면, 상기 기억된 제2출력제어값을 유량조절밸브로 인가시키는 단계;선재가 수냉박스로 치입된 것으로 판단되면, 냉각수가 수냉박스로 흐르도록 상기 삼방변을 제어하고, 소정 시간 지연후에 상기 유량조절부의 제1출력제어값을 유량조절밸브로 인가시켜, 선재가 수냉박스를 통과할때까지 냉각수 유량을 피드백 제어하는 단계;상기 냉각수 유량의 피드백 제어 도중, 선재의 냉각온도와 목표온도를 비교하여, 두 온도가 일치할 때의 유량조절부로부터 출력된 출력제어값으로 상기 제2출력제어값을 변경하는 단계; 및

선재가 수냉박스를 통과하면, 냉각수가 배수로로 흐르도록 삼방변을 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 선재의 수냉제어방법을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 수냉제어방법이 적용될 수냉설비를 개략적으로 도시한 블록구성도로서, 1은 압연된 후 수냉대를 통과하는 선재이고, 2는 선재(1)에 냉각수를 분사하여 냉각시키는 수냉박스이고, 3은 수냉박스(2)에 설치되어 선재(1)를 향하여 냉각수를 분사하는 수냉노즐이고, 4는 상기 수냉노즐(3)에 냉각수를 공급하는 수냉헤더이고, 5는 냉각수의 흐름을 수냉박스 방향(A방향) 또는 배수방향(B방향)으로 전환하는 삼방변이고, 6은 수냉노즐(3)에 의해 분사되는 냉각수의 유량을 계측하는 유량계이고, 8은 수냉노즐(3)에 의해 분사되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브이고, 9는 상기 배수량을 조절하는 조절밸브이고, 10은 수냉박스(2)를 통과한 선재(1)의 온도를 계측하는 온도계이고, 12는 선재(1)의 선단부가 수냉박스(2)를 통과하는 시점을 검출하기 위해서 수냉박스(2) 전단의 소정 위치에 설치되어 선재(1)를 검출하는 선재검출기이고, 100은 상기 선재검출기(12)로부터 검출된 선재검출신호에 따라서 선재 선단부의 치입여부를 판단하여 선재치입전에는 전 수냉작업시에 기억된 유량설정값으로 유량조절밸브(8)를 고정제어하고 선재치입후에는 상기 온도계(10)에서 검출된 온도측정값과 유량계(6)에 의해 측정된 실유량값에 따른 유량피드백제어로 유량조절밸브(8)를 제어하는 냉각제어기이다.

도 3은 본 발명에 따른 수냉제어방법을 수행하는 냉각제어기(100)의 구성예를 개략적으로 보인 구성도로서, 냉각제어기(100)는 상기 선재의 온도를 검출하는 온도계(10)와 유량계(6)와 선재검출기(12) 각각의 출력신호를 비교처리가능한 신호로 변환하여 출력하는 신호변환부(111~113)와, 상기 신호변환부(111)로부터 출력되는 온도측정값(PV1)을 미리 설정된 선재의 목표온도설정값(SV1)과 비교하여 선재를 목표온도로 냉각시킬 수 있는 냉각수의 유량을 설정하는 온도조절부(120)와, 상기신호변환부(112)로부터 출력되는 냉각수의 유량측정값(PV2)을 상기 온도조절부(120)로부터 설정된 유량설정값(SV2)과 비교하여 유량설정값(SV2)에 도달하도록 하기 위한 유량조절밸브(8)의 제1출력제어값(MV1)을 출력하는 유량조절부(130)와, 상기 신호변환부(111)로부터 출력된 선재의 온도측정값(PV1)과 목표값인 선재의 목표온도설정값(SV1)을 비교하여 두 값이 일치하는지를 판단하는 판정부(140)와, 상기 판정부(140)의 판단결과에 따라서 온도측정값(PV1)과 목표온도설정값(SV1)이 일치할 때의 유량조절부(130)의 출력제어값을 유량기억부(160)로 입력시키는 제1신호선택부(150)와, 상기 제1신호선택부(150)를 통해 입력된 온도측정값(PV1)과 목표온도설정값(SV1)이 일치할 때의 유량조절부(7)의 출력제어값을 기억하는 유량기억부(160)와, 상기 유량조절부(130)의 제1출력제어값(MV1)과 유량기억부(160)로부터 출력되는 제2출력제어값(MV2) 중 하나를 선택출력하는 제2신호선택부(170)와, 상기 제2신호선택부(170)를 통해 인가되는 출력제어값에 따라서 유량조절밸브(8)의 개도를 조절하는 유량조절밸브 액츄에이터(180)와, 상기 신호변환부(113)를 통해 입력되는 선재검출신호에 따라서 선재가 수냉박스(2)으로 치입되었는지를 판단하는 소재치입판단부(190)와, 상기 소재치입판단부(190)에 의해 판단된 선재치입시점부터 선재(1)의 선단부가 수냉박스(2)를 통과하는데 걸리는 시간 t만큼 선재 치입신호를 지연시키는 지연타이머(191)와, 상기 소재치입판단부(190) 및 지연타이머(191)에 의해 판단된 치입여부에 따라서 선재치입전에는 유량기억부(160)의 출력값을 선재치입후에는 유량조절부(130)의 출력값을 선택출력하도록 제2신호선택부(170)를 제어하는 제어출력선택부(200)로 이루어진다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 수냉제어방법을 플로우챠트로서 보인 것으로서, 본 플로우챠트와 상기 도2 및 도 3의 블록구성도를 참조하여 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

연속적인 수냉작업이 이루어지기 전, 최초의 압연된 선재(1)가 검출되고, 그 선재(1)의 선단부가 수냉박스(2)를 통과하면 종래와 같은 수냉피드백제어를 실시하여, 운전자 또는 SCC전산기에서 설정된 목표온도가 되도록 냉각수의 유량을 설정하고, 설정된 유량의 냉각수가 분사되도록 냉각수유량을 검출하여 피드백제어한다. 이러한 수냉제어에 의하여, 선재의 목표냉각온도와 선재의 실측온도가 일치하게 되면, 이때의 유량조절밸브(8)의 제어값을 유량기억부(160)에 기억한다. 그리고, 상기 최초 선재에 대한 수냉피드백제어를 계속하여 냉각작업이 완료되면, 이제 도 4에 보인 바와 같이 본 발명에 따른 냉각제어가 이루어진다. 이때, 상기와 같은 초기설정작업없이 유량기억부(160)에 경험치에 따른 초기 유량값을 기억시킨 후, 본 발명에 따른 냉각제어가 실행되도록 할 수도 있다.상기 유량기억부(160)의 제2출력제어값(MV2)은 선재의 냉각작업을 실시하기 전에, 과거의 실적으로 상기 수냉박스(2)를 통과한 선재의 온도가 목표온도와 일치되었일 때의 출력제어값을 미리 저장시킨 것이다.

본 발명에 따른 수냉제어는 먼저, 압연된 후 수냉박스(2)로 운반되는 선재(1)가 검출되면(402), 선재의 선단부가 수냉박스(2)로 치입되었는지를 판단한다(403). 아직, 선재가 치입되지 않았다면, 수동제어를 선택하여 상기 유량기억부(160)에 기억되어 있는 제2출력제어값(MV2)을 제2신호선택부(170)를 통해 유량제어밸브 액츄에이터(180)로 출력시킨다(404~406). 이에 상기 유량제어밸브 액츄에이터(180)가 동작하여 유량조절밸브(8)의 개도를 상기 제2출력제어값(MV2)에 대응되는 값으로 고정시킨다(407).

즉, 선재의 수냉전에, 과거 경험에 의해 유량기억부(160)에 기억시킨 출력제어값을 유량조절밸브 액츄에이터(180)로 인가하여, 유량조절밸브(8)의 개도를 적절한 값으로 초기화시키는 것이다.

이때, 삼방변(5)는 아직 수냉 작업타이밍이 아니므로, 삼방변 액츄에이터(13)에 의해서 배수 B측으로 선택되어 있다.

상기와 같은 상태에서, 선재가 치입된 것으로 판단되면(403), 소정 시간 지연 후(408), 자동 제어를 선택하여(409), 유량의 피드백 제어를 시작한다(410). 즉, 선재온도계(10)에서 측정된 선재의 온도가 목표온도가 되도록 온도조절부(120) 및 유량조절부(130)를 통해 유량조절밸브(8)를 제어한다. 그러다가, 상기와 같이 제어가 이루어져, 선재의 실측온도값이 목표온도값과 일치되면, 이때의 유량조절밸브(8)을 조절하는 유량조절부(130)의 출력제어값을 유량기억부(160)에 기억시킨다.

즉, 상기 소재검출기(12)에서 소재가 검출되면, 먼저 삼방변액츄에이터(13)가 동작하여 삼방변(5)을 수냉박스(2)방향 A로 조정하고, 동시에 소재치입판단부(190)에서 선재검출신호로부터 치입을 판단한다. 상기 소재치입판단부(190)에서 소재가 치입되지 않은 것으로 판단되면 제어출력선택부(200)는 제2신호선택부(170)을 0단자로 선택시키고, 상기 소재치입판단부(190)에서 소재가 치입된 것으로 판단되면 지연타이머(191)에서 설정된 시간후에, 제어출력선택부(200)가 동작하여 제2신호선택기(170)가 유량조절부(130)의 제1출력제어값(MV1)을 유량조절밸브 액츄에이터(180)에 전달하도록 변경시킨다. 따라서, 선재(1)의 선단부가 수냉박스(2)를 통과하고 소정시간 후까지, 상기 유량조절밸브(8)는 유량기억부(160)에 기억된 제2출력제어값(MV2)에 대응하는 개도로 조절되어, 일정한 유량의 냉각수를 인가하다가, 냉각수의 유량이 어느 정도 안정되는 시점부터 상기 유량조절부(130)로부터 인가되는 제1출력제어값(MV1)에 따라 개도가 조절된다. 즉 상기 유량조절부(130)가 신호변환부(112)를 통해서 입력되는 유량계(6)의 유량측정값(PV2)을 온도조절부(120)에서 온도측정값(PV1)과 목표온도설정값(SV1)을 비교하여 목표온도값이 되도록 설정한 유량설정값(SV2)에 비교하여 출력하는 목표유량값에 도달하도록 제어하기 위한 제1출력제어값(MV1)이 유량조절밸브 액츄에이터(180)에 인가되고, 이에 따라 유량조절밸브(8)가 자동제어된다. 이때, 판정부(140)에서 온도측정값(PV1)과 목표온도설정값(SV1)을 비교하여 두 값이 일치하지 않으면, 상기 제1신호선택부(150)는 0를 선택하여, 유량기억부(160)의 값에 변화가 없으며, 반대로 온도측정값(PV1)과 목표온도설정값(SV1)을 비교하여 두 값이 일치할 때는 제1신호선택부(150)가 1단자를 선택하고, 이에 상기 제2신호선택부(170)로부터 출력된 신호가 유량기억부(160)로 입력되어, 기억값이 갱신된다.

그리고, 치입된 선재 전체가 수냉박스(2)를 통과하여, 선재가 더이상 검출되지 않으면, 상기 삼방변(5)는 배수A측으로 전환된다.

이상과 같은 수냉제어를 각 선재마다 반복실시된다.

이상 설명한 바에 의하여, 본 발명은 선재 압연후 소정 목표온도로 냉각시키는 수냉제어에 있어서, 수냉제어중 최적값을 산출하여 기억시키므로서, 다음 선재의 수냉박스 도착전에 제어시작 유량을 결정하고, 다음 선재의 선단부가 통과한 후 일정시간동안 유량을 상기 결정된 유량으로 일정하게 유지하므로 단시간에 유량제어가 안정될 수 있으며, 이로 인하여 소재의 온도편차가 감소하고, 작업피치를 빠르게 할 수 있는 우수한 효과가 있다. 결과적으로, 실수율 향상 및 품질향상을 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 통과하는 선재에 냉각수를 분사하기 위한 수냉박스와, 냉각수를 상기 수냉박스 또는 배수로로 연결하는 삼방변과, 상기 수냉박스에 전달되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브와, 선재의 냉각온도가 목표온도에 도달하도록 냉각수 유량 및 선재온도의 측정값에 따라서 산출된 제1출력제어값을 상기 유량조절밸브로 출력시키는 유량조절부를 포함하는 수냉설비의 선재 수냉제어방법에 있어서,

   상기 수냉설비에서 냉각된 선재의 온도가 목표온도와 일치할 때의 상기 유량조절밸브로 인가되는 출력제어값을 제2출력제어값으로 기억하는 단계;

   선재가 수냉박스로 치입되는 지를 판단하는 단계;

   선재가 수냉박스로 치입되지 않은 것으로 판단되면, 상기 기억된 제2출력제어값을 유량조절밸브로 인가시키는 단계;

   선재가 수냉박스로 치입된 것으로 판단되면, 냉각수가 수냉박스로 흐르도록 상기 삼방변을 제어하고, 소정 시간 지연후에 상기 유량조절부의 제1출력제어값을 유량조절밸브로 인가시켜, 선재가 수냉박스를 통과할때까지 냉각수 유량을 피드백 제어하는 단계;

   상기 냉각수 유량의 피드백 제어 도중, 선재의 냉각온도와 목표온도를 비교하여, 두 온도가 일치할 때의 유량조절부로부터 출력된 출력제어값으로 상기 제2출력제어값을 변경하는 단계; 및

   선재가 수냉박스를 통과하면, 냉각수가 배수로로 흐르도록 삼방변을 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선재의 수냉제어방법.
2. 삭제
3. 삭제