KR100406383B1 - 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법 - Google Patents

쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 쌍롤식 박판 주조기에서 제조되는 박판의 장력을 일정하게 유지하여 박판의 품질 및 주조 공정의 안정성을 확보할 수 있도록 된 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 관한 것이다.
본발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 쌍롤을 통과한 박판을 권취하는 코일러와, 상기 쌍롤과 코일러 사이에 구비되어 롤의 상, 하로 이동시켜 박판의 장력을 제어하는 장력제어유니트를 갖는 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 있어서,상기 코일러의 구동속도와 상기 쌍롤의 선속도가 일치하도록, 검출된 박판의 루프높이가 낮을 수록 상기 코일러의 구동속도를 느리게 제어하고, 상기 박판에 일정 장력을 부과하기 위하여 상기 코일러의 모터에서 상기 코일러의 구동속도에 따라 변화하는 전류데이터를 검출하여, 상기 검출된 전류데이터가 증가할수록 상기 박판장력제어유니트의 장력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 박판장력제어방법.

Description

쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법{METHOD FOR CONTROLLING TENSION OF A THIN STRIP AT A TWIN-ROLL STRIP CASTER}
본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 쌍롤식 박판 주조기에서 제조되는 박판의 장력을 일정하게 유지하여 박판의 품질 및 주조 공정의 안정성을 확보할 수 있도록 된 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 관한 것이다.
쌍롤식 박판 주조 공정에서 제조되는 박판을 코일러에 규칙적이고 안정하게 감는 것은 제조된 박판의 품질 측면과 주조 공정 안정성 측면에서 매우 중요하다. 즉, 제조되는 박판의 장력이 너무 크면 박판이 휘어져서 박판의 중앙부가 볼록하게 되고, 박판 에지부에 과다한 힘이 부과되어 박판 에지부가 찢어진다. 또한, 제조되는 박판의 장력이 너무 적으면, 코일러에서 감기는 박판이 느슨하여 주조공정이 불안정하게 된다.
따라서, 일반 냉연 공정에서는 도 1에 도시한 바와 같이 박판의 장력을 일정하게 제어하기 위해 루퍼(13)를 사용하고 있으며, 이때 루퍼(13)의 상하운동에 의해 박판 장력을 일정하게 조절한다. 즉, 스탠드(11)와 스탠드(12) 사이에 놓인 루퍼(13)는 두 스탠드(11)(12)의 구동모터의 전류 또는 장력 측정 장치의 데이터에 따라 상하로 움직여서 스탠드 사이의 박판의 장력이 일정하게 제어된다.
그러나, 쌍롤식 박판 주조기는 현재 연구 개발이 진행중인 공정으로써 일반 냉연 공정에서 제조되는 박판처럼 박판의 프로파일이 균일하지 않다. 즉, 쌍롤식 박판 제조 공정에서 제조되는 박판은 에지 벌징등의 원인으로 인해 박판의 에지부의 두께가 매우 두꺼울 가능성이 높다. 따라서 일반 냉연 공정의 루퍼를 사용할 경우 루퍼와 박판의 접촉면이 박판의 프로파일에 의존하므로 박판의 프로파일이 일정하지 않을 경우에는 루퍼에서 많은 슬립현상이 발생하여 루퍼의 상하 움직임에 의해 박판의 장력을 일정하게 제어하기는 힘들다. 또한, 일반 냉연 공정에서는 제조되는 박판의 두께별 최적 장력값을 경험에 의해 획득하고 있지만, 쌍롤식 박판 주조 공정에서는 제조되는 박판의 두께가 빈번히 변하므로 박판 두께별 최적 장력값을 경험에 의해 획득하기가 힘들어 최적 장력제어가 곤란한 문제점이 있었다.
따라서, 제조되는 박판이 거칠고 그 프로파일이 일정하지 않은 매우 취약한 환경에서 제조되는 박판의 장력을 일정하게 제어하여 박판의 품질을 일정하게 보증하고 주조 공정의 안정성을 확보하는 방안이 모색되어야 한다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 쌍롤식 박판 주조기에서 제조되는 박판의 장력을 일정하게 제어함으로써 박판의 품질 및 주조 공정의 안정성을 확보할 수 있도록 된 쌍록식 박판 주조기의 장력 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 일반 냉연 공정에서의 장력제어장치의 구성을 보인 개략도이다.
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 쌍롤식 박판 주조기의 개략적인 구성을 보인 시스템도이다.
도 3은 본 발명을 구현하기 위한 박판 장력 제어 유니트를 제어하는 제어부의 구성을 보인 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1...고정롤, 2...구동롤,
3...박판가이드롤, 4...루프높이측정장치,
5...디플렉트롤, 6...박판위치제어유니트,
7...박판장력제어유니트, 8...코일러,
9...박판, 70...장력제어유니트제어계,
80...코일러모터제어계.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어 방법은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 쌍롤을 통과한 박판을 권취하는 코일러와, 상기 쌍롤과 코일러 사이에 구비되어 롤의 상, 하로 이동시켜 박판의 장력을 제어하는 장력제어유니트를 갖는 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 있어서,상기 코일러의 구동속도와 상기 쌍롤의 선속도가 일치하도록, 검출된 박판의 루프높이가 낮을 수록 상기 코일러의 구동속도를 느리게 제어하고, 상기 박판에 일정 장력을 부과하기 위하여 상기 코일러의 모터에서 상기 코일러의 구동속도에 따라 변화하는 전류데이터를 검출하여, 상기 검출된 전류데이터가 증가할수록 상기 박판장력제어유니트의 장력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 박판장력제어방법.이하에는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법의 구성 및 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 쌍롤식 박판 주조기의 개략적인 구성을 보인 시스템도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 쌍롤식 박판 주조기에서는 구동롤(2)과 고정롤(1) 사이에서 제조되는 박판(9)이 코일러(8)쪽으로 진행하여 코일러(8)에서 박판이 권취된다. 이때, 쌍롤(1)(2)과 코일러(8)의 라인 속도가 동일하도록 유지하기 위해 루프 높이 측정장치(4)의 데이터에 따라서 코일러(8)의 각속도를 제어하게 된다. 또한, 쌍롤식 박판 주조 공정에서는 박판 진행 방향을 박판이 안정되게 진행되기 위해 박판 가이드롤(3), 디플렉트롤(5)과 박판위치제어유니트(6)를 두고 있다.
이와 같은 구성에서 코일러의 속도는 쌍롤과의 속도 연동을 위해 속도제어계만을 사용하므로 코일러 단독으로 박판의 속도와 박판의 장력을 제어하기는 매우 힘들다. 따라서 제조되는 박판에 일정한 장력을 주기 위한 박판 장력 제어 유니트(7)가 구성되어 있다. 이때 박판 장력 제어유니트(7)는 구동용 모터를 구비하고 있어, 그 모터의 속도를 제어함으로써 박판의 장력이 제어되도록 구성한다.
도 3은 본 발명을 구현하기 위한 박판 장력 제어 유니트를 제어하는 제어부의 구성을 보인 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구현하기 위한 박판 장력 제어유니트는 크게 코일러 모터 제어계(80)와 장력 유니트 모터 제어계(70)로 구분할 수 있으며, 루프 높이 측정 장치(4)의 검출결과에 따라 가변제어되는 코일러 모터의 전류 데이터를 사용하여 박판 장력 제어 유니트(7)의 구동 모터의 속도를 가변제어한다.
즉, 본 발명에 따른 박판 장력제어유니트(7)의 코일러모터제어계(80)에서는 루프높이측정장치(4)로부터 측정된 루프높이 측정값을 입력받아 제 1 속도PI제어기(81: 적분계수(K1), 비례계수(Kp) 및 복소수(S)는 입력신호(높이)를 속도값으로 변환하는 매개변수로서, 1/S 는 라플라스변환을 의미함)를 통해 루프높이가 일정하게 제어되도록 최외각 제어루프가 구성된다. 이때 상기 코일러모터제어계(80)의 최종 목표는 속도를 일정하게 유지하는 것이다. 따라서, 루프높이 측정값에 따라 코일러모터제어계(80)가 동작하여 루프 높이가 일정하게 유지되면, 쌍롤(1,2)의 선속도와 코일러(8)의 선속도가 동일하게 제어됨을 의미하는 것이다.
한편, 상기 제 1 속도 PI제어기(81)에 의해 제어된 코일러 모터 속도제어값은 제 1 연산기(82)에서 속도목표값과의 편차가 연산된 후 제 2 속도 PI제어기(83)로 출력한다. 이때, 제 2 속도 PI제어기(83)에서는 입력된 속도제어편차값을 그에 상응하는 전류제어값으로 변환출력하고, 전류PI제어기(84: 비례계수(Kp') 및 적분계수(K1')는 입력신호(속도)를 전류로 변환하는 매개변수)에서는 입력된 전류제어값을 모터구동을 제어하기 위한 전압제어값으로 변환하여 코일러모터제어루프(85)로 출력한다. 상기 코일러 모터제어루프(85: 인덕턴스(L), 저항(R), 장력계수(KT), 역장력계수(KB), 마찰계수(B) 및 회전자관성(J)은 입력신호(전압)을 모터 구동속도로 변환하는 매개변수)에서는 입력된 모터전압제어값과 피드백검출값의 편차에 장력계수 및 부하값을 입력하여 소정 연산을 수행한 뒤 모터구동을 위한 실제 제어값을 출력하여 코일러 모터 전류를 제어하게 된다.
한편, 장력제어가 온된 경우에 본 발명에 따른 장력제어유니트(70)에서는 장력 PI제어기(71: 비례계수(KpT) 및 적분계수(K1 T)는 입력신호(전류)를 장력으로 변환하는 매개변수)를 통해 코일러모터제어루프(80)로부터 출력되는 코일러 모터전류측정값에 따른 장력제어값을 연산 출력하게 된다. 이때, 제 2연산기(72)에서는 장력제어유니트(7)의 모터구동을 제어하기 위한 속도목표값과 상기 장력제어값을 입력하여 편차를 산출한 뒤 속도PI제어기(73)로 출력한다. 또한, 이때 속도PI제어기(73)에서는 입력된 편차에 상응하는 전류제어값은 연산하여 리미터(74)로 출력하고, 리미터(74)에서는 입력된 전류제어값이 상/하한 리미트내에 존재하는 경우에는 입력된 전류제어값에 상응하는 전압값으로 변환하여 출력하고, 상/하한리미트를 초과하는 경우에는 최대전압값 혹은 최소전압값을 출력한다. 한편, 상기 속도PI제어기(73)의 출력은 장력제어가 오프된 경우에는 전류PI제어기(75: 비례계수(Kp"), 적분계수(K1")는 입력신호(전류)를 전압으로 변환하는 매개변수)로 입력된다.
상기 리미터(74)에서 출력된 전압제어값은 장력제어루프(76)로 출력되고, 장력제어루프(76)에서는 피드백되는 장력제어를 위한 전류제어값과 장력제어값의 편차를 보상하도록 소정 연산을 수행한 뒤 장력제어유니트(70)의 구동모터의 모터제어신호를 출력하여 장력제어를 수행하게 된다.
이하에는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법의 동작 및 작용효과를 설명한다. 먼저, 본 발명에서는 코일러(8)와 박판 장력 제어 유니트(7)의 선속도의 차이에 의해 박판에 일정 장력이 부과되게 된다. 만일 이상적인 상황을 가정하면 디플렉트롤(5), 박판위치제어유니트(6), 박판장력제어유니트(7)의 선속도가 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도와 일치하여 회전한다면 제조되는 박판에는 장력이 부과되지 않는다. 한편, 디플렉트롤(5), 박판위치제어유니트(6)는 박판(9)을 느슨하게 잡기 때문에 디플렉트롤(5), 박판위치제어유니트(6)는 박판(9)에 장력을 부과하기 힘들다. 따라서, 박판(9)에 장력을 부과하는 것은 박판장력 제어유니트(7)이다. 즉, 박판에 일정 장력을 부과하기 위해서는 특정 부위의 선속도가 쌍롤 또는 코일러의 선속도와 다르게 설정되어야 되며, 이로 인해 코일러(8)와 특정 부위 즉, 본 발명에서는 박판제어 유니트(7)사이의 박판에 장력이 부과되게 된다.
한편, 박판에 장력을 부가하는 메카니즘은 다음과 같은 현상에 의해 발생한다. 박판 장력 제어 유니트(7)의 선속도가 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도와 차이가 있을 경우, 박판에 장력이 부과된다. 만약 박판 장력제어유니트(7)의 선속도가 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도보다 늦을 경우, 쌍롤(1)(2) 및 박판 장력제어유니트(7) 사이의 박판(9)의 길이는 증가하여 루프높이 측정장치의 측정값이 낮아지고, 이로 인해 코일러(8)의 선속도는 더욱 증가한다. 그래서, 박판 장력제어유니트(7)와 코일러(8)사이의 박판(9)의 길이는 더욱 감소하고, 코일러 모터 제어계의 부하값이 증가하여 코일러 모터의 전류 측정값이 증가한다. 이와 같은 현상이 짧은 시간동안 지속되면, 결국 박판 장력 제어 유니트(7)와 코일러(8) 사이의 박판(9)은 끊어져 버리고, 주조 실험이 중단된다. 따라서, 박판 장력 제어 유니트(7)의 선속도와 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도의 차이로써 제조되는 박판(9)에 장력을 부가하는 메커니즘은 쌍롤식 박판 제어 장치에 사용할 수 없다.
따라서, 코일러(8) 모터의 전기용량을 박판 장력 제어 유니트(7)의 모터 전기용량보다 수배 더 크게 설정하고, 박판 장력 제어 유니트(7)와 박판 사이에 발생할 수 있도록 박판 장력 제어 유니트(7)의 상부롤의 높이를 적절히 조절한다. 이처럼 슬립이 발생할 수 있도록 박판 장력 제어 유니트(7)의 상부롤의 높이를 조절하는 것은 박판 장력 제어 유니트(7)의 선속도와 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도의 차이에 의해 박판(9)이 끊어지는 현상을 방지하기 위해 필요하다. 그리고 코일러(8) 모터의 전기용량이 크게 설정되면 코일러(8) 전단의 박판 장력 제어 유니트(7)가 코일러(8)의 선속도와 다른 속도로 회전하도록 속도 설정값을 주어도, 코일러(8) 모터가 큰 힘을 가지고 코일러(8)의 속도설정값으로 회전하여 쌍롤(1)(2)와 코일 사이의 박판(9)의 진행속도가 코일러(8)의 선속도로 맞추어진다.
즉, 박판 장력 제어 유니트(7)의 속도 설정값이 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도와 다를 경우, 도 3의 코일러모터제어계(80)의 부하값이 변하게 된다. 그리고, 그 부하값의 변화는 코일러 모터 제어계(80)에 의해 코일러 전류 측정값의 ㅇ변화를 수반한다.
일반적으로 모터의 장력은 전류와 모터상수(KT)에 비례하므로, 전류 제어를통해 박판(9)에 부과되는 장력이 제어된다. 이때 코일러의 전류는 박판 장력 제어 유니트(7)의 속도 제어계의 입력으로 사용되고 제어되어 코일러 모터의 전류가 일정하게 유지되어 박판의 장력이 제어된다. 이때, 박판 장력 제어유니트(7)는 속도 목표값이 코일러의 전류 측정값에 따라 변하므로, 쌍롤(1)(2) 및 코일러(8)의 선속도와 다르게 된다.
이로 인해 박판 장력 제어 유니트(7)와 박판(8) 사이에 슬립 현상이 발생할 수 있고, 또는 어떤 경우에는 박판 장력제어유니트(7)의 모터 용량이 크지 않아서 속도설정값과 속도 측정값의 차이로 인한 정상상태오차가 발생할 수 있다. 후자의 경우, 박판 장력 제어 유니트(7)에서 동작하는 속도 제어계의 적분 계수에(hi 의해 박판 장력 제어 유니트(7)의 전류 제어값이 무한대까지 변하게 된다. 이때 ,리미터를 두지 않았을 경우에는 (전류제어값이 무한대로 커져서 박판 장력 제어 유니트(7)의 모터는 에러를 발생하고 멈추게 된다. 따라서, 박판 장력 제어 유니트(7)의 전류제어값에 리미터를 두어 에러발생을 방지한다. 결국 코일러(8)의 전류측정값은 박판 장력 제어 유니트(7)와 코일러(8) 사이의 박판의 장력에 비례하므로 코일러(8)의 전류측정값을 박판 장력 제어 유니트(7)의 속도 제어를 통해 일정하게 유지하고, 이로써 박판 장력 제어 유니트(7)와 코일러(8)사이의 박판 장력이 일정하게 유지된다.
또한, 쌍롤식 박판 주조 공정에서 제조된 박판의 초기부는 박판과 리더 스트립 연결부가 존재하고, 이 부위에 임계값 이상의 장력을 부과하면 그 연결부가 끊어지게 된다. 따라서, 박판과 리더스트립 연결부가 코일러에 안정하게 안착된 후부터 장력제어를 실시할 수 있도록 주조 시퀀스 판단기를 구비한다.
본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법은 박판의 프로파일이 균일하지 않은 경우 박판의 선 속도를 일정하게 유지하고 박판의 장력을 일정하게 유지하여 코일러에 박판이 안정하게 권취될 수 있도록 한 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 박판 주조기의 장력제어방법에서는 코일러의 전류 데이터를 사용하여 박판 장력 제어 유니트의 속도를 가변제어하여 박판의 장력을 일정하게 유지함으로써 박판의 품질을 향상시킬 수 있고 나아가 주조 공정의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. (정정)쌍롤식 박판 주조 공정에서 쌍롤을 통과한 박판을 권취하는 코일러와, 상기 쌍롤과 코일러 사이에 구비되어 롤의 상, 하로 이동시켜 박판의 장력을 제어하는 장력제어유니트를 갖는 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법에 있어서,
    상기 코일러의 구동속도와 상기 쌍롤의 선속도가 일치하도록, 검출된 박판의 루프높이가 낮을 수록 상기 코일러의 구동속도를 느리게 제어하고, 상기 박판에 일정 장력을 부과하기 위하여 상기 코일러의 모터에서 상기 코일러의 구동속도에 따라 변화하는 전류데이터를 검출하여, 상기 검출된 전류데이터가 증가할수록 상기 박판장력제어유니트의 장력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 박판장력제어방법.
KR10-1999-0061683A 1999-12-24 1999-12-24 쌍롤식 박판 주조기의 장력제어방법 KR100406383B1 (ko)

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