KR100423924B1 - 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 기본 공정 조건을 입력하고, 열전달계수를 결정하고 롤의 온도분포를 계산한 다음 온도분포에 따른 롤의 열 크라운을 계산한 다음 추가 마스킹 장치 사용 여부를 판단하여 추가 마스킹 장치를 사용하고자 하면, 추가 마스킹 장치의 위치를 조절해가면서 열 크라운 계산을 반복 계산하여 추가 마스킹 장치의 최적 위치를 결정하고 추가 마스킹 장치 사용이 필요없으면, 결정된 정보를 저장하고 장치 셋업을 종료함으로써, 열연 중 롤 냉각을 위해 노즐에서 분사되는 냉각수 가운데 롤에 잔류해 있는 물의 양을 폭 방향으로 조절함으로써 롤의 온도 상승으로부터 발생하는 열 크라운 양을 제어할 수 있게 되는 것이다.

Description

열간 압연롤의 냉각수량 제어방법{Method for controlling amount of cooling water in hot rolling roll}

본 발명은 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법에 관한 것으로, 특히 열연 중 롤 냉각을 위해 노즐에서 분사되는 냉각수 가운데 롤에 잔류해 있는 물의 양을 폭 방향으로 조절함으로써 롤의 온도 상승으로부터 발생하는 열 크라운 양을 제어하기에 적당하도록 한 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 열연중 판으로 부터 유입된 열에 의해 상승된 롤을 냉각시키기 위하여 노즐 분사 방식 등의 방법으로 롤을 냉각시킨다.

롤의 온도 상승은 롤의 열 팽창을 초래하게 되고, 그 양은 궁극적으로 판의 폭 방향 두께 편차에 영향을 미치게 된다.

종래의 기술은 노즐 분사방식을 개선하여 전체적인 냉각능을 향상시키는 방법이 개발되어 있고, 분사되는 냉각수의 폭 방향 유량을 달리하여 롤의 열 크라운 양을 조절하려는 연구가 진행되어 왔다.

종래의 방법(6^thInternational Rolling Conference, "Development of shape control in plate rolling", Ohe, K., Kajiura, S., Simada, S., Mizuta, A., Morimoto, Y., Fujino, T., Anraku, K., pp. 78~85)은 냉각에 1차적으로 영향을 미치는 분사된 냉각수량에만 관심이 집중되어 있으나, 분사된 후 남아 있는 냉각수에의한 롤 냉각도 매우 큰 문제점이 있었다.

도1은 본 발명이 관계된 마스킹(masking) 장치(2)의 배치를 롤(1) 정면에서 본 도식적인 사시도이고, 도2는 상기 마스킹 장치(2)의 배치를 롤(1) 측면에서 본 도식적인 측면도이며, 도3은 상기 마스킹 장치(2)의 사시도이다. 또한 도4는 종래 압연공정에서의 롤에 분포되는 온도 분포도이며, 도5는 종래 압연공정에서의 롤에 분포되는 열변형 분포도이다.

이러한 종래의 롤 냉각 방식에서는 롤과 판이 만나는 부위 가운데 판 가장자리에서 발생하는 롤의 열 크라운량 감소를 제어하기 힘든 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 열연 중 롤 냉각을 위해 노즐에서 분사되는 냉각수 가운데 롤에 잔류해 있는 물의 양을 폭 방향으로 조절함으로써 롤의 온도 상승으로부터 발생하는 열 크라운 양을 제어할 수 있는 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법은,

기본 공정 조건을 입력하고, 열전달계수를 결정하고 롤의 온도분포를 계산한 다음 온도분포에 따른 롤의 열 크라운을 계산한 다음 추가 마스킹 장치 사용 여부를 판단하여 추가 마스킹 장치를 사용하고자 하면, 추가 마스킹 장치의 위치를 조절해가면서 열 크라운 계산을 반복 계산하여 추가 마스킹 장치의 최적 위치를 결정하고 추가 마스킹 장치 사용이 필요없으면, 결정된 정보를 저장하고 장치 셋업을종료함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 본 발명이 관계된 마스킹 장치의 배치를 롤 정면에서 본 도식적인 사시도이고,

도2는 상기 마스킹 장치의 배치를 롤 측면에서 본 도식적인 측면도이며,

도3은 상기 마스킹 장치의 구조를 보인 사시도이고,

도4는 종래 압연공정에서의 롤에 분포되는 온도 분포도이며,

도5는 종래 압연공정에서의 롤에 분포되는 열변형 분포도이고,

도6은 본 발명의 일실시예에 의한 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법을 보인 흐름도이며,

도7은 본 발명에 의한 제어시 롤에 분포되는 온도 분포도이고,

도8은 본 발명에 의한 제어시 롤에 분포되는 열변형 분포도이며,

도9는 종래 압연공정의 경우와 본 발명에 의한 방법을 사용했을 경우의 열 크라운량을 비교한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 롤 2 : 마스킹 장치

3 : 판재

이하, 상기와 같은 본 발명 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도6은 본 발명의 일실시예에 의한 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은 기본 공정 조건을 입력하는 제1 단계(ST11)와; 상기 제1 단계 후 열전달계수를 결정하고 롤의 온도분포를 계산한 다음 온도분포에 따른 롤의 열 크라운을 계산하는 제2 단계(ST12 ~ ST14)와; 상기 제2 단계 후 추가 마스킹 장치 사용 여부를 판단하는 제3 단계(ST15)와; 상기 추가 마스킹 장치를 사용하고자 하면, 추가 마스킹 장치의 위치를 조절해가면서 상기 제2 단계를 반복 계산하여 추가 마스킹 장치의 최적 위치를 결정하는 제4 단계(ST16 ~ ST19)와; 상기 추가 마스킹 장치 사용이 필요없으면, 결정된 정보를 저장하고 장치 셋업을 종료하는 제5 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 냉각수를 분사하는 노즐을 통과하여 1차적으로 롤을 냉각시킨 후 롤 표면을 따라 흐르는 냉각수량을 폭 방향으로 다르게 분포시킴으로써 궁극적으로 열 크라운량을 제어하게 된다. 종래의 롤 냉각 방식에서는 롤과 판이 만나는 부위 가운데 판 가장자리에서 발생하는 롤의 열 크라운량 감소를 제어하기 힘들다. 따라서 본 발명에서는 종래의 냉각능을 증가시켜 문제를 해결하려는 관점과는 달리 유입되는 열량이 부족한 부위에 열량을 보충함으로서 롤에 발생하는 열 크라운 저하 현상을 개선하고자 하는 것이다.

즉, 본 발명에 따르면 1차 냉각후 롤(1)을 따라 흘러 내리는 잔류 냉각수를 마스킹 장치(2)를 이용하여 롤의 폭 방향 냉각능을 제어하게 된다. 기존의 압연설비에도 롤을 따라 흘러내리는 냉각수가 판재(3)에 떨어지지 않도록 롤의 입측 하단에 와이퍼(wiper)가 설치되어 있다. 그러나 그 장치는 단지 냉각수가 판재에 떨어지지 않고 양 옆으로 떨어지도록 유도하는 역할만을 담당할 뿐이다.

본 발명은 몇 층의 마스킹 장치를 이용하여, 그 각각에 대하여 폭 방향으로 다른 위치에 설치하도록 하면 잔류하는 냉각수량은 달라지고, 따라서 폭 방향으로의 냉각능을 다르게 제어할 수 있다는 것을 이용하는 것이다.

그 결과 롤의 열 크라운량을 폭 방향으로 제어할 수 있다. 롤(1)에 홈을 내면 안되기 때문에 마스킹 장치(2)는 고무 재질을 이용한다. 또한 도3에서와 같이 제거된 냉각수의 흐름을 원활히 하기 위하여 수로(2a)를 형성한다.

도6을 참조하여 본 발명의 열간 압연 롤 마스킹 장치의 제어방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 기본 공정 조건을 다음과 같이 입력한다.

1) 판재의 입측 온도 정보 입수 : 롤의 온도 계산을 위하여 롤과 접촉하는 판재의 입측 온도 정보가 필요하고 이를 이용하여 롤의 온도 분포를 계산할 수 있다.

2) 판재의 폭에 관한 정보 : 판재의 폭에 관한 정보를 입수하여 롤과 접촉하여 열이 유입되는 부분을 결정한다.

3) 열전달 계수 관련 정보 입수 : 롤의 1차 냉각수량을 입수하여 1차 냉각 부위 및 잔류 냉각수가 롤의 표면에서 빼앗아 가는 열량을 계산한다. 또한 롤에 걸리는 하중과 접촉각 등을 이용하여 판재와 롤 사이의 접촉 열전달 계수를 계산한다.

또한 해석을 통한 롤 온도 계산을 수행한다.

이는 유한 차분법(Finite Difference Method, FDM), 유한 요소법(Finite Element Method, FEM), 수식모델 등의 방법으로 롤의 온도 분포를 계산한다. 수식모델은 그 정확도가 떨어지지만 빠른 시간에 온도 분포를 계산할 수 있고, 유한 요소법은 프로그램 작성에 시간이 걸리며 계산시간도 수식모델에 비하여 더 걸리지만 열변형 해석과 연계하여 해석이 필요한 경우 바로 열변형 해석과 연계하여 해석을 수행할 수 있기 때문에 유리하다. 유한 차분법의 경우 수식모델 보다 계산시간은 더 걸리지만 정확도가 높다. 프로그램 작성에 있어서도 유한 요소법 보다 쉬우나 경계조건이 복잡한 경우 적용이 어려우므로 본 발명에서는 유한 요소법을 이용한 온도 계산 방법을 선택한다.

또한 온도분포에 따른 롤의 열 크라운을 계산한다.

그래서 해석을 통한 롤 온도 계산에서 계산된 롤 온도를 이용하여 롤의 열 팽창량을 계산하여 롤의 열 크라운량을 결정한다.

또한 1번 마스킹 장치의 위치를 결정한다. 이는 입수된 판재의 폭을 이용하여 1번 마스킹 장치는 판 폭과 동일하게 위치시킨다.

또한 마스킹 장치가 있는 경우의 롤의 온도 및 열 크라운량을 계산한다.

또한 추가 마스킹 장치의 사용여부를 판단한다. 앞서 계산된 롤의 열 크라운 계산결과를 바탕으로 추가 마스킹 장치를 사용할 지를 판단한다.

만약 추가 마스킹 장치가 필요한 경우, 추가 마스킹 장치의 위치를 조절해가며 해석을 통한 롤 온도 계산과 온도분포에 다른 롤의 열 크라운 계산을 반복적으로 계산하여 최적 위치를 결정한다.

만약 추가 마스킹 장치가 필요없는 경우, 결정된 정보를 저장하고 마스킹 장치 셋업을 종료한다.

도7은 본 발명의 방법에 의한 제어시 롤에 분포되는 온도 분포도이고, 도8은 본 발명의 방법에 의한 제어시 롤에 분포되는 열변형 분포도이다.

그래서 종래의 공정에서 판재로부터 유입되는 열량과 냉각수에 의한 열손실을 계산하여 롤의 온도 분포 및 이때의 롤 열 크라운량을 우선 계산한다. 이 경우에 계산된 롤의 열 크라운 분포를 보면 상기한 내용과 마찬가지로 판 중앙에서는 어느 정도 균일한 변형분포를 보이다가 판 가장자리로 가면 급격하게 떨어지는 것을 발견할 수 있다. 본 발명을 이용할 경우에는 마스킹 장치에 의해 냉각수가 롤로부터 제거된 후에는 잔류 냉각수의 영향은 없고, 단지 공기에 의한 냉각 뿐이다.

또한 도1과 같이 폭 방향으로 차이를 두면서 여러 층의 마스킹 장치를 설치하면 냉각능의 변화도 순차적으로 영향을 주게 된다. 도7에 도시한 바와 같이, 마스킹 장치를 이용한 경우 단계적으로 롤의 온도 변화가 발생하고, 그 결과 롤의 열 크라운량이 판재와 접촉하는 부위의 가장자리에서 저하되는 현상을 개선할 수 있게 된다.

마스킹 장치의 위치와 수를 조절함으로써 그 영향을 조절할 수 있으므로 실제 조업 조건에 맞도록 유동적으로 조절할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 열연 중 롤 냉각을 위해 노즐에서 분사되는 냉각수 가운데 롤에 잔류해 있는 물의 양을 폭 방향으로 조절함으로써 롤의 온도 상승으로부터 발생하는 열 크라운 양을 제어하게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법은 롤에 발생하는 열 크라운 저하 현상을 비교적 간단하고 적용이 쉬운 마스킹 장치를 이용함으로서 문제점을 개선할 수 있고, 서로 다른 여러 조업 조건에 대해서도 마스킹 장치의 위치 및 수를 조절하여 손쉽게 종래의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 기본 공정 조건을 입력하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계 후 열전달계수를 결정하고 롤의 온도분포를 계산한 다음 온도분포에 따른 롤의 열 크라운을 계산하는 제2 단계와;

   상기 제2 단계 후 추가 마스킹 장치 사용 여부를 판단하는 제3 단계와;

   상기 추가 마스킹 장치를 사용하고자 하면, 추가 마스킹 장치의 위치를 조절해가면서 상기 제2 단계를 반복 계산하여 추가 마스킹 장치의 최적 위치를 결정하는 제4 단계와;

   상기 추가 마스킹 장치 사용이 필요없으면, 결정된 정보를 저장하고 장치 셋업을 종료하는 제5 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 열간 압연롤의 냉각수량 제어방법.