KR100431843B1 - 냉간압연기 롤갭 제어방법 - Google Patents

냉간압연기 롤갭 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉간압연기 롤갭 제어방법에 관한 것으로, 본 발명은 산세 전후의 두께에 대한 손실량에 기초해서 롤갭을 계산하는 제1단계(71); 다음 셋업 전송조건일 경우, 다음 코일이 스탠드 진입시 압연기의 하부 푸쉬업 실린더를 동작시키는 제2단계(72∼75); 압연기 출측의 두께편차를 측정하는 제3단계(76); 제3단계에서 계산된 두께편차가 허용범위를 벗어나는가를 판단하여, 벗어나는 경우에는 상기 제2단계로 진행하여 실린더를 동작시켜 두께편차가 허용범위 이내로 되도록 수행하고, 벗어나지 않을 경우에는 롤갭 제어를 종료하는 제4단계(77,78); 로 이루어져, 롤갭의 정확한 계산의 위해 냉연 산세 입측의 두께측정 실적, 장력측정기의 연신율실적, 그리고 산세시 열연 스케일 손실량을 고려한 소재두께를 롤갭계산에 반영하여 롤갭 예측정도를 향상시켜 오프-게이지를 줄일 수 있다.

Description

냉간압연기 롤갭 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING GAP OF ROLLS IN COLD MILL}
본 발명은 냉간압연기 롤갭 제어방법에 관한 것으로, 특히 열연정보두께와 핫코일 실측두께와의 편차에 의해 초래되는 압연기의 롤갭 설정치 오차를 최소화시키기 위해서, 종래의 열연정보두께 대신에 산세의 입측의 두께측정기 실적과 장력측정기의 연신율 실적, 그리고 산세시 열연 스케일 손실량을 고려한 소재두께를 롤갭 계산에 도입함으로써, 소재두께 설정치와 실적치와의 차이를 없애 두께정도 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 실수률을 향상시킬 수 있는 냉간압연기 롤갭 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 냉간압연 공정이 도1에 도시되어 있으며, 도 1을 참조하면, 일반 냉간압연 공정은 롤에 감겨진 강판이 풀리면서 이송장치에 의해서 냉간압연기로 이송되는데, 이 이송장치에는 복수의 이송롤이 설치되어 있으며, 이 이송롤에 의해서 이송되는 과정에서, 강판에 대한 두께가 두께측정기(11)에 의해서 측정되고, 장력측정기(tension leveler)(12)에 의해서 강판의 장력이 측정되며, 그리고 산세탱크(13)에 의한 산세과정을 통해서 강판 표면상의 산화물등의 이물질이 제거된다.
이러한 연속압연기에서는, 두께, 폭, 강종등이 변하는 경우에 바람직하지 않은 오프-게이지(off-gauge)가 도 4에 도시된 바와같이, 코일 탑부에서 현저하게 발생하는데, 이와같은 오프-게이지의 길이는 압연전 연속압연기의 각 스탠드에 설치되는 압연 셋업의 정도에 의존하므로, 이 오프-게이지의 길이를 줄이기 위해서는 정확한 압연 셋업이 절대적으로 필요하다. 여기서, 상기한 압연 셋업이란 롤갭을 제어하기 위해, 압연전 연속압연기의 각 스탠드에 설정되는 압연기의 롤속도 및 롤갭등을 계산하는 것을 말한다,
상기 압연기의 롤속도는 소재의 조건에 따라 설정되기 때문에, 이 롤속도가 상기 오프-게이지에 영향을 거의 미치지 않지만, 상기 롤갭은 압연기에 의한 압연강판의 두께에 직접적으로 영향을 미치므로, 이 롤갭의 오차는 곧바로 오프-게이지를 발생시키는 요인이 된다, 따라서, 상기 오프-게이지가 가능한 한 적게 되도록 하여야 하고, 이를 위해서는 롤갭의 정확한 계산이 필요하다.
도 2는 일반적인 냉간압연 셋업 흐름도로서, 도 2를 참조하면, 21단계에서의 각 스탠드간 두께 및 판속도를 22단계에서 변형저항식에 적용하고, 이후, 23단계에서 압연하중을 계산한후, 24단계에서 압하위치를 계산한다. 마지막으로, 25단계에서 롤갭을 설정한다.
도 3은 종래의 롤갭 설정과정을 보이는 플로우챠트로서, 도 3을 참조하면, 31단계에서, 상위컴퓨터가 열연정보두께 및 소재정보를 입력받고, 32단계에서 압연하중(Pi) 초기치를 가정하며, 33단계에서 편평롤 반경을 계산(Hitchcock 식에 의해)한후, 34,35단계에서 마찰계수 계산 및 이에 대한 보정을 수행한다.
다음, 36단계에서 하기 식1에 의해 압연하중을 계산하는데, 최종적으로 롤갭을 계산하기 전에, 압연하중을 계산하여야 하며, 이 압연하중 계산은 하기 수학식1에 보인 바와같이, 열연정보 두께(Hi)가 포함되어 있으며, 여기서, 열연정보두께(Hi)외의 항목은 실측값이므로 압연하중 계산은 열연정보두께(Hi)에 의해서 좌우된다는 것을 알 수 있다.
여기서, Pi는 압연하중, ki는 변형저항, Ki는 장력효과, Dpi는 마찰계수 보정항, b는 판폭, R'i는 편평롤경, Hi는 열연정보두께, 그리고 hi는 i스탠드 출측 두께이다.
마지막으로, 37단계에서 하기 수학식2에 의해 롤갭을 설정하는데, 상기 수학식1에서 구한 압연하중에 기초하여 하기 수학식2를 이용하여 롤갭 설정량을 구할 수 있다.
여기서, S는 각 압연기 롤갭, Pi는 압연하중, M은 압연기 탄성계수, 그리고 hi는 i스탠드 출측 두께이다.
이와같은 종래의 방법에 의한 핫코일 길이방향 두께성향은 도 4에 도시되어 있으며, 냉연에서 요구되는 두께로 열간압연의 정상구간인 중간부(middle portion)에서는 냉연요구두께와 열연정보 두께가 거의 비슷하지만, 핫코일의 선두부(top portion)의 경우에는 20mm이상의 오차가 발생하여 냉연에서 오프-게이지 발생의 주요영향 인자로 작용한다. 이 냉간압연기의 롤갭계산은 핫코일의 정상구간인 중간부 두께를 기준으로 계산하기 때문에 핫코일 선두부 두께오차는 그대로 롤갭 오차로 되어 제품의 오프-게이지로 발생되는데, 도 4를 참조하면, 핫코일의 길이방향에 대한 두께성향을 보면, 핫코일의 중간부는 변화폭의 거의 일정한 반면에, 핫코일의 선두부와 후미부(tail portion)는 변화폭이 심하다. 여기서, 롤갭 설정오차에 의한 오프-게이지(off-gauge)는 도5에 도시된 바와같이 발생된다.
이와같은 종래의 롤갭 설정방법에 있어서, 롤갭 계산에 이용되는 열연정보 두께와 핫코일 실측두께와의 편차로 인한 롤갭 계산은 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 상기 수학식1에 있어서, 압연하중은 다른 압연조건이 일정하다고 하면, 열연정보두께(Hi)에 정비례한다. 그러나, 앞에서 열연정보두께의 문제점에 대해서 언급한 바와같이, 열연소재의 실측두께는 롤갭 계산에 이용되는 열연정보두께와 핫코일 중간부에서 50μm정도의 편차, 핫코일 선두부에서는 200μm이상 편차가 발생하기 때문에, 압연하중 오차가 필연적으로 발생하게 되는 것이다. 이와같이 압연하중 오차에 의해서 롤갭설정에 오차를 초래시키는 문제점이 있다.
또한, 상기 수학식2에 있어서, 상기 수학식1에서 구한 압연하중 오차분이 그대로 롤갭 설정치의 계산오차로 발생하는 관계로, 이와같은 열연정보두께와 핫코일 실측두께와의 오차가 클수록 오프-게이지 길이가 많이 발생할 수 밖에 없는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 롤갭의 정확한 계산의 위해 냉연 산세 입측의 두께측정 실적, 장력측정기의 연신율 실적, 그리고 산세시 열연 스케일 손실량을 고려한 소재두께를 롤갭계산에 반영하여 롤갭 예측정도를 향상시켜 오프-게이지를 줄일 수 있도록 하는 냉간압연기 롤갭 제어방법을 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 냉간압연 공정도이다.
도 2는 일반적인 냉간압연 셋업 흐름도이다.
도 3은 종래의 롤갭 설정과정을 보이는 플로우챠트이다.
도 4는 핫코일 길이방향 두께성향을 보이는 그래프이다.
도 5는 롤갭 설정오차에 의한 오프-게이지(off-gauge) 발생 설명도이다.
도 6은 본 발명을 수행하기 위한 롤갭 제어장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 롤갭 제어방법을 보이는 플로우챠트이다.
도 8은 도 7의 롤갭 설정과정을 보이는 플로우챠트이다.
도 9는 본 발명과 종래의 롤갭제어에 따른 각 두께성향을 비교하기 위한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
61 : 상위컴퓨터 62 : 두께측정기
63 : 프로그램로직제어기 63a : 오차계산부
63b : 롤갭보상부 63c : 롤갭제어부
WR : 작업롤 MR : 중간롤
BR : 백업롤
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 방법은 산세 전후의 두께에 대한 손실량에 기초해서 롤갭을 계산하는 제1단계; 다음 셋업 전송조건일 경우, 다음 코일이 스탠드 진입시 압연기의 하부 푸쉬업 실린더를 동작시키는 제2단계; 압연기 출측의 두께편차를 측정하는 제3단계; 제3단계에서 계산된 두께편차가 허용범위를 벗어나는가를 판단하여, 벗어나는 경우에는 상기 제2단계로 진행하여 실린더를 동작시켜 두께편차가 허용범위 이내로 되도록 수행하고, 벗어나지 않을 경우에는 롤갭 제어를 종료하는 제4단계; 로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 냉간압연기 롤갭 제어장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명을 수행하기 위한 롤갭 제어장치의 구성도로서, 도 6을 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 냉간압연기 롤갭 제어장치는 산세 전후의 두께를 측정하는 두께측정기(62)와, 상기 두께측정기(62)로부터의 두께정보에 기초해서 산세 전후의 두께손실량을 계산하고, 이 두께손실량을 이용하여 롤갭 변경량(△S)을 계산하여 롤갭의 제어를 명령하는 상위컴퓨터(61)와, 상기 상위컴퓨터(61)로부터의 롤갭 제어명령에 따라 푸쉬업 실린더(64)를 제어하면서, 상기 두께측정기(62)로부터의 두께정보에 기초한 편차를 이용하여 상기 상위컴퓨터(61)로부터의 롤갭을 보정하여 롤갭편차가 허용범위 이내로 되도록 다시 푸쉬업 실린더의 동작을 조절하는 과정을 통해서 롤갭을 제어하는 프로그램로직제어기(63)를 포함한다.
상기 프로그램로직제어기(63)는 상기 두께측정기(62)의 두께실측치(hact)와 두께설정치(href)와의 오차(△h=href-hact)를 계산하는 오차계산부(63a)와, 상기 오차계산부(63a)로부터의 롤갭오차에 기초해서 롤갭설정을 보상하는 롤갭보상부(63b)와, 상기 상위컴퓨터(61)로부터의 롤갭설정 및 상기 롤갭보상부(63b)로부터의 롤갭보상량으로 롤갭의 최종 제어량을 산출하여 상기 푸쉬업 실린더(64)의 동작을 제어하는 롤갭제어부(63c)를 포함한다.
도 7은 본 발명에 따른 롤갭 제어방법을 보이는 플로우챠트이고, 도 8은 도 7의 롤갭 설정과정을 보이는 플로우챠트이다. 그리고, 도 9는 본 발명과 종래의 롤갭제어에 따른 각 두께성향을 비교하기 위한 그래프이다.
여기서, 도면중 미설명부호인 WR는 작업롤이고, MR는 중간롤이며, BR는 백업롤이다.
이와같이 구성된 본 발명에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
본 발명은 열연정보두께와 핫코일 실측두께와의 편차에 의해 초래되는 압연기의 롤갭 설정치 오차를 최소화시키기 위해서, 종래의 열연정보두께 대신에 산세의 입측의 두께측정기 실적과 장력측정기의 연신율 실적, 그리고 산세시 열연 스케일 손실량을 고려한 소재두께를 롤갭 계산에 도입함으로써, 소재두께 설정치와 실적치와의 차이를 없애 두께정도 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 실수률을 향상시키는 것으로, 이에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도9를 참조하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1단계(71)에서는 두께측정기(62)에 의한 두께에 기초해서 산세 전후의 두께 손실량을 산출하고, 이 산출된 두께 손실량을 이용하여 롤갭을 계산하는데, 이에 대해서 도 8을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 8을 참조하면, 상기 제1단계(71)에 있어서, 제1-1단계(71-1)에서는 두께측정기(62)에 의해 코일에 대한 전장의 두께를 측정하고, 제1-2단계(71-2)에서는 장력측정기(tension leveler)에 의해 실측 연신율을 측정하여 프로그램로직제어기(63) 및 상위컴퓨터(61)로 전송한다.
다음, 제1-3단계(71-3)에서는 상기 제1-2단계(71-2)에서 측정한 두께를 이용하여, 산세 전후의 두께 손실량을 계산하는데, 이 산세 전후의 두께 손실량은 두께 및 강종별 산세시 두께 손실량을 측정하여야 한다. 본 발명에 따른 데이타 수집을 위한 실시예로서, 수집대상은 4냉연공장으로 하고, 수집방법은 핫코일두께, 산세속도, 및 압연기 입측 두께등에 대해서 25스캔/초 주기로 수행하는 마이크로 데이타 수집장치를 이용하였으며, 데이타 수집결과는 하기 표1에 보인 바와같다.
N0. 두께 폭 강종 재생산공급량 산세속도(MPM) 산세전후 두께감소(μm)
선두부 최대속도 선두부 중간부 후미부
1 0.805 1865 HWU4007KTiW 9m2/hr 100 150 70 80∼100 100
2 0.805 1464 HWU2015ZTi 9m2/hr 130 150 70∼100 100 100
3 0.808 1384 HWU4007KTiW 10m2/hr 140 180 70 100 100
4 0.808 1384 HWU4007KTiW 10m2/hr 130 180 100 100 100
5 0.905 1533 HWU4007KTiW 9m2/hr 150 150 70 120 100
6 1.011 961 HWU4007KTiW 7m2/hr 160 220 120 120 100
7 1.421 1659 HWU5060ZPT 7m2/hr 90→20 200 100∼120 100∼120 100∼120
8 0.185 942 HWU4007KTiW 7m2/hr 160 200 80 120 120
9 1.197 937 HWU4025E 7m2/hr 130 200 70 100 100
10 1.216 1302 HWU4007KTiW 7m2/hr 110 200 100 100 100
상기 표1에 보인 바와같이, 산세시 두께 손실량 측정결과에 있어서, 산세전후 두께 감소량은 약100μm정도이며, 두께, 폭, 강종, 산세속도에 따른 산세전후 두께 감소량에는 차이가 거의 없음을 알 수 있다. 여기서, 두께 감소량은 T/L(장력측정기) 연신율(연신율 1.2%), 약 47μm 두께감소(4톤기준) 및 스케일층 제거에 의한 것으로 산세시 두께 손실량은 산세전후 전체 두께 손실량(100μm)에서 T/L 연신에 의한 두께감소량만 빼주면 산세시 두께 손실량을 구할 수 있다.
그리고, 제1-4단계(71-4)에서는 열연정보두께(Hi)를 계산하는데, 이는 하기 수학식3에 의해서 구한다.
이후, 제1-5단(71-5)계에서는 압연하중 초기치를 설정하고, 편평롤 반경, 마찰계수 및 압연하중을 계산하고, 그리고 제1단계(71)의 마지막단계로서, 제1-6단계(71-6∼71-9)에서는 롤갭을 계산하는데, 이 롤갭 변경량은 하기 수학식4에 의해 구한다.
여기서, △S는 압하위치 변경량이고, S1은 현재 압연재의 롤갭량이며, S2는 다음 압연재의 롤갭량이다.
그리고, 제2단계(72∼75)에서는 상기한 롤갭 변경량은 다음 셋업 전송조건일 경우, 즉 현재압연길이 1/3이상, 현재 압연중인 코일의 설정속도 30%이상, 속도유지시간 10초이상일 경우, 상위컴퓨터는 롤갭을 프로그램로직제어기로 전송한다. 이프로그램로직제어기는 설정롤갭을 수신받은후, 다음 코일이 스탠드 진입시 압연기의 하부 푸쉬업 실린더를 동작시켜 롤갭 변경량을 제어한다.
제3단계(76)에서는 냉간압연기 출측에 설치된 두께측정기에 의해 압연기 출측에서 설정치와의 두께편차를 측정한다.
마지막으로, 제4단계(77,78)에서는 제3단계(76)에서 계산된 두께편차가 허용범위를 벗어나는가를 판단하여, 벗어나는 경우에는 상기 제2단계로 진행하여 상기 제2단계(75)와 제3단계(76)를 반복적으로 수행하여 롤갭을 피드백방식으로 제어하다가, 상기 두께편차가 허용범위이내, 예를들어, 거의 "영(zero)"가 되는 경우에는 롤갭 제어를 종료한다.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 종래의 열연정보두께 대신에 산세 입측의 두께측정기 실적과 장력측정기 연신율 실적, 그리고 산세시 열연 스케일 손실량을 고려한 소재두께를 롤갭 계산에 도입함으로서, 롤갭 예측오차를 최소화시켜 두께품질을 향살시킬 수 있게 된다.
도 9에 도시한 바와같이, 도 9a는 본 발명에 의한 방법을 적용한 경우에 해당되고, 도 9b는 종래의 발명을 적용한 경우에 해당되는 것으로서, 도 9a와 도 9b를 비교해 보면, 각 스탠드별 용접부에서 두께편차가 상당히 작음을 알 수 있다.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 열연정보두께와 핫코일 실측두께와의 편차에 의해 초래되는 압연기의 롤갭 설정치 오차를 최소화시키기 위해서, 종래의 열연정보두께 대신에 산세의 입측의 두께측정기 실적과 장력측정기의 연신율 실적, 그리고 산세시 열연 스케일 손실량을 고려한 소재두께를 롤갭 계산에 도입함으로써, 소재두께 설정치와 실적치와의 차이를 없애 두께정도 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 실수률을 향상시킬 수 있는 특별한 효과가 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (2)

  1. 산세 전후의 두께에 대한 손실량에 기초해서 롤갭을 계산하는 제1단계(71);
    다음 셋업 전송조건일 경우, 다음 코일이 스탠드 진입시 압연기의 하부 푸쉬업 실린더를 동작시키는 제2단계(72∼75);
    압연기 출측의 두께편차를 측정하는 제3단계(76);
    제3단계에서 계산된 두께편차가 허용범위를 벗어나는가를 판단하여, 벗어나는 경우에는 상기 제2단계로 진행하여 실린더를 동작시켜 두께편차가 허용범위 이내로 되도록 수행하고, 벗어나지 않을 경우에는 롤갭 제어를 종료하는 제4단계(77,78); 로 이루어짐을 특징으로 하는 냉간압연기 롤갭 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계(71)는
    두께측정기로 핫코일에 대한 전장의 두께를 측정하는 제1-1단계(71-1);
    장력측정기로 실측 연신율을 측정하는 제1-2단계(71-2);
    상기 제1단계(71-1)의 두께정보와 제2단계(71-2)의 연신율을 이용하여, 산세 전후의 두께 손실량을 계산하는 제1-3단계(71-3);
    연신에 의한 두께감소량과 산세 손실량을 이용하여 열연정보두께를 계산하는 제1-4단계(71-4);
    압연하중 초기치를 설정하고, 편평롤 반경, 마찰계수 및 압연하중을 계산하는 제1-5단계(71-5);
    현재 압연재의 롤갭과 다음 압연재의 롤갭을 이용하여 롤갭변경량을 계산하는 제1-6단계(71-6∼71-9);를 포함함을 특징으로 하는 냉간압연기 롤갭 제어방법.
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