KR100443145B1 - 욕조의 상부에서 도금강판의 곡률을 추정하는 방법 및 그시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금량 측정장치를 욕조의 영향권에서 벗어나게 설치하여 강판의 폭방향 프로파일을 측정하여 곡률 반경을 추정하는 방법을 제공한다. 그 방법은 도금량 측정장치(10)에서 측정되어 수신된 강판의 도금량 프로파일을 이용하여 에어나이프(4)의 상, 하부 에어나이프(4a,4b)의 선형방정식을 구하는 단계; 강판의 3개의 지점에서의 상, 하부 에어나이프사이의 폭을 계산하는 단계; 3개의 지점에서의 강판의 양 측면의 도금량을 이용하여 강판에서의 3개의 지점의 y좌표 값을 계산하는 단계; 및 에서 강판의 곡률 반경 및 곡률을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

욕조의 상부에서 도금강판의 곡률을 추정하는 방법 및 그 시스템{Method for estimating the curvature of strip on the top of zinc bath and system thereof}

본 발명은 도금강판의 곡률을 추정하는 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연욕조의 상부에서 도금량의 폭 방향 분포를 측정하여 강판이 아연욕조를 통과한 후 에어나이프를 지나갈 당시의 곡률을 역으로 추정하고 이를 기초로 하여 도금강판의 강판의 만곡을 회피하여 제품성을 향상시킬 수 있는 도금강판의 곡률 추정 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서 제선 공정, 제강공정, 연주공정, 열연 또는 냉연공정은 거쳐 생산된 강판은 내식성을 위해, 또는 사용목적 및 구매자의 요구에 따라 도금공정을 거치게 된다.

예컨대, 아연 도금 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 강판(1)이 용융아연과 같은 도금재가 채워진 욕조(2)로 들어가 안정화롤(3)에 의해 적정한 장력으로 안내되어 통과하면, 그 욕조(2)에 들어있는 액상 아연이 강판(1)의 표면에 부착됨으로써 도금이 행해진다. 이후, 아연욕조(2)를 통과한 강판의 표면에 부착된 임의의 도금량을 수요자가 원하는 주문된 도금량으로 맞추기 위해 강판(1)의 전, 후면에 설치된 한 쌍의 에어나이프(4)를 이용하여 도금층을 깎아낸다. 이때, 작업자는 에어나이프(4)의 간격모터(5)와 콤프레셔(6)를 적절하게 조절하여 강판에 충돌되는 공기의 충돌압력을 조절함으로써 강판(1)에 부착된 아연 도금량을 적절하게 조절할 수 있다.

그러나, 전술된 바와 같은 방식으로 강판의 아연 도금량을 조절하는 방식에서는 다소의 문제점이 초래되는 것으로 나타났다. 즉, 한 쌍의 에어나이프(4)는 상호 대향하는 일자형태로서 강판(1)은 그 폭 방향과 평행하게 배치되는 반면, 안정화롤(3)과 상부롤(7)사이에 위치한 강판부분은 폭 방향으로 장력이 일정하게 유지되지 못하므로 강판(1)이 폭 방향으로 만곡이 발생하게 된다. 강판(1)이 폭 방향으로 만곡되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 강판(1)과 에어나이프(4)간에 거리의 편차가 발생하게 되어 도금층(8)이 폭방향으로 불 균일하게 된다. 이에 따라, 강판이 도금공정을 마친 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 강판(1)의 전후면 또는 양측면에는 강판(1)의 폭 방향으로 설정된 도금두께(9)에서 벗어나는 과도금된 영역(9a)과 도금미달된 영역(9b)이 발생되어 불량이 초래된다. 이러한 강판의 만곡으로 인해 야기되는 강판의 폭방향 도금량 편차를 완화시키기 위해서 작업자는 욕조(2)내의 안정화롤(3)을 수동으로 조금씩 조절하여 강판의 폭방향으로 발생한 불균형한 장력을 조절하여 만곡을 제거해 왔다.

한편, 최근에는 안정화롤을 조절하여 강판의 장력을 조절하는 방식은 작업자의 숙련도에 따라 정확도에 편차가 있을 수 있으며 생산성에 한계가 있으므로, 작업자의 개입 없이 자동으로 만곡을 제거하기 위한 시스템의 개발이 활발히 진행되고 있는 추세에 있다. 이 같은 시스템의 구현을 위해서는 강판의 만곡을 측정하는 장치, 예컨대 거리측정장치와 같은 측정장치가 반드시 필요하며, 또한 이 같은 만곡의 정확한 측정을 위해서는 에어나이프와 강판간의 거리를 최소한 3점 이상 측정하여 정량화한 만곡의 곡률값을 계산해야 한다. 물론, 이와 같이 측정되고 정량화된 곡률값은 안정화롤을 자동으로 제어할 수 있는 자동제어기에 피드백 되어야 한다.

그러나, 전술된 바와 같은 측정장치가 설치되는 욕조의 상부는 높은 온도 및 용융아연과 같은 도금재의 비산으로 인해서 그 측정장치의 설치가 어려우며, 비록 그 같은 측정장치를 설치한다 하더라도 그 같은 측정장치의 구성요소의 보호를 위해 별도의 냉각수단을 설치해야 하며 또한 아연의 비산을 방지하기 위한 부수적인 설비들을 추가로 설치해야 하는 문제점이 있다.

이에 따라, 본 기술분야의 당업자들은 제철소 용융도금공정에서 강판의 폭방향으로 발생하는 장력의 불균형으로 인해 발생하는 강판의 곡률을 추정하기 위한 새로운 방법의 개발을 요구해 왔으며, 이에 대한 대안으로서 욕조의 영향력 범위를 벗어난 지점에서 강판의 도금상태를 측정하여 역으로 그 강판이 에어나이프를 지나갈 당시의 곡률을 추정해내는 방법을 그 해결과제로 하여 활발히 연구개발하고 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점 및 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 도금용융액이 충전된 욕조를 지나 에어나이프를 통과할 당시의 강판의 곡률을 간접적으로 측정할 수 있는 도금강판의 곡률 추정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 욕조의 영향 범위를 벗어난 위치에 설치된 도금량 측정센서로부터 측정된 도금량의 폭 방향 프로파일 값을 이용하여 역으로 강판이 에어나이프를 통과할 당시의 만곡의 정도를 추정하는 도금강판의 곡률 추정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 도금강판의 도금상태를 측정하고 도금층 조절당시의 강판의 곡률을 추정하여 강판의 만곡을 방지하고 강판의 폭 방향으로 균일한 도금이 달성되게 하기 위한 도금강판의 곡률 추정방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 강판 도금시스템 및 공정의 일부를 보여주는 구성도.

도 2는 도금중의 만곡된 강판이 에어나이프를 통과할 때의 단면도.

도 3은 강판의 만곡 현상에 기인한 폭방향 도금량 프로파일을 보여주는 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 도금강판 곡률 추정 시스템의 구성도.

도 5는 도금강판의 만곡부의 도금량 두께를 측정하는 방법을 예시적으로 보여주는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 강판 2: 아연 욕조

3: 안정화롤 4: 에어나이프

5: 간격모터 6: 콤프레셔

7: 상부롤 8: 도금층

9: 설정된 도금두께 10: 도금량 측정장치

12: 제어장치

이 같은 목적들은 강판을 도금하기 위한 도금액이 용융상태로 채워진 욕조와, 욕조내에서 강판을 안내 및 안정화시키기 위한 복수개의 안정화롤과, 상기 욕조를 통과한 강판의 표면에 부착된 도금두께를 조절하기 위한 한 쌍의 에어나이프와, 상기 한 쌍의 에어나이프의 각각의 에어나이프의 간격을 조절하기 위한 간격모터와, 상기 강판에 충돌되는 공기의 충돌압력을 조절하기 위한 콤프레셔와, 상기 강판을 소정의 장력으로 유지시켜 송출하기 위한 상부 롤을 구비하는 강판 도금 시스템에 연설되는 도금강판 곡률 추정 시스템에 있어서, 상기 아연욕조의 범위를 벗어난 위치에 설치되며, 강판의 폭 방향으로 정해진 도금두께에서 벗어나는 과도금된 영역과 도금미달된 영역을 측정하여 프로파일 형태로 송신하기 위한 도금량 측정장치; 및 상기 도금량 측정장치에 연결되며, 그 측정장치로부터 수신된 강판의 도금량 프로파일을 이용하여 상기 강판이 에어나이프를 통과할 때의 곡률 및 곡률반경을 계산하며, 상기 계산된 곡률 및 곡률반경을 기초로 하여 상기 상판의 만곡이 제거되도록 안정화롤러, 작동모터, 콤프레셔 및 상부롤을 제어하기 위한 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 곡률 추정 시스템에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 도금강판의 곡률 추정방법을 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 도면에 있어서, 동일 구성요소에는 동일 참조번호가 도시되어 있다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 도금강판의 곡률 추정방법을 실행하기 위한 곡률 추정 시스템은, 욕조(2)에서 도금된 후 안정화 롤(3)을 지나고 또한 에어 나이프(4)에서 도금층의 두께가 조절된 후 상부롤(7)을 지나 도시되지 않은 롤러에 감기는 강판(1)의 도금상태를 측정하기 위한 측정장치(10)가 강판의 도금 시스템에 연계되어 설치된다. 이 측정장치는 강판(1)에 도금된 도금재의 두께 또는 그 양을 측정할 수 있는 도금량 측정센서로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 도금량 측정장치(10)는 욕조의 영향범위를 벗어난 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 그 측정장치(10)에는 상세히 후술되는 바와 같이 제어장치(12)가 연결된다.

한편, 본 발명에 따른 도금강판 곡률 추정방법에 대한 설명을 용이하게 하기 위해 도 4에 도시된 도금시스템에서 도금된 강판이 도 3에 도시된 바와 같은 상태로 도금된 것으로 설정한다. 즉, 본 발명에 따른 도금강판 곡률 추정방법이 적용되는 도금공정에서의 강판의 만곡 형상에 기인하여 강판의 폭방향으로 다른 도금량을 갖는 프로파일이 측정된다. 이 같은 프로파일은 도금량 측정장치(10)에 의해 예컨대, X-ray가 이용되어 측정되며, 이에 따라 도금층의 두께가 측정된다. 보다 상세히 설명하면, 도금량 측정장치(10)의 센서의 헤드가 강판(1)의 양 가장자리를 자동으로 감지하는 기능을 가지고 강판의 표면상에서만 폭방향으로 지그-재그 방식으로 움직이면서 폭 방향의 도금량을 측정한다. 측정된 도금량은 도금량 측정장치(10)의내부에서 신호처리를 수행하여 폭 방향의 측정 위치값 과 측정 도금량이 한 쌍을 이루어 강판의 전체 폭에 대한 도금량 프로파일을 필요로 하는 시스템에 동시에 전송된다. 물론, 이와 같이 전송되는 도금강판의 도금상태는 도 3에 도시된 바와 같이 나타나게 되는 바, 다시 한번 설명하면, 도금 강판(1)의 만곡으로 인해 강판(1)의 전후면 또는 양 측면에는 강판(1)의 폭방향으로 정해진 도금두께(9)에서 벗어나는 과도금된 영역(9a)과 도금미달된 영역(9b)이 프로파일 형태로 전송된다.

특히, 전술된 바와 같이 프로파일 형태의 도금강판의 도금상태 측정값은 그 도금량 측정장치(10)에 연결된 제어장치(12)로 전송된다. 제어장치(12)는 도금량 측정장치(10)에서 측정된 폭방향의 도금량 프로파일을 이용하여 강판(1)이 에어나이프(4)를 통과할 때 그것의 만곡정도를 추정할 수 있다. 또한, 그 제어장치(12)는 안정화롤러(3)와, 에어나이프(4)를 실제적으로 제어하기 위한 작동모터(5) 및 콤프레셔(6)에 연결되어 강판의 곡률 및 도금의 두께를 제어할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 강판의 곡률 추정방법을 도 5를 참조로 하여 상세히 설명한다. 즉, 강판의 만곡정도를 나타내는 곡률 반경(R) 과 곡률

(K)을 계산하는 과정을 상세히 설명한다.

예컨대, 한 쌍의 평행형 에어나이프(4)는 강판(1)을 사이에 두고 상부 에어나이프(4a)와 하부 에어나이프(4b)로 구성되는 바, 여기서 상부 에어나이프(4a)의 노즐 가장자리선의 선형방정식을 EQ_t라고 하고 하부 에어나이프(4b)의 노즐 가장자리선의 선형방정식을 EQ_b라고 하면, 각각의 식 EQ_t와 EQ_b는 아래와 같이 나타난다.

[수학식 1]

수학식 1에서 사용되는 4개의 지점(twe, tde, bwe, bde)은 에어나이프의 양 끝단의 4개의 지점을 의미하는데, 이 값은 통상적으로 에어나이프를 구동시키기 위한 간격모터(5)의 엔코더에 의해서 위치가 계산된다. 수학식 1에서 x_twe와 y_twe는 twe지점의 x,y축의 각각의 좌표값을 나타낸다.

수학식 1을 이용하면, Pa지점에서의 상, 하 에어나이프(4a,4b)사이의 폭인 Wa, Pb지점에서의 상, 하 에어나이프 간의 폭인 Wb, 및 Pc지점에서의 상, 하 에어나이프간의 폭인 Wc를 수학식 2에 의해서 각각 구할 수 있다.

[수학식 2]

Wa =EQ_t(xp_a) - EQ_b(xp_a)

Wb =EQ_t(xp_b) - EQ_b(xp_b)

Wc =EQ_t(xp_c) - EQ_b(xp_c)

수학식 2에서 xp_a,xp_b및xp_c는 Pa, Pb 및 Pc지점의 x좌표값을 나타낸다.

Pa지점에서 측정된 강판의 상부면 도금량을 M^t _pa라 하고 강판의 하부면 도금량을 M^b _pa라고 하며, 마찬가지로 Pb지점에서 측정된 강판의 상부면 도금량을 M^t _pb라하고 강판의 하부면 도금량을 M^b _pb라고 하며, 또한 Pc지점에서 측정된 강판의 상부면 도금량을 M^t _pc라하고 강판의 하부면 도금량을 M^b _pc라고 하면, 수학식 3에 의해서 Pa, Pb 및 Pc지점의 각각의 y좌표값을 구할 수 있다.

[수학식 3]

수학식1, 수학식2 및 수학식3을 차례로 거치면서 계산된 강판상의 세 지점 Pa, Pb 및 Pc의 좌표값(x_pa,y_pa);(x_pb,y_pb);(x_pc,y_pc)을 수학식 4에 대입하면 곡률 반경(R) 및 곡률(K)을 구할 수 있다.

[수학식 4]

수학식4에서 계산된 곡률 K는 강판의 만곡이 없을 때에는 강판의 세 점이 일직선상에 위치하게 되어 곡률반경 R이 무한대가 되므로 K는 0(zero)이 된다.

한편, 상술된 바와 같은 방식으로 도금중의 강판의 곡률 및 곡률반경이 계산되면, 이를 기초로 하여 강판의 곡률을 조절할 수 있다. 즉, 제어장치(12)는 계산된 강판의 곡률 및 곡률반경을 이용하여 안정화롤러(3)를 조절하거나 또는 상부롤(7)을 조절하여 강판(1)의 만곡부를 제거하거나 펼치는 방식으로 강판(1)의 곡률을 제어한다. 또한, 그 같은 곡률 및 곡률반경을 기초로 하여 도금공정 중에도 간격모터를 제어하여 각각의 에어나이프의 간격을 조절하고 또한 콤프레셔를 조절하여 에어량 또는 세기를 조절하여 도금층의 두께를 자동으로 조절할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용융도금공정에서의 강판의 곡률 추정방법에 의하면, 도금량 측정장치를 욕조의 영향권에서 벗어나게 설치하여 강판의 폭방향 프로파일을 측정하여 곡률반경을 추정함으로써 설치의 곤란성 및 부대설비의 추가 설치를 생략할 수 있어 작업성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 추정된 강판의 만곡부의 곡률값을 안정화롤의 자동제어기에 피드백 시켜 강판의 만곡을 완화 내지는 제거할 수 있어 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

더욱이, 일자형태의 에어나이프를 사용하는 에어와이핑 방식의 도금량 조절시 강판의 폭방향으로 전후면 모두 균일하게 도금이 이루어지기 때문에 과도금 영역이 최소화되어 도금재의 손실을 막을 수 있으며, 도금 미달 부분이 회피되어 제품불량이 감소되어 제품의 실제적인 수율이 증대되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 강판을 도금하기 위한 도금액이 용융상태로 채워진 욕조와, 욕조내에서 강판을 안내 및 안정화시키기 위한 복수개의 안정화롤과, 상기 욕조를 통과한 강판의 표면에 부착된 도금두께를 조절하기 위한 한 쌍의 에어나이프와, 상기 한 쌍의 에어나이프의 각각의 에어나이프의 간격을 조절하기 위한 간격모터와, 상기 강판에 충돌되는 공기의 충돌압력을 조절하기 위한 콤프레셔와, 상기 강판을 소정의 장력으로 유지시켜 송출하기 위한 상부롤을 구비하는 강판 도금 시스템에 연설되는 도금강판 곡률 추정 시스템에 있어서,

   상기 욕조(2)의 영향 범위를 벗어난 위치에 설치되며, 강판의 폭방향으로 정해진 도금두께(9)에서 벗어나는 과도금된 영역(9a)과 도금미달된 영역(9b)을 측정하여 프로파일 형태로 송신하기 위한 도금량 측정장치(10); 및

   상기 도금량 측정장치(10)에 연결되며, 그 측정장치로부터 수신된 강판의 도금량 프로파일을 이용하여 상기 강판(1)이 에어나이프(4)를 통과할 때의 곡률 및 곡률반경을 계산하며, 상기 계산된 곡률 및 곡률반경을 기초로 하여 상기 상판의 만곡이 제거되도록 안정화롤러(3), 작동모터(5), 콤프레셔(6) 및 상부롤(7)을 제어하기 위한 제어장치(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 곡률 추정 시스템.
2. 제 1항의 강판의 도금 시스템에서 도금강판의 곡률을 추정하는 방법에 있어서, 상기 도금량 측정장치(10)에서 측정되어 수신된 강판의 도금량 프로파일을 이용하여

   하기 수학식1에서 상기 에어나이프(4)의 상, 하부 에어나이프(4a,4b)의 선형방정식을 구하는 단계;

   하기 수학식2에서 강판의 3개의 지점에서의 상, 하부 에어나이프사이의 폭을 계산하는 단계;

   하기 수학식3에서 상기 3개의 지점에서의 강판의 양 측면의 도금량을 이용하여 강판에서의 3개의 지점의 y좌표값을 계산하는 단계; 및

   수학식4에서 강판의 곡률반경 및 곡률을 계산하는 단계

   『 [수학식1]

   식중, 4개의 지점twe, tde, bwe 및 bde는 에어나이프의 양 끝단의 4개의 지점, x_twe와 y_twe는 twe지점의 x,y축의 각각의 좌표값임.

   [수학식2]

   Wa =EQ_t(xp_a) - EQ_b(xp_a)

   Wb =EQ_t(xp_b) - EQ_b(xp_b)

   Wc =EQ_t(xp_c) - EQ_b(xp_c)

   식중, Wa는 Pa지점에서의 상, 하 에어나이프(4a,4b)사이의 폭, Wb는 Pb지점에서의 상, 하 에어나이프 간의 폭, Wc는 Pc지점에서의 상, 하 에어나이프간의 폭이며, xp_a,xp_b및xp_c는 Pa, Pb 및 Pc지점의 x좌표값임.

   [수학식3]

   식중 M^t _pa는 Pa지점에서 측정된 강판의 상부면 도금량이고 M^b _pa는 Pa지점에서의 강판의 하부면 도금량이며, M^t _pb는 Pb지점에서 측정된 강판의 상부면 도금량이고 M^b _pb는 Pb지점에서 측정된 강판의 하부면 도금량이며, M^t _pc는 Pc지점에서 측정된 강판의 상부면 도금량이고 M^b _pc는 Pc지점에서 측정된 강판의 하부면 도금량임.

   [수학식4]

   식중, R은 곡률반경, K는 곡률임.』

   를 포함하는 도금강판의 곡률 추정방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 강판의 곡률반경 및 곡률계산 단계에서 계산된 곡률 또는 곡률반경을 이용하여 강판의 만곡부를 제거하도록 안정화롤러(3) 또는 상부롤(7)을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 곡률 추정방법.