KR100491001B1 - 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 관한 것으로, 턴디쉬의 노즐을 통하여 두개의 주조롤 사이에 형성된 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강을 박판으로 주조하는 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 있어서, 상기 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 탕면높이 목표값과 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값, 모델 레퍼런스의 산출식, 샘플링 타임(sampling time)을 사전에 설정하는 단계; 상기 용강 풀(POOL)에 유입된 용강의 탕면높이를 측정하는 단계; 상기 측정된 탕면높이값이 상기 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값에 도달하면, 상기 산출식에 의하여 모델 레퍼런스값을 연산하는 단계; 상기 연산된 모델 레퍼런스값으로부터 상기 측정된 탕면높이값을 차감하여 오차값을 연산함으로써 탕면높이 제어값을 출력하는 단계;및 상기 탕면높이 제어값에 의하여 상기 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 양을 조절하여 탕면높이를 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법{A METHOD OF CONTROLLING LEVEL OF MOLTEN STEEL USING MODEL REFERENCE FOR STRIP CASTING PROCESS}

본 발명은 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 박판주조공정의 초기단계에 있어서 턴디쉬에 장착되어 박판주조기의 롤과 롤사이로 유입되는 용강의 양을 조절하는 스토퍼를 모델 레퍼런스를 적용한 제어기에 의해 제어함으로써, 용강의 오버슈트(overshoot)현상이 현저히 개선되도록 하는 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 박판주조공정의 탕면높이의 제어는 최종 생산되는 박판의 품질에 큰 영향을 미치며, 시스템의 안전을 위하여도 중요하다. 즉, 탕면의 높이가 박판주조기 주조롤의 높이 즉, 목표높이 이상으로 넘치게 되면 설비를 쓸 수 없게 되고, 일정높이 이하로 낮아지면 박판의 연속적인 흐름이 끊어져서 주조를 할 수 없게 된다. 또한, 일정 범위 이상의 요동(출렁거림)은 생산된 박판에 크랙(CRACK)을 유발하게 되는 것이다.

도 1은 종래 박판주조기의 탕면높이 제어 개략도로서, 도 1을 참조하면, 종래의 박판주조기는 내부를 흐르는 냉각수로써 냉각되고 동일한 크기인 쌍롤의 주조롤(4) 사이로 용강을 주입하여 얇은 박판을 주조하는 것으로서, 턴디쉬(2;tundish) 로부터 노즐을 통해 상기 주조롤(4) 가장자리의 측면을 에지댐(edge dam)으로 막으므로써 형성된 용강풀(5; 용탕이라고도 함)에 유입된 용강이 주조롤(4) 표면에서 응고되어 얇은 응고셀(shell)을 형성하고 롤바이트(roll bite)에서 응고셀이 합쳐지면서 주조 박판(6)이 만들어 지게 된다.

종래의 박판주조공정의 탕면높이 제어는 도 1에서와 같이 높이측정 센서(3)에 의하여 주조롤 사이의 용강풀(5)에 유입되어 고여있는 용강의 탕면높이를 검출하고, 상기 검출된 탕면높이를 입력받은 PI(proportional plus integral)제어기는 상기 검출된 탕면높이를 기준높이(목표 탕면높이)와 비교하여, 상기 검출된 탕면높이가 기준높이 보다 높을 때는 턴디쉬(2; tundish)에 장착되어 있는 스토퍼(1)를 현재 보다 낮게 닫아서 롤과 롤 사이로 유입되는 용강의 양을 줄이고, 상기 검출된 탕면높이가 기준높이 보다 낮을 때는 상기 스토퍼(1)를 현재 보다 높게 열어서 롤과 롤 사이로 유입되는 용강의 양을 증가시킴으로써, 항상 기준높이를 유지하도록 하고 있다.

도 4는 종래의 탕면높이 제어결과를 도시한 그래프로서, 상기와 같은 종래의 탕면높이 제어방법은 박판주조공정의 초기단계에서 도 4에서와 같이 레퍼런스가 급격하게 변화함으로써, 용강의 오버슈트(overshoot)가 발생하여 탕면의 기준높이 이상의 위치에서 용강의 요동(출렁거림)상태가 있은 후 기준높이 상태로 제어되게 되는데, 이러한 오버슈트 발생시 기준높이를 벗어난 위치의 에지댐(edge dam)에 용강이 응고,부착되어 지고, 주조공정의 중반기에 에지댐(edge dam)의 용강접촉면에 용강의 고열이 전달되어 상기 응고된 용강이 용탕에 떨어짐으로써, 기존의 용강과 혼입된 용강의 응고상태의 차이로 인하여 품질이 저하된 박판을 주조하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 박판주조공정의 초기단계에서 모델 레퍼런스를 적용한 제어기에 의해 스토퍼를 제어함으로써 박판주조공정의 초기단계에서 용강의 오버슈트(overshoot)현상이 현저히 개선되고, 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값의 설정을 탕면높이의 측정값에 의거함으로써 박판주조시스템의 변화에 효과적으로 대응할 수 있는 박판주조공정에서의 모델 레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법은 턴디쉬의 노즐을 통하여 두개의 주조롤 사이에 형성된 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강을 박판으로 주조하는 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 있어서, 상기 용강 풀 (POOL)에 유입되는 용강의 탕면높이 목표값과 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값, 모델 레퍼런스의 산출식, 샘플링 타임(sampling time)을 사전에 설정하는 단계; 상기 용강 풀(POOL)에 유입된 용강의 탕면높이를 측정하는 단계; 상기 측정된 탕면높이값이 상기 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값에 도달하면, 상기 산출식에 의하여 모델 레퍼런스값을 연산하는 단계; 상기 연산된 모델 레퍼런스값으로부터 상기 측정된 탕면높이값을 차감하여 오차값을 연산함으로써 탕면높이 제어값을 출력하는 단계;및 상기 탕면높이 제어값에 의하여 상기 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 양을 조절하여 탕면높이를 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델 레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법을 구현하는 블럭도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명은 박판주조공정에서의 모델 레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법을 구현하는 기술적인 수단으로서, 목표값 설정부(210)와 모델 레퍼런스 연산부(220), 제어기(230)로 구성되는 제어부 (200)를 구비하고, 스토퍼(240)와 높이측정센서(250)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부(200)의 목표값 설정부(210)에서 탕면높이의 목표값을 설정하고, 턴디쉬로부터 2개의 주조롤 사이에 형성된 용강 풀(POOL)에 용강이 유입되면 상기 높이측정센서(250)에서는 용강 풀(POOL)에 유입된 용강의 탕면높이 변화를 측정하여 탕면높이 측정값 y(k)를 상기 모델 레퍼런스 연산부(220)로 순차적인 출력을 하게 된다.

상기 모델 레퍼런스 연산부(220)에서는 사전에 설정된 모델 레퍼런스 r(k)의 산출식과 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값 r(0), 샘플링 타임(sampling time )에 의하여 모델 레퍼런스값을 연산하게 된다.

다시말해서, 상기에서 y(k)는 상기 높이측정센서(250)에서 순차적으로 검출되는 탕면높이 측정값이고, r(k)는 상기 산출식에 의하여 순차적으로 연산되는 모델 레퍼런스값이다.

상기 사전에 설정되는 모델 레퍼런스 r(k)의 산출식은 하기와 같다. 다만, r(0)는 산출식에 의해 연산되는 값이 아니며, 상기에서 설명한 바와 같이 사전에 설정되는 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값이다. 참고로, 본 발명의 실시에 있어서 상기 사전에 설정되는 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값 r(0)는 상기 목표값의 90%에 해당하는 값을 설정할 수 있다. 즉, 박판주조공정이 개시된 후 상기 제어부(200)의 모델 레퍼런스 연산부(220)에서 순차적으로 입력받은 상기 탕면높이 측정값 y(k)가 상기 탕면높이 목표값의 90%에 도달하면, 상기 목표값의 90%에 해당하는 측정값을 기준값으로 하여 모델 레퍼런스 연산을 시작하도록 할 수 있는 것이며, 이때 r(0) = 0.9 가 되는 것이다.

그러므로, 모델 레퍼런스 r(k)는 r(0)를 모델 레퍼런스 연산의 기준값으로 하여 하기의 산출식에 의해 순차적으로 연산된다.

r(1) = {0.995 ×r(0)} + 0.005

r(2) = {0.995 ×r(1)} + 0.005

r(3) = {0.995 ×r(2)} + 0.005

r(4) = {0.995 ×r(3)} + 0.005

........

r(k) = {0.995 ×r(k-1)} + 0.005

상기와 같은 모델 레퍼런스값의 연산은 사전에 설정된 샘플링 타임(sampling time)의 간격으로 순차적으로 계속되고, 이러한 모델 레퍼런스의 적용에 의한 탕면높이 제어방법은 박판주조공정의 초기단계에서 조업완료시 까지 탕면높이 목표값을 안정적으로 유지하게 한다. 참고로, 본 발명의 실시에 있어서 상기 사전에 설정되는 샘플링 타임(sampling time)은 0.02초로 설정할 수 있다.

상기 제어기(230)는 상기 연산된 모델 레퍼런스값과 상기 탕면높이 측정값을 입력받아, 상기 모델 레퍼런스값 r(k)로부터 상기 측정값 y(k)를 차감하여 오차값 (e)을 연산함으로써 탕면높이 제어값(u)을 출력하고, 상기 스토퍼(240)는 상기 탕면높이 제어값(u)에 의하여 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 양을 조절하여 탕면높이의 제어를 수행한다. 다시말해서, 상기 연산되는 오차값(e)은 e = r(k) - y(k)에 의하고, 상기 스토퍼(240)로 출력되는 상기 탕면높이 제어값(u)은 u = (K_P ×e) + K_i∫(e)dt 이며, 여기에서 K_P 와 K_i 는 상수이다.

도 3은 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어과정을 나타내는 플로우챠트로서, 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 탕면높이 제어과정을 설명하면, 본발명은 먼저 박판주조공정이 시작되어(단계300) 박판주조기의 2개의 주조롤(4)이 가동되고(단계310), 턴디쉬(2)의 노즐을 통하여 용강풀에 용강이 유입되기 시작하여, 높이측정센서(3)가 용강의 고열에 적응하여 탕면의 높이를 측정할 수 있는 상태가 된다(단계320).

높이측정센서(3)가 탕면의 높이변화를 연속적으로 측정하여 제어부(200)의 모델레퍼런스 연산부(220)에 출력하면, 상기 모델레퍼런스 연산부(220)에서는 상기 측정값이 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값 r(0)에 도달하면(단계340), r(1)부터 r(k)까지 모델 레퍼런스 연산을 시작한다(단계350). 한편, 상기 측정값이 상기 기준값 r(0)에 도달하지 못한 경우에는 사전에 설정된 기준값 도달시간이 초과되었는지 판단하여(단계345), 초과된 경우에는 탕면높이의 목표값을 즉시 적용하여 탕면높이의 안정상태가 신속하게 실현되도록 해야 하며(단계355), 초과되지 않은 경우에는 탕면의 현재높이 측정을 계속 수행해야 한다. 참고로, 본 발명의 실시에 있어서 상기 기준값 도달시간은 임의의 값을 설정할 수 있다.

상기 제어기(230)는 상기 r(1)부터 r(k)까지의 모델 레퍼런스 연산값과 상기 높이측정센서(3)가 검출한 탕면높이의 측정값을 입력받아, 상기 모델 레퍼런스값 r(k)로부터 상기 측정값 y(k)를 차감하여 오차값을 연산함으로써 탕면높이 제어값 (u)을 출력하고, 상기 탕면높이 제어값(u)에 의하여 스토퍼(1)는 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 양을 조절하여 탕면높이의 제어를 수행한다(단계360).

상기 탕면높이 제어값(u)에 의하여 스토퍼(1)가 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 양을 조절하여 탕면높이의 제어를 수행하여 탕면높이의 목표값에 도달하면 (단계370), 본 발명에 의한 탕면높이 제어는 종료하게 된다(단계380). 한편, 상기에서 탕면높이의 목표값에 도달하지 않은 경우에는 사전에 설정된 모델레퍼런스 연산의 모든 과정을 수행한 후 제어를 종료하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 탕면높이 제어방법의 제어결과를 도시한 그래프로서, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 탕면높이 제어방법을 적용하면 박판주조공정의 초기단계에서 용강의 오버슈트(overshoot)현상이 현저히 개선될 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법은 모델 레퍼런스를 적용한 제어기에 의해 스토퍼를 제어함으로써, 박판주조공정의 초기단계에서 용강의 오버슈트(overshoot)현상이 현저히 개선되는 효과가 있으며, 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값의 설정을 탕면높이의 측정값에 의거함으로써 박판주조시스템의 변화에 효과적으로 대응할 수 있다.

또한, 설비운전의 안정성을 확보하고 주조된 박판의 품질을 안정시킬 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 박판주조공정에서의 탕면높이 제어방법을 구현

하는 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높

이 제어방법을 구현하는 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높

이 제어과정을 나타내는 플로우챠트이다.

도 4는 종래의 기술에 따른 탕면높이 제어방법의 제어결과를 도시한 그래프

이다.

도 5는 본 발명에 따른 탕면높이 제어방법의 제어결과를 도시한 그래프이다

.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스토퍼 2 : 턴디쉬

3 : 높이측정센서 4 : 주조롤

5 : 용강 풀(pool) 6 : 박판

Claims (2)

1. 턴디쉬의 노즐을 통하여 두개의 주조롤 사이에 형성된 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강을 박판으로 주조하는 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법에 있어서,

   상기 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 탕면높이 목표값과 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값, 모델 레퍼런스의 산출식, 샘플링 타임(sampling time)을 사전에 설정하는 단계;

   상기 용강 풀(POOL)에 유입된 용강의 탕면높이를 측정하는 단계;

   상기 측정된 탕면높이값이 상기 모델 레퍼런스 연산을 시작하는 기준값에 도달하면, 상기 산출식에 의하여 모델 레퍼런스값을 연산하는 단계;

   상기 연산된 모델 레퍼런스값으로부터 상기 측정된 탕면높이값을 차감하여 오차값을 연산함으로써 탕면높이 제어값을 출력하는 단계;및

   상기 탕면높이 제어값에 의하여 상기 용강 풀(POOL)에 유입되는 용강의 양을 조절하여 탕면높이를 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모델 레퍼런스값은 샘플링 타임(sampling time)의 간격으로 순차적인 연산을 하여 출력되는 것을 특징으로 하는 박판주조공정에서의 모델레퍼런스를 이용한 탕면높이 제어방법.