KR100526129B1 - 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 열간 압연 공정에서 열간압연된 판의 폭 방향 두께 프로파일(Profile)을 관리제어하는데 있어서 정현파의 프로파일을 제조하기 위한 프로파일의 평가 및 제어 방법에 관한 것으로, 열연 판의 다듬질 압연 작업시 발생하는 폭 방향의 두께 프로파일을 산출, 평가함에 있어 판의 두께 방향 프로파일 데이터를 기초로 다항식에 의한 추세선(Polynormial)을 산출하고, 이를 이용하여 형상을 평가하는 방법이다. 이는 차회재 제어에 제어 설비 설정시 학습 적용 되도록 함으로써 결과적으로 이상적인 형태인 정현파 프로파일을 가진 열연 판 크라운(Crown) 제조할 수 있게 한다.

Description

열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법{HOT ROLLING METHOD FOR CONTROLLING WIDTH PROFILE OF HOT STRIP}

본 발명은 열간 압연 공정에서 열연 판의 폭 방향 두께 프로파일을 제어 또는 관리하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 판 폭 방향 형태를 구분하는 정현파형, 편평한 형태 및 M형으로 구분하여 프로파일의 형태를 판단하고 정현파 형태에서 벗어나는 정도를 체크하여 형상 제어를 가능하게 하는 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법에 관한 것이다.

도 1은 열연 판 폭 방향 두께 프로파일 평가에 있어서 사용되는 형상관리인자를 나타내기 위한 판프로파일의 일예를 도시한 것으로서, 압연재의 폭 방향 두께 프로파일을 정의하는 지표로서 일반적으로 사용되는 것이 크라운(101)과 하이 스팟(High-Spot)(102), 로우 스팟(Low-Spot)(103) 등이다.

여기에서 크라운(101)이라고 하는 것은 도 1에서 보는 바와 같이, 열연판의 프로파일(Profile)에서의 중앙부 두께와 양 에지(Edge)부 두께의 평균값의 차이를 나타내며, 하이 스팟(High-Spot)(102)과 로우 스팟(Low-Spot)(103)은 판 프로파일로부터 도출한 다항식을 이용한 근사 추세선 프로파일과 판 프로파일간의 차이를 나타낸 것이다. 이때, 근사 추세선(104) 대비 판 프로파일(100)보다 큰 부분을 하이 스팟(102), 추세선(104)보다 낮은 부분을 로우 스팟(103)이라고 한다.

판 크라운(101)은 생산하고자 하는 소재의 용도에 따라 수요가의 요구 사항에 맞게 20~80um의 값으로 목표값이 설정되며, 목표값에 맞게 제어하기 위한 방법으로서는 열간압연설비의 워크롤(Work Roll)의 초기 크라운(Initial Crown)값을 조정하거나 워크롤 벤더(Work Roll Bender)를 이용하여 제어하는 방법이 전통적으로 사용되어 왔다.

최근 형상 제어 설비의 발전과 함께 목표 크라운 값이 점차적으로 낮아지고 있으며, 이에 따라 페어크로스설비 및 워크롤 벤더 등과 같이 롤갭 제어를 통한 크라운 제어와 작업롤의 형상을 변경하여 제어하는 방법 즉 양단부에 테이퍼를 주는 테이퍼롤(Taper Roll), 롤전체에 걸쳐 굴곡을 주는 CVC롤을 사용하는 방법 등이 이용되고 있다.

이 중에서 페어크로스 밀과 워크롤 벤더를 사용하는 방법은 목표 크라운을 얻기 위해 적절한 설정값을 부여하기 위하여 판형상 제어 모델을 이용하여 그 설정값을 제어식에 의해 자동 계산으로 산출하여 설정 및 적용하는 기능을 사용하고 있다.

상기 판형상 제어 모델에 있어서 전회 소재의 판 크라운은 금회 소재의 판 크라운 제어를 위한 페어크로스와 벤더의 설정값 계산시에 학습치로 사용되며 전회 소재의 판 크라운과 목표판크라운의 차이를 이용해 금회 소재 제어의 설정값에 학습게인을 이용해 반영하고 있다.

하지만, 상기 종래의 프로파일 평가 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫번째로, 기존에 사용되는 프로파일 관리 인자인 크라운, 하이스팟, 로우스팟 등은 프로파일의 형태에 대한 정보를 전혀 제공하지 못하므로 이상적인 형태의 제어 방법에 전혀 사용할 수 없는 정보라는 것이다.

두번째로, 페어크로스와 벤더와 같은 형상 제어 설비의 사용값을 설정하고 계산하는데 있어서, 프로파일의 형상에 대한 고려없이 목표 크라운을 구하기 위해 모든 제어 기준이 설정 되기 때문에, 크라운이 크게 형성되는 경우, 학습에 의해 페어크로스와 벤더의 사용값이 증가되어 열연 판의 폭 방향 프로파일의 형태가 정현파의 형상이 되지 않고 편평한 형태 또는 M자 형태로 변형되고, 그 결과 냉간 압연시 빌드업(Build Up)이라는 품질 불량을 유발시키게 된다.

세번째는, 목표 크라운 값을 계산함에 있어서, M형의 크라운이 형성되는 경우 폭 방향 크라운의 최대값과 최소값의 차이 값이 크라운 실적으로 인식되지 않고 M형 크라운의 최저점과 양 에지(Edge)부의 최저값 간의 차이가 크라운 실적으로 계산되어 정현파를 크라운으로 환산하여 볼 때 M자 형태 또는 평평한 형태의 크라운은 제어 결과치 보다 더 큰 크라운을 실제로 가지고 있다. 따라서, 목표 크라운을 얻지 못하고 목표 크라운보다 큰 크라운의 소재를 제조하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 그 목적은 프로파일 형태를 정현파형, M자 형, 플랫(Flat) 형으로 구분하고, 각각의 형태에 따라 평평한 정도 및 오목한 정도를 수치화하여 등급을 부여한 후 이를 판 프로파일 제어에 적용 함으로서 목표 크라운에 가까운 프로파일 제어를 가능하게 하는 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 따른 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법에 있어서,

전회(前回)의 금속 판재에 대한 판 폭 방향 두께 프로파일로부터 추세선을 도출하고, 변곡점의 개수를 계산하는 단계;

상기 계산된 변곡점의 갯수에 따라 프로파일의 종류를 구분하고 변곡점에 접선을 긋는 단계;

상기에서 구분된 프로파일의 형태가 정현파에서 벗어난 정도를 체크하여 프로파일의 평점을 계산하는 단계;

상기 계산된 프로파일의 평점에 따라 다음회 금속 판재의 크라운 제어용 설정 계산 모델의 학습치로 피드백하여 워크롤의 페어크로스 각도와 벤더력을 설정하는 단계; 및,

상기에서 설정된 페어크로스 각도와 벤더력을 적용하여 다음의 금속 판재를 압연하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 압연방법을 도시한 플로우챠트로서, 상기에 의하면 본 발명에 의한 압연방법은 전회(前回)의 금속 판재에 대한 판 폭 방향 두께 프로파일로부터 추세선을 도출하고, 변곡점의 개수를 계산하는 단계(S501)와, 상기 단계(S501)에서 계산된 변곡점의 갯수에 따라 프로파일의 종류를 구분하고 변곡점에 접선을 긋는 단계(S502)와, 상기 단계(S502)에서 구분된 프로파일의 형태가 정현파에서 벗어난 정도를 체크하여 프로파일의 평점을 계산하는 단계(S503)와, 상기 단계(S503)에서 계산된 프로파일의 평점에 따라 다음회 금속 판재의 크라운 제어용 설정 계산 모델의 학습치로 피드백하여 워크롤의 페어크로스 각도와 벤더력을 설정하는 단계(S504)와, 상기에서 설정된 페어크로스 각도와 벤더력을 적용하여 다음의 금속 판재를 압연하는 단계(S505)가 반복실행되는 것이다.

상술한 본 발명에 의한 열간 압연 방법은 프로파일의 종류를 계산기 상에서 구분하고, 각각의 형태별 프로파일을 정현파에서 벗어난 정도를 수치화하여 평점을 부여하고, 이를 정현파를 형성하도록 판 크라운 제어에 응용함으로서 금속 판재를 압연함에 있어 폭 방향 두께 정도를 향상시키는데 특징이 있다.

이때, 본 발명에서는 프로파일의 형태를 평가하기 위하여, 프로파일의 추세선을 도출하고, 추세선으로부터 미분을 이용하여 수치 해석의 방법으로 변곡점의 개수와 위치를 계산한다. 그리고, 상기에서 구해진 변곡점에서의 접선을 구한다.

도 2는 정현파, 플랫형, M형의 프로파일 형태 별로 변곡점 및 구해진 접선을 나타낸 것으로서, 도 2a와 같이 변곡점이 한 개만 존재하는 경우 형상은 정현파의 이상적인 프로파일로 인식을 하게 되며 이때 부여되는 형상 평점은 1 이 된다.

그리고, 도 2b와 같이 변곡점이 2개가 존재하는 경우, 플랫형의 형상으로 구분되며, 두 변곡점사이의 거리에 따라 형상 평점은 2 또는 3이 부여된다.

마지막으로, 도 3c와 같이 변곡점이 3개가 존재하는 경우에는 양 에지부에서 가까운 변곡점 두개를 연결하여 접선을 긋고, 이 접선과 프로파일 데이터 사이에 존재하는 면적의 값을 수치 해석에 의한 방법으로 적분하여 오목한 부분의 면적을 도출한다. 오목한 부분의 면적의 넓이에 따라 평점이 4 또는 5로 부여된다.

상기에서 플랫형 및 M형 프로파일의 평점 부여 방법을 도 3 및 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명한다.

플랫형 프로파일의 경우에는, 도 3에서 보는 바와 같이 플랫부의 길이(301)를 구하고, 열연 판의 폭(302)에 대한 플랫부의 길이 비율을 다음의 수학식 1과 같이 계산하여 구한다. 상기 비율은 판 폭에 상관없이 구해지는 비율이므로 형상 제어에 자유롭게 적용이 가능하다. 상기와 같이 비율값을 사용하지 않고 절대 길이값을 적용하는 경우 판 폭에 따라 제어 조건이 동일하다 하더라도 그 값이 달라지므로 정확한 제어가 힘들게 된다. 실제 제어에 활용하는 값은 산출된 비율에 따라 다양한 형상 제어 조건을 적용하여 사용할 수 있으며, 형상 관리를 용이하게 하기 위해 이를 평점화 해서 점수를 부여하는데, 플랫부(301)의 판폭(302)에 대한 비율에 따라 평점을 2, 3, 4 정도로 부여할 수 있다. 이것은 플랫부(301)의 비율값을 구분하여 특정한 값의 범위에 따라 구분해 줌으로서 해결할 수가 있다.

예를 들어, 산출된 플랫부의 비율이 판폭에 대해 20%이하인 경우 평점을 2로 하고, 20~50%인 경우에는 평점 3을 부여하고, 50%이상인 경우에는 평점 4를 부여하는 등과 같이 여러 가지가 있을 수 있으며, 이는 필요에 따라 더 세분화 할 수도 있다.

상기에서, RF는 플랫부(301)의 판폭에 대한 길이 비율(%)이고, LF는 플랫부(301)의 길이이고, LC는 크라운 길이(302)이다.

다음으로, M형 프로파일에 대한 평점 부여 방법을 설명한다.

도 4는 M형 프로파일의 일예를 보인 것으로서, 도시된 바와 같이 두 변곡점을 연결하는 접선과 추세선(104) 사이에 생성되는 면적(401)을 수치 해석 기법을 이용하여 산출하고, 추세선(104) 아래의 프로파일 면적(402)을 산출한 다음, 다음의 수학식 2와 같이 두 면적간의 비율을 구한다.

상기 플랫형의 프로파일에서 길이 비율을 사용하는 이유와 마찬가지로, 판 폭과 크라운에 상관없이 형상 제어에 자유롭게 적용하기 위해 M형의 경우에도 면적의 비율을 이용하여 제어에 활용하게 된다. M형 프로파일의 경우에도 마찬가지로 평점 부여에 있어서는 면적비율에 따라 평점을 3, 4, 5로 구분하여 부여함으로서 형상 관리를 보다 쉽게 할 수가 있으며, 특히 오목 부위의 비값을 특정한 범위로 구분하여 평점을 부여할 수가 있다. 예를 들어, 오목 부위의 비값이 20%이하인 경우에는 평점 3, 20~50%인 경우에는 평점 4, 50%이상인 경우에는 평점 5를 부여 하는 등이 있다.

상기와 같은 프로파일 형상에 대한 평점 부여는 단지 품질 관리를 하는 관리자가 프로파일의 평가를 보다 용이하게 하기 위한 그룹핑으로서 필요시에는 더 세분화가 가능하다. 즉, 평점 수준을 1, 2, 3과 같이 3가지로도 구분이 가능하며 10가지 혹은 계산기에서 실제 형상 제어를 위해 사용하는 수치와 같이 실제값으로도 세분화할 수 도 있다.

상기에서, RA(%)는 M형 프로파일에서 오목부와 크라운의 면적비이고, AM은 오목부의 산출면적이고, AC는 크라운의 산출 면적이다.

그 다음, 상기와 같이 계산된 결과를 이용하여 실제 형상 제어를 위한 설비의 제어량을 조절하게 되는데, 플랫형 프로파일이 형성되는 경우 페어 크로스 사용량을 조금만 줄여도 정현파 형태의 프로파일이 형성되나, 상대적으로 크라운량이 조금 증가하는 효과가 있으므로 페어크로스 사용량을 줄이고 벤더의 사용량을 증가시켜 크라운을 제어함으로서 목표 크라운과 정현파의 형상을 동시에 얻을 수 있다.

그리고, M형 프로파일이 형성되는 경우에는 페어크로스 사용량과 벤더의 사용량이 모두 과다한 경우이므로 페어크로스 사용량을 줄이고 벤더의 사용량 또한 줄여야 한다.

형상에 영향을 주는 인자에는 상기 형상 제어에 사용되는 페어크로스와 벤더 설비외에, 압연중 자연적으로 형성되는 온도크라운(Thermal Crown)이 있는데, 이것은 작업롤의 마모량과 상호 작용을 일으키며 형상에 관여하게 된다.

이와 같은 온도크라운과 작업롤의 마모는 압연순 또는 압연 길이에 비례하게 되며, 압연량과 페어크로스 벤더의 사용량의 상관 관계는 형상 평점을 1~5까지 구분할 때 다음과 같은 회귀식으로 설명된다.

상기에서, Shape는 형상 평점을 나타내고, No는 압연순서, PC는 페어크로스 각, BF는 벤더력을 각각 나타낸다.

상기 수학식 3과 같은 회귀식을 이용하여 형상 제어 모델의 제어 설정치를 설정할 때 형상 평점이 가장 양호한 평점으로 나오게 되는 페어크로스 각도와 벤더력을 설정하고, 기존의 제어 설정 기준을 이용하여 각각의 제어 설비에 분배를 실시 함으로서, 정현파의 형상을 이루면서 목표 크라운을 만족시키는 열연 소재를 생산할 수 가 있다.

이하, 본 발명을 실시 예를 통하여 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

종래의 압연판 제어 방법에 따른 압연과 본 발명의 형상 평가에 의한 형상 제어를 각각 동일한 조건 하에서 두 공장에서 실시하고, 그 결과를 각각 아래 표 1 및 표 2에 나타내었다. 표 1은 형상 평점 구분을 1~5까지 1 간격으로 구분하였을 때 평점 4~5를 가지는 형상이 발생되는 발생율을 보여주고 있으며, 표 2는 형상이 M형 또는 플랫형을 발생시킴에 따른 냉간 압연후 빌드업(Build Up)이 발생되어 불량 처리되는 율을 보여 주고 있다.

	종래	본 발명	비교
공장 1	12.5%	2.9%	76% 감소
공장 2	7.3%	1.0%	86% 감소

	종래	본 발명	비교
공장 1	0.40%	0.07%	83% 감소
공장 2	0.11%	0.02%	92% 감소

상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 동일한 시험재에 대하여 기존의 제어 방법 및 본 발명에 의한 제어 방법에 의한 형상 제어 비교 결과, 평점 4~5 수준의 불량한 형태의 프로파일 발생율이 약 76~86% 감소 되었으며, 불량한 형태의 프로파일에 의해 냉간 압연 후 발생되는 빌드업(Build Up) 불량 또한 83~92% 정도 감소되었다.

이러한 차이는 본 발명에 의해 도출된 형상의 평가값이 크라운 제어시 형상 제어 인자로 작용하여 형상의 열화없이 정현파를 유지시키면서 페어크로스와 벤더를 적절히 사용하도록 함으로서 목표하는 크라운을 얻을 수 있도록 제어하여 정현파 형태의 프로파일이 많이 생성 되었기 때문이다.

즉, 본 발명에 의한 평상 평점에 의한 제어값을 피드백(Feed Back)해서 설정한 페어크로스와 벤더력은 종래의 형상 인자를 고려하지 않고 설정한 설정치로 인해 과다한 형상 제어로 생성되는 플랫형 또는 M형의 형상을 방지하고, 목표 크라운 값으로 정확하게 제어를 가능하도록 함으로서 고정도의 판 크라운 제어를 할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 판재의 압연 방법은 새로운 개념의 형상 평가 인자를 도출하여 이상적인 프로파일 형태의 형상과 목표 크라운 제어를 위한 피드백 설정이 가능해져 정현파 형태의 프로파일 압연이 가능해진다는 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래의 형상 관리 인자를 보여 주는 그래프이다.

도 2는 본 발명에서 프로파일 형태별로 형상 평점 부여를 위한 접선 설정 방법을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 있어서 편평한 형태의 프로파일의 형상 평점 부여를 위한 편평부 길이의 계산방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 있어서 M형 프로파일의 형상 평점 부여를 위한 오목부 면적을 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 압연방법의 동작순서를 나타낸 플로우챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 프로파일(Profile) 101 : 크라운(Crown)

102 : 하이스팟(Hi-Spot) 103 : 로우스팟(Low-Spot)

104 : 추세선(Polynomial) 201 : 변곡점

202 : 접선 301 : 편평(Flat)부 길이

302 : 크라운 길이 401 : 오목부 면적

402 : 크라운 면적

Claims (4)

1. 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법에 있어서,

   가) 전회(前回)의 금속 판재에 대한 판 폭 방향 두께 프로파일로부터 추세선을 도출하고, 변곡점의 개수를 계산하는 단계;

   나) 상기 가)단계에서 계산된 변곡점의 갯수에 따라 프로파일의 형태를 구분하는 단계;

   다) 상기 나)단계에서 구분된 프로파일의 형태에 따라 변곡점에 접선을 긋고 정현파의 벗어난 정도에 따라 프로파일의 평점을 계산하는 단계;

   라) 상기 다)단계에서 계산된 프로파일의 평점에 따라 다음회 금속 판재의 크라운 제어용 설정 계산 모델의 학습치로 피드백하여 작업롤의 페어크로스 각도와 벤더력을 설정하는 단계; 및,

   마) 상기에서 설정된 페어크로스 각도와 벤더력을 적용하여 다음의 금속 판재를 압연하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 프로파일의 추세선으로부터 수치 해석적 방법을 동원하여 미분에 의해 변곡점을 구하고, 변곡점의 개수에 의해 프로파일의 형태를 정현파형 플랫형 M형으로 구분하는 것을 특징으로 하는 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법은

   상기 프로파일 형태가 플랫형인 경우 플랫부의 길이와 크라운 폭의 비율, M형인 경우 접선과 추세선사이의 오목부 면적과 크라운 면적의 비율을 이용하여 평점을 부여하는 것을 특징으로 하는 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은

   (여기에서, Shape는 형상 평점, No는 압연순서, PC는 페어크로스 각, BF는 벤더력을 나타낸다)

   에 의하여 열연판의 프로파일이 정현파 형상이 되도록 압연순서에 따라 페어크로스각도와 벤더력을 설정하여 압연제어를 행하는 것을 특징으로 하는 열간 압연판의 폭방향 두께 프로파일을 제어하는 압연방법.