KR100526134B1 - 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법 - Google Patents

마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법에 관한 것으로서, 냉간압연공정에 적용될 압연롤 및 압연재의 결정에 응답하여, 상기 압연롤 및 압연재 각각의 열전도율, 비열, 밀도 및 온도 전도율을 설정하는 제1단계; 상기 냉간압연공정의 압연속도가 기 설정된 일정 속도 이상일 때, 사용자로부터 입력된 정보에 의거하여 압연 조건을 설정하는 제2단계; 상기 압연롤의 마찰온도(Tr), 상기 압연재의 마찰온도(Tw) 및 압연롤과 압연재의 마찰저항에 의해 압연재에 발생하는 마찰온도(Tm)들 간의 관계식을 도출하는 제3단계; 아차드 이론에 따라 마찰온도 계산을 위한 계산식을 유추한 후 상기 제3 단계에서 도출된 관계식에 상기 유추한 계산식을 대입하여 상기 마찰온도(Tm) 계산식을 도출하는 제4 단계; 및 상기 마찰온도(Tm) 계산식에 상기 제1 단계에서 설정한 압연롤 및 압연재 각각의 열전도율, 비열, 밀도 및 온도 전도율과, 상기 제2단계에서 설정한 압연 조건을 대입하여 상기 마찰온도(Tm)을 산출하는 제5단계를 포함한다. 따라서 본 발명은 수동으로 검출하여 발생되던 측정오차를 미연에 방지할 수 있고, 마찰온도를 이용해 설정되던 공정조건이 안정적으로 설정될 수 있는 효과가 있다.

Description

마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법{A METHOD FOR DETECTING THE FRICTION TEMPERATURE BY FRICTIONAL RESISTANCE}
본 발명은 냉간압연공정 중 최종 스탠드(Stand) 출측 강판에 발생되는 마찰온도를 검출하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아차드(Archard) 이론을 이용해 고안된 마찰온도 검출식을 이용해 상기 최종 스탠드의 상, 하 압연롤과 강판의 마찰저항에 의해 발생되는 강판의 마찰온도를 자동으로 검출하는 강판 마찰온도 검출방법에 관한 것이다.
도1은 냉간압연공정의 구성도로서, 강판(1)이 테이블(2)을 따라 주입되면 다수의 스탠드(3)의 상, 하 압연롤(4a,4b)이 구동되어 상기 강판(1)을 압연한다. 상기 스탠드(3) 사이에는 강판(1)의 두께를 검출하는 두께검출기(5)가 각각 설치되어, 상기 두께검출기(5)의 검출값에 따라 상, 하 압연롤(4)의 사이 간격(A)을 조절하고, 최종 스탠드(3')를 통과한 강판(1)은 최종적으로 텐션릴(7)에 실장된다.
고속, 고압하 냉간압연공정에 있어서, 상기 최종 스탠드(3') 출측 강판의 표면온도는 가공온도과 마찰온도가 합산된 것으로 대략 250~300℃ 이다.
그러나, 종래에는 상기 상, 하압연롤(4a,4b)과 강판(1)의 마찰저항에 의해 발생되는 강판의 마찰온도를 측정하는 수단이 없어서, 도1에 도시된 바와 같이, 수동으로 운전자가 설비를 일시 정지시킨 뒤 강판의 표면온도를 검출하여 검출된 표면온도의 대략 35%를 강판의 마찰온도로 한다.
따라서, 종래에는 운전자에 의해 수동으로 측정된 마찰온도를 이용함으로써, 공정조건 변경시 생산되는 강판에 결함이 발생될 수 있고, 생산성 저하 및 작업부하와 같은 문제점이 초래될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 종래 수동으로 검출되어 오차가 포함된 강판의 마찰온도를 사용하여 발생되던 문제점을 방지하기 위해서, 상, 하 압연롤과 강판의 마찰저항에 의해 강판에 발생되는 강판의 마찰온도를 아차드(Archard) 이론을 발전시켜 고안한 수식을 이용해 자동으로 검출하는 강판 마찰온도 검출방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 방법은 냉간압연공정 중 최종 스탠드(Stand) 상, 하 압연롤과 압연재의 마찰저항에 의해 압연재에 발생하는 마찰온도를 검출하는 압연재 마찰온도 검출방법에 있어서
상기 냉간압연공정에 적용될 압연롤(r) 및 압연재(w)의 결정에 응답하여, 상기 압연롤(r) 및 압연재(w) 각각의 열전도율(Kr,Kw), 비열(Cr,Cw), 밀도(ρr,ρw) 및 온도 전도율(xr,xw )을 설정하는 제1 단계;
상기 냉간압연공정의 압연속도가 기 설정된 일반압연속도의 60%이상일 때 사용자로부터 입력된 정보에 의거하여, 상기 압연재의 압연 두께(h), 압연폭(W) 및 압연롤의 압연속도(Vr), 평균면압(Pm), 직경(R) 및 마찰계수(μ)를 설정하는 제2 단계;
상기 압연롤의 마찰온도(Tr), 상기 압연재의 마찰온도(Tw) 및 압연롤(r)과 압연재(w)의 마찰저항에 의해 압연재에 발생하는 마찰온도(Tm)들 간의 관계식을 도출하는 제3 단계; 아차드 이론에 따라 마찰온도 계산을 위한 계산식을 유추한 후 상기 제3 단계에서 도출된 관계식에 상기 유추한 계산식을 대입하여 상기 마찰온도(Tm) 계산식을 도출하는 제4 단계; 및상기 마찰온도(Tm) 계산식에 상기 제1 단계에서 설정한 압연롤(r) 및 압연재(w) 각각의 열전도율(Kr,Kw), 비열(Cr,Cw), 밀도(ρr,ρw) 및 온도 전도율(xr,xw )과, 상기 제2 단계에서 설정한 압연속도(Vr), 평균면압(Pm), 직경(R) 및 마찰계수(μ)를 대입하여 상기 마찰온도(Tm)을 산출하는 제5 단계
삭제
로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법을 설명한다.
본 발명은 냉간압연공정의 최종 스탠드에서 압연롤과 압연재의 마찰저항에 의해 압연재에 발생되는 마찰온도(Tm)를 아차드(Archard)이론을 발전시켜 구하는 방법으로써, 도2는 압연롤과 압연재의 접촉부분을 나타낸 모식도로서, l은 접촉길이이고, 압연롤 및 압연재의 첨자는 r,w이다. 또한, Vr은 압연롤의 압연속도이고, V1,V2는 압연재의 입, 출구 속도이고, Vm은 압연재의 평균속도이고, pm은 상기 압연롤(r)과 압연재(w)의 접촉영역에서 발생되는 평균면압이다.
상기 압연재가 빠르게 움직이고, 상기 압연재와 압연롤의 경계면이 반고체(Semi-infinite solid)이므로, 아차드(Archard)이론으로부터 유추된 두 개의 물체가 마찰하면서 발생되는 온도(T)는 수학식1과 같다.
T: 2개의 물체가 마찰하면서 발생하는 온도[℃]
q: 접촉면적당 열 발생량[J/mm2]
t: 2개의 물체가 접촉하는 시간[sec]
K: 열전도율[W/mk]
ρ: 밀도[KJ/KgK]
C: 비열[null]
여기서, 온도 전도율 x=K/ρC이므로, ρC=K/x 를 상기 수학식1에 대입하여 정리하면 하기 수학식2가 된다.
T: 2개의 물체가 마찰하면서 발생하는 온도[℃]
q: 접촉면적당 열 발생량[J/mm2]
t: 2개의 물체가 접촉하는 시간[sec]
K: 열전도율[W/mk]
x: 온도 전도율[null]
여기서, q는 접촉면적당 열 발생량이고, t는 2개의 물체가 접촉하는 시간으로서 V/l로 표시할 수 있다.
그러나, 압연롤(r)과 압연재(w)의 마찰저항에 따른 압연재(w)의 마찰온도(Tm)은 압연롤(r)의 마찰온도(Tr) 및 압연재(w)의 마찰온도(Tw)가 동시에 작용하여 발생되는 온도이므로, 상기 압연롤의 마찰온도(Tr)와 압연재의 마찰온도(Tw)가 동시에 영향을 미치는 상기 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도(Tm)는 하기 수학식3과 같이 정의될 수 있다.
Tm: 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도[℃]
Tr: 압연롤의 마찰온도[℃]
Tw: 압연재의 마찰온도[℃]
여기서, 상기 아차드 이론을 이용해 물체의 마찰온도(T)를 정의한 상기 수학식2를 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도(Tm)를 구하는 상기 수학식3에 대입하면, 상기 압연롤과 압연재가 접촉하면서 발생하는 열량은 동일하고, 접촉시간도 동일하므로, 상기 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도(Tm)는 하기 수학식4와 같이 정리된다.
Tm: 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도[℃]
l: 압연롤과 압연재의 접촉길이[mm]
μ: 마찰계수
pm: 평균 면압[Kg/mm2]
△V: 압연롤과 압연재의 접촉속도[m/min]
Vr: 압연롤 속도[m/min]
Kw, Kr: 압연재, 압연롤의 열전도율[W/m·K]
xw, xr: 압연재, 압연롤의 온도 전도율[null]
상기 수학식4에서 보듯이, 상기 압연롤과 압연재의 접촉길이(l)가 크면 클수록 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도(Tm)는 증가하는데, 이는 도3의 그래프를 통해서도 알 수 있다.
도3은 압연롤과 압연재의 접촉길이에 따른 마찰온도를 나타낸 그래프로서, 압연롤의 압연속도는 동일하고, 압연롤과 압연재의 접촉길이가 l1,l2,l3으로 다르다. 도3에서 보듯이, 상기 접촉길이가 크면 클수록 마찰온도가 높은 것을 알 수 있다.
도4는 본 발명에 의한 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법을 나타낸 플로우차트로서, 도4를 참조하여 본 발명의 방법을 설명한다.
우선, 냉간압연공정에서 적용될 압연롤(r) 및 상기 압연롤에 의해 압연되는 압연재(w)가 설정되면, 상기 설정된 압연롤(r) 및 압연재(w)의 고유특성에 의해 열전도율(Kr,Kw), 비열(Cr,Cw), 밀도(ρr,ρw ) 및 온도 전도율(xr,xw )은 결정된다(101).
다음으로, 상기 압연롤의 압연속도를 설정된 압연롤의 일반속도와 비교하여(102), 상기 압연롤의 압연속도가 설정된 일반속도의 60% 이상이면 정상적인 압연공정에 필요한 압연조건을 입력하고(103), 상기 압연롤의 압연속도가 설정된 일반속도의 60% 미만이면 상기 압연공정에서 검출되는 데이터를 신뢰할 수 없어서 사용하지 않는다(104).
여기서, 상기 압연조건은 운전자가 제조하고자 하는 압연재의 두께(h) 및 폭(W), 압연롤의 압연속도(Vr), 평균면압(Pm), 직경(R) 및 마찰계수(μ)이다.
상기와 같은 압연조건이 입력되면, 2개의 물체가 마찰하여 발생하는 온도(T)에 따른 아차드(Archard) 이론에 상기 압연롤 및 압연재의 열전도율(Kr,Kw), 비열(Cr,Cw), 밀도(ρr,ρw) 및 온도 전도율(xr,x w )을 대입하여 상기 압연롤의 마찰온도(Tr)와 압연재의 마찰온도(Tw)를 구한다(105).
상기 압연롤의 마찰온도(Tr)와 압연재의 마찰온도(Tw)를 상기 수학식3에 대입하여 얻어진 상기 수학식4를 이용해 압연롤과 압연재의 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도(Tm)를 검출한다(106).
본 발명은 압연롤과 압연재의 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도를 아차드(Archard) 이론을 발전시켜 고안한 수식을 이용해 자동으로 검출함으로써, 수동으로 검출하여 발생되던 측정오차를 미연에 방지할 수 있고, 마찰온도를 이용해 설정되던 공정조건이 안정적으로 설정될 수 있는 효과가 있다.
도1은 일반적인 냉간압연공정의 구성도이다.
도2는 압연롤과 압연재의 접촉부분을 나타낸 모식도이다.
도3은 압연롤과 압연재의 접촉길이에 따른 마찰온도를 나타낸 그래프이다.
도4는 본 발명에 의한 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법을 나타낸 플로우차트이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 강판(압연재)
3': 최종 스탠드
4a,4b: 상, 하 압연롤

Claims (3)

  1. 냉간압연공정 중 최종 스탠드(Stand) 상, 하 압연롤과 압연재의 마찰저항에 의해 압연재에 발생하는 마찰온도를 검출하는 압연재 마찰온도 검출방법에 있어서
    상기 냉간압연공정에 적용될 압연롤(r) 및 압연재(w)의 결정에 응답하여, 상기 압연롤(r) 및 압연재(w) 각각의 열전도율(Kr,Kw), 비열(Cr,Cw), 밀도(ρr,ρw) 및 온도 전도율(xr,xw )을 설정하는 제1 단계;
    상기 냉간압연공정의 압연속도가 기 설정된 일반압연속도의 60%이상일 때 사용자로부터 입력된 정보에 의거하여, 상기 압연재의 압연 두께(h), 압연폭(W) 및 압연롤의 압연속도(Vr), 평균면압(Pm), 직경(R) 및 마찰계수(μ)를 설정하는 제2 단계;
    상기 압연롤의 마찰온도(Tr), 상기 압연재의 마찰온도(Tw) 및 압연롤(r)과 압연재(w)의 마찰저항에 의해 압연재에 발생하는 마찰온도(Tm)들 간의 관계식을 도출하는 제3 단계;
    아차드 이론에 따라 마찰온도 계산을 위한 계산식을 유추한 후 상기 제3 단계에서 도출된 관계식에 상기 유추한 계산식을 대입하여 상기 마찰온도(Tm) 계산식을 도출하는 제4 단계; 및
    상기 마찰온도(Tm) 계산식에 상기 제1 단계에서 설정한 압연롤(r) 및 압연재(w) 각각의 열전도율(Kr,Kw), 비열(Cr,Cw), 밀도(ρr,ρw) 및 온도 전도율(xr,xw )과, 상기 제2 단계에서 설정한 압연속도(Vr), 평균면압(Pm), 직경(R) 및 마찰계수(μ)를 대입하여 상기 마찰온도(Tm)를 산출하는 제5 단계를 포함함을 특징으로 하는 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계는
    하기의 수학식 1을 도출함을 특징으로 하는 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법.
    (수학식 1)
    이때, Tm는 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도[℃], Tr은 압연롤의 마찰온도[℃], Tw는 압연재의 마찰온도[℃] 임.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제4 단계는
    아차드 이론에 따른 하기의 수학식 2를 상기 수학식 1에 대입하여 하기의 수학식 3을 도출함을 특징으로 하는 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도 검출방법.
    (수학식 2)
    이 때, T는 2개의 물체가 마찰하면서 발생하는 온도[℃], q는 접촉면적당 열 발생량[J/mm2], t 2개의 물체가 접촉하는 시간[sec], K 열전도율[W/mk], x는 온도 전도율[null]임.
    (수학식 3)
    이 때, Tm는 마찰저항에 따른 압연재의 마찰온도[℃], l은 압연롤과 압연재의 접촉길이[mm], μ는 마찰계수, pm은 평균 면압[Kg/mm2], △V는 압연롤과 압연재의 접촉속도[m/min], Vr는 압연롤 속도[m/min], Kw 및 Kr는 압연재 및 압연롤 각각의 열전도율[W/m·K], xw 및 xr은 압연재 및 압연롤 각각의 온도 전도율[null]임.
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