KR100558783B1 - 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열연박판의 생산성을 향상시키는 위해 연속 열간압연을 실시하는 공정에서의 속도제어 방법에 관한 것으로서, 사상압연기(40)에 인입되는 당해재를 일정한 속도까지 가속시키는 제1 단계와, 당해재의 후방에서 코일박스(20)에 감겨져 있는 후행재를 일정한 풀림 가속도로 진행시키는 제2 단계와, 당해재와 후행재의 속도를 제어기가 각각 제어하면서, 코일박스(20)와 사상압연기(40) 사이에 위치한 접합기(30)가 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 접합시키는 제3 단계 및 당해재와 후행재가 정상적으로 접합되었는지를 판단한 후에, 등속도로 유지되던 사상압연속도를 설정된 최고속도까지 가속시키는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 종래기술에 비해 열간압연 속도를 증가시키면서도, 조압연된 첫번째 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 안전한 등속도로 제어함으로써, 당해재의 미단부와 후행재의 선단부가 원활하게 접합되어, 최고속도로 사상압연을 실시할 수 있어, 연속 열간압연 공정의 생산성이 향상되는 장점이 있다.

Description

연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법{Speed Control Method of Continuous Hot Rolling Process}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어를 위한 개략도이고,
도 2는 도 1에 도시된 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 관한 공정도이고,
도 3은 도 2에 도시된 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 따라 실시된 시간에 따른 사상압연속도의 그래프이다.
본 발명은 열연박판의 생산성을 향상시키기 위해 연속 열간압연을 실시하는 공정에서의 속도제어 방법에 관한 것이며, 특히, 종래에 비해 열간압연 속도를 증가시키면서도, 조압연된 첫번째 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 안전한 등속도로 제어함으로써, 당해재의 미단부와 후행재의 선단부가 원활하게 접합되어, 연속 열간압연 공정의 생산성이 향상되는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 관한 것이다.
일반적인 열간압연 공정은 가열로의 연속주조기를 통해 추출된 슬라브를 이용하여, 조압연 공정에서 소정의 두께와 폭을 갖는 바(bar)로 압연하고, 사상압연 공정에서 수요가가 요구하는 최종적인 두께를 갖는 열연박판으로 압연하여, 권취공정에서 코일 형태로 감겨진다.
반면, 연속 열간압연 공정은 조압연기와 사상압연기 사이에 코일박스와 접합기를 설치하고, 조압연이 끝난 후행재를 코일박스에 미리 감아둔다. 그런 다음에는 사상압연 중인 당해재의 진행상태를 판단한 후에, 코일박스에 감겨진 후행재를 적정속도로 풀면서, 접합기에서 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 접합한다. 그러면, 종래기술에 따른 연속 열간압연 공정에서는 사상압연기에서 당해재와 후행재가 접합된 상태로 연속적으로 압연될 수 있고, 이렇게 압연된 열연박판은 권취기에 감기기 직전에 고속절단장치에 의해 그 접합부위가 절단되어, 권취기에 감겨지게 된다.
따라서, 연속 열간압연 공정은 다음과 같은 특징이 있는데, 먼저 조압연된 바를 하나씩 열연박판으로 사상압연하는 경우에 비해 등속도로 연속 열간압연이 실시되기 때문에, 사상압연되는 바와 바 사이의 시간 간격이 없어져 그 생산성이 향상된다. 또한, 연속 열간압연 공정은 조압연된 바가 일정한 등속도로 연속 사상압연되기 때문에, 길이방향으로 일정한 두께의 열연박판이 생산된다. 또한, 연속 열간압연 공정은 사상압연기의 후단스탠드에서 압하량을 크게 할 수 있기 때문에, 새로운 특성을 갖는 열연제품도 생산될 수 있다.
그리고, 상기 연속 열간압연 공정에 관한 종래기술에는 일본 공개특허공보 소61-140304호에 기술된 유도가열식 및 레이저 접합기를 이용한 기술이 공지되어 있다. 이런 일본 공개특허공보 소61-140304호에 기술된 연속 열간압연에 관한 기술은 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 접촉시키고, 그 접촉하는 부위를 유도가열 및 레이저 접합기로 접합시킨다. 이 때, 유도가열 및 레이저 접합기를 이용한 연속 열간압연 공정은 접합시점에서 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 각각 클램프로 고정시키고, 바의 이동에 따라 접합기도 이동시켜야 한다. 따라서, 상기 유도가열 및 레이저 접합기를 이용한 연속 열간압연 공정은 사상압연 속도를 향상시키는 데 한계가 있고, 이로 인해 열간제품의 생산성 향상에도 영향을 주게 된다.
그리고, 연속 열간압연에 관한 종래기술로는 강변형 전단 접합기를 이용한 연속 열간압연 공정에 관한 기술이 공지되어 있다. 이런 강변형 전단 접합기를 이용한 연속 열간압연 공정은 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 겹쳐지게 위치시키고, 그 접합부위를 회전드럼에 부착된 접합날로 압착 변형시킴으로써, 당해재와 후행재를 접합한다. 그래서, 상기와 같이 작동되는 강변형 전단 접합기를 이용한 연속 열간압연 공정은 사상압연 속도를 용이하게 일정 속도 이상으로 향상시킬 수 있는데, 그에 반해 속도를 일정하게 제어하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 연속 열간압연 공정에서 사상압연기에 인입되는 당해재의 미단부와 코일박스에서 풀어지는 후행재의 선단부를 각각 정밀하게 속도제어함으로써, 안정 된 등속도하에서 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 강변형 전단 접합기로 접합시켜 연속 열간압연을 실시하는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법은 사상압연기에 인입되는 당해재를 일정한 속도까지 가속시키는 제1 단계와; 상기 당해재의 후방에서 코일박스에 감겨져 있는 후행재를 일정한 풀림 가속도로 진행시키는 제2 단계와; 상기 당해재와 상기 후행재의 속도를 제어기가 각각 제어하면서, 상기 코일박스와 상기 사상압연기 사이에 위치한 접합기가 상기 당해재의 미단부와 상기 후행재의 선단부를 접합시키는 제3 단계; 및 상기 당해재와 상기 후행재가 정상적으로 접합되었는지를 판단한 후에, 등속도로 유지되던 상기 사상압연속도를 설정된 최고속도까지 가속시키는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 본 발명에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 대해 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어를 위한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연속 열간압연 공정은 슬라브가 조압연기(10)를 통과하여 일정한 두께와 길이를 갖는 바(bar)로 압연된 후에, 코일박스(20)에 감겨지게 된다. 그리고, 본 발명의 연속 열간압연 공정은 코일박 스(20)와 사상압연기(40) 사이에 강변형 전단 접합기(30)가 위치하여, 코일박스(20)에서 풀어지는 후행재의 선단부와 사상압연기(40)에 인입된 당해재의 미단부를 상호 접합시킨다. 이 때, 본 발명의 연속 열간압연 공정은 코일박스(20)와 강변형 전단 접합기(30) 사이에 제1 트레킹 센서(51)가 위치하고, 강변형 전단 접합기(30)와 사상압연기(40)에 제2 트레킹 센서(52)가 위치하여, 당해재와 후행재의 진행상태를 제1, 제2 트레킹 센서(51, 52)로 추적한다.
또한, 본 발명의 연속 열간압연 공정은 코일박스(20)에서 풀어지는 후행재의 속도와 사상압연기(40)에 인입되는 당해재의 속도를 제어기(50)가 원활하게 제어함으로써, 강변형 전단 접합기(30)에서 당해재의 미단부와 후행재의 선단부가 상호 접합되도록 한다. 이와 같은 구성으로 인해, 본 발명은 당해재와 후행재가 안정된 속도 제어하에서 접합되며, 강변형 전단 접합기(30)에서 접합 잔편 처리시 과장력으로 인해 발생되는 사상압연의 통판성 불량도 사전에 방지한다.
도 2는 도 1에 도시된 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 관한 공정도이고, 도 3은 도 2에 도시된 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 따라 실시된 시간에 따른 사상압연속도의 그래프이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법은 압연지시에 따라 여러 구성요소들이 작동하기 시작한다. 그런 다음에는 조압연된 바가 첫번째 압연대상인지를 판단하고(S1), 사상압연기(40)를 작동시켜 첫번째 압연대상인 당해재를 사상압연한다(S2).
그리고, 본 발명은 당해재의 조압연이 종료되는 시점에서 제어기(50)가 압연 수식모델인 수학식 1을 이용해 바의 예측길이를 계산한다.
Figure 112003048062018-pat00001
수학식 1에서 Lb 는 바의 예측길이(BAR LENGTH)이고, St 는 슬라브 두께이며, Sw 는 슬라브 폭이고, Sl 는 슬라브 길이이며, Lt 는 바의 두께이고, L w 는 바의 폭을 각각 나타낸다. 이 때, 수학식 1의 바의 예측길이는 슬라브와 바에서의 온도차 및 그 열팽창계수를 고려해야 하며, 바의 두께, 바의 폭은 조압연 수식모델에서 설정된 값을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 조압연기(20)와 사상압연기(40) 사이를 통과하는 당해재의 미단부를 제1, 제2 트레킹 센서(51, 52)로 추적하여, 제어기(50)가 다음의 수학식 2로 사상압연 가속도를 결정한다.
Figure 112003048062018-pat00002
수학식 2에서 V2 는 접합시 사상압연기의 첫번째 스탠드 속도 또는 당해재 미단부가 1차 트레킹되는 시점의 속도이고, V1 은 당해재가 사상압연기에 인입되는 시점의 속도이며, α1 은 목표로 하는 사상압연의 가속도이고, t1 은 당해재가 사상압연기에 인입되는 시간이며, t2 는 당해재 미단부의 1차 트레킹 시간을 각각 나타 낸다.
이와 같은 본 발명에 따른 사상압연의 가속도는 당해재의 선단부가 사상압연기(40)의 첫번째 스탠드에 인입되는 경우에 로드셀(42)에 의해 그 신호가 검출되며, 설정된 강종과 폭에 따라 수학식 2에 의해 결정된 사상압연 가속도의 정보가 제어기(50)에서 사상압연기(40)의 주전동기(41)에 전달되어, 각 설정기에 전달된 정보에 따라 주전동기(41)가 각 스탠드를 가속시키게 된다(S3).
그런 다음에는 후행재의 선단부가 등속도로 진행되는지를 판단한 후에, 당해재의 미단부에 대한 트래킹 신호에 따라 코일박스(20)에 감겨있는 후행재가 풀려지기 시작하고, 그 풀림 가속도는 다음의 수학식 3에 의해 결정한다(S4).
Figure 112003048062018-pat00003
수학식 3에서 V 는 당해재 미단부의 시간에 따른 속도이고, t 는 후행재 선단부가 당해재 미단부에 접촉하는 임계지점까지의 트레킹 시간이며, t2 는 당해재 미단부의 1차 트레킹 시간이고, α2 는 코일박스에서의 풀림 가속도를 각각 나타낸다. 그리고, 상기 수학식 3에서 코일박스(20)에서의 풀림 가속도는 당해재 미단부의 1차 트래킹 지점에서 후행재 선단부가 당해재 미단부에 접촉하는 임계지점까지를 의미하는데, 당해재의 미단부에 대한 트래킹 지점은 코일박스(20)에서의 풀림 가속도와, 코일박스(20)의 가속능력을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 제어기(50)에서 설정된 당해재의 사상압연 설정속도와 가속도에 따라, 코일박스(20)의 풀림 가속도와 풀리기 시작하는 시점부터 추적완료까지의 시간은 변할 수도 있다.
그러면, 본 발명은 상기 당해재와 후행재의 추적이 완료되고, 후행재가 코일박스(20)에서 일정한 가속도로 풀어지면서 후행재의 선단부와 당해재의 미단부가 접촉하게 된다. 이렇게 후행재 선단부가 당해재 미단부에 접촉된 후에는 강변형 전단 접합기(30)에서 후행재 선단부와 당해재 미단부가 접합되는데, 이 때 강변형 전단으로 인해 잔편 제거도 함께 수행된다(S5).
이 때, 당해재와 후행재가 정상적으로 접합되지 않은 경우에는 일반 압연속도로 사상압연을 실시한다(S6). 또한, 당해재와 후행재가 정상적으로 접합된 후에는 사상압연이 등속도로 행해지고, 그 접합부위가 사상압연기(40)의 사전에 설정된 n번째 스탠드를 통과했는지를 판단한 후에(S7), 추가적으로 사상압연 지시 가속율로 가속시킨다(S8).
즉, 본 발명은 현재의 사상압연속도와 제어기(50)에서 설정된 최고속도(Max speed)를 비교하여, 현재 사상압연속도가 설정된 최고속도보다 작은 경우에 제어기(50)에서 설정된 강종 및 그 치수에 따른 가속 패턴을 달리하여, 사상압연 지시 가속율로 가속시킨다(S9).
그리고, 상기와 같이 작동되는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법은 강변형 접합의 특징인 압연시 접합부의 강도가 강해지는 현상을 고려하여, 기존강도의 90%이상이 되는 n번째 스탠드를 접합부위가 통과하는 시점에서 사상압연속도 를 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 비접합부와 접합부간의 압하량 차이에 관한 신호를 n번째 스탠드의 로드셀(41)에서 제어기(50)로 전달하고, 그 강종 및 치수에 따라 설정된 사상압연 지시 가속율로 사상압연기(40)의 주전동기를 작동하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 제1, 제2 트레킹 센서(51, 52)에는 온/오프(ON/OFF) 여부로 당해재 미단부의 1차 트레킹과 접합여부 등을 판단하는 핫 메탈 디텍터(Hot metal detector)가 사용되며, 보다 정밀한 측정을 위해 γ-RAY 또는 레이저 센서가 사용될 수도 있다.
아래에서는 본 발명에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법으로 실시된 실험예에 대해 구체적으로 설명하겠다.
본 실험예에 사용되는 슬라브는 그 크기가 230㎜ * 1570㎜ * 7910㎜이고, 최종적인 생산되는 열연박판의 코일두께는 2.2㎜이다. 따라서, 바의 예측길이는 수학식 1에 의해 56193.2㎜(230㎜X1570㎜X7910㎜/32.5㎜/1564㎜)로 계산된다.
그리고, 본 실험예는 당해재가 사상압연기(40)에 인입되면서 사상압연된다. 이 때, 당해재의 사상압연의 1차 가속율은 6%, 권취된 후의 2차 가속율은 8%, 미단부 1차 트래킹 지점에서 사상압연 입측까지의 거리는 45m, 추적완료 임계지점에서 사상압연 입측까지의 거리는 37.385m로 설정된다. 또한, 사상압연기 인입되는 당해재의 압연속도는 0.68m/s 이며, 당해재 미단부의 1차 트래킹 시점의 압연속도는 0.77m/s이었으며, 선단부가 사상압연기 인입되는 시점부터 미단부의 1차 트래킹 시점까지는 8.93초였다.
그러면, 본 발명의 실험예에서는 상기와 같은 정보를 기초로 하여 수학식 2에 의해 풀림 가속도가 0.54m/s2 으로 계산되고, 제어기(50)에 의해 후행재가 코일박스(20)에서 풀어지게 된다. 이 때, 본 실험예는 사상압연기(40)의 첫번째 스탠드에서 당해재의 압연속도를 0.77m/s로 유지시키고, 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 강변형 전단 접합기(30)로 접합한다. 이렇게 접합이 정상적으로 완료된 후에는 접합부의 강도가 다른 비접합부의 강도의 90% 이상으로 확보되는 지점인 사상압연기(40)의 세번째 스탠드 지점부터 사상압연의 속도를 6%로 가속시켜, 사상압연의 최고속도에 도달시킨다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법은 바의 길이를 예측하고, 코일박스와 사상압연기 사이에서의 당해재 미단부를 트래킹하여, 당해재와 후행재를 안전한 속도로 각각 제어함으로써, 당해재의 미단부와 후행재의 선단부를 안정적으로 접합시키면서도, 사상압연시의 통판성 불안정 요인을 제거하여, 최고속도로 사상압연을 실시할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 따른 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

  1. 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법으로서,
    사상압연기에 인입되는 당해재를 일정한 속도까지 가속시키는 제1 단계와;
    상기 당해재의 후방에서 코일박스에 감겨져 있는 후행재를 일정한 풀림 가속도로 진행시키는 제2 단계와;
    상기 당해재와 상기 후행재의 속도를 제어기가 각각 제어하면서, 상기 코일박스와 상기 사상압연기 사이에 위치한 접합기가 상기 당해재의 미단부와 상기 후행재의 선단부를 접합시키는 제3 단계; 및
    상기 당해재와 상기 후행재가 정상적으로 접합되었는지를 판단한 후에, 등속도로 유지되던 상기 사상압연속도를 설정된 최고속도까지 가속시키는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계에서 사상압연기에 인입되는 당해재의 가속도는 다음의 수식(1)에 의해 계산되고, 상기 제2 단계에서 후행재의 풀림 가속도는 다음의 수식(2)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법.
    Figure 112003048062018-pat00004
    --------- (1)
    Figure 112003048062018-pat00005
    --------- (2)
    수식(1) 및 수식(2)에서, V2 : 접합시 사상압연기의 첫번째 스탠드 속도, V1 : 당해재가 사상압연기에 인입되는 시점의 속도, α1 : 목표로 하는 사상압연의 가속도, t1 : 당해재가 사상압연기에 인입되는 시간, t2 : 당해재 미단부의 1차 트레킹 시간, V : 당해재 미단부의 시간에 따른 속도, t 는 후행재 선단부가 당해재 미단부에 접촉하는 임계지점까지의 트레킹 시간이며, α2 는 코일박스에서의 풀림 가속도임.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제3 단계는 상기 코일박스와 상기 접합기의 사이에 위치한 제1 트레킹 센서와, 상기 접합기와 상기 사상압연기의 사이에 위치한 제2 트레킹 센서가 상기 당해재와 상기 후행재의 진행상태와 그 접합여부를 상기 제어기에 각각 전달하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제4 단계는 상기 당해재와 상기 후행재의 접합부위가 다른 비접합부위의 강도의 90% 이상이 되는 지점인 상기 사상압연기의 n번째 스탠드에서 가속되기 시작하는 것을 특징으로 하는 연속 열간압연 공정에서의 속도제어 방법.
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