KR100660215B1 - 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이전 소재 압연 시 정상상태의 압연롤 속도의 보정율과 실측된 선진율로부터 압연롤속도 보정계수를 산출하여 압연롤 속도를 보정함으로써, 연속적인 압연 공정에서 제어 정도를 더 향상시킬 수 있는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 압연기로부터 출력되는 소재의 이동 속도를 측정하여 상기 실측된 현재 압연된 소재의 속도로부터 선진율을 계산하고, 이전 소재의 압연 중 상기 루퍼 제어부에서 설정된 압연속도 보정율과 운전자 속도 조작부에서 설정된 압연 속도 보정율을 수집하여 정상 상태 구간에서의 총 압연속도 보정율을 구하고, 상기 총 압연 속도 보정율과 계산된 선진율을 이용하여 압연롤 속도 보정계수를 산출한 후, 상기 보정 계수를 이용하여 압연롤 초기 속도를 보정하고, 이를 상기 루퍼 제어부와 운전자 속도 조작부에서 출력되는 각각의 속도 보정율에 대응하는 속도분만큼 조정하여, 최종 압연롤 제어 속도를 설정하도록 구성함으로써, 원활한 통판성 유지하여 소재 선단부의 두께 및 폭 편차를 조정하여, 생산성 및 품질을 향상시킨 것이다.
연속 압연기, 열간 사상 압연, 루퍼, 속도 제어, 선진율, 보정 계수

Description

연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치{apparatus for controlling speed of roll in continuous rolling mill}
도 1은 열간 사상 압연 공정에 있어서, 종래의 압연롤 속도 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 열간 사상 압연 공정에서의 압연롤 속도 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 종래의 속도 제어 방식을 적용한 열간 사상 압연 공정에서 압연된 스트립의 선단 두께 편차를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명을 적용하여 열간 사상 압연 공정에서 압연된 스트립의 선단 두께 편차를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래의 열간 사상 압연 공정에서 압연된 스트립의 선단 폭 편차를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명을 적용한 열간 사상 압연 공정에서 압연된 스트립의 선단 폭 편차를 측정하여 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 압연기 2: 소재
3: 루퍼(Looper) 4: 루퍼 제어부
5: 운전자 속도 조작부 6: 속도 설정부
7: 속도 제어량 연산부 8: 압연롤 속도 제어부
9: 소재 속도 측정부 10: 선진율 계산부
11: 속도 보정율 계산부 12: 속도 보정계수 계산부
13: 속도 제어량 계산부
본 발명은 열간 사상 압연 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이전 소재 압연 시 정상상태의 압연롤속도의 보정율과 실측된 선진율로부터 압연롤속도 보정계수를 산출하여 압연롤속도를 보정하도록 함으로써, 연속적인 압연 공정에서 제어 정도를 더 향상시킬 수 있는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치에 관한 것이다.
열간 사상 압연 공정은 최종 제품의 판두께, 폭, 온도, 형상 등을 조정 생산하는 설비로서, 압연기로 입력되는 소재의 두께, 폭, 온도, 재질 등과 압연 사양(제품의 폭, 두께, 재질)에 따라서 연속적으로 배치되어 있는 모든 압연 스탠드의 압연조건, 즉 압연하중과 압연롤속도와 롤 갭과 냉각패턴 등을 계산하여, 압연시작 하기 전에 각각의 압연기를 설정하여야 한다. 이렇게 설정된 스탠드의 압연조건이 적절하면 품질이 우수한 제품을 얻을 수 있다.
그러나 설비의 상태에 따라서 압연 조건에 오차가 발생할 수 있기 때문에, 보통 소재가 압연기에 물린 후, 설정된 압연조건에 오차가 포함되어 있는 경우에는 피드백제어에 의해 압연조건을 최적화한다.
이와 같이 피드백 제어에 의한 압연 조건을 최적화시키고 있으나, 공정의 특성상 보통 판 선단부에서는 품질 편차가 많이 발생한다. 상기 판 선단부의 품질은 압연기 설정 정도에 의존하기 때문에, 각 스탠드의 압연조건을 최적으로 설정하는 것이 중요한 기술적 과제이다.
연속 압연기의 설정은, 우선 각 스탠드별로 출측 목표 두께를 결정하고, 이 목표 두께에 따라 다음의 수학식 1에 의해 각 스탠드의 압연하중 Pi를 예측한 후, 예측된 압연하중과 두께를 이용하여 각 스탠드의 롤갭 Sdi를 수학식 2와 같은 게이지미터식으로 계산하여 이루어진다.
Figure 112005075593154-pat00001
Figure 112005075593154-pat00002
상기 수학식에서, K는 소재의 변형저항, W는 소재의 폭, R은 롤 편평 반경, H는 입측 소재 두께, h는 출측 소재 두께, Qp는 압연하중함수, M은 밀 강성 계수, GME는 게이지미터식의 오차 보정항, i는 해당하는 스탠드의 번호이다.
상기 압연하중함수 Qp는 마찰계수, 압연하중, 소재의 변형저항, 입/출측두께, 그리고 입/출측장력 등으로 계산되는 함수로서 압연이론으로부터 도출된다. 그러나 상술한 변수 변형저항, 마찰계수, 압연하중함수 등을 정확하게 파악하는 것은 거의 불가능하기 때문에, 상기 수학식 1을 이용한 계산만으로 압연하중을 정확하게 예측하기는 매우 어렵다.
이와 같이 압연하중 및 롤갭이 결정되면, 압연롤 속도를 설정하게 되는데, 고품질과 고생산성을 얻기 위해 원활한 통판성을 유지하기 위해서는 각 스탠드의 매스 플로우(Mass Flow)가 일치하도록 각 압연기의 압연롤 속도를 설정해야 한다.
현재 사용되고 있는 압연롤 속도 제어 장치를 살펴보면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압연롤(1)의 사이에 위치하여 소재(2)의 장력을 조절하는 루퍼(3)의 각도에 따라서 루퍼 제어부(4)를 통해 압연롤 속도를 보정하고, 운전자가 압연상황을 판단하여 운전자 속도 조작부(5)를 압연롤 속도를 조정하도록 되어 있으며, 속도 제어량 계산부(7)에서 상기 루퍼 제어부(4)에 의해 속도 보정량과, 운전자 속도 조작부(5)에 의해 조정값과, 속도 설정부(6)에서 설정된 초기 속도를 연산하여 압연롤 제어 속도를 피드백 제어하며, 이와 같이 제어된 속도로 각 압연롤 속도 제어부(8)가 해당 압연롤(1)을 구동시키게 된다.
상기에서, 압연롤 속도 설정은 수학식 3과 같이 이루어진다.
Figure 112005075593154-pat00003
여기서, Vr은 압연롤 속도, i는 해당 스탠드 번호, l은 최종 스탠드를 말하며, f는 선진율로서, 아래의 수학식 4와 같이 스탠드 출측 소재의 속도 V와 압연롤 속도Vr의 차를 압연롤속도Vr로 나눈 값으로 정의되고, 압연해석을 통해 얻은 수학식 5로 구할 수 있다. 여기서, φ는 중립각을 나타낸다.
Figure 112005075593154-pat00004
Figure 112005075593154-pat00005
연속적으로 이루어지는 열간 사상 압연 공정에서, 고품질과 고생산성을 얻으려면, 압연하중 예측 정도, 롤갭 설정 정도, 그리고 압연롤 속도 설정에 대한 정확도가 높아야된다. 이를 위해, 압연하중 예측과 롤갭 설정은 이전 소재의 압연실적데이터를 이용하여 학습하고 다양한 압연조건하에서도 적합한 수식 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
그러나, 선진율의 예측 정도에 따라서 그 정도가 결정되는 압연롤 속도 설정 의 경우, 선진율은 상기 수학식 5와 같이 고정된 값으로 설정하고 있으며, 실제의 압연 실적 데이터에 의한 학습 및 피드백을 통해 보정되고 있지 않기 때문에, 압연롤 속도에 대한 정도가 떨어진다는 문제점이 있다.
특히 압연롤 속도 제어는 연속적으로 이루어지는 압연 공정에서 통판성을 향상시켜 고품질과 고생산성을 제공하기 위한 중요한 인자로서, 이러한 압연롤 속도 제어의 정확도를 더 향상시킬 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 요구를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 이전 소재 압연 시 정상상태의 압연롤 속도의 보정율과 실측된 선진율로부터 압연롤속도 보정계수를 산출하여 압연롤 속도를 보정함으로써, 연속적인 압연 공정에서 제어 정도를 더 향상시킬 수 있는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은, 압연기 사이에 위치하여 소재의 장력을 조절하는 루퍼의 각도에 따라서 속도 보정율을 출력하는 루퍼 제어부; 운전자가 설정한 속도 보정율을 입력하는 운전자 속도 조작부; 압연기의 초기 압연 속도를 설정하는 속도 설정부; 압연기로부터 출력되는 소재의 이동 속도를 측정하는 소재속도 측정부; 상기 소재속도 측정부에서 실측된 현재 압연된 소재의 속도로부터 선진율을 계산하는 선진율 계산부; 이전 소재의 압연 중 상기 루퍼 제어부에서 설정된 압연속도 보정율과 운전자 속도 조작부에서 설정된 압연 속도 보정율을 수집하여 정상 상태 구간에서의 총 압연속도 보정율을 구하는 속도 보정율 계산부; 상기 속도 보정율 계산부의 총 압연 속도 보정율과, 상기 선진율 계산부의 선진율을 이용하여 압연롤 속도 보정계수를 산출하는 속도 보정계수 계산부; 상기 속도 설정부에서 설정된 압연롤 초기 속도에 상기 속도 보정계수 계산부의 보정 계수를 곱하여 압연롤 초기 속도를 보정하고, 이를 상기 루퍼 제어부와 운전자 속도 조작부에서 출력되는 각각의 속도 보정율에 대응하는 속도분만큼 조정하여, 최종 압연롤 제어 속도를 산출하는 속도 제어량 계산부; 및 상기 속도 제어량 계산부에서 입력된 속도로 압연하도록 해당 압연기를 피드백 제어하는 압연롤 속도 제어부를 포함하는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시 예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명한다. 참조한 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
종래 기술에서 설명된 바와 같이, 다단 스탠드를 통해서 연속 압연이 이루어 지는 열간 사상 압연 공정과 같은 연속 압연기에서, 고품질과 고생산성을 얻으려면 기본적으로 원활한 통판성이 유지되어야 한다. 이러한 압연 중의 원활한 통판성 유지를 위해서는 각 압연 스탠드의 매스 플로우(Mass Flow)가 일치하도록 압연기의 압연롤 속도를 설정하여야 하며, 본 발명은 이러한 압연롤 속도를 설정하는데 있어서, 소재의 길이방향특성이 균일할 경우 루퍼 제어기(4)와 운전자 속도 조작기(5)에 의한 압연롤 속도 보정율이 일정한 값으로 수렴하게 된다는 점을 착안하여, 이전 소재 압연 시 정상상태의 압연롤 속도의 보정율과 실측된 선진율로부터 압연롤속도 보정계수를 산출하여 압연롤 속도를 보정한다.
도 2는 본 발명이 적용된 압연롤 속도 제어 장치의 한 실시예를 보인 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 압연롤 속도 제어 장치는, 루퍼 제어기(4)와, 운전자 속도 조작부(5)와, 속도 설정부(6)와, 압연롤 속도 제어부(8)와, 소재 속도 측정부(9)와, 선진율 계산부(10)와, 속도 보정율 계산부(11)와, 속도 보정계수 계산부(12)와, 속도 제어량 계산부(13)를 포함한다.
소재 속도 측정부(9)는 해당 압연 스탠드 Fi로부터 출력되는 소재(2)의 이동 속도를 측정한다.
선진율 계산부(10)는 상기 소재 속도 측정부(9)에서 실측된 현재 압연된 소재의 속도를 입력받아, 상기 수학식 4에 의하여 선진율 f를 계산한다. 이때, 압연롤 속도 Vr는 상기 압연롤 속도 제어부(8)로부터 얻을 수 있다.
속도 보정율 계산부(11)는 이전 소재의 압연 중 상기 루퍼 제어부(4)에서 설 정된 압연속도 보정율과 운전자 속도 조작부(5)에서 설정된 압연 속도 보정율을 수집하여 정상 상태 구간(즉, 루퍼(3)가 안정된 구간)에서의 총 압연속도 보정율을 구한다.
속도 보정계수 계산부(12)는 상기 속도 보정율 계산부(11)에서 계산된 정상 상태에서의 총 압연 속도 보정율과, 상기 선진율 계산부(10)로부터 실측된 소재 속도로부터 계산된 선진율을 이용하여, 하기의 수학식 6 및 수학식 7에 의하여, 압연롤 속도 보정계수를 산출한다.
Figure 112005075593154-pat00006
Figure 112005075593154-pat00007
여기서, C0v는 상기 속도 보정 계수 계산부(12)에서 계산하고자 하는 압연롤 속도 보정계수이고, Kf는 선진율 예측 오차에 따라 결정되는 계수이고, CRst는 상기 속도 보정율 계산부(11)에서 계산된 정상상태에서의 총 압연속도 보정율이고, F는 함수(Function)를 나타내며, Δf는 선진율 예측 오차를 나타낸다.
속도 제어량 계산부(13)는 상기 속도 설정부(6)에서 설정된 압연롤 초기 속도에 상기 속도 보정계수 계산부(12)에서 산출된 보정 계수(C0v)를 곱하여 압연롤 초기 속도를 최종 설정하고, 이어서 상기 설정된 압연롤 초기 속도를 상기 루퍼제어 부(4)와 운전자 속도 조작부(5)에서 조정된 속도 보정율에 대응하는 속도분만큼 조정한 후, 최종적으로 보정된 압연롤 제어 속도를 상기 압연롤 속도 제어부(8)로 인가한다.
이에 상기 압연롤 속도 제어부(8)는 상기 입력된 보정된 압연롤 제어 속도로 압연기(1)가 구동하도록 피드백 제어를 수행한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 압연 속도 제어 장치에 있어서, 현재 압연 소재의 압연 조건과 이전 소재의 압연조건이 다를 경우, 바로 직전 소재의 압연 실적 데이터로부터 구한 압연롤 속도 보정계수를 현재의 압연 소재의 압연롤속도 보정을 위해 사용할 수 없다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명은 상기 압연 속도 보정 계수 계산부(12)가 압연 조건에 따라서 메모리를 할당하여 각 압연 조건별로 최근에 계산된 보정 계수를 기억시켜 놓고, 압연 조건이 변경되는 경우 현재의 압연 조건에 해당되는 메모리의 보정 계수를 출력하도록 할 수 있다.
상술한 구성에 의하여, 본 발명은 이전 압연 소재의 실적을 이용하여 현 압연소재의 모델에 의해 설정된 압연롤 속도를 보정하여 최종 압연롤 속도를 설정하고, 이렇게 보정된 압연롤 속도로 압연기를 제어함으로써, 소재 선단 부분의 원활한 통판성을 확보할 수 있다. 더하여, 소재 선단부분의 원활한 통판성 확보를 통해, 문제(Trouble) 발생에 의한 생산성 감소 및 품질 저하를 방지하는 데 크게 기여한다.
도 3 및 도 4는 본 발명을 적용하기 전과 적용한 후의 압연된 소재의 선단 두 께를 측정하여 그 편차를 나타낸 것이고, 도 5 및 도 6은 본 발명을 적용하기 전과 후의 소재 선단 폭 편차를 비교한 것이다.
도 3 및 도 4를 비교하면, 본 발명에 의한 압연롤 속도 제어 장치를 적용한 경우, 압연된 소재의 선단 두께 편차(도 4 참조)가 종래(도 3 참조) 보다 감소하는 것을 명확하게 알 수 있으며, 또한, 도 5 및 도 6을 비교하여 보면, 압연된 소재의 선단 폭 편차가 종래(도 5 참조) 보다 본 발명을 적용한 후(도 6 참조)에 훨씬 감소되는 것을 알 수 있다.
상기 도 3 ~ 도 6에 보인 본 발명의 적용 전후에 대한 소재 선단 두께 및 폭의 편차의 평균을 구하여 보면, 다음의 표 1과 같이 나타난다.
소재 선단 두께 편차 및 폭 편차에 대한 본 발명 적용 전후 평균
종래 본 발명
소재 선단 두께편차 평균 36.98um 2.67um
소재 선단 폭 편차 평균 5.38mm 4.12mm
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 적용하는 경우, 종래에 비하여, 현저한 소재 선단부의 두께 및 폭 편차 감소가 나타남을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 이전 압연 소재의 실적을 이용하여 현 압연소재의 모델에 의해 설정된 압연롤 속도를 보정하여 최종 압연롤 속도를 설정하고, 이렇게 보정된 압연롤 속도로 압연기를 제어함으로써, 소재 선단 부분의 원활한 통판성을 확보할 수 있으며, 이러한 소재 선단부분의 원활한 통판성 확보를 통해, 소재 선단부의 두께 및 폭 편차를 크게 감소시켜 생산성 및 품질 향상을 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. 압연기 사이에 위치하여 소재의 장력을 조절하는 루퍼의 각도에 따라서 속도 보정율을 출력하는 루퍼 제어부;
    운전자가 설정한 속도 보정율을 입력하는 운전자 속도 조작부;
    압연기의 초기 압연 속도를 설정하는 속도 설정부;
    압연기로부터 출력되는 소재의 이동 속도를 측정하는 소재속도 측정부;
    상기 소재속도 측정부에서 실측된 현재 압연된 소재의 속도로부터 선진율을 계산하는 선진율 계산부;
    이전 소재의 압연 중 상기 루퍼 제어부에서 설정된 압연속도 보정율과 운전자 속도 조작부에서 설정된 압연 속도 보정율을 수집하여 정상 상태 구간에서의 총 압연속도 보정율을 구하는 속도 보정율 계산부;
    상기 속도 보정율 계산부의 총 압연 속도 보정율과, 상기 선진율 계산부의 선진율을 이용하여 압연롤 속도 보정계수를 산출하는 속도 보정계수 계산부;
    상기 속도 설정부에서 설정된 압연롤 초기 속도에 상기 속도 보정계수 계산부의 보정 계수를 곱하여 압연롤 초기 속도를 보정하고, 이를 상기 루퍼 제어부와 운전자 속도 조작부에서 출력되는 각각의 속도 보정율에 대응하는 속도분만큼 조정하여, 최종 압연롤 제어 속도를 산출하는 속도 제어량 계산부; 및
    상기 속도 제어량 계산부에서 입력된 속도로 압연하도록 해당 압연기를 피드백 제어하는 압연롤 속도 제어부를 포함하는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장 치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선진율 계산부는
    Figure 112005075593154-pat00008
    (여기서, V는 압연기의 출측 소재 속도이고, Vr은 압연롤 속도이다)
    에 의하여, 선진율 f를 계산하는 것을 특징으로 하는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 속도 보정 계수 계산부는
    Figure 112005075593154-pat00009
    ,
    Figure 112005075593154-pat00010
    (여기서, C0v는 압연롤 속도 보정계수이고, Kf는 선진율 예측 오차에 따라 결정되는 계수이고, CRst는 상기 속도 보정율 계산부(11)에서 계산된 정상상태에서의 총 압연속도 보정율이고, F는 함수(Function)를 나타내며, Δf는 선진율 예측 오차이다)
    에 의하여 속도 보정 계수(C0v)를 계산하는 것을 특징으로 하는 연속 압연기 의 압연롤 속도 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 속도 보정 계수 계산부는
    압연 조건별로 최근에 계산된 보정 계수를 기억시켜 놓고, 현재 소재의 압연 조건과 이전 소재의 압연 조건이 다른 경우, 상기 기억된 값중에서 현재의 압연 조건에 해당되는 보정 계수를 속도 제어량 계산부로 출력하는 것을 특징으로 하는 연속 압연기의 압연롤 속도 제어 장치.
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KR101003231B1 (ko) 2008-07-25 2010-12-21 현대제철 주식회사 열간압연용 시뮬레이터 및 그 방법

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