KR100660216B1 - 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법 - Google Patents

판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간 압연중 제품의 결함 및 판파단을 유발하게 되는 스트립의 꼬임의 발생을 최소화하기 위한 스트립의 꼬임 발생을 예측하여 꼬임이 발생되지 않도록 열간 공정을 제어할 수 있는 열간 압연 제어 방법에 관한 것으로서, 식
Figure 112005075593200-pat00001
에 의하여, 열간 압연 소재에 대한 꼬임 발생력(TF)을 추정하고, 상기 추정된 꼬임 발생력(TF)이 사전에 설정된 임계값(TFcritical)보다 작도로, 작업롤 쉬프트량을 조정함으로써, 꼬임 발생을 최소화한 것이다.
열간 압연, 스트립, 판 꼬임, 작업롤 쉬프트, 롤 마모

Description

판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법{Method for controlling hot rolling to prevent torsion of strip}
도 1은 작업롤에 쉬프팅이 일어난 상태에서의 압연기의 단면도이다.
도 2는 작업롤에 쉬프팅이 일어난 경우 압연 소재에 회전력이 발생하는 현상을 나타낸 시뮬레이션 그림이다.
도 3은 마모가 진행된 상태에서 작업롤의 쉬프팅이 발생한 경우 판과 롤을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명에 의한 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명의 적용하기 전과 적용한 후의 판꼬임 발생율을 비교한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 백업롤(Backup Roll)
2: 작업롤(Work roll)
3: 스트립
본 발명은 열간 압연에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열간 압연중 제품의 결함 및 판파단을 유발하게 되는 스트립의 꼬임의 발생을 최소화하기 위한 스트립의 꼬임 발생을 예측하여 꼬임이 발생하지 않도록 열간 공정을 제어할 수 있는 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법에 관한 것이다.
열간 압연중에 나타나는 꼬임(torsion)은 어떤 특정 원인에 의하여 판이 접혀서 압연되는 현상을 말하는 것으로서, 열간 압연 제품에 꼬임이 발생하면 제품 결함으로 분류될 뿐만 아니라, 꼬임에 의해 판파단이 일어나기도 하기 때문에 열연 공정에서 반드시 해결해야 할 문제 중 하나이다.
이러한 열간 압연 중에 나타나는 꼬임의 원인으로는 열간 압연 소재의 부위별 온도차, 캠버, 중심에서 소재가 벗어나는 것(off center) 등 수많은 원인들이 있으며, 이러한 원인이 시작되는 공정도 연주로부터 가열로, 조압연, 이송구간, 마무리 압연 구간등, 매우 다양한 위치에서 발생할 수 있다.
따라서 현재는 꼬임에 영향을 줄 것으로 예상이 되는 인자들을 정성적으로 관리하여 꼬임이 발생하지 않도록 유도할 뿐 정량적인 방법으로 꼬임이 일어날 가능성을 미리 예측하여 공정을 제어하는 기술은 전무한 실적이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 열간 압연중 제품의 결함 및 판파단을 유발하게 되는 압연 소재의 꼬임의 발생을 최소화하기 위한 스트립의 꼬임 발생을 예측하여 꼬임이 발생하지 않도록 열간 공정을 제어할 수 있는 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법에 관한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 이루기 위한 구성 수단으로서, 본 발명은, 열간 압연 공정 중, 압연하중, 판 두께, 판 폭, 접촉길이, 마모량, 및 작업롤의 쉬프트량을 포함한 공정 정보를 수집하는 단계; 상기 수집된 공정 정보를 하기 식
Figure 112005075593200-pat00002
에 대입하여, 열간 압연 소재에 대한 꼬임 발생력(TF)을 추정하는 단계; 상기 추정된 꼬임 발생력(TF)과 사전에 설정된 임계값(TFcritical)을 비교하는 단계; 상기 비교 결과, 추정된 꼬임 발생력(TF)이 사전에 설정된 임계값(TFcritical)보다 크면, 임계값(TFcritical)보다 작아지도록 작업롤 쉬프트량을 조정하는 단계; 및 상기 조정된 작업롤 쉬프트량을 포함한 조업 조건에 따라서 열간 압연을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법을 제공한다.
이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 따라서 상세히 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.
본 발명은 판 꼬임의 여러 가지 원인 중에서 마무리 압연기에서 좌우 비대칭 압연에 의해 발생하는 꼬임 발생 가능성을 예측하고, 꼬임이 발생할 것으로 예상되는 경우에는 공정조건, 특히 작업롤의 쉬프트량을 적절히 조정하여 꼬임이 발생하지 않도록 한 것이다.
일반적으로 마무리 압연기는 종류에 따라 마모분산을 위하여 작업롤 쉬프트 기능을 채택한 압연기가 포함된다. 예를 들면, 총 7개의 스탠드로 구성된 마무리 압연기중에서 후단의 4개의 스탠드에 작업롤 쉬프트 기능이 구비된다.
상기 작업롤 쉬프트 기능은, 해당 작업롤을 교체하기 전까지 일정한 패턴에 의하여 작업롤을 쉬프팅시키는 것으로서, 압연롤의 마모 분산 효과를 얻을 수 있으며, 그 만큼 많은 coil을 롤 교체 없이 사용할 수 있게 된다.
압연기는 도 1에 도시된 바와 같이, 소재(3)와 직접 접촉하여 압연을 수행하 는 상/하부 작업롤(2)과, 상기 상/하부 작업롤 각각을 지지하는 상/하부 백업롤(1)로 이루어지는 것으로서, 도 2에 도시한 바와 같이 마모 분산을 위하여 상부의 작업롤과 하부의 작업롤을 반대 방향으로 쉬프팅하게 됨에 따라 역학적으로 압연되는 소재에 좌우 비대칭에 의한 회전력이 발생하게 된다. 도 2에 있어서, 소재(3)의 면에 나타나는 색깔에 소재(3)에 가해지는 회전력을 나타내는 것으로서, 판 진행방향으로 앞쪽에서는 소재의 전면에 걸쳐 가해지는 힘이 균일하게 나타나지만, 소재(3)의 후단부에는 소재의 좌우측에 힘의 분포가 다르게 나타남을 알 수 있다.
따라서, 이러한 좌우 비대칭에 의하여 발생된 회전력은 소재(3)가 압연기를 빠져나간 시점에서 소재(3)를 회전시켜 꼬임을 발생시킨다. 이러한 꼬임은 소재의 두께가 얇은 후단의 스탠드에서 발생할 확률이 더 높아진다.
또한, 도 3은 마모가 진행된 상태에서 작업롤의 쉬프트가 있는 경우의 소재의 작업롤과의 관계를 나타낸 그림으로서, 도 3의 (a) 및 (b)에서 부호 3a 및 3b는 각각 압연 소재를 나타내며, 상기 압연 소재(3a,3b)의 상하부에 나타난 실선은 마모에 의해서 변화된 상하부 작업롤의 두께를 나타내며, 점 혹은 회색으로 채워진 영역은 마모에 의해 소재(3a,3b)에 가해지는 힘의 변화량을 나타낸다.
도 3의 (a)를 참조하면, 압연 작업을 계속 반복 수행하면, 작업롤의 좌우 에지부분에서부터 마모가 시작되어, 작업롤의 좌우 에지로 갈 수 록, 롤 두께가 감소된다. 이에 마모 분산을 위하여, 상하부의 압연롤을 상호 반대방향으로 쉬프팅시키면, 도시된 바와 같이, 압연 소재(3a)를 기준으로 볼 때, 소재(3a)에 가해지는 힘에 도시된 바와 같이 변화가 발생한다. 이때, 작업롤의 좌우 마모가 대칭으로 진행 되어, 좌우에서 나타나는 힘이 대칭을 이루게 되면 꼬임이 발생하지 않게 되지만, 이러한 경우를 기대하기는 어렵다.
또한, 동일한 마모량을 갖는 작업롤을 동일한 량만큼 쉬프팅 시키는 경우, 도 3의 (b)에 나타난 바와 같이 소재(3b)의 길이가 더 길어지면, 소재(3b)의 좌우에 나타나는 힘의 변화는 더 커진다. 이러한 힘의 변화는 작업롤의 쉬프트량이 많아지는 경우에도 동일하게 나타난다.
따라서, 압연소재에 나타나는 꼬임 발생의 가능성은 작업 쉬프트량과 판폭과 판 두께등 여러 조업 조건을 참조하여야 한다.
이에 본 발명은 압연 소재에 부여되는 압연하중과 소재 특성 및 작업롤의 쉬프트량을 이용하여 꼬임이 발생할 가능성을 정량화함으로써, 압연 소재에 나타날 수 있는 꼬임 발생을 예측할 수 있으며, 상기 정량화한 값을 여러 작업통계에 의해서 산출될 수 있는 임계값 이하로 유지되도록 함으로써, 꼬임 발생을 최소화하는 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 압연 공정에서 나타나는 소재 특성별 및 여러 가지 공정조건별로 꼬임 발생력을 분석하여, 열간 압연 시 꼬임이 일어날 가능성을 다음의 수학식 1과 같이 정의한다.
Figure 112005075593200-pat00003
상기에서 TF는 소재에 꼬임이 발생할 가능성을 나타내는 값으로서, 꼬임 발 생력이라 한다.
상기 수학식 1에서, 첫번째 항,
Figure 112005075593200-pat00004
은 소재에 가해지는 외력을 의미하며, 두번째항
Figure 112005075593200-pat00005
은 소재가 외력에 견디는 저항력을 나타내며, 세번째항
Figure 112005075593200-pat00006
은 작업롤의 쉬프트에 의한 좌우 비대칭 정도를 나타내고, 변수 α, β, γ는 소재 종류, 해당하는 압연 스탠드 번호 등에 따라서 결정되는 값이며, k 는 소재 강도를 나타낸다.
상기 산출된 수학식 1의 꼬임 발생력은 소재에 비대칭 외력이 가해진 경우 소재가 회전할 수 있는 가능성을 나타내는 지표로서, 현재 조업 조건을 상기 수학식 1에 대입함으로써, 해당 조업 조건에서 나타날 수 있는 꼬임 발생력을 예측할 수 있으며, 상기 꼬임 발생력이 꼬임이 일어날 수 있는 특정 임계값을 초과하지 않도록 조업 조건을 조정함에 의하여, 꼬임 발생을 방지할 수 있다.
도 4는 상술한 본 발명의 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법을 제어 순서로 나타낸 플로우챠트이다.
상기 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에서는 판 꼬임에 영향을 미치는 열간 압연의 조업 조건의 기본 정보를 수집한다(S401). 이때, 수집되는 기본 정보에는 소재에 가해지는 압연하중, 소재의 판 두께 및 판폭, 소재와 작업롤의 접촉길이, 작업롤의 마모량, 작업롤에 적용된 쉬프트량이 포함된다.
상기와 같이 기본 정보가 수집되면, 상기 수집된 기본 정보를 수학식 1에 대입하여, 해당 조업 조건에서의 꼬임 발생력(TF)을 산출한다(S402).
상기 산출된 꼬임 발생력(TF)를 사전에 설정된 임계값(TFcritical)와 비교한다(S403). 상기 임계값(TFcritical)은 과거의 실적 데이터로부터 꼬임이 발생한 경우의 꼬임 발생력에 대한 통계를 구하여, 강종별, 소재 특성별로 꼬임이 발생할 가능성이 높은 꼬임 발생력(TF)의 하한값을 설정한 것이다.
상기 비교결과, 꼬임 발생력(TF)이 임계값(TFcritical)보다 큰 경우, 꼬임이 발생되지 않도록 하기 위하여, 상기 꼬임 발생력(TF)가 임계값TFcritical)보다 작아지도록 조업 조건을 재설정한다(S404). 이때, 상기 꼬임 발생력(TF)에 영향을 미치지는 조업 조건중에서 조정 가능한 항목, 즉, 작업롤의 쉬프트량을 감소시킨다.
그리고, 상기 조정된 작업롤의 쉬프트량을 포함한 조업 조건을 적용하여 열간 압연을 시행한다.
상기 비교결과, 꼬임 발생력(TF)이 임계값(TFcritical)보다 작은 경우, 꼬임 발생 가능성이 작으므로, 현 조업 조건을 그대로 적용하여 열간 압연을 실시한다.
이러한 과정은 조업 개시 전에 수행될 수 있다. 즉, 열간 압연 공정에서, 롤 교체 후에 일정 압연매수를 압연하고 롤을 재교체하기까지를 롤단위라고 하며, 압연 작업의 스케쥴은 대부분이 미리 결정되어 있기 때문에, 롤단위가 시작되기 시점 에서 상술한 수학식 1을 산출하는데 필요한 값들을 모두 알 수 있다. 따라서, 롤 단위별로 조업 개시전 작업롤의 쉬프트 패턴을 설정할 때, 상기 도 4에 보인 과정을 적용하여, 꼬임이 발생하지 않도록, 작업 쉬프트량을 설정할 수 있다.
이와 달리, 롤단위 시작전에 미리 작업롤 쉬프트 패턴을 설정하지 않고, 코일 단위로 상기 도 4의 과정을 통해 꼬임 발생력(TF)이 임계값 이하가 되도록 작업롤 쉬프트값을 설정할 수도 있다. 이는 계획된 압연 스케쥴에 따르지 않고, 특별한 사유에 의해 코일 생산 조건이 바뀌는 경우에도 능동적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명을 적용하기 전과 적용한 후의 꼬임 발생율을 비교한 것으로서, (a)는 본 발명에 따르지 않고 기존의 방법에 따라서 작업롤 쉬프트 패턴을 결정하여 압연을 수행한 경우의 꼬임 발생율을 나타낸 것이다. 이때, 각 작업별로 상기 꼬임 발생력(TF)를 계산해 본바, 임계값 보다 큰 경우가 31.2%로 나타났다.
도 5의 (b)는 본 발명에 따라서 작업롤 쉬프트 값을 조정한 경우의 꼬임 발생력을 나타낸 것으로서, 꼬임 발생한 확률이 7.7%로서 종래보다 현저하게 감소되었음을 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 열간 압연시 작업롤 쉬프트에 의해 나타낸 판 꼬임을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 그 결과 제품 결합 및 판파단율을 감소시켜 작업 효율을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 열간 압연 공정 중, 압연하중, 판 두께, 판 폭, 접촉길이, 마모량, 및 작업롤의 쉬프트량을 포함한 공정 정보를 수집하는 제1 단계;
    상기 수집된 공정 정보를 하기 식
    Figure 112005075593200-pat00007
    에 대입하여 열간 압연 소재에 대한 꼬임 발생력(TF)을 추정하는 제2 단계;
    상기 추정된 꼬임 발생력(TF)과 사전에 설정된 임계값(TFcritical)을 비교하는 제3 단계; 및
    상기 비교 결과, 추정된 꼬임 발생력(TF)이 사전에 설정된 임계값(TFcritical)보다 크면, 임계값(TFcritical)보다 작아지도록 작업롤 쉬프트량을 조정하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    롤단위가 시작되기 전, 상기 제1~제4 단계를 통해 작업롤 쉬프트 패턴을 설정하여 열간 압연을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    매 코일별로 열간 압연의 수행 전에 상기 제1~제4 단계를 통해 작업롤 쉬프트 값을 설정하여 열간 압연을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 판 꼬임 방지를 위한 열간 압연 제어 방법.
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