KR100721918B1 - 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압연 스탠드 사이에 다수개의 보조 롤을 냉연판의 폭방향으로 다수개 설치하여 측정된 장력에 따라 보조 롤을 상향 또는 하향 작동시켜 장력을 제어하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 고무재질로 소정 폭의 롤러(1) 및 유압실린더(3)와 하중 측정기(4)로 이루어지는 각각의 보조 롤(6)을 제어하는 장력제어 컴퓨터(5)로 구성되어 압연 스탠드(10,11) 사이에서 압연되는 강판(7)의 폭 방향으로 일렬로 설치되어 냉연판(7)의 폭 방향 장력을 측정하고, 측정된 장력에 의하여 보조 롤을 상향 또는 하향 작동시켜 냉연강판(7)의 장력을 제어하는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 보조 롤의 위치제어를 통하여 균일한 장력분포를 부여함으로써 냉연판의 두께를 일정하게 유지하여 냉연판의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

보조롤, 장력제어, 냉연판, 압연스탠드, 판두께, 하중측정기, 형상개선

Description

보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법{APPARATUS FOR IMPROVING THE FORM OF COLD-ROLLED STRIP USING SUPPORTING ROLLS}

도 1은 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치를 구성하는 보조 롤의 개략적인 구성도;

도 2는 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치의 보조 롤 세트가 냉연판 폭 방향으로 설치된 상태를 나타내는 정면도;

도 3은 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치가 압연 스탠드 사이에 설치되는 상태를 나타내는 개략도;

도 4는 각각의 압연 스탠드별 폭 방향 장력 분포도;

도 5는 종래의 냉연판의 촉 방향 두께 프로파일과 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법을 이용한 냉연판 폭 방향 두께 프로파일을 비교한 비교그래프도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1:롤러 2:지지대 3:유압실린더 4:하중측정기 5:장력제어컴퓨터

6:보조 롤 10,11:압연 스탠드 7:냉연강판 9:보조 레일

본 발명은 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압연 스탠드 사이에 다수개의 보조 롤을 냉연판의 폭방향으로 다수개 설치하여 각부분의 장력을 측정한 다음, 각각의 보조 롤을 상향 하향 작동시켜 각 부분의 장력을 제어하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉연 공정에서 판의 품질을 평가하는 측도로는 판두께 프로파일, 길이 방향평탄도, 판두께 적중률 등이 있다. 여기서 판 두께적중률은 대부분 압연기에 장착된 제어기의 성능에 의해 좌우되며 AGC(Automatic Gauge Control )이라는 장비를 이용하여 두께를 제어한다. 또한 길이 방향 평탄도, 즉 형상의 경우 판의 폭 위치에 따른 길이 방향 연신율 차이에 의해 결정되는데, 폭 중앙이 가장자리에 비하여 많이 늘어나는 경우 중파(Center Wave)가 발생하고, 판 가장자리가 많이 늘어 나는 경우 양파(Edge Wave)가 발생한다. 냉연공정의 경우 보통 5개의 압연 스탠드(Stand)로 이루어져 있는데, 이 가운데 마지막 스탠드는 주로 형상에 초점을 맞추어 조업조건을 설정한다.

그 방법으로는 롤에 벤딩(Bending)을 가하는데, 이 힘을 조절하여 판 형상을 제어한다. 냉연에서 문제시되는 판두께 프로파일은, 도 4에 도시된 바와 같이, 판 가장자리에서 판두께가 급속히 얇아지는 에지 드롭(Edge Drop) 현상이다.

상기 도 4에 도시한 바와 같이, 종래의 냉간압연에 의한 판 폭 방향 장력 분포는 가장자리에서 급격하게 증가하는 현상이 발생한다. 이것은 판 중앙과 가장자 리 부분의 압하율 차이에 의해 발생하는 현상으로 벤더를 사용하여 개선할 수는 있으나 폭 방향 장력 분포를 측정하는 장치도 없고, 벤더를 잘못 작용하면 형상이 나빠질 위험이 있으므로 사용에 제약이 있다.

이러한 판두께 프로파일의 경우 별다른 제어 방법이 없으며, 열연에서 넘어온 초기 판 프로파일에 의존도가 높으며, 패스 스케줄(Pass Schedule) 이나 가공 롤(Work Roll)의 형상에 많이 좌우된다.

냉연공정에서 수식모델을 이용하여 판두께 및 형상을 예측하고 제어하는 기술은 오래 전부터 시행되어 왔다. 그러나 냉연 후 판두께 분포 및 형상에 발생하는 문제를 기존의 설비만을 이용하여 제어에 의존하는 현재 방법으로는 한계가 있다. 특히 판 폭 방향으로 불균일하게 발생하는 장력분포는 현재의 설비로는 개선할 방법이 없다. 스탠드간의 속도제어를 통한 장력제어 방법과는 달리 열연에서는 루퍼(Looper)를 사용하여 보다 능동적으로 제어한다. 이 때 루퍼로 사용된 롤을 분할하여 각 위치에서 장력차이를 측정하고, 이 값을 압연기로 전달하여 벤더의 제어에 사용한 예가 있다.

그러나 이 방법은 측정에만 이용하였고, 롤을 분할하는 방법으로는 각 위치별 장력을 제어 할 수는 없는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 압연 스탠드 사이에 유압실린더 및 하중측정기가 구비되어 장력제어 컴퓨터에 연결되는 다수개의 보조 롤을 냉연판 폭방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개 선장치를 제공하는데 있으며,

또한, 본 발명은 상기 보조 롤을 압연 스탠드 사이에 다수개의 보조 롤을 냉연판의 폭방향으로 다수개 설치하여 각부분의 장력을 측정한 다음, 각각의 보조 롤을 상향 하향 작동시켜 각 부분의 장력을 제어하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고무재질로 소정 폭의 롤러와, 이를 지지하는 지지대를 상향 또는 하향으로 구동시키는 유압실린더와, 이의 일측에 구비되어 상기 롤러에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정기와, 상기 유압실린더 및 하중측정기에 연결되어 이들을 제어하는 장력제어 컴퓨터로 구성되는 보조 롤과;

상기 보조 롤이 압연 스탠드 사이에서 압연되는 강판의 폭 방향으로 일렬로 설치되면서, 냉연강판의 폭 길이에 부합하도록 다수개로 보조 롤로 이루어진 보조 롤 세트로 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보조 롤 세트가 압연되는 강판의 폭 길이에 신축적으로 대응하도록 각각의 보조 롤을 압연방향과 수직인 방향으로 이동가능함과 동시에 추가적으로 부가시키거나 제거가 가능하도록 보조 레일 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치를 제공하게 된다.

한편, 본 발명은 압연 스탠드 사이에 설치된 보조 롤 세트의 폭을 냉연강판 의 폭과 일치하도록 보조 롤 세트의 폭을 조종하는 단계와;

상기 폭이 조정된 보조 롤 세트를 구성하는 각각의 보조 롤을 압연되는 강판과 접촉하도록 상향 작동시켜 강판의 폭 방향 장력을 하중측정기로 측정하는 단계와;

상기 측정된 폭 방향 장력을 이용하여 보조 롤 세트의 각각의 보조 롤의 상향 및 하향 작동치를 장력제어 컴퓨터로 계산하는 단계와;

상기 계산된 보조 롤의 작동치를 인가하여 보조 롤을 작동시켜 냉연강판의 장력을 제어하여 판두께 및 길이 방향으로 판 형상을 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선방법을 제공하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법에 따른 냉연판의 프로파일을 계산하기 위한 수식모델에 대해서 상세하게 설명한다.

냉연판 프로파일을 계산하기 위한 대부분의 수식 모델은 인장(Tension)과 롤의 힘(Roll Force), 또는 롤의 힘(Roll Force)과 판두께의 관계를 이용하여 계산한다. 수식모델에 사용되는 이론 식들의 특징을 간단히 요약하면 다음과 같다.

a. 판 두께(h)와 폭 방향 변형율(w) 와의 관계

출측 판 속도(vi)는 입측 및 출측의 판두께, 장력, 온도, 마찰계수 등에 의해 결정되며 다음과 같이 표현 할 수 있다.

상기와 같은 관계식은 비압축성 조건에 따라 입출측의 체적 변화률은 동일하 다. 따라서 다음과 같은 관계식이 성립한다.

폭 방향 변형을 고려한 판두께와 압하율과의 관계식은 다음과 같이 나타난다.

b. 전후방 장력(σ _f , σ _b ) 와 압연하중(p)과의 관계

초기 수식모델에서는 컴퓨터의 성능을 고려하여 압연하중을 계산할 때 엄밀해를 사용하지 않고 열연에 사용된 심스(Sims)식이나 냉연의 블랜드-포드(Bland & Ford)식, 힐(Hill)식 등과 같이 간략화 된 수식을 사용하였다. 최근 컴퓨터 성능의 비약적으로 향상되어 수치적분에 소요되는 시간을 충분히 극복할 수 있으므로 오로완(Orowan)의 엄밀해를 사용하면 해의 정확도를 높일 수 있다.

- 오로완(Orowan)의 적분식

- 열연을 위한 심스(Sims)의 식

- 냉연을 위한 블랜드-포드(Bland & Ford)의 식

- 냉연을 위한 힐(Hill)의 식

c. 압연하중(p)와 판두께(h)와의 관계

압연 하중과 판두께와의 관계는 기존의 수식 모델과 마찬가지로 분할 이론에 의한 판의 굽힘변형과 국부 변형과 관련된 수식을 이용하였다.

d. 폭 방향 변형률(w)과 전후방 장력(σf , σb)과의 관계

상기 식은 폭 방향으로 성립하는 지배방정식이다. 이 식을 이용하여 다소 복잡한 유도과정을 거쳐 아래와 같은 미분방정식을 유도하여 사용되었으며 자세한 내용은 생략한다.

이상의 관계식에서 알 수 있듯이 판두께 프로파일은 장력분포와 밀접한 관계를 가지고 있다. 또한 판 형상은 판 폭 방향으로 분포하는 압하율 차와 연신율 차에 지대한 영향을 받으므로 폭 방향으로 장력을 일정하게 유지할 수 있다면 판두께 및 형상 불량을 상당부분 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치를 구성하는 보조 롤의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 롤(6)을 냉연판 형상개선장치를 구성하는 각각의 보조 롤(6)은 고무재질로 소정 폭의 롤러(1)와, 이를 지지하는 지지대(2)를 상향 또는 하향으로 구동시키는 유압실린더(3)와, 이의 일측에 구비되어 상기 롤러에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정기(4)와, 상기 유압실린더(3) 및 하중측정기(4)에 연결되어 이들을 제어하는 장력제어 컴퓨터(5)에 연결된다.

상기 고무재질의 롤러(1)를 이용하는 이유는 냉연판(7)의 장력제어를 위하여 설치된 각각의 보조 롤(6)에 인가되는 상하압력이 차이가 나기 때문에 상향 압력이 큰 보조 롤(6)이 냉연판(7)을 지지하는 경우, 지지하는 보조 롤(6)의 흔적이 냉연판에 그대로 남아 제품의 품질을 저하시키기 때문에 그 원인을 제거하기 위함이다.

도 2는 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치의 보조 롤 세트가 냉연판 폭 방향으로 설치된 상태를 나타내는 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치가 압연 스탠드 사이에 설치되는 상태를 나타내는 개략도이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 보조 롤은 압연 스탠드(10,11) 사이에서 냉연되는 강판(7)의 폭 방향으로 일렬로 설치되면서, 냉연강판(7)의 폭 길이에 부합하도록 다수개로 보조 롤(6)로 이루어진 보조 롤 세트(8)를 이루게 된다.

또한, 각각의 보조 롤(6)에 구비된 유압실린더(3)를 제어하기 위하여 각각의 보조 롤(6)에 하중측정기(4)를 설치하여 각 보조 롤(6)이 받는 장력을 측정하고, 측정된 장력에 따라 각 보조 롤(6)에 압력을 가하기 위하여 각 보조 롤(6)은 독립적으로 유압실린더(3)가 설치되며, 각각의 보조 롤(6)을 제어하기 위하여 각 보조 롤(6)은 장력제어 컴퓨터(5)에 연결되어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치에 의한 형상개선방법을 상세하게 설명한다.

열연의 루퍼와 마찬가지로, 도 1 내지 도 2에서 도시한 바와 같은 구성으로 이루어진 보조 롤 세트(8)가 유압 실린더(3)에 의한 능동제어로 냉연판(7)을 들어올리면 판(7)에는 많은 장력이 작용하게 된다. 또한 들어올리는 양을 줄이면 판에 작용하는 장력은 감소한다. 압연 스탠드(10,11) 사이에 설치된 다수의 보조 롤(6)로 이루어진 보조 롤 세트(8)로부터 측정된 장력분포를 바탕으로 폭 방향으로 작용하는 장력을 균일화시키기 위하여 각 보조 롤의 위치를 제어하여 판에 허용되는 장력 범위 내에서 장력 값을 설정한다.

또한, 공정에 따라 냉연판(7)의 폭이 변하므로 각각의 보조 롤(6)은 압연 방향과 수직인 방향으로 이동할 수 있도록 보조 레일(9) 위에 설치하여 판 폭이 결정되면 냉연판(7)의 폭에 따라 각각의 위치를 설정한다.

도 5는 종래의 냉연판의 촉 방향 두께 프로파일과 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법을 이용한 냉연판 폭 방향 두께 프로파일을 비교한 비교그래프도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 공정에 의한 보조 롤(6)을 이용한 냉연판 형상제어방법에 따라 냉연판(7)의 판두께 형상을 제어한 결과에 따른 판두께 분포와 종래 냉연공정에 따른 판두께 분포를 비교하면, 통상적으로 판 크라운(Crown)이나 에지 드롭(Edge Drop)은 판 가장자리로부터 15㎜나 25㎜의 두께와 판 중앙의 두께 차를 비교하여 결정하는데, 가장 자리로부터 25㎜ 지점의 크라운 값을 비교하면 종래 공정의 경우 약 25㎜ 정도였지만 본 발명을 적용 시 약 5㎜로 현저하게 두께 편차가 줄어들었음을 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치 및 그 방법은 냉연판의 폭 방향으로 다수의 보조 롤을 설치하여 각각의 롤에서 측정된 장력과 이를 이용한 보조 롤의 위치제어를 통하여 균일한 장력분포를 부여함으로써 냉연판의 두께를 일정하게 유지하여 냉연판의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고무재질로 소정 폭의 롤러(1)와, 이를 지지하는 지지대(2)를 상향 또는 하향으로 구동시키는 유압실린더(3)와, 이의 일측에 구비되어 상기 롤러에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정기(4)와, 상기 유압실린더(3) 및 하중측정기(4)에 연결되어 이들을 제어하는 장력제어 컴퓨터(5)로 구성되는 보조 롤(6)과;

   상기 보조 롤(6)이 압연 스탠드 사이에서 압연되는 강판(7)의 폭 방향으로 일렬로 설치되면서, 냉연강판(7)의 폭 길이에 부합하도록 다수개로 보조 롤(6)로 이루어진 보조 롤 세트(8)로 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보조 롤 세트(8)는 압연되는 강판(7)의 폭 길이에 신축적으로 대응하도록 각각의 보조 롤(6)을 압연방향과 수직인 방향으로 이동가능함과 동시에 추가적으로 부가시키거나 제거가 가능하도록 보조 레일(9) 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선장치.
3. 압연 스탠드(10,11) 사이에 설치된 보조 롤 세트(8)의 폭을 냉연강판(7)의 폭과 일치하도록 보조 롤 세트(8)의 폭을 조종하는 단계와;

   상기 폭이 조정된 보조 롤 세트(8)를 구성하는 각각의 보조 롤(6)을 압연되 는 강판(7)과 접촉하도록 상향 작동시켜 강판의 폭 방향 장력을 하중측정기로 측정하는 단계와;

   상기 측정된 폭 방향 장력을 이용하여 보조 롤 세트(8)의 각각의 보조 롤(6)의 상향 및 하향 작동치를 장력제어 컴퓨터(5)로 계산하는 단계와;

   상기 계산된 보조 롤(6)의 작동치를 인가하여 보조 롤(6)을 작동시켜 냉연강판(7)의 장력을 제어하여 판두께 및 길이 방향으로 판 형상을 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 롤을 이용한 냉연판 형상개선방법.

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