KR100779570B1 - 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법 - Google Patents

쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법에 관한 것으로 주조시작후 주조롤이 회전을 시작하면 에지댐의 각 로딩 실린더에 부착된 압력센서로 측정되는 압력 피드백을 필터링하고, 동시에 위치 센서로부터 측정된 거리를 필터링하는 단계와, 상기 필터링된 에지댐 로딩 실린더의 위치를 목표 마모율에 따라 정해진 목표위치값과 비교하는 단계와, 상기 비교단계에서 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값보다 못미치는 지점에 있으면 양수값의 압하력 트림을 출력하고, 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값보다 더 많이 진행한 지점에 있으면 음수값의 압하력 트림을 출력하는 단계와, 상기 출력된 압하력 트림을 기본적인 압하력 제어기의 초기 목표압하력에 추가로 인가하여 최종 목표압하력을 출력하는 단계와, 상기 출력된 최종 목표압하력을 에지댐 로딩 실린더에 가하는 단계를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하고, 장시간 주조를 목표로 하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐의 효율적인 마모관리를 통해 고품질의 박판을 생산하고 생산원가를 절감할 수 있다. 특히 장시간 주조를 목표로 하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 제조되는 박판의 에지 형상은 박판 전체의 품질과 밀접한 관계가 있는 것을 감안할 때 본 발명은 품질 좋은 박판의 생산에 크게 기여할 수 있으며, 고가의 에지댐을 장시간 사용할 수 있다는 경제적인 장점이 있다.
스트립 캐스팅 공정(strip casting process), 에지댐(edge dam), 마모율(wear rate), 압하력 제어(load control)

Description

쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법 {Method of edge dam load controlling in twin roll strip caster}
도 1은 일반적인 박판 주조 공정을 도시한 개략도,
도 2는 압력 제어 위치에 따른 에지댐 구조를 도시한 개략도,
도 3은 기본적인 에지댐 압하력 제어 과정을 도시한 구성 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 에지댐 압하력 제어과정을 도시한 구성 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 에지댐 압하력 제어 흐름도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 고정롤(fixed roll) 111 : 이동가능롤(moving roll)
115 : 로드셀(load cell) 116 : 롤갭 거리 측정장치
117 : 실린더 120 : 용강 섬프(sump)
130 : 턴디쉬 131 : 스토퍼(stopper)
140 : 침지노즐 150 : 에지댐
160 : 탕면 높이 검출센서 170 : 스트립
180 : 압연기 181 : 엑스레이 게이지
182 : 핀치롤 190 : 코일러
210 : 고정롤 상부 220 : 이동가능롤 상부
230 : 하부 310 : 초기 목표압하력
320 : 압력피드백 321 : 필터링된 실제 압하력
330 : 필터 340 : 압력센서
350 : 압하력 오차 360 : 압하력 제어기
370 : 서보밸브 380 : 실린더
410 : 목표압하력 420 : 압하력 트림
430 : 주조롤의 회전속도 440 : 목표마모율
450 : 목표위치값 460 : 위치오차
470 : 위치/압하력 제어기 480 : 필터링된 위치 피드백
490 : 필터 491 : 위치센서
492 : 위치 피드백
본 발명은 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 주조시작후 주조롤이 회전을 시작하면 에지댐의 각 로딩 실린더에 부착된 압력센서로 측정되는 압력 피드백을 필터링하고, 동시에 위치 센서로부터 측정된 거리를 필터링하는 단계와, 상기 필터링된 에지댐 로딩 실린더의 위치를 목표 마모율에 따라 정해진 목표위치값과 비교하는 단계와, 상기 비교단계에서 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값보다 못미치는 지점에 있으면 양수값의 압하력 트림을 출력하고, 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값보다 더 많이 진행한 지점에 있으면 음수값의 압하력 트림을 출력하는 단계와, 상기 출력된 압하력 트림을 기본적인 압하력 제어기의 초기 목표압하력에 추가로 인가하여 최종 목표압하력을 출력하는 단계와, 상기 출력된 최종 목표압하력을 에지댐 로딩 실린더에 가하는 단계를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하고, 장시간 주조를 목표로 하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐의 효율적인 마모관리를 통해 고품질의 박판을 생산하고 생산원가를 절감할 수 있고 특히 장시간 주조를 목표로 하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 제조되는 박판의 에지 형상은 박판 전체의 품질과 밀접한 관계가 있는 것을 감안할 때 품질 좋은 박판의 생산에 크게 기여할 수 있으며, 고가의 에지댐을 장시간 사용할 수 있다는 경제적인 장점이 있는 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법에 관한 것이다.
장시간 주조를 목표로하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐의 효율적인 관리는 고품질의 박판을 생산하기 위한 중요한 조건임은 물론 생산원가를 절감하는데에도 핵심적인 역할을 한다.
도 1을 참조하면, 일반적인 박판 주조 공정의 개략도가 도시되어 있다.
박판 주조의 중요한 공정은 서로 반대 방향으로 회전하는 고정롤(110)과 이동가능롤(111) 사이에 있는 섬프(Sump)(120)에서 일어난다. 턴디쉬(130)로부터 처음 용강이 침지노즐(140)을 통해서 두 개의 롤 사이의 섬프로 공급되면 이 용강은 0.2초 내에 리더 스트립과 두 롤 사이에서 응고되어서 압하 된다. 이때 용강과 응고되는 리더스트립 과 그 이후에 응고되어 따라나오는 박판은 롤 반발력(RSF)을 발생시킨다. 이 압하력은 롤 뒤편에 장착된 로드셀(115)로 감지한다. 당시 두 롤의 측면은 세라믹 에지댐(150)으로 막혀있으며 이는 용강이 롤의 측면으로 유출되는 것을 방지하기 위함이다. 용강의 응고 능력은 주조 롤의 냉각능력에 비례한다. 또한, 응고 능력은 두 롤 사이의 거리, 즉 롤 갭, 롤의 주조 속도(회전 속도), 섬프(sump) 내의 용강의 높이에 영향을 받는다. 용강의 높이는 탕면 높이 검출 센서(160)를 이용해서 측정한다. 일반적으로 용강이 응고되면 이는 롤 사이에서 압하력을 발생시킨다. 그리고 응고압하율은 롤 갭 및 주조 속도에 영향을 받는다. 롤 갭은 거리 측정 장치(116)를 이용해서 측정한다. 예를 들어서 롤 갭이 너무 크거나 혹은 주조 속도가 너무 빠르면 응고점이 롤 닙의 중심선보다 더 밑으로 내려가게 되어 압하력이 점점 작아지게 되고 이는 용강의 미응고 및 판파단을 발생시킨다. 반대의 경우에는 응고점이 위로 상승하게 되고 높은 압하력을 발생시킨다. 그러므로 롤 갭, 주조 속도, 압하력은 박판의 응고성을 결정하는 대표적인 주조 파라미터들이다. 따라서 압하력은 롤 갭과 주조 속도 사이의 상호 관계에서 나타나는 결과로 볼 수 있다. 기본적으로 용강의 높이 제어는 고도의 정밀성과 안정성을 요구한다. 그러므로 용강의 높이는 주조 시작 직후부터 목표값을 유지하도록 한다.
종래의 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법으로는 단순한 압하력 제어방법과 위치제어방법이 있다.
단순 압하력 제어방법은 에지댐을 롤의 측면에 밀착시킨후 일정한압력으로 밀면서 제어한다. 이 때 주조가 시작되어 롤이 돌기시작하면 에지댐이 마모가 시작되는데 일정한 압력으로 밀고 있기 때문에 에지댐의 마모량이 커지게 된다. 따라서 단순 압하력 제어방법은 주조에 장시간 사용할 수 없다.
따라서 단순 압하력 제어방법만으로는 장시간주조에 이용이 불가능하기 때문에 필요에 따라서는 위치제어를 사용한다. 그러나 일정한 위치를 유지하는 위치제어에서는 롤과 에지댐 사이의 미세한 간격이 발생할 수 있고, 이 경우 롤의 측면과 에지댐 사이에는 수십 ㎛의 간격만 있어도 용강이 유입될 가능성이 있다. 그리고 일단 용강이 유입되면 이는 제조되는 박판의 측면 품질을 악화시키게되고 결과적으로는 제조된 박판의 상품성을 저하시키게 된다. 따라서 롤의 측면과 에지댐 사이가 완전히 밀봉되도록 관리하는 것은 매우 중요한 일이다.
반면에 이와 같은 목적을 위해서 롤 측면에 에지댐을 밀착시키다보면 회전하는 롤 측면과 세라믹으로 구성된 에지댐과의 마찰로 인해서 빠른시간내에 에지댐이 마모되고만다. 이는 생산성과 직결되는 문제이므로 바람직한 방법이 아니다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에지댐의 마모가 적게 되면서 동시에 롤과 에지댐 사이에 용강이 유입되지 않도록 에지댐의 압하력 및 마모율을 보다 효율적으로 제어하는 쌍롤형 박판주조기의 에지댐 압하력 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로서, 주조시작후 주조롤(110)이 회전을 시작하면 에지댐(150)의 각 로딩 실린더(117)에 부착된 압력센서로 측정되는 압력 피드백(320)을 필터링하고, 동시에 위치 센서(491)로부터 측정된 거리를 필터링하는 단계와, 상기 필터링된 에지댐 로딩 실린더의 위치(480)를 목표 마모율(440)에 따라 정해진 목표위치값(450)과 비교하는 단계와, 상기 비교단계에서 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값(450)보다 못미치는 지점에 있으면 양수값의 압하력 트림(420)을 출력하고, 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값(450)보다 더 많이 진행한 지점에 있으면 음수값의 압하력 트림(420)을 출력하는 단계와, 상기 출력된 압하력 트림(420)을 기본적인 압하력 제어기(360)의 초기 목표압하력(310)에 추가로 인가하여 최종 목표압하력(410)을 출력하는 단계와, 상기 출력된 최종 목표압하력(410)을 에지댐 로딩 실린더(380)에 가하는 단계를 포함하여서 되는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법에 관한 것이다.
또한 상기 목표 마모율(440)은 롤이 단위거리를 회전하는 동안 마모되어야 하는 에지댐의 마모량으로서, 롤의 원주가 1m 회전하는 동안 마모되어야 할 마모량이 0.1㎛~10㎛인 것을 특징으로 하고, 상기 압하력 트림(420)을 출력하는 단계에서 출력된 압하력 트림 값이 미리 정해놓은 최대/최소값과 비교하여 출력값이 최대값을 초과하면 최대값으로 최소값보다 작으면 최소값으로 출력을 제한하는 것을 특징으로 하며, 상기 압하력 트림을 출력하는 단계는 위치 압력 제어기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법에 관한 것이 다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 압력 제어 위치에 따른 에지댐 구조의 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 에지댐(150)은 제어하는 위치가 고정롤 상부(210; fixed roll upper), 이동가능롤 상부(220; moving roll upper), 하부(230; lower) 등 세 지점으로 이루어지며 이 위치에 실린더 및 압력을 가할 수 있고 위치를 측정할 수 있는 압력측정장치, 거리측정장치 등이 장착된다. 또한 에지댐은 두 개의 주조롤 양면에 위치하므로 DS(drive side), WS(work side)의 두부분으로 나누어진다. 즉 한 면당 세 개의 실린더가 존재하므로 총 6개의 실린더를 제어해야 하지만, 편의상 한 개의 실린더에 대해서만 설명하기로한다.
도 3을 참조하면, 기본적인 에지댐 압하력 제어(300; load control algorithm) 과정의 구성 블럭도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 기본적인 에지댐 압하력 제어 과정은 다음과 같이 수행된다.
1. 주조 시작 전에 에지댐을 롤 측면에 일정한 압력으로 밀착시킨다.
2. 이 때 압력센서(340)로 측정되는 압력피드백(320)을 필터링하여, 필터링된 실제 압하력(321; filtered load feedback)을 목표로 하는 초기 목표압하력(310)과 비교한다.
3. 초기 목표압하력(310)과 필터링된 실제 압하력(321; filtered load feedback)의 차이, 즉 압하력 오차(350; load error)를 압하력 제어기(360; load controller)의 입력에 인가한다.
4. 압하력 제어기(360)의 출력값을 서보밸브(370; servo valve)에 인가한다.
5. 본 알고리즘(algorithm)을 주조시 계속하여 적용한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에지댐 압하력 제어과정의 구성 블럭도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에지댐 압하력 제어과정은 다음과 같이 수행된다.
1. 도 3의 기본적인 에지댐 압하력 제어(300; load control algorithm) 과정을 수행한다.
2. 주조시작후 주조롤이 회전을 시작하면 주조롤의 회전속도(430; casting speed)를 이용하여 롤의 원주가 단위거리 (통상적으로 1m)를 진행하는 시간을 계산하여 롤의 원주가 단위거리를 진행할 때마다 목표마모율(440; predefined wear rate)에 근거하여 에지댐 실린더의 목표위치값(450; predefined position reference)을 변경시킨다. 즉, 목표마모율(440)이란 롤이 단위거리를 회전하는동안 마모되어야하는 에지댐의 마모량이며 통상 롤의 원주가 1m 진행되는동안 마모되어야할 양으로 표현한다. 예를 들어서 목표마모율 1㎛/m라고하면 롤의 원주가 1m 지 나가는 동안 에지댐을 1㎛ 마모시키겠다는 것을 의미한다. 본 발명에서는 목표마모율 값을 0.1㎛~10㎛ 범위내로 한다. 에지댐의 마모율은 생산성과 직결되는 문제로서, 주조시 에지댐 마모율이 0.1㎛ 이하일 경우는 에지댐이 주조롤에 밀착되는 힘이 작아져서 틈새로 용강이 유출될 수 있고, 에지댐 마모율이 10㎛ 이상일 경우는 에지댐의 마모가 급격히 일어나므로 생산성 저하의 원인이 된다. 통상적으로 주조롤의 회전속도(430)가 변화할 수 있으므로 주조롤의 원주가 단위거리를 회전하는 시간도 다를 수 있으며, 에지댐 실린더의 목표위치값(450)을 변경시키는 시간도 변화할 수 있다.
3. 상기한 방법에 의해서 결정된 목표위치값(450)과 에지댐의 각 실린더의 필터링된 위치 피드백(480; filtered position feedback)을 비교한다. 즉, 롤이 회전할 때 기존의 압하력 제어를 수행함과 동시에 사용자가 원하는 목표마모율(440)의 마모 위치까지 위치 피드백(492; position feedback 측정된 실제 위치)이 도달하지 못하면 이 값에 도달할 수 있도록 목표 압하력 (410; load reference)을 추가적으로 올려주게 되고, 위치 피드백(492)이 목표치를 넘어가게 되면 목표 압하력(410)을 낮추는 방향으로 작동하게 된다. 정확하게 얼마만큼의 압하력을 가감해야 할지는 위치/압하력 제어기(470; position_to_load controller, 위치변화를 압하력으로 변환시키는 제어기에서 결정하게 되며, 이 값들은 또한 위치/압하력 제어기(470)의 게인에 의해서 결정된다. 즉, 위치/압하력 제어기(470)의 출력이 목표 압하력(410)으로서 기존의 압하력인 초기 목표압하력(310)에 추가로 인가된다.
4.위치/압하력 제어기(470)의 출력인 목표 압하력(410)에 물리적으로 적절한 압하력 트림(420; load trim limit, 최대/최소값의 한계)을 설정한다. 여기에서 목표 압하력(410)의 압하력 트림(420)값은 미리 정해놓은 물리적으로 의미있는 값이다.
5. 본 알고리즘은 DS(drive side), WS(work side)의 이동가능롤 상부(220), 고정롤 상부(210), 하부(230) 실린더에 모두 적용한다.
6. 본 알고리즘은 주조시 압하력제어 (load control mode) 에서만 적용한다.
도 5를 참조하면 본 발명에 따른 에지댐 압하력 제어 흐름도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 에지댐 압하력 제어 방법은 다음과 같이 기능한다.
1. 기본적인 에지댐 압하력 제어(300; load control algorithm) 과정을 수행한다.
2. 주조 시작 후 주조롤이 회전을 시작하면 에지댐의 각 실린더(380)의 필터링된 위치 피드백(480)을 미리 정해놓은 압하력 제어시, 주조롤의 회전속도(430)에 따른 목표마모율(440; predefined wear rate)에 근거하여 변경된 목표위치값(450)과 비교한다.
3. 상기 2항에서 얻어진 값을 위치/압하력 제어기(470)에 인가한다.
4. 상기 2항에서 얻어진 값이 양수의 값이었다면 위치/압하력 제어기(470)의 출력은 양수값의 목표 압하력(410)을 출력할 것이며, 그 반대의 경우에는 음수의 값을 출력하게 된다. 즉, 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값(450)보다 못미치는 지점에 있으면 양수값의 목표 압하력(410)을 인가하여 에지댐을 더 큰 힘으로 밀면서 에지댐을 마모하게 될 것이며 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값(450)보다 더 많이 진행한 지점에 있으면 음수값의 목표 압하력(410)을 인가하여 에지댐의 미는 힘을 약하게 하여서 에지댐을 덜 마모시키게 된다.
5. 위치/압하력 제어기(470) 출력이 미리 설정된 압하력 트림(420)의 최대/최소값을 초과하는지 비교한다. 만약 출력값이 최대값을 초과하면 최대값으로 제한하고 최소값보다 작으면 최소값으로 출력을 제한한다.
6. 상기 5항에서 최종적으로 얻어지는 목표 압하력(410)값을 기본적으로 동작하고 있는 기존의 압하력 제어기의 초기 목표압하력(310)에 추가로 인가한다.
7. 상기한 프로세스를 반복한다.
상기 프로세스를 통해 장시간 주조를 목표로하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐을 효율적으로 관리함으로써 고품질의 박판을 생산하고 생산원가를 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법은 장시간 주조를 목표로 하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐의 효율적인 마모관리를 통해 고품질의 박판을 생산하고 생산원가를 절감할 수 있다. 특히 장시간 주조를 목표로 하는 쌍롤형 박판 제조공정에서 제조되는 박판의 에지 형상 은 박판 전체의 품질과 밀접한 관계가 있는 것을 감안할 때 본 발명은 품질 좋은 박판의 생산에 크게 기여할 수 있으며, 고가의 에지댐을 장시간 사용할 수 있다는 경제적인 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 에지댐의 각 로딩 실린더에 부착된 압력센서로 압력 피드백을 필터링하고, 동시에 위치 센서로부터 측정된 거리를 필터링하는 단계; 상기 필터링된 에지댐 로딩 실린더의 위치를 목표 마모율에 따라 목표위치값과 비교하는 단계; 상기 비교단계에서 에지댐 실린더의 위치가 목표위치값의 크고 작음에 따라 양수값 또는 음수값의 압하력 트림을 출력하는 단계; 상기 출력된 압하력 트림을 압하력 제어기의 초기 목표압하력에 추가로 인가하여 최종 목표압하력을 출력하는 단계; 상기 출력된 최종 목표압하력을 에지댐 로딩 실린더에 가하는 단계로 이루어진 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법에 있어서;
    상기 비교단계에서, 목표 마모율은 롤이 단위거리를 회전하는 동안 마모되어야 하는 에지댐의 마모량으로서 롤의 원주가 1m 회전하는 동안 마모되어야 할 마모량이 0.1㎛~10㎛인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압하력 트림을 출력하는 단계에서, 출력된 압하력 트림 값이 미리 정해놓은 최대/최소값과 비교하여 출력값이 최대값을 초과하면 최대값으로 최소값보다 작으면 최소값으로 출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 압하력 트림을 출력하는 단계는, 위치 압력 제어기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 에지댐 압하력 제어 방법.
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