KR100824520B1

KR100824520B1 - 장력변동 최소화를 위한 테이퍼 텐션 적용방법

Info

Publication number: KR100824520B1
Application number: KR1020020032930A
Authority: KR
Inventors: 조영석; 최기원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2008-04-22
Also published as: KR20030095641A

Abstract

본 발명은 고장력 극후물재의 스트립을 권취하는 공정의 테이퍼 텐션 적용방법에서, 스트립 테일부가 f_i 스탠드 메탈 아웃(Stand Metal Out) 지점에 있을 때 [f_idc = Wf_i~i+1+Wf_i+1~i+2+Wf_i+2~i+3+Wf_{(i+n-1)~(i+n)}+Wrot + Wprm]에 의하여 미 권취 스트립 중량을 계산하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의하여 계산된 스트립 중량을 이용하여 스트립 테일부가 f_i 스탠드 메탈 아웃(Stand Metal Out) 지점에 있을 때 테이퍼 텐션이 완료되도록 코일 권취 완료직경을 [Df_idc = {( 전체중량 - Wf_idc )/(밀도*π*판폭*점적율(공극율)) + (맨드릴직경/2)²}^1/2* 2]에 의하여 계산하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의하여 계산된 권취 완료 직경을 이용하여 코일의 단중에 따라 가변하는 테이퍼 감소 비율을 [테이퍼비율 = (초기장력설정치 - 최소장력설정치)/(권취 완료 직경 - 테이퍼 텐션 개시 코일 직경)]에 의하여 계산하는 제3단계와; 로 이루어진 장력변동 최소화를 위한 테이퍼 텐션 적용방법을 요지로 한다.

사상압연, 장력변동

Description

장력변동 최소화를 위한 테이퍼 텐션 적용방법{method of controlling taper ratio of the strip on finishing mill}

도 1의 (a)는 종래기술에 관한 테이퍼 텐션의 일반적인 적용 방법을 도시한 도면.

도 1의 (b) 테이퍼 장력 최소화에 이른 후에도 미단부 위치가 스탠드 입측에 있는 것을 도시한 도면.

도 1의 (c)는 테이퍼 장력이 변하는 중에 이미 미단부 위치가 스탠드 출측에서 진행하고 있는 것을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 테이퍼 텐션을 적용할 경우에 미단부 위치를 나타낸 도면.

도 3은 종래 방법에 의한 테이퍼 텐션 적용시의 흐름도.

도 4는 본 발명에 의한 테이퍼 텐션 적용시의 흐름도.

도 5의 (a)는 종래의 방법에 의해 테이퍼 텐션을 적용하였을 때 맨드릴 전류치를 도시한 도면.

도 5의 (b)는 본 발명에 의한 방법으로 테이퍼 텐션을 적용하였을 때의 맨드릴 전류치를 도시한 도면.

(주요 도면부호의 간단한 설명)

1 : 스트립(Strip) 10: 사상압연(Finishing Mill)

11: 1번 스탠드(F1 Stand) 12: 2번 스탠드(F2 Stand)

13: 3번 스탠드(F3 Stand) 14: 4번 스탠드(F4 Stand)

15: 5번 스탠드(F5 Stand) 16: 6번 스탠드(F6 Stand)

17: 7번 스탠드(F7 Stand) 20: 런-아웃 테이블(Run Out Table)

30: 권취기(Down Coller) 31: 맨드릴(Mandrel)

본 발명은 열간 압연 공정에서 사상압연을 통과한 스트립을 권취하는 권취기의 장력 설정방법에 관한 것으로서, 특히 연속적으로 권취되는 스트립에 의해 맨드릴에 주어지는 코일 하중이 계속 달라지므로 이에 따른 맨드릴 모터의 부하를 최소화 하고, 또 사상압연 후단 에서의 스트립 장력 변화에 의한 권취 불량을 최소화 할 수 있는 사상압연 테일아웃(FM Tail Out) 장력변동 최소화를 위한 테이퍼 텐션 적용 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열간 압연 공정 중 권취 공정에서의 장력 설정은 레벨 2 계산기에서 스트립(1)의 단위 면적 당 장력(Unit Tension-Kg/mm²)을 계산하여 PLC라고 하는 레벨 1 계산기에 출력함으로써 PLC에 의해 제어된다. 이때 권취되는 스트립(1) 에 부과되는 장력은 권취기(30)의 권취 속도를 제어하는 것으로써 스트립(1)의 톱부가 권취기(30)의 맨드릴(31)에 최초 접촉하여 일정한 전류치가 검출되는 시점부터 스트립(1)의 권취가 완료되는 시점까지 일정하게 유지되도록 제어된다.

그런데, 상기의 과정에서 권취가 진행됨에 따라서 권취되는 코일(1)의 중량은 계속적으로 증가하게 되지만 권취 장력 변화는 항상 일정하므로, 권취 된 코일(1)의 관성에 의한 관성보상 토크값이 계속 증가하게 되어 맨드릴(31) 모터에는 과부하를 초래하게 되는 것이라 할 수 있다.

이러한 이유로 고강도, 극 후물재에서는 권취 미단부의 장력을 감소시켜 제어하는 테이퍼 텐션을 적용하는 것이 일반적이다.

도 1은 이와 같은 테이퍼 텐션을 적용하는 방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하여 종래의 일반적인 테이퍼 텐션 적용 방법을 설명하면 다음과 같다.

UT0는 초기 설정 단위 텐션(Unit Tension)을 나타내며 UT1은 권취 미단부의 최소 장력 설정치를 나타낸다. D1은 테이퍼 텐션 적용에 의해 장력을 감소시키고자 하는 코일(1)직경을 나타낸다. 즉 권취 코일(1)의 권취 경이 D1이 되었을 때 장력을 감소시키기 시작한다. D2는 테이퍼 텐션 완료 경을 나타낸다.

장력을 감소시키는 비율을 테이퍼 감소 비율(Taper Ratio)이라 하는데 다음과 같이 정의할 수 있다.

테이퍼비율 = (초기장력설정치 - 최소장력설정치)/(권취 완료 직경 - 테이퍼 텐션 개시 코일 직경)

= (UTO - UT1)/(D2-D1)

테이퍼 텐션을 적용하기 위해서는 레벨 2 계산기(SCC)에서는 미리 설정된 테이블 값에서 UT0,UT1,D1,테이퍼 감소 비율을 결정하여 레벨 1(PLC)에 출력함으로써 PLC에 의해 제어되며 적정한 UT0, UT1, D1, 테이퍼 감소 비율은 조업의 문제점을 야기시키지 않는 범위에서 적정한 장력으로 권취 형상을 양호하게 얻을 수 있는 값으로 결정된다.

하기 표 1은 종래의 방법에서의 테이퍼 감소 비율의 설정값이다.

두께 구분	Taper Ratio (Kg/mm³/m)
두께 < 2.3mm	20
두께 < 4.5mm	25
두께 < 8.0mm	28
두께 ≥8.0mm	30

상기에서 주어진 테이퍼 감소 비율의 테이블 값은 그 동안 열연공장에서 오랜 기간 사용한 경험치에 의해 주어진 것이며, 각 스트립(1)별 두께 차이 만을 고려하여 계산한 것으로 대부분의 강종에서는 별 문제가 없이 적용되었다.

하지만 갈수록 고급강 압연 비율이 높아지면서 강종별로 나타나는 강도와, 두께, 폭 등의 차이는 권취 장력의 정밀성을 요구하였고, 이에 따라 테이블 값에 의한 테이퍼 텐션의 한계가 드러나고 있었다.

즉, 종래의 방법에 의한 테이퍼 텐션 적용 시에는 일정한 테이퍼 감소 비율을 적용함으로써 테이퍼 텐션 적용이 완료되는 코일(1) 경 D2가 항상 거의 일정하게 되고 따라서, 테이퍼 텐션 적용이 완료되는 시점까지 권취 된 코일(1)의 중량도 일정하게 된다.

그러나, 동일 두께와 폭을 가진 코일(1)마다 총중량이 모두 일정하지 않고 다르게 나타나므로 종래의 방법대로 하게 되면 텐션 적용이 완료되는 시점에도 아직 미 권취 된 스트립(1)의 중량이 일정하지 않게 된다.

즉, 테이퍼 텐션이 완료되는 시점(최저 장력 설정치)에서도 스트립(1) 미단부의 위치가 사상압연(10) 내부 또는 사상압연(10)의 입측이나 출측에 있을 수 있게 되는 것이다.

이렇게 미 권취 된 스트립(1)의 미단부가 사상압연(10) 입측에 있게 되면 이미 최저 장력에 의해 권취되는 스트립(1)의 잔류 길이가 너무 길어지므로 코일(1) 후반부가 느슨하게 권취되는 문제가 발생하게 되고, 사상압연(10) 출측에 있는 경우에는 스트립(1)이 FM 최종 스탠드 메탈 아웃(Stand Metal Out)이 된 후에도 권취 장력 변동이 계속 발생하므로 권취 형상 불량을 필히 유발하게 되는 문제가 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 코일(1)의 총중량에 따라 변하게 되는 스트립(1)의 미단부를 일정하게 할 수 있도록 잔류 중량을 정확하게 예측하여 테이퍼 감소 비율을 가변 시킬 수 있는 제어 수단을 제공함으로써 사상압연 최종 스탠드 메탈 아웃시에 발생하는 권취 장력 변동을 최소화 할 수 있는 장력변동 최소화를 위한 테이퍼 텐션 적용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음과 같은 방법에 의해 테이퍼 감 소 비율을 계산하여 권취 제어에 적용한다.

1) 미 권취 스트립 중량 계산

먼저 테이퍼 텐션 완료 시, 즉 권취기가 최저 장력치가 되었을 때 스트립(1) 테일부부 위치가 F4 스탠드 사이에 존재한다고 전제할 때, 미 권취 된 스트립(1)의 중량은 다음과 같다고 할 수 있다.

Wf4dc = Wf4~5 + Wf5~6 + Wf6~7 + Wrot + Wprm

Wf4dc = F4 스탠드에서 맨드릴(31)간 스트립(1) 전체 중량

Wf4~5 = F4 ~ F5 스탠드에서의 스트립(1) 중량

Wf5~6 = F5 ~ F6 스탠드에서의 스트립(1) 중량

Wf6~7 = F6 ~ F7 스탠드에서의 스트립(1) 중량

Wrot = F7 ~ 핀치롤(PINCH ROLL)사이 즉 런-아웃 테이블에서의 스트립(1) 중량

Wprm = 핀치롤에서 맨드릴(31)사이에서의 스트립(1) 중량

그러므로 각 스트립(1)의 중량은 두께 ×폭 ×길이 ×비중으로 계산되므로 이를 적용하여 미 권취 부 중량을 아래 테이블 값을 기준하여 계산하여 보면,

위치	F4~5	F5~6	F6~7	ROT	DC1~2	비고
두께	4.1*T	1.65*T	1.1*T	T	T	T;코일두께
폭	W	W	W	W	W	W;코일폭
길이	5.8M	5.8M	5.8M	130M	9.5M

Wf4dc = (4.1T*W*5.8*7.85) + (1.65T*W*5.8*7.85) + (1.1T*W*5.8*7.85) + (T*W*130*7.85) + (T*W*9.5*7.85) = 0.001407*T*W (ton)

- 철의 비중: 7.85

2) 테이퍼 텐션 완료 경 계산

상기에서 계산한 F4~DC간 스트립(1)중량에 의해 최소장력이 되는 코일(1) 완료경은 다음과 같이 계산할 수 있다.

[Df_idc = {(코일전체중량 - Wf_idc )/(밀도*π*판폭*점적율(공극율)) + (맨드릴직경/2)²}^1/2* 2]

MD경 = 760mm (맨드릴 직경)

점적율 = 98% (권취된 코일 사이에 반드시 있다고 계산되는 공기의 두께)

3) 테이퍼 감소 비율 계산

상기의 계산된 코일 완료 경을 기준으로 레벨 1(PLC)에 출력하고자 하는 테이퍼 감소 비율을 다음과 같이 계산하게 되는 것이다.

[테이퍼비율 = (초기장력설정치 - 최소장력설정치)/(권취 완료 직경(Df_4dc ) - 테이퍼 텐션 개시 코일 직경)]

도4는 테이퍼 텐션 적용 전후의 후물재 권취시 맨드릴(31) 모터 전류치를 비교한 도면으로, (a)는 종래의 방법에 의해 테이퍼 텐션을 적용한 것으로 테일부부 권취시 장력변동에 의해 전류치가 심히 불안정 해짐을 알 수 있었고, (b)는 본 발명에 의한 테이퍼 텐션을 적용한 결과로서 종래의 방법을 적용한 것과 비교하여 테일부 권취시 전류치가 매우 안정되며 장력 변화도 감소하였음을 알 수 있다.

(실시예)

다음은 본 발명의 실시예를 설명한다.

하기 표 2는 단중 및 폭 칫수가 서로 다른 두개의 코일(1)에 대한 테이퍼 감소 비율의 계산 예를 비교한 것이다.

구분	크기(Size)	단중 (Ton)	장력 설정치	최소 장력	코일(1) 경	개시경	완료경	테이퍼 감소 비율
구분	크기(Size)	단중 (Ton)	장력 설정치	최소 장력	코일(1) 경	개시경	완료경	본 발명	종래 방법
박물 협폭	1.6*1000	15	0.8	0.6	1742	1000	1631	32	20
박물 광폭	1.6*1400		0.8	0.6	1527	1000	1400	50	20
후물 협폭	4.5*1000		0.8	0.6	1742	1000	1408	49	28
후물 광폭	4.5*1400		0.8	0.6	1527	1000	1134	150	28
박물 협폭	1.6*1000	20	0.8	0.6	1963	1000	1866	23	20
박물 광폭	1.6*1400		0.8	0.6	1708	1000	1596	34	20
후물 협폭	4.5*1000		0.8	0.6	1963	1000	1674	30	28
후물 광폭	4.5*1400		0.8	0.6	1708	1000	1368	54	28

상기 표에서 보는 바와 같이 종래의 방법에 비해 단중과 폭 사이즈가 달라지면 그에 따른 테이퍼 감소 비율값이 크게 달라져야 하는 것을 알 수 있다.

하기 표 3은 종래의 방법과 본 발명에 의한 방법을 상세히 비교한 것이다.

항 목	종래의 방법	본 발명에 의한 방법
설정 항목	초기장력, 최소장력 개시경, 장력감소 비율	좌 동
장력 감소 비율 설정 방법	테이블 값 고정	테이퍼 텐션완료 단중 계산 →테이퍼 텐션완료경 계산 →장력감소 비율(Taper Ratio) 계산
테이퍼 텐션완료	단중에 따라 일정하지 않음	일정함 (스트립(1) Tail부가 F4 Metal Out되는 시점)

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 설정항목에서 종래에는 초기 장력과 최 소 장력, 테이퍼 텐션 개시경과 장력 감소 비율(Taper Ratio)을 테이블 값에 의해 결정하여 PLC로 전송하였으나, 본 발명에 의하면 장력 감소 비율을 테이블 값이 아닌 스트립(1) 미단부가 항상 일정한 위치에 있을 때 테이퍼 텐션이 종료되도록 테이퍼 감소 비율을 설정하는 수식을 이용하여 항상 최적을 테이퍼 텐션 작업이 이루어 질 수 있도록 하여 단중과 강종에 상관없이 적용할 수 있는 우수한 작업방법을 제안한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 테이퍼 텐션 설정 방법을 적용하여 권취가 진행됨에 따라 권취 된 코일(1) 중량의 증가에 따른 장력을 적절하게 조정함으로써 권취기 맨드릴(31)에 부가되는 토크 제어를 위한 전류 변동을 최대한 억제하고, 맨드릴(31) ~ 핀치롤 및 핀치롤 ~ 사상압연(10)간의 장력 변동을 최소화 함으로써 후물재의 권취기 과부하 현상을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Claims

고장력 극후물재의 스트립을 권취하는 공정의 테이퍼 텐션 적용방법에서,

스트립 테일부가 f_i 스탠드 메탈 아웃(Stand Metal Out) 지점에 있을 때 하기 식에 의하여 미 권취 스트립 중량을 계산하는 제1단계와;

[f_idc = Wf_i~i+1+Wf_i+1~i+2+Wf_i+2~i+3+Wf_{(i+n-1)~(i+n)}+Wrot + Wprm]

(f_idc ; fi 스탠드에서 맨드릴간 스트립 전체중량,

Wf_i~i+1; fi ~ fi+1 스탠드에서 스트립 중량,

Wf_i+1~i+2; fi+1 ~ fi+2 스탠드에서 스트립 중량,

Wf_i+2~i+3; fi+2 ~ fi+3 스탠드에서 스트립 중량,

Wf_{(i+n-1)~(i+n)};fi+n-1 ~ fi+n 스탠드에서 스트립 중량,

Wrot ; fi+n ~ 핀치롤사이(런-아웃 테이블)에서의 스트립 중량,

Wprm ; 핀치롤에서 맨드릴 사이에서의 스트립 중량)

상기 제1단계에 의하여 계산된 스트립 중량을 이용하여 스트립 테일부가 fi 스탠드 메탈 아웃(Stand Metal Out) 지점에 있을 때 테이퍼 텐션이 완료되도록 코일 권취 완료직경을 하기 식에 의하여 계산하는 제2단계와;

[Df_idc = {(코일전체중량 - Wf_idc )/(밀도*π*판폭*점적율(공극율)) + (맨드릴 직경/2)²}^1/2* 2]

상기 제2단계에 의하여 계산된 권취 완료 직경을 이용하여 코일의 단중에 따라 가변하는 테이퍼 감소 비율을 하기의 식에 의하여 계산하는 제3단계와;

[테이퍼 감소 비율 = (초기장력설정치 - 최소장력설정치)/(권취 완료 직경 - 테이퍼 텐션 개시 코일 직경)]

로 이루어진 것을 특징으로 하는 장력변동 최소화를 위한 테이퍼 텐션 적용방법.