KR100839450B1 - 스테인레스 강판의 틸트(Ｔｉｌｔ) 성 비대칭 형상 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스 냉연 강판의 형상을 자동제어 함에 있어서 비정상 상태를 안정화 시킬 수 있는 제어 방법에 관한 것이다. 스테인레스 냉간압연기에서 출측에 설치된 형상측정용 롤로부터 형상을 입력받아서 입력된 형상으로부터 틸트성 비대칭 형상을 판단하여 이를 감지시 비대칭 형상 제어기의 제어모델로부터 제어량의 보상값을 결정한 후 구동용 제어기를 거쳐서 압연기의 구동장치로 출력한다.

틸트성 비대칭 형상, 보상량, 자동제어

Description

스테인레스 강판의 틸트(Ｔｉｌｔ) 성 비대칭 형상 제어 방법{A control method for tilt type asymmetric shape of the stainless strip}

도 1은 틸트(Tilt)성 비대칭 형상 예시도로서 가) 데이터플롯의 형상, 나) 강판의 형상을 나타내고,

도 2는 본 발명에 의한 형상제어 장치의 구성도이고,

도 3은 형상제어 구동기의 구성도이고,

도 4는 본 발명에 의한 틸트성 비대칭형상 제어 방법의 흐름도이고,

도 5는 본 발명의 제어방법에 의한 틸트성 비대칭형상 제어 성능 예시도이다.

본 발명은 상하 롤 (Roll)이 10단씩 구성된 20단 압연기로서 백업 롤 중 탑 크라운 롤(Top Crown)을 구비한 스테인레스 압연기에서 형상 측정용 롤에서 계측되는 현재 형상을 입력 받아서 탑 크라운 롤의 8개 새들의 위치를 제어함에 있어서 틸트성 비대칭 형상의 발생시 이를 감지하여 제어량에 보상량을 계산하여 형상을 안정적으로 대칭화 시키는 형상의 자동제어 방법에 관한 것이다.

본 압연기에 의한 스테인레스 냉연강판의 형상 자동제어에 있어서 압연초기의 형상제어가 중요하다. 압연 초기의 형상은 대부분의 경우 최종 패스(Final Pass)까지 형상 패턴이 이어지므로 초기에 비정상적인 형상을 정상상태로 제어하지 못하면 지속적으로 자동제어가 어려워진다.

종래의 강판의 형상제어 방법으로는 일본 특개평 5-208206, "극박 스테인레스 강대의 제조방법 및 장치"는 압연한 강판의 주름진 형상이 후공정인 소둔로에 미치는 문제점을 해결하기 위하여 형상을 1차, 2차, 4차 함수로 분해하여 형상의 급준도를 수식에 의하여 구한 후 압연기의 백업 롤의 크라운을 조정 함으로서 형상의 비대칭을 방지하는 방법을 사용한다.

이와 같은 종래 공지된 방법의 문제점은 압연의 연신율을 실제 압연 중에서 연속적으로 구할 수 없는 문제점이 있다. 강판을 압연 함에 따라 두께와 길이와 폭이 계속 변화하므로 지속적인 연신율의 측정으로 형상을 제어하는 데는 한계가 있다. 또한 급준도는 수식은 간단하지만 압연 종료 후는 알 수 있어도 압연 중에는 수식에서 요구하는 값인 형상의 파고와 주기를 연속적으로 측정하는 것은 어렵다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 스테인레스 냉간 압연기의 출측에 설치된 형상 측정용 롤로부터 형상을 입력받아서 비대칭 형상제어기로 보내 고 비대칭 형상 제어기에서 제어량의 보상값을 결정한 후 구동용제어기를 거쳐 압연기의 구동장치로 출력하는 과정을 반복하여 비대칭형상을 제어하는 것이 가능하게하고, 또한 이러한 과정을 통하여 강판의 힘이 한쪽 방향으로 편중되는 되는 것과 강판의 사행현상을 방지함으로써 조업불안정요인을 효과적으로 방지하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 출측에 배치되고 강판의 폭을 따라 작업측의 시작셀에서 구동측의 끝셀로 이루어진 복수의 로드셀로 구성된 형상 측정용 롤과, 백업롤로서 복수의 새들로 분할된 탑크라운롤을 구비한 압연기에서 강판의 틸트성 비대칭 형상을 제어하는 방법에 있어서, 상기 형상 측정용 롤로부터 측정된 형상값으로 상기 시작셀로부터 측정한 소정개수의 로드셀들의 형상오차의 합(SumWs) 및 평균값(AvgWs)과, 상기 끝셀로부터 측정한 소정개수의 로드셀들의 형상오차의 합(SumDs) 및 평균값(AvgDs)을 구하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 구해진 값들로부터 강판의 틸트성 비대칭 정도를 판단하여 상기 탑크라운롤의 제어 여부를 결정하는 제 2단계; 및 상기 제 2단계의 결정결과에 따라 상기 탑크라운롤의 새들 중 일부 새들을 조절하여 강판의 비대칭을 보상하는 제 3단계를 포함하며, 상기 강판의 틸트성 비대칭 판단은 아래의 수식을 만족하는지 여부로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 수식의 10.0은 형상값이 10.0N/mm² 임을 의미한다.

형상이란 강판의 폭 방향으로 작용하는 상대적인 힘의 분포이다. 형상에서는 힘의 절대값이 아닌 상대값, 즉 상대적인 힘의 분포가 중요하다. 형상은 52 mm 간격으로 분할된 32개의 로드셀로 구성된 형상측정용롤에 의해 측정된다. 여기서 측정된 값에서 평균치(DC level)를 제거하고 난 값이 형상값이다. 따라서 형상값을 모두 더하면 항상 0 이된다. 한 셀의 값이 +10

이고 다른 셀의 값이 -10

라면, 각각 그 부위의 힘이 10

만큼 더 작용하고 덜 작용한다는 의미이다. 또한 패스(Pass)란, 한 코일의 전체를 압연하는 것으로, 스테인레스 냉간압연기는 가역식 압연기(Reversing Mill)로서 스테인레스 강은 매우 단단한 특성을 가지므로 한 번에 목표 두께에 도달할 수 없고 목표두께에 도달하기 위하여 여러 번 압연 함으로서(이를 multi-pass 라고 함) 가능하게 한다.

비정상적인 형상은 여러 가지가 있으나 조업의 안정화에 가장 큰 영향을 미치는 것이 도 1에서 도시된 틸트(Tilt)성 비대칭 형상이다. 이는 강판(100)의 폭 방향으로 양 측(작업측과 구동측)의 형상이 서로 반대방향으로 나타나는 것으로 강판에 작용하는 힘이 한쪽 방향으로 편중되게 함으로서 강판의 압연 시 강판을 쏠리게 하여 권취 상태(강판이 코일러에 감기는 상태)의 불량과 사행을 야기한다. 도 1의 (가)는 운전상태를 나타내는 화면에 나타나는 형상을 도시한 것이고, (나)는 실제 강판에 나타나는 주름진 형상을 도시한 것이다. 틸트성 비대칭 형상이 나타나면, 강판의 에지부의 연신이 일정하지 않아서 주름이 나타나고 후단 공정(예, 소둔로)의 형상에 악영향을 미친다. 상기 틸트성 비대칭은 스테인레스 냉간압연기(205)에 있어서 8개의 새들(Saddle)로 구동 되는 탑 크라운 롤(206)에 의해 제어된다.

본 발명에 사용된 비대칭 형상제어기(200)는 형상 측정용 롤(204)로부터 강 판의 폭 방향 형상을 입력 받아서 형상의 틸트성 비대칭 정도를 판단한 후 압연 상태를 고려하여 제어기의 출력인 탑 크라운 롤(206)의 8 개 새들의 위치 보상량을 결정하게된다.

이하, 본 발명에 의한 틸트성 비대칭형상 제어 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 틸트(Tilt)성 비대칭 형상 예시도로서, (가)는 운전상태를 나타내는 화면에 나타나는 형상을 도시한 것이다. 강판의 폭 방향으로 에지부에 발생하는 주름진 형상은 (나)에 도시한 대로, 양쪽(작업 측과 구동측) 지점에서 발생하는 주름진 형상이 한쪽에만 발생하는 경우와 양쪽이 교대로 발생하여 에지부 비대칭을 야기하는 경우가 있다. 이 경우에는 강판의 폭 방향으로 작용하는 힘이 불 균형을 이루므로 강판의 권취 상태가 불량하고 심할 경우 사행을 야기시킨다. 형상의 입력은 압연기의 양쪽에 각각 32 개 로드 셀(Load Cell)로 구성된 형상측정용롤 중 출력 측의 형상 측정용 롤(204)로부터 받는다.

도 2는 본 발명에 의한 비대칭 형상제어 장치의 구성도 이다.

스테인레스 냉간압연기의 출측에 설치된 형상 측정용 롤(204)로부터 출력된 형상신호가 비대칭 형상제어기(200)로 입력된다. 상기의 신호는 비대칭 형상제어기(200)에서 제어량의 보상값을 결정한 후 구동용 제어기(201)를 거쳐서 압연기의 구동장치인 탑크라운 롤(206)로 출력한다. 입력된 형상과 출력된 제어량은 개발용 컴퓨터(202)와 운전실의 컴퓨터(203)를 통하여 화면에 표시된다. 도 2의 미설명부호 207은 1차 중간롤을 나타낸다.

도 3은 형상제어 구동기의 구성도 이다.

강판(100)의 상하부에 작업 롤(302)이 있고, 백업 롤(301)의 상하부에는 2차 중간롤(303)이 놓여있다. 백업 롤 중, 중앙의 2개의 롤이 탑 크라운 롤(206)로서 이는 8개의 새들(305)로 구성되어 있고 가운데는 축(304)으로 연결되어져 있다. 1번 새들 방향이 작업측이고 8번 새들 방향이 구동측이다.

형상 제어의 정도 판정은 형상의 목표 형상에 대한 수렴성, 형상의 대칭성과 안정성의 3가지 요소로 평가된다. 형상오차가 목표형상에 잘 추종하여 작다 하더라도 대칭성 및 안정성이 떨어지면 그 제어결과가 좋다고 평가할 수 없다. 형상의 대칭성은 폭 방향 작업측(Work side)와 구동 측(Drive side)의 형상이 강판의 중앙을 기준으로 대칭적으로 위치하여야 함을 의미하며 이는 폭 방향 힘 균형이 잘 이루어짐을 알 수 있다. 본 발명에서 구현된 대칭화 제어는 형상 측정용 롤로부터 강판의 폭 방향 형상을 입력 받아서 형상의 비대칭 정도를 판단한 후 압연 상태를 고려하여 제어기의 출력인 탑 크라운 롤의 8 개 새들의 위치 보상량을 결정한다.

도 4는 본 발명에 의한 틸트성 비대칭형상 제어 방법의 흐름도 이다.

초기화 루틴에서는 폭 방향으로 작업측(Work side)과 구동측(Drive side)의 형상값의 합을 초기화한다(S401). 형상 측정용 롤로부터 형상을 입력 받고, 아울러 강판의 폭과 압연 속도를 입력 받는다(S402). 압연 속도가 60 mpm(meter per minute)이하이면(S403) 보상량을 출력하지 않는다(S407). 이는 낮은 속도에서 탑 크라운 롤을 비대칭으로 제어하면 오히려 사행이 발생할 가능성이 높으므로 저속에서는 비대칭 제어를 해지하여야 한다. 압연속도가 60 mpm 보다 클 경우에는 아래서 기술하는 방법으로 비대칭 정도를 판단하여(S404), 강판의 폭에 따라 보상량을 계산하고(S405), 계산된 보상량을 상기 탑크라운 롤(206)로 전달하여 강판의 비대칭을 보상한다(S406).

강판의 폭에 따라서 형상 오차의 합과 형상오차의 평균값을 구한다. 형상오차는 목표형상과 실측형상과의 차이를 의미한다. 형상 측정용 롤은 32개의 로드 셀로 구성되므로 셀값은 최대 32개의 값이 존재하며 강판의 폭에 따라서 작업 측에서 형상 측정용 롤에 위치하는 셀을 시작 셀이라 하고, 구동측에서 형상 측정용 롤에 위치하는 셀을 끝 셀이라 한다.

폭이 832mm 보다 작은 경우에는 시작 셀(BeginCell)로부터 4개의 형상오차 합(SumWs)을 구한 후, 평균치 (AvgWs)를 구한다. 마찬가지로 끝 셀(EndCell)로부터 4개의 형상오차 합(SumDs)과 평균치 (AvgDs)를 구한다.

여기서 shapErr은 형상 오차값이다.

폭이 832mm보다 크고 1352mm보다 작은 경우에는 시작 셀로부터 7개 혹은 8개의 형상오차 평균치(AvgWs)를 구한다. 마찬가지로 끝 셀로부터 7개 혹은 8개의 형상오차 평균치(AvgDs)를 구한다.

상기 [수학식 2]에서, 시작셀(beginCell)값이 5보다 작은 경우에는 NumLc값은 8이고, 시작셀(beginCell)값이 5보다 큰 경우에는 NumLc값은 7이다.

폭이 1352보다 큰 경우에는 시작 셀로부터 8개의 형상오차 평균치(AvgWs)를 구한다. 마찬가지로 끝 셀로부터 8개의 형상오차 평균치 (AvgDs)를 구한다.

[수학식 1], [수학식 2] 또는 [수학식 3]을 수행한 후, 강판의 폭에 따른 틸트성 비대칭성을 판단한다.

다음에서 기술하는 [수학식 4]의 조건을 만족하면,

상기 [수학식 4]의 10.0값의 의미는 형상값이

임을 의미한다.

제어기 출력량은 폭에 따라서 아래와 같이 보상된다.

폭이 1352mm 보다 작은 경우에는 보상값은 아래 [수학식 5]에 의한다.

여기서 u_tc[n][k]는 탑 크라운 롤의 n 번째 새들에 보상되는 값이고, k는 제어주기 횟수(control loop)를 의미한다. 즉 k=0 일 때, 즉 u_tc[3][0]은 제어기가 온(동작개시) 되었을 때 탑 크라운 롤의 3번째 새들에 보상값이고 상기 식에서와 같이 u_tc[3][1]값, 즉 다음 제어주기 횟수에서의 탑 크라운 롤의 3번째 새들에 보상값은 종전 제어주기 횟수 값인 u_tc[3][0]에 의해서 결정된다. ScaleTc는 압연속도, 출측두께, 강종에 따라 결정되는 값으로서, 압연속도의 감속이 90 mpm보다 크면, 0.1값으로, 그 이외에는 1.0값으로하고, 강판의 두께가 1.0 내지 1.1 mm 일때는 0.9, 두께가 1.0 mm이하에서는 0.5 내지 0.8, 그 이외의 범위에서는 1.0으로 하고, 스테인레스 강종중 300계열인 경우는 0.5 내지 0.9, 400계열의 경우는 0.8 내지 0.9의 값을 갖는다.

폭이 1352mm보다 큰경우에는 보상값은 아래 [수학식 6]에 의한다.

여기서 중요한 점은 탑 크라운 롤을 제어함에 있어서 양쪽(작업측과 구동측) 모두를 제어하면 지나치게 많은 힘이 강판에 가해져서 역효과를 가져올 수 있으므로 탑 크라운 롤의 한쪽부분의 새들들만 제어 함으로서 안정적으로 형상을 대칭화 하는 것이다. 예를 들면 작업측의 형상값이 양수이고, 구동측의 형상값이 음수인경우 작업측의 형상값을 줄이는 방향, 또는 구동측의 형상값을 늘리는 방향으로 제어하는 것이 바람직하고, 작업측의 형상값은 줄이고, 구동측의 형상값을 늘리는 방향으로 제어하는 것은 바람직하지 않다. 실제 실험에서 오히려 작업측의 형상값이 음수, 구동측의 형상값이 양수가 되는 형상의 역전현상이 나타나므로 바람직하지 않다. 위의 단계를 거친 후 최종적인 구동기의 보상량이 출력된다

상기에서 기술한 것을 실시 예를 들어 설명하면,

도 4는 본 발명의 제어방법에 의한 틸트성 비대칭형상 제어 성능 예시도 이다.

강판의 두께가 4.9 ~ 0.39mm, 강종 스테인레스 300계열과 400계열, 판 폭 1022 ~ 1571mm에 대하여 현장 Test를 수행하였다. [도 5]의 A는 압연속도가 저속구간에서 비대칭 제어 수행 직전의 틸트성 비대칭 형상이고 [도 5]의 B는 정상 속도 구간에서 틸트성 비대칭 제어를 수행한 이후의 형상을 나타낸다.

제어 수행 전후를 비교해보면 틸트성 비대칭 제어를 수행 함으로서 강판의 폭 방향으로 대칭성이 매우 향상되었음을 알 수 있다.

본 발명은 형상의 틸트성 비대칭성을 판단하고 제어 함으로서 강판에 작용하는 힘의 균형을 유지 함으로서 강판의 폭 방향 힘을 안정되게 하여 형상을 안정화 시키는 특징이 있다. 또한 다수의 구동기에 의하여 제어되는 스테인레스 냉간압연기에 있어서 형상 자동제어의 성능을 향상되도록 하여, 강판의 형상 안정화를 통한 제품의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 출측에 배치되고 강판의 폭을 따라 작업측의 시작셀에서 구동측의 끝셀로 이루어진 복수의 로드셀로 구성된 형상 측정용 롤과, 백업롤로서 복수의 새들로 분할된 탑크라운롤을 구비한 압연기에서 강판의 틸트성 비대칭 형상을 제어하는 방법에 있어서,

   상기 형상 측정용 롤로부터 측정된 형상값으로 상기 시작셀로부터 측정한 소정개수의 로드셀들의 형상오차의 합(SumWs) 및 평균값(AvgWs)과, 상기 끝셀로부터 측정한 소정개수의 로드셀들의 형상오차의 합(SumDs) 및 평균값(AvgDs)을 구하는 제 1단계;

   상기 제 1단계에서 구해진 값들로부터 강판의 틸트성 비대칭 정도를 판단하여 상기 탑크라운롤의 제어 여부를 결정하는 제 2단계; 및

   상기 제 2단계의 결정결과에 따라 상기 탑크라운롤의 새들 중 일부 새들을 조절하여 강판의 비대칭을 보상하는 제 3단계를 포함하며,

   상기 강판의 틸트성 비대칭 판단은 아래의 수식을 만족하는지 여부로 판단하는 것을 특징으로 강판의 틸트성 비대칭 형상 제어방법.

   

   상기 수식의 10.0은 형상값이 10.0N/mm² 임을 의미한다.

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