KR100854361B1 - 연속식 압연기의 밀상수 자동 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속식 압연기에서 최종 제품의 두께를 얻기 위해 각 압연기의 롤갭을 설정하는데 사용되는 밀상수의 측정방법에 관한 것으로, 연속식 압연롤의 밀상수를 측정하기 위하여 측정지시에 따라 일정시간 주기로 압연롤에 균일한 압하력을 가감하면서 상기 일정시간 주기마다 롤갭과 롤하중을 측정한 데이터를 검출하고 상기 검출된 데이터를 고속으로 수집하는 제1단계와; 상기 수집된 데이터를 밀상수분석기로 전송하고 상기 밀상수분석기에서는 상기 전송된 데이터를 구간별로 분리하는 제2단계와; 상기 구간별로 분리된 각 데이터를 회귀모형에서 사용되는 회귀계수식에 대입하여 회귀계수를 산출하는 제3단계와; 상기 산출된 회귀계수의 신뢰도를 검증하기 위하여 상기 구간별로 분리된 각 데이터를 결정계수식에 대입하여 결정계수를 산출하고 상기 산출된 결정계수가 0.95 이상일때만 상기 산출된 회귀계수를 밀상수로 산정하여 압연롤의 제어에 활용토록 하는 제4단계를 통해 이루어진다.

본 발명에 따르면, 연속식 압연기의 밀상수를 롤갭과 롤하중으로부터 회귀시켜 자동으로 산출토록 함으로써 밀상수의 측정시간을 단축하고, 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 데이터를 전산화하고 자료축적이 가능하여 관리가 용이하며, 데이터의 활용도를 가일층 향상시킨 장점을 제공한다.

Description

연속식 압연기의 밀상수 자동 측정방법{MILL CONSTANT MEASURING METHOD OF CONTINUOUS ROLLING MILL}

도 1의 (가),(나),(다)는 압연기의 압연롤 제어에서 사용되는 밀상수의 의미 및 압연기의 변형곡선과 소재의 변형곡선을 대비 설명하는 그래프,

도 2의 (가),(나),(다)는 종래 기술에 따른 압연 하중편차로부터 밀상수를 보정한 방법을 보인 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 측정방법을 설명하기 위한 압연설비의 개략적인 구성블럭도,

도 4는 도 3의 개략도로서 하중에 따른 롤갭 변화량을 그래프화하여 이해하기 쉽게 도식화한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 측정방법을 보인 플로우챠트,

도 6은 본 발명을 설명하기 위한 데이터 플로팅 그래프,

도 7 및 도 8은 본 발명에 의해 획득된 밀상수의 신뢰도를 확인하기 위하여 결정계수값과 실측값 사이의 관계를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 조작반 20 : 압하제어컴퓨터

30 : 모터제어장치부 32 : 롤갭검출기

34 : 스크류샤프트 36 : 롤하중검출기

38 : 롤갭 B : 백업롤

R : 로드셀 W : 워크롤

본 발명은 연속식 압연기에서 최종 제품의 두께를 얻기 위해 각 압연기의 롤갭을 설정하는데 사용되는 밀상수의 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철강의 연속 압연 설비중 사상압연 설비의 압연설정모델을 구성하는 여러 설정모델중 조업조건에 가장 민감한 영향을 주는 각 스탠드의 롤갭설정모델의 중요한 인자인 밀상수(MILL CONSTANT)의 자동측정과 예측정도를 향상시키도록 한 연속식 압연기의 밀상수 자동 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 어떤 소재에 힘을 가하면 소재는 힘을 받아 변형을 하게 되며 힘을 제거하면 원형으로 복귀된다. 그러나 소재에 가한 힘이 일정 한도를 넘게되면 힘을 제거한 후에도 원형으로 복귀되지 않고 변형된 채 남아있게 된다.

이와 같이 힘을 가한후 제거했을 때 원형으로 복귀되는 것을 탄성변형이라 하고, 변형된 채 남아있는 것을 소성변형이라 하며, 열간 및 냉간압연에서는 이 탄성 및 소성변형을 적절히 이용하여 목표로 하는 소재의 두께로 압연하고 있다.

예컨대, 도 1의 (가)에는 이러한 소재와 힘의 관계가 나타나있다. 이를테면, 시험용 시편을 인장시험기에 걸고 힘(P)을 가하면 A부 까지는 힘(P)과 변형율(ε) 이 비례하며 올라가다가 힘(P)을 계속해서 E점까지 가한후 제거하면 시편은 거의 원형으로 복귀하는데 이 점을 탄성한계점(E)이라 한다.

그러나, 이 탄성한계점(E)을 넘도록 힘을 가하면 소재는 영구변형이 시작되는데 이때는 힘을 가하지 않아도 변형이 증가되는 항복점(Yu,Y_L)을 지나게 되고 X점에서 최대하중을 나타낸 후 B점에서 소재는 파단되게 된다.

따라서, 통상의 압연기는 도 1 (가)의 A부분 즉, 탄성한계점(E) 범위 이내에서 압연해야 되고, 이러한 탄성변형 직선식의 기울기를 밀(밀) 상수 즉, "M"이라 하며 단위는 Ton/mm를 사용한다.

도 1의 (나)는 압연기와 소재의 변형곡선을 겹쳐서 표시하였으며, (다)는 (나)의 소재 변형곡선만을 좌우로 뒤집어 표시하였다.

도시와 같이, 열연공정의 압연작업은 (다)에서와 같이, 압연기의 탄성한계점(E) 이내의 변형영역과 소재의 항복점(Yu) 이상의 소성변형 영역이 겹치는 부분에서 이루어지게 되며, 이때 각 압연기의 출측 목표 두께는 압연기의 탄성변형 곡선과 소재의 소성변형 곡선이 만나는 지점(H)에 의해 결정된다.

그러므로, 목표점(H)의 정확한 위치를 잡기 위해서는 압연기의 고유특성치인 밀상수값(MILL CONSTANT VALUE)이 얼마나 정밀한가에 의해 결정되며, 이는 곧 롤갭(ROLL GAP)의 계산값의 정밀도에 지대한 영향을 주게 되어 결국 제품의 두께 품질과도 밀접한 관계를 가지게 된다.

그런데, 종래에는 밀상수값을 측정함에 있어 X-Y 리코더를 이용하여 모눈종 이 위에 데이터를 플로팅한 다음 밀상수값을 수동으로 계산하여 이를 롤갭 계산값으로 사용하였기 때문에 운전자의 숙련도에 따라 시간당 롤갭의 이동량이 달라지고 결국 과다한 측정오차를 유발시킴은 물론 밀 정수의 측정시간이 과다하게 소요되었고, 또한 측정한 데이터의 정밀한 관리가 용이하지 못하여 동일한 작업을 반복하는 등의 문제점이 있었다.

최근에는 이와 같은 롤갭 설정의 신뢰도를 향상시키기 위하여 많은 노력들이 경주되었으며, 그 일예로서 도 2의 (가),(나),(다)에 도시된 바와 같이 실제압연을 통하여 얻어진 압연하중 편차를 이용하여 밀상수 보상량을 계산하고 새로 얻어진 밀상수를 롤갭에 반영하여 롤갭의 예측정도를 향상시키고자 한 방법이 제안된 바 있다.

즉, 도 2의 (가)와 같이, 초기두께(H0)를 갖는 소재를 목표두께(H1)로 만들기 위해 소재의 변형저항으로부터 압연하중(P SET)을 계산하고, 이를 해당 압연기의 밀상수(M)를 이용하여 최종적인 롤갭(S0)을 계산한 후 설정시의 초기 소재두께(H1)와 롤갭(S0)이 압연기에 정확하게 설정된 상태에서 압연을 실시한다고할 때 밀상수가 정확하다면 압연기 로드셀에서 얻어진 실제압연하중(P ACT)이 설정계산시 사용된 압연하중(P SET)과 거의 차이를 보이지 않는 반면, (나)에서와 같이 밀상수가 틀릴 경우 실제압연하중(P ACT)이 계산된 압연하중(P SET)이 ㅿP 만큼 차이를 갖게 되므로 실제 목표로 하는 두께(H1)는 H1'이 되어 밀상수 또한 M이 아닌 M'이 되므로 (다)의 도시와 같이 실제압연을 통해 얻어진 M'을 판두께 방향으로 수평이동시킴으로써 실제 압연하중 편차로부터 밀상수를 재조정하도록 한 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 방법 또한 초기 롤갭을 설정하는데에 있어 필요한 밀상수가 정확해야 한다는 전제조건이 성립되어야 하므로 밀상수값을 정확하게 판독 혹은 분석하지 못할 경우에는 정확한 밀상수를 반영할 수 없어 결국 롤갭의 신뢰도를 보장할 수 없다는 단점이 유발된다.

뿐만 아니라, 이와 같은 롤갭 설정에 영향을 미치는 주요 변수인 밀상수값이 정확한지 혹은 부정확한지를 판단할 수 있는 방법이 없어 그 값을 더욱 더 신뢰할 수 없다는 단점에 빠지게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, PLC에서 밀상수값을 자동으로 측정할 수 있도록 하여 측정 소요시간을 단축하고 수동으로 계산하던 밀상수값의 계산을 자동화함으로써 측정된 데이터를 파일 단위로 보관할 수 있게 하여 관리가 용이하게 함은 물론 그 측정값의 정확도를 판별가능하게 하여 신뢰도를 향상시킨 연속식 압연기의 밀상수 자동 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상기한 목적은 연속식 압연롤의 밀상수를 측정하기 위하여 측정지시에 따라 일정시간 주기로 압연롤에 균일한 압하력을 가감하면서 상기 일정시간 주기마다 롤갭과 롤하중을 측정한 데이터를 검출하고 상기 검출된 데이터를 고속으로 수집하는 제1단계와; 상기 수집된 데이터를 밀상수분석기로 전송하고 상기 밀상수분석기에서는 상기 전송된 데이터를 구간별로 분리하는 제2단계와; 상기 구간별로 분리된 각 데이터를 회귀모형에서 사용되는 후술할 회귀계수식에 대입하여 회귀계수를 산출하는 제3단계와; 상기 산출된 회귀계수의 신뢰도를 검증하기 위하여 상기 구간별로 분리된 각 데이터를 후술할 결정계수식에 대입하여 결정계수를 산출하고, 상기 산출된 결정계수가 0.95 이상일때만 상기 산출된 회귀계수를 밀상수로 산정하여 압연롤의 제어에 활용토록 하는 제4단계를 통해 측정함에 의해 달성된다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 측정방법을 설명하기 위한 장치들의 구성블럭도이고, 도 4는 도 3의 개략도로서 하중에 따른 롤갭 변화량을 그래프화하여 이해하기 쉽게 도식화한 도면이다.

도 3 및 도 4에 따르면, 스트립(S)이 통판되는 압연롤은 스트립(S)과 그 상하단면에서 접촉되는 워크롤(W)과, 상기 워크롤(W)을 가압지지하는 백업롤(B)로 구성되며, 상기 백업롤(B)은 이를 지지하는 블럭(35)에 압하력을 주어 워크롤(W)의 롤갭(38)을 조절하는 스크류샤프트(34) 및 모터(M)가 연결설치되고, 상기 모터(M)는 모터제어장치부(30)와 연결되어 제어되며, 상기 모터제어장치부(30)는 압하제어컴퓨터(20)와 연결되어 제어되게 되고, 상기 압하제어컴퓨터(20)는 조작반(10)을 통해 입력된 신호를 수신받아 그 신호처리를 수행하는 PLC와 연결되어 제어되게 된다.

이러한 구성은 통상 제철소의 압연공정에서 압연롤 제어를 위한 설비의 공지된 기술이며, 본 발명에서는 이러한 구성요소들을 적절히 조합하여 특정한 방식으로 제어함으로써 신뢰성있는 밀상수값을 자동으로 계산해낼 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.

이를 위해, 본 발명에서는 백업롤(B)에 가해진 압하력에 따른 롤갭(38)을 롤갭 검출기(32)가 검출하도록 하고, 아울러 로드셀(R)을 통해 가해진 하중을 측정하여 롤 하중 검출기(36)를 통해 롤 하중이 검출되도록 한 다음 이들 검출값이 데이터수집용PLC(40)로 전송될 수 있도록 상호 전기적으로 연결배치하며, 상기 데이터수집용PLC(40)에 저장된 검출값들로부터 밀상수분석기(50)가 정확한 밀상수값을 자동으로 계산해 낼 수 있도록 구성한 것이다.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 측정방법에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 조업 운전자가 조작반(10)에서 밀상수 측정지시를 내리면 PLC에서는 압하제어컴퓨터(20)와 모터제어장치부(30)를 통해 모터(M)를 구동제어함으로써 스크류샤프트(34)를 다운시키게 된다(S11,S12).

스크류샤프트(34)의 다운에 의해 워크롤(W)에는 백업롤(B)에 의한 압하력이 작용되고 이를 로드셀(R)에서 검출하게 되며, 그 검출된 롤 하중이 2000톤 이상인지를 롤하중검출기(36)가 판단하게 된다(S13).

만약, 검출된 롤 하중이 2000톤 이하일 경우에는 스크류샤프트(34)의 다운을 지속시켜 롤 하중이 2000톤 이상이 될 때까지 수행토록 하고, 2000톤 이상이라면 스크류샤프트(34)를 다시 업시킨다(S14).

이때, 스크류샤프트(34)를 업시키는 과정에서 롤갭검출기(32)를 통해 롤갭을 지속적으로 검출하면서 롤하중검출기(36)를 통해 판독된 하중값과 롤갭검출기(32)를 통해 검출된 롤갭값을 일정시간 간격, 예컨대 50~100msec의 간격을 두고 측정한 값을 데이터수집용PLC(40)로 전송시켜 데이터를 수집하게 된다(S15).

수집된 데이터는 밀상수분석기(일명, MMI)(50)로 전송되고, 상기 밀상수분석기(50)에서는 상기 시간단위별 롤하중과 롤갭 데이터를 이용하여 이들 데이터를 구간별로 분리한 다음 하기한 식 1에 의해 회귀계수를 계산하고, 계산된 회귀계수를 이용하여 결정계수를 구하게 된다(S16,S17,S18).

이어, 계산된 결정계수가 0.95 이상이면 그때의 회귀계수를 밀상수값으로 세팅하게 되고, 만약 결정계수가 0.95에 미치지 못하게 되면 최근의 밀상수 실측치중 결정계수가 0.95 이상인 회귀계수를 밀상수로 세팅하도록 함으로써 밀상수의 산출과정이 종료되게 된다(S19,S20,S21).

이와 같은 과정에서 회귀계수를 구하는 방법은 아래와 같다.

회귀계수는 검출된 롤갭값 및 롤하중값을 플로팅함으로써 구할 수 있는 바, 예컨대 도 6의 도시와 같이, 압연기의 탄성곡선(60)으로 표현되며 이 곡선의 기울기가 밀상수값이 되는 것이다.

즉, 상기 탄성곡선(60)을 이용하여 롤갭과 롤하중을 롤하중의 구간 200톤이하(62), 500톤이하(64), 900톤이하(66), 900톤이상(68)의 4그룹으로 구간별 분리하고 각 그룹별로 하기한 식 1의 회귀모형(Y=AX+B)을 산출하는 식으로부터 회귀계수(A,B)를 구할 수 있게 된다.

(식 1)

여기에서, Y는 롤하중, X는 롤갭, A,B는 회귀계수이다.

상기 식 1에서 회귀계수(B)는 상기 회귀식을 1차 직선식으로 표현할 때에 Y절편에 해당하는 것이므로 밀상수 사용시 의미를 상실하게 된다. 따라서, 이 값을 제거한 상태의 회귀계수(A)만이 밀상수로서 의미있는 값을 가지게 된다.

다음에서는 결정계수를 구하는 방법에 대하여 설명한다.

상기 식 1로부터 회귀계수(A)가 산출되면, 회귀모형에 있어서 결정계수를 산출하는 하기한 식 2를 통해 결정계수(R²)를 구할 수 있게 된다.

(식 2)

이렇게 하여 계산된 결정계수는 그 신뢰도를 검증받아야 하는 바, 이것은 곧 상기 밀상수값이 정확한 값인지 아닌지의 신뢰성을 검증받는 것이 된다.

즉, 상기에서 산출된 결정계수값은 통상 0.1~1.0 사이에 존재하게 되고, 특히 결정계수값이 1.0일 경우에는 상기 식 1에서 검출한 밀상수가 실측한 데이터와 100%로 일치하는 것을 의미하므로 본 발명에서는 상기 결정계수값이 0.95이상으로 관리토록 하였으며, 그 미만일 경우에는 밀상수의 실측과정에서 오류나 혹은 이상데이터의 검출로 인한 신뢰성 낮은 값으로 보고 이를 취하지 않는 대신, 결정계수가 0.95 이상으로 산출되었던 기존의 데이터 중 가장 최근의 데이터를 회귀계수식에 대입하여 산출한 회귀계수를 밀상수로 산정하여 압연제어에 활용토록 하게 된다.

[실시예 1]

본 발명의 실시예에서는 결정계수값에 따른 신뢰도 측면을 확인하는 것에 한정하였으며, 결정계수값이 0.95 이상일 때 그 신뢰성이 높아진다는 것을 압하장치에서 실측한 값을 토대로 확인하였다.

즉, 도 7 및 도 8에는 본 발명에서 설명하고 있는 바를 그대로 실측하였는 바, 그때의 결정계수가 0.92일 때와 0.99일 때로 나누어 실측치와 회귀계수를 이용한 이론식간을 비교하여 그래프로 나타내었다.

상기 도면에 도시된 그래프의 비교에서와 같이, 결정계수가 0.95 미만일 경우에는 실측한 값들을 연결한 라인과 회귀에 의해 결정된 직선식과의 오차가 커 그 밀상수값에 대한 신뢰성이 떨어진 반면에, 결정계수가 0.95 이상일 경우에는 실측값과 회귀에 의해 결정된 직선식과의 오차가 거의 없어지면서 이러한 회귀식에 의해 결정된 밀상수값이 상당한 신뢰도를 가짐을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 연속식 압연기의 밀상수를 롤갭과 롤하중으로부터 회귀시켜 자동으로 산출토록 함으로써 밀상수의 측정시간을 단축하고, 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 데이터를 전산화하고 자료축적이 가능하여 관리가 용이하고, 데이터의 활용도를 가일층 향상시킨 장점을 제공한다.

Claims (2)

1. 연속식 압연롤의 밀상수를 측정하기 위하여 측정지시에 따라 일정시간 주기로 압연롤에 균일한 압하력을 가감하면서 상기 일정시간 주기마다 롤갭과 롤하중을 측정한 데이터를 검출하고 상기 검출된 데이터를 고속으로 수집하는 제1단계와;

   상기 수집된 데이터를 밀상수분석기로 전송하고 상기 밀상수분석기에서는 상기 전송된 데이터를 구간별로 분리하는 제2단계와;

   상기 구간별로 분리된 각 데이터를 하기의 회귀계수식에 대입하여 회귀계수를 산출하는 제3단계와;

   상기 산출된 회귀계수의 신뢰도를 검증하기 위하여 상기 구간별로 분리된 각 데이터를 하기의 결정계수식에 대입하여 결정계수를 산출하고 상기 산출된 결정계수가 0.95 이상일때만 상기 산출된 회귀계수를 밀상수로 산정하여 압연롤의 제어에 활용토록 하는 제4단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속식 압연기의 밀상수 자동 측정방법.

   (회귀계수식)

   

   여기에서, 회귀모형은 Y=AX+B와 같이 나타나고, Y는 롤하중, X는 롤갭, A,B는 회귀계수를 말한다.

   (결정계수식)

   
2. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서 산출된 결정계수가 0.95 미만일 경우에는 결정계수가 0.95 이상으로 산출되었던 기존의 데이터 중 가장 최근의 데이터를 회귀계수식에 대입하여 산출한 회귀계수를 밀상수로 산정하여 압연기를 제어토록 하는 제5단계가 부가되는 것을 특징으로 하는 연속식 압연기의 밀상수 자동 측정방법.

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