KR100900632B1 - 압연롤 파손 검출 장치 - Google Patents

Abstract

1. 발명의 목적

본 발명은 열간압연 중에 롤 절손, 균열(CRACK), 표피 박리(SPALLING) 등이 발생할 경우, 이를 조기에 검출하여 롤파손에 의한 사고의 파급을 최소화할 수 있는 압연롤의 파손 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.

2. 목적을 달성하기 위한 구성수단

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 압연롤의 파손 검출 장치는 압연기를 구동시키는 압연모터의 전류와, 압연중 발생하는 압하력을 상시 감시하여, 롤파손으로 전류 또는 압하력이 정상압연 패턴을 벗어나 비정상적인 패턴으로 가면 롤파손으로 검출하여 운전자에게 경보를 발신함과 동시에 전체의 연속열간압연기를 비상정지시키도록 구성되는 것을 기술적요지로 한다.

3. 발명의 효과

상기 구성에 의해, 본발명은 롤 파손을 실시간으로 감시하고, 이를 운전자에게 알려줌과 동시에, 파손이 한계조건이상 진행한 경우 설비를 비상정지시킴으로서, 사고 파급 효과를 최소화시킬 수 있다.

압연롤, 모터전류, 압하력(ROLL FORCE), 절손, 표피박리, 경보

Description

압연롤 파손 검출 장치 {APPARATUS FOR DETECTING BREAKAGE OF ROLL}

도 1은 연속 열간 압연 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도 2는 압연롤에서 발생되는 파손 종류를 보인 도면이다.

도 3은 본 발명의 압연롤 파손 검출 장치를 도시한 블럭구성도이다.

도 4는 본 발명에 의한 장치에 구비된 데이타 샘플링부의 상세 구성도이다.

도 5a ~ 도 5c는 압연롤이 정상인 경우와 파손이 발생된 경우 모터전류 및 압하력의 실제 변화상태를 보인 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 소재 진입 검출부

20 : 제1 롤 이상 검출부

30 : 전류변화량 측정부

40 : 제2 롤 이상 검출부

50 : 압하력 변환량 측정부

본 발명은 열간압연공정의 압연롤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압연롤의 파손을 조기에 검출하여 적절하 조취가 가능하도록 함으로서, 롤파손발생에 의한 압연사고의 파급을 최소화한 압연롤 파손 검출 장치에 관한 것이다.

열간 압연 공정은 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 압연스탠드(F1 ~ FN)를 통해 소재(3)의 두께를 단계적으로 감소시킴으로서 최종 목표 두께의 소재로 압연하는 공정으로서, 상기 다수의 압연스탠드(F1 ~ FN)은 압연소재(3)와 접촉하여 회전하는 상하부 압연롤(1,1')과 상기 압연롤(1,1')의 상하부에서 소정의 압하력을 제공하는 상하부 보조롤(2,2')로 구성된다.

그리고, 이러한 압연 공정중 압연소재(3)와 압연롤(1,1'), 압연롤(1,1')과 보조롤(2,2')간에 상호마찰로 인하여, 엄청난 양의 열, 충격, 힘, 스트레스가 발생한다. 그렇기 때문에 압연중에는 롤의 표면에 상시 냉각수를 분사시켜 롤을 안정시켜주지만, 간혹 압연롤의 재질불량, 열처리불량, 메이커제작불량, 과다한 압연여건에 의한 롤의 피로누적 등으로 도 2의 (a)와 같은 롤의 절손, 도 2의 (b)와 같은 균열(crack), 도 2의 (c)와 같이 표피의 일부가 떨어져 나가는 표피박리(spalling) 등의 파손 현상이 발생한다.

이러한 압연롤의 파손 상태를 운전자는 인지할 수 없으며, 종래에는 압연롤의 파손 상태를 검출할 수 있는 어떠한 수단도 제공되어 있지 않기 때문에, 압연롤이 파손된 상태에서 압연은 계속이루어지게 되면, 그 결과 롤파손현상이 점차로 확대되어, 결국은 대형 압연 사고로 연계되고, 따라서, 사고 복구 수습이 상당히 난 이하고 복잡하게 되거나, 때에 따라 장시간의 생산휴지가 발생한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 연속 열간 압연기에 있어서 롤의 각종 파손 상태를 즉시 감지할 수 있어 롤 파손에 의한 압연 사고 파급 효과를 최소화시키고 대형압연사고의 발생을 방지할 수 있는 압연롤 파손 검출 장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 압연롤 파손 검출 장치는 압연기로의 소재 진입여부를 검출하는 소재 진입 검출부와, 상기 소재 진입 검출부의 검출결과를 참조하여, 통판중인 경우와 소재가 없는 경우의 압연기의 모터전류 변화량을 검출하고, 상기 모터전류 변화량이 설정값이상인 경우 롤 이상 경보신호 및 압연기 비상정지신호를 출력하는 제1 롤 이상 검출부와, 상기 제1 롤 이상 검출부에서 검출된 모터 전류 변화량의 최대값을 저장 출력하는 전류변화량 측정부와, 상기 소재 진입 검출부의 검출결과를 참조하여, 통판중인 경우와 소재가 없는 경우의 압연기의 압하력 변화량을 검출하고, 상기 압하력 변화량이 설정값 이상인 경우 롤 이상 경보신호 및 압연기 비상정지신호를 출력하는 제2 롤 이상 검출부와, 상기 제2 롤 이상 검출부에서 검출된 압하력 변화량의 최대값을 저장 출력하는 압하력변화량 측정부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 압연롤 파손 검출 장치의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 압연롤 파손 검출 장치를 도시한 것으로서, 압연기로의 소재 진입여부를 검출하는 소재 진입 검출부(10)와, 상기 소재 진입 검출부(10)의 검출결과를 참조하여, 통판중인 경우와 소재가 없는 경우의 압연기의 모터전류 변화량을 검출하고, 상기 모터전류 변화량이 설정값이상인 경우 롤 이상 경보신호 및 압연기 비상정지신호를 출력하는 제1 롤 이상 검출부(20)와, 상기 제1 롤 이상 검출부(20)에서 검출된 모터 전류 변화량의 최대값을 저장 출력하는 전류변화량 측정부(30)와, 상기 소재 진입 검출부(10)의 검출결과를 참조하여, 통판중인 경우와 소재가 없는 경우의 압연기의 압하력 변화량을 검출하고, 상기 압하력 변화량이 설정값 이상인 경우 롤 이상 경보신호 및 압연기 비상정지신호를 출력하는 제2 롤 이상 검출부(40)와, 상기 제2 롤 이상 검출부(40)에서 검출된 압하력 변화량의 최대값을 저장 출력하는 압하력변화량 측정부(50)로 구성된다.

상기와 같은 압연롤 파손 검출 장치는 열간 압연 공정의 각 압연스탠드(F1~FN) 별로 설치되어, 각각 동작하며, 그 동작 및 구성은 동일하다.

상기 압연롤 검출 장치는 소재를 직접적으로 압연하는 압연롤(1,1')과, 상기 압연롤(1,1')을 받혀주는 보조롤(2,2')의 압하력을 검출하고, 일정량 이상의 압하 력을 검출시 소재 진입 신호에 따라 압연기 구동 모터의 전류값을 포함한 각종 신호를 입력받아 부하전류량과 압하력이 설정값 이상일 경우 롤 파손으로 검출하는 것이다.

그 상세한 동작은 다음과 같다.

상기 장치는 압연기별 구동모터(도시생략)의 부하 전류량의 피드백값(S1)과, 압연기 별 압하력(S2), 압연기별 소재진입신호(S3) 및, 최초 압연스탠드(F1) 입측의 소재 진입 신호(S4)를 입력받아, 단위시간(즉, 샘플링주기)당 전류변화량(DI) 및 압하력 변화량(DP)을 체크한다.

상기에서, 부하 전류량의 피드백신호(S1)는 압연기별 구동모터의 부하전류를 피드백하여 인출하고, 압하력(S2)는 압연기별로 설치된 로드셀(도시생략)를 통해 검출하고, 상기 압연기별 소재진입신호(S3)는 소재 진입 검출부(10)에서 해당 압연기의 현재 압하력을 소재진입시의 압하력 설정량과 비교하여, 압하력 설정치보다 큰 경우 소재진입으로 판단함으로서 발생되는 것이다.

그리고, 단위시간당 전류변화량(DI) 및 압하력 변화량(DP)는 제1 롤 이상 검출부(20)와 제2 롤 이상 검출부(40)의 데이타 샘플링부(I12, P12)에 의하여 체크된다.

도 4는 상기 데이타샘플링부(I12,P12)의 상세 구성을 보인 것으로서, 상기 데이타샘플링부(I12,P12)는 데이타의 샘플링 주기마다 클럭신호를 발생되는 샘플링 신호와 자신의 출력신호를 배타적 논리합하여 샘플링 주기마다 온/오프가 반복되는 펄스신호를 출력하는 배타적오어게이트(401)와, 상기 배타적오어게이트(401)의 출 력펄스를 반전시키는 인버터(402)와, 상기 배타적오어게이트(401)로부터 인가된 펄스신호에 따라, 온레벨 구간에서의 입력데이타를 저장하는 제1버퍼(403)와, 상기 인버터(402)를 통해 인가된 펄스신호를 입력받아, 온레벨구간에서의 입력데이타를 저장하는 제2버퍼(404)와, 상기 제1,2버퍼(403,404)의 저장데이타를 감산하여 편차를 출력하는 감산기(405)로 이루어진다.

상기를 참조하여, 데이타 샘플링 동작을 설명하면, 상기 각각의 데이타 샘플링부(I12, P12)는 피드백 부하전류(S1), 압하력 검출신신호(S2)를 입력받아 샘플링 주기마다 이전 값과 현재 값의 차이를 검출하는 것으로, 배타적오어게이트(exclusive OR gate)(401)은 샘플링 주기의 클럭신호를 자신의 출력신호와 배타적으로 논리합한다. 상기 배타적 오어게이트(401)는 두 입력신호가 서로 다른 상태(1,0)일때 1을 출력하고, 두 입력신호의 상태가 동일할때(1,1 또는 0,0) 0을 출력하는 것으로, 따라서, 샘플링 주기마다 로우, 하이 상태가 바뀌는 펄스신호를 출력한다.

상기 배타적 오어게이트(401)의 출력 신호는 제1버퍼(403)을 제어함과 동시에, 인버터(402)를 통해 위상반전된 후 제2버퍼(404)를 제어하게 된다.

즉, 제1,2버퍼(403,404)는 각각 하이레벨의 제어신호가 들어올때의 입력데이타를 저장하는 것으로, 상기 제1,2버퍼(403,404)는 샘플링 주기에 따라 교대로 입력데이타를 저장하게 된다.

즉, 제1버퍼(403)가 샘플링타임 n번째의 입력데이타를 저장하면, 제2버퍼(404)는 다음 샘플링 주기(n+1)의 입력데이타를 저장한다.

그리고, 상기 제1,2버퍼(403,404)의 저장데이타는 감산기(405)로 입력되어 그 편차가 출력된다.

이러한 작용에 의하여, 데이타샘플링부(I12, P12)는 각각 샘플링주기마다 현재와 이전의 압하력/부하전류의 편차를 출력한다.

압연롤의 상태가 정상인 경우, 모터전류 변화량(DI)과 압하력 변화량(DP)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 통판중인 전 구간에서 일정범위내의 안정된 변화를 나타낸다.

그러나, 압연롤에 절손 또는 균열(CRACK) 또는 표피박리(SPALLING) 등의 파손이 나타난 경우에는, 전류 및 압하력의 난조에 의해, 상기 모터전류 변화량(DI)과 압하력 변화량(DP)의 변화 폭이 증가된다. 도 5b는 압연스탠드의 보조롤에 표피박리현상이 나타난 경우의 모터전류 변화량(DI)과 압하력 변화량(DP)를 압연진행 시간별로 보낸 것으로서, 표피박리현상이 나타나기 시작하는 시점에서 모터전류 변화량(DI) 및 압하력 변화량(DP)에 헌팅이 심하게 발생되는 것을 알 수 있다.

더하여, 도 5c는 롤이 파손된 상태에서 적절한 조취없이 계속 압연을 진행할 경우, 공정 진행에 따른 모터전류 변화량(DI) 및 압하력 변화량(DP)를 측정하여 도시한 것으로서, 통판 여부에 관계없이 전구간에서 헌팅이 심하게 발생하며, 사고 발생 시점(T2)의 직전에는 제어계 전류 리미트가 3회 동작하였으나, 결국 사고로 연계되었다. 따라서, 본 발명은 모터전류 변화량(DI) 및 압하력 변화량(DP)을 체크하여, 헌팅발생시 롤 파손으로 판단하여 운전자에게 알리고, 상기 변화량이 설정치 이상인 경우에는 전체 압연 설비를 정지시켜, 사고가 발생되지 않도록 하는 것이 다.

그 과정을 더 상세하게 설명하면, 상기와 같이, 데이타샘플링부(I12, P12)로부터 출력된 편차는 절대값변환부(I13, P13)에서 각각 절대치로 변환된 후, 비교기(I15,I19,P15,P19)에서 각각의 설정치와 비교된다. 여기서, 비교기(I15,P15)는 소재가 통판중인 경우 이상범위 설정값과 비교하고, 비교기(I19,P19)는 소재가 압연기를 완전히 통과한 후의 이상범위 설정값과 비교한다.

그리고, 최초 압연스탠드(F1)의 입측에 설치된 소재검출기(F1)로부터 인가되는 소재검출신호(S4)와, 각 압연기별로 통판중인지를 검출하는 소재진입검출부(10)로부터 출력된 통판신호(S3)는 각각 제1 롤 이상 검출부(20)와 제2 롤 이상 검출부(40)로 인가되는데, 보통 압연기에 소재가 진입되거나 빠져나갈 때에는 압연기모터의 전류 및 압하력이 급변하게 되며 이를 롤 이상으로 오검출하지 않도록, 상기 제1,2 롤 이상 검출부(20,40)는 해당 압연기에 소재가 진입하기 직전과 소재가 빠져나간 직후에 롤이상체크를 하지않기 위해, 앤드게이트(I4, P4)와 타임딜레이(I5,P5)를 통해 상기 소재 진입 신호(S3, S4)가 동시에 인가된 시점부터 소정 시간(급변구간을 통과할 때까지) 동안 인터록을 구성하여, 소정 시간 후에 롤 이상 체크가 이루어지도록 한다.

상기 비교기(I15,I19,P15,P19)는 각각 모터전류 변화량(DI)과 압하력 변화량(DP)이 설정된 값보다 크면, 하이레벨을 출력한다.

따라서, 앤드게이트(I6,I20,P6,P20)에 의해, 소재진입후 소정시간이 경과하고, 변화량이 설정치보다 크다는 앤드조건을 만족할 경우, 오어게이트(I7,P7)로 통 판중 이상신호 또는 통판이 아닌 경우의 이상신호를 발생시킨다.

상기 오어게이트(I7,P7)은 통판중이거나 소재가 없는 경우의 이상신호가 하나라도 발생되면 롤 이상신호를 출력하고, 이는 검출결과에 대한 신뢰를 높이기 위해 타임딜레이(I8, P8)에 의해 일정시간(예를 들어, MER 0.2초정도)동안 홀딩 된후, 그 후에도 계속 이상상태라면, 앤드게이트(I9,P9)로 이상신호를 출력한다. 상기 앤드게이트(I9,P9)는 압연기가 운전중일 경우에만 상기 롤 이상 신호에 따라 롤 이상 경보(I10,P10) 및 압연기 비상 정지신호(I31,P31)를 출력한다.

한편, 상기 절대값변환기(I13,P13)로부터 출력되는 모터전류 변화량(DI)과 압하력 변화량(DP)의 절대값은 제1,2버퍼(I26,P26)으로 입력되는데, 상기 제1,2버퍼(I26,P26)는 제어단자로 온신호가 인가될때, 입력된 변화량 절대값을 보관하고, 리셋신호에 의해 보관된 데이터는 리셋시킨다.

그리고, 상기 변화량 절대값은 비교기(I24,P24)로 인가되어, 제1,2버퍼(I26,P26) 각각의 출력값과 비교되고, 상기 비교기(I24,P24)는 입력된 변화량 절대값이 제1,2버퍼(I26,P26)의 출력보다 클 경우, 상기 제1,2버퍼(I26,P26)의 온제어신호를 인가한다. 따라서, 상기 제1,2버퍼(I26,P26)에는 검출된 모터전류 변화량(DI)과 압하력 변화량(DP)들 중에서 큰 값만이 저장된다.

그리고, 상기 제1,2버퍼(I26,P26)에 보관된 데이타는 각각 모터전류 최대 변화량과 압하력 최대변화량으로 출력된다.

그리고, 앞서 설명한 바와 같이, 소재가 진입하거나 빠져나간 후 소재 시간동안은 모터전류 및 압하력이 급변하는 것이 정상이기 때문에, 이때의 값이 저장되 지 않도록, 앤드게이트(I25, P25)에서 소재 진입 또는 진출시점부터 소정 시간동안 발생되는 상기 인터록 신호를 체크하여, 이때에는 제1,2버퍼(I26,P26)의 동작을 정지시킨다.

따라서, 상기와 같이 출력되는 모터전류 최대변화량과 압하력 최대변화량을 참고하여, 소재통판중인 경우의 이상판단 기준값(I14,P14)와 통판상태가 아닌 경우의 이상 판단 기준값(I18,P18)의 값을 최적으로 설정할 수 있다.

또한, 실제로 압연롤에 이상현상이 생겼을 경우의 모터전류와 압하력의 최대 변화량을 알 수 있게 됨으로서, 실제 공정에서 이상발생시의 변화량을 알 수 있고, 이는 차후 최적의 설정 및 원인 분석 데이타로서 활용이 가능하다.

더하여, 상기 제1더미신호(I21)는 새로운 데이타 샘플링작업시 제1,2버퍼(I26,P26)에 보관된 최대값을 리셋하는 기능으로, 사용자가 필요시 인가한다. 그리고, 제2더미신호(I22)는 샘플링 데이타 패턴을 사용자가 설정하기 위한 것으로서, 압연기에 소재가 통판중일 때나, 소재가 없는 때를 선택할 수 있다.

즉, 제2더미신호(I22)가 온되면, 앤드게이트(I28,I29,P28,P29)에 의해서, 압연소재가 통판중일 때의 변화량 최대값이 샘플링되고, 제2더미신호(I22)가 오프되면, 통판중이 아닌 때의 최대 변화량이 샘플링된다.

따라서, 본 발명에 의한 압연롤 파손 검출 장치는 압연롤의 파손 여부 뿐만 아니라, 실제 파손시의 모터전류 및 압하력의 변화량을 검출할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 열간 압연공정에서 압연롤의 파손 발생시 이를 조기 검출하여, 운전자에게 경고해 줌으로서 운전자가 파손을 인지할수 있게 해줌과 동시에, 파손상태가 위험상태에 도달하면 전체 열간 압연 설비를 비상 정지시켜 운전자가 파손현상을 인지하지 못한 상태에서 계속 압연 함에 따른 사고파급효과를 최소화시키고, 그 결과 대형 설비 사고 유발을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명은 각 압연기별 압연 소재 통판 중 또는 압연 소재가 없을 경우의 정상압연시의 압하력과, 압연기 구동모터의 전류 최대 변화량을 샘플링함으로서, 압연롤 파손 검출에 있어서 최적의 파손 판정 기준값 설정을 가능하고 하고, 그 결과 롤 파손 판정 기준값 설정 오류에 의한 오동작을 방지할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 압연기로의 소재 진입여부를 검출하는 소재 진입 검출부와,

   상기 소재 진입 검출부의 검출결과를 참조하여, 통판중인 경우와 소재가 없는 경우의 압연기의 모터전류 변화량을 검출하고, 상기 모터전류 변화량이 설정값이상인 경우 롤 이상 경보신호 및 압연기 비상정지신호를 출력하는 제1 롤 이상 검출부와,

   상기 제1 롤 이상 검출부에서 검출된 모터 전류 변화량의 최대값을 저장 출력하는 전류변화량 측정부와,

   상기 소재 진입 검출부의 검출결과를 참조하여, 통판중인 경우와 소재가 없는 경우의 압연기의 압하력 변화량을 검출하고, 상기 압하력 변화량이 설정값 이상인 경우 롤 이상 경보신호 및 압연기 비상정지신호를 출력하는 제2 롤 이상 검출부와,

   상기 제2 롤 이상 검출부에서 검출된 압하력 변화량의 최대값을 저장 출력하는 압하력변화량 측정부를 포함하고,

   상기 제1,2롤 이상 검출부는

   데이타의 샘플링 주기마다 클럭신호를 발생되는 샘플링 신호와 자신의 출력신호를 배타적 논리합하여 샘플링 주기마다 온/오프가 반복되는 펄스신호를 출력하는 배타적오어게이트(401)와,

   상기 배타적오어게이트(401)의 출력펄스를 반전시키는 인버터(402)와,

   상기 배타적오어게이트(401)로부터 인가된 펄스신호에 따라, 온레벨 구간에서의 입력데이타를 저장하는 제1버퍼(403)와,

   상기 인버터(402)를 통해 인가된 펄스신호를 입력받아, 온레벨구간에서의 입력데이타를 저장하는 제2버퍼(404)와,

   상기 제1,2버퍼(403,404)의 저장데이타를 감산하여 편차를 출력하는 감산기(405)를 포함하여,

   각각 압연롤 구동모터의 모터전류 또는 압하력의 단위시간당 변화량을 검출하는 것을 특징으로 하는 압연롤 파손 검출 장치.

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