KR100971982B1 - 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법 - Google Patents

압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속압연 공정에서 압연 강판의 프로필 형상에 따른 압연기의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 종래 단순하게 강판의 크라운량으로 제어하던 형상 제어 방법을 강판의 프로필 형상을 계산하고 이를 정량화하는 방법을 통해 강판 형상을 수치화한 다음, 이를 통해 압연기를 실시간 제어하는 플로우를 제공함으로써 동일한 크라운이면서도 다르게 나타나는 프로필로 인해 발생되는 문제점을 해결하고 판 형상을 개선할 수 있어 고객사의 불만을 해소할 수 있는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 열간 압연 공정에서 프로필 메타를 통해 프로필 곡선을 측정하는 단계; 상기 프로필곡선을 바디부와 엣지부로 분리하여 정량화하는 단계; 상기 정량화 수치에 근거하여 연속압연기를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법을 제공한다.
압연, 크라운, 프로필, 웨지, 바디프로필, 엣지프로필

Description

압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법{Method for controlling the roller through a quantitative analysis of the profile of the rolled material}
도 1은 일반적인 열연강판의 크라운 제어 개념도,
도 2는 일반적인 열연강판의 크라운량을 판정하는 기준도,
도 3은 폭방향 두께프로필의 종류를 나타내는 그림,
도 4는 폭방향 두께 프로필의 정량화도
도 5는 폭방향 두께 프로필을 정량화하기 위한 방법을 나타내는 모식도,
(a) 바디(Body) 크라운 판정방법 - 1
(b) 바디(Body) 크라운 판정방법 - 2
(c) 엣지(Edge) 크라운 판정방법 - 1
(d) 엣지(Edge) 크라운 판정방법 - 2
도 5는 수치화된 폭방향 두께프로필을 이용한 공정제어 플로우도,
도 6은 폭방향 두께프로필 분석을 위한 사용 사례도이다
본 발명은 연속압연 공정에서 압연 강판의 프로필 형상에 따른 압연기의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 종래 단순하게 강판의 크라운량으로 제어하던 형상 제어 방법을 강판의 프로필 형상을 계산하고 이를 정량화하는 방법을 통해 강판 형상을 수치화한 다음, 이를 통해 압연기를 실시간 제어하는 플로우를 제공함으로써 동일한 크라운이면서도 다르게 나타나는 프로필로 인해 발생되는 문제점을 해결하고 판 형상을 개선할 수 있어 고객사의 불만을 해소할 수 있는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열연 강판(12)은 도 1에 도시 된 바와 같이 마무리 압연기(1)를 거치면서 원하는 판 형상을 얻기 위해 프로필미터(10) 또는 쉐이프미터(11)에서 형상을 측정하여 그 신호를 전달하면, 형상 제어 설비인 페어크로스(Pair Cross)(2) 설비와 롤을 굽혀주는 벤딩(3) 설비를 통해 압연과정에서 형상을 제어해 고객이 요구하는 강판(12)의 크라운과 평탄도를 만들게 된다.
이 때 페어크로스란 강판(12)의 상하에서 회전하는 롤이 평행을 이루지 않도록 상하 롤을 상호 엇비슷하게 교차 시키는 것을 의미하며, 벤딩 설비를 통하여 가해지는 벤더력은 롤 양단부에서 강판(12)의 진행방향에 대해 수직방향으로 가해지는 힘을 의미한다.
여기에서 마무리 압연기(1)에서 압연하는 과정에서 발생되는 폭 방향 두께 편차를 크라운이라고 하는데, 이는 통상적인 기준에서 볼 때 도 2에 나타낸 것과 같이 강판(12)의 단면에서 볼 때 강판의 폭 방향 양쪽 끝단부에서 25mm내측 부위의 판 두께의 평균과 폭 방향 중앙부 두께의 차로 정의하고 있다.
즉, 예를 들어 중앙부 두께 2.335mm, 에지에서 25mm지점의 두께 a= 2.301mm, b= 2.311mm일 때, 크라운량은 2.335 - (2.301+2.311) / 2= 0.029mm라고 정의할 수 있다.
하지만 압연하는 과정에서 나타나는 강판(12)의 크라운이 항상 일정하게 나타나지 않는다. 그것은 압연으로 인해 마모되는 롤의 형상, 압하력, 설비 이상 등 다양한 원인으로 인해 계산상으로는 동일한 두께의 크라운이지만 프로필 형상은 크게 다르게 나타나는 경우가 많은 것이다.
즉, 도 3과 같이 크라운 량은 동일하나 프로필이 가장 이상적인 정현파의 모양의 정상 프로필이 있는 반면, 가운데가 평평한 평 프로필 형상, 한 쪽으로 치우친 웨지(Wedge)형 프로필 형상, 가운데 두께가 양쪽 끝단보다 얇은 중파성 프로필 등 다양한 프로필 형상이 있을 수 있다.
이렇게 다르게 나타나는 프로필에 대해 항상 같은 크라운에 의해 제어되는 압연 방법으로는 강판(12)의 압연시 뿐만 아니라, 재압연 시에도 심각한 문제를 발생시킬 소지가 있다.
이런 문제를 해결하기 위한 종래 공개특허(10-2001-64012호)를 보면 열간 압연 중 페어크로스 압연기의 크라운을 고정도로 예측하고 제어하기 위해 크로스 각도를 설정하는 방식이 있는데, 이것은 크라운 프로필에 관계없이 압하 조건과 소성변형모드를 이용해 크라운 값을 예측한 후, 목표 크라운이 나올 때까지 크로스 각도를 반복 변경하여, 목표크라운에 일치되는 크로스 각도를 결정하는 방법이다.
또, 다른 공개특허(10-2001-57425호)의 경우 압연롤의 열팽창을 예측하고 폭 방향의 크라운 량을 제어하기 위해 유도가열장치를 이용, 엣지부의 두께저하로 인한 크라운 량을 제어하는 방식을 제안하고 있다.
또, 다른 공개특허(10-2000-74982호)의 경우 폭 방향으로 균일한 두께를 갖는 소재를 제공하기 위해 다듬질 압연기에서 압연하기 전에 미리 목표크라운을 만족시키기 위한 다듬질 입측 소재의 목표크라운을 설정하고, 제어한 후 그 결과를 계측한다. 계측된 다듬질 압연기의 입측 소재의 두께와 다듬질 압연정보를 이용하여 다듬질 압연설정 시에 계산된 압연하중을 이용하여, 벤더력과 페어크로스 각도를 계산하는 방법이다.
이처럼 종래의 크라운을 이용한 제어방법 특허에서는 대부분 크라운 량의 정밀한 측정 및 제어를 통한 고정밀 제어방식에 대한 제안은 많았지만, 프로필 계측 전체를 이용한 제어방식은 없었다.
특히 최근에 이렇게 압연된 강판(12)을 재압연할 경우 열연 강판(12)의 프로필 이상에 의한 품질 불량에 대해 불만 제기가 높아짐에 따라 크라운 량이 아닌 프로필 자체에 대한 관리 필요성이 급증하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 각 소재조건 즉, 강종이나 두께, 폭에 따라 나타나는 크라운 프로필 형상을 계산을 통해 수치로 정량화하여 전통적인 크라운 제어 개념인 량 측면의 압연기 제어를 판 형상 위주의 프로필 제어의 개념으로 변경하고, 이를 통해 최적 형상의 압연 강판을 제조할 수 있게 한 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 열간 압연 공정에서 프로필 메타를 통해 프로필 곡선을 측정하는 단계와; 상기 프로필곡선을 바디부와 엣지부로 분리하여 정량화하는 단계; 상기 정량화 수치에 근거하여 연속압연기를 제어하는 것을 특징으로 하는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법을 제공한다.
또한, 정량화하는 단계는 판단범위 내에서 기울기의 부호의 변화와 센터부 저점에서 각각의 2개의 극대점의 차로부터 중파성 프로필로 판정하는 단계와; 판단범위를 5균등분 한 상태에서 가운데 영역 크라운 값 표준편차가 일정상수보다 작으면 작으면 평 크라운으로 판정하는 단계와; 판단범위 내에서 엣지로부터 15mm 지점의 값과 극대점의 연장선과 이루는 면적으로부터 웨지(Wedge)로 판정하는 단계와; 4차 및 2차 회귀식과 양 식의 교점의 연장선과 이루는 면적으로 엣지 드롭 또는 어깨로 판정하는 단계와; 4차 회귀식의 엣지에서 내측으로 Data의 차로부터 엣지 업 또는 어깨로 판정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
먼저 압연 후 열연강판의 폭방향 두께를 측정하는 프로필메타(Profilemeter)(10)와 평탄도를 측정하는 계측기(Shapemeter)(11)에서 나오는 정보를 이용해 강판(12)의 프로필 모양을 수치로 정량화한다.
이를 위해 프로필메타(10)에서 나오는 열연강판(12)의 프로필 형태를 분석해 보면, 도 4와 같이 폭방향 두께에 따라 바디(Body)부 형상을 나타내는 크라운 프로필과, 엣지(Edge)부 형상을 나타내는 엣지 프로필로 구분할 수 있다.
크라운 프로필은 정상프로필, 평 프로필, 웨지부 프로필, 중파성 프로필로 세분화할 수 있고, 엣지 프로필은 정상프로필, 엣지 드롭 프로필, 어깨 프로필, 엣지 업 프로필로 세분화하여 각각의 경우를 조합함으로써 열연강판의 프로필을 모두 정량화할 수 있다.
각각의 조합은 예를 들어 엣지부에 엣지 드롭이 있고 바디부가 평크라운이면, 즉, 엣지드롭 = 25 그리고, 평크라운 = 100이면, 프로필 값 = 100(바디부) + 25(엣지부) = 125로 표시한다.
여기서 계측된 프로필 형상을 이용하여 판단하는 방법을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
바디(Body)부에 대한 판단은 중파성 프로필인 경우에 판정하는 방법은 도 5의 (a)에서와 같다.
판단범위 x1~x2 사이에서 ①~④까지 기울기의 부호가 몇 번 변화했는지 회수를 카운트한다. 기울기의 부호의 변화가 2회 이상 변화하면 일단 중파성으로 생각할 수 있다.
이 때 판단범위 x1은 구동측에서 내측으로 75mm 지점이며, x2는 운전측에서 내측으로 75mm지점이다. 바디부의 크라운 형태 예측 지점을 75mm으로 한 이유는 엣지부의 어깨나 엣지 업 발생 위치가 통계적으로 75mm에서 발생하기 때문이다.
판단범위 x1~x2사이 센터부 저점에서 각각의 2개의 극대점의 차를 w1,w2라 정의할 때, (w1*w2)^(1/2)값을 계산하여 이 값이 상수1보다 크면 중파로 판정하고, 상기의 값이 상수1보다 작으면 평 크라운으로 판정한다.
한편 프로필 판정방법에서 사용한 상수 값은 바디부와 엣지부 각각의 경우에 대해 정상적인 경우와 비교하여 평균치 차가 발생할 수 있는 값을 적용하였다. 즉, 상수1의 경우, 중파성으로 판정한 경우의 (w1*w2)^(1/2)의 값과 평 크라운으로 판정한 (w1*w2)^(1/2)값의 평균치에 대해 분산분석을 실시한 후, 유의한 차가 나타나는 값을 임의의 상수 값으로 정의한다. 기타의 상수도 동일한 방법으로 결정한다.
바디부의 두 번째 판단방법으로는 주로 평프로필을 대상으로 한 것으로서 도 5의 (b)와 같다.
판단범위 x1~x2를 5등분한다. ⓒ영역의 크라운 값 표준편차를 계산해 그 값이 상수2보다 작으면 평 크라운으로 판정한다.
판단범위 x3~x4에서 x3에서의 값에서 x4에서의 값을 뺀 값의 절대치가 10㎛보다 크고 ⓐ면적/ⓔ면적의 비가 상수3보다 크거나 상수4보다 작으면 웨지(Wedge)로 판정한다.
또한, ⓑ면적/ⓓ면적의 비가 상수3보다 크거나 상수4보다 작으면 웨지(Wedge)로 판정한다.
이 때 x3는 구동측에서 내측으로 15mm 지점이며, x4는 운전측에서 내측으로 15mm지점이다. 크라운 회귀식에서 크라운 실적치를 기준으로 작성할 때, 실적치의 최엣지부의 실적은 오차값이 발생하기 쉽다. 그래서, 회귀식에 영향을 주는 10mm지점의 실적을 제외한 지점(15mm)을 기준으로 하여 폭방향 좌우의 두께편차를 판정하 게 된다.
한편, 웨지 판정 시에 형상에 따라 두 면적의 비 즉,ⓐ면적/ⓔ면적의 비가 다르지만 엣지부의 두께가 같은 경우가 발생하기 때문에 엣지부의 두께 편차를 판정하는 것이 필요하다. 그러므로 두 면적비가 다른 경우에 대해 엣지부의 두께를 비교하면 최소 10㎛정도의 값을 갖게 됨으로 웨지 판정 시에는 판정의 적합성을 위해 두가지를 같이 판정하는 것이 필요하다.
이어서 엣지 프로필의 판정은 도 5의 (c)에서와 같이 한다.
4차식에서의 결과에서 다시 2차식으로 회귀한 결과의 차에 대한 표준편차가상수5보다 작으면 Normal 크라운으로 판정한다.
2차식과 4차식의 구동측 교점을 구해 교점에서 2차식이 차지하는 면적을 ⓐ라 하고, 4차식이 차지하는 면적을 ⓐ+ⓑ라 할 때, 2차식 면적에 대한 4차식 면적 즉, ⓐ/(ⓐ+ⓑ)가 상수6보다 작으면 엣지드롭(Edge Drop)으로 판정한다.
동일한 방법으로 2차식과 4차식의 운전측 교점을 구해 교점에서 2차식이 차지하는 면적을 ⓒ라 하고, 4차식이 차지하는 면적을 ⓒ+ⓓ라 할 때, 2차식 면적에 대한 4차식 면적 즉, ⓒ/(ⓒ+ⓓ)가 상수6보다 작으면 엣지드롭으로 판정한다.
그러나, 구동측 교점이나 운전측 교점이 엣지로부터 30mm보다 작은 위치에 있으면 엣지드롭(Edge Drop)으로 판정하지 않는다.
그것은 크라운 판정기준이 엣지에서 25mm를 기준으로 하고 있고 도 7에서와 같이 30mm 이내인 경우, 극엣지 부분이 되어 대부분의 경우, 2차식 면적에 대한 4차식 면적 즉, ⓒ/(ⓒ+ⓓ)가 상수6보다 항상 크게 나타나 엣지드롭의 판정의미가 없어지게 되기 때문이다.
또한, ⓐ/(ⓐ+ⓑ)와 ⓒ/(ⓒ+ⓓ)의 부호가 (-)이면 어깨가 발생한 것으로 판정하고, ⓐ/(ⓐ+ⓑ) 및 ⓒ/(ⓒ+ⓓ)가 상수9보다 클 경우에도 어깨로 판정한다.
이어서, 엣지 프로필 판정 두번째 방법은 도 5의 (d)와 같다.
4차식의 엣지에서 내측으로 x1까지 Data를 측정하여 차례로 감하고, 즉,
(a1-a2),(a2-a3),(a(j-1)-a(j)),....와 같이 하여 양의 값을 가지는 횟수가 상수7 이상이면 엣지 업(Edge Up)으로 판정하고, 이 때에도 x1까지의 표준편차가 상수8보다 작으면 어깨로 판정한다. 운전측도 동일하게 판정한다.
위와 같은 방법을 통해 파악된 프로필 판정값을 도 4에 의해 정량화된 프로필 수치로 만든 후, 판정된 수치를 이용한 압연기 제어 플로우를 도 6을 통해 설명하면 다음과 같다.
프로파일 메타(10)를 통해 얻은 프로필 값을 압연 제어 컴퓨터(미도시)에서 프로필 판정방법에 의해 프로필 수치를 얻은 후(51), 우선 바디 프로필이 정상(52)인지 확인하여 정상이면 엣지 프로필이 정상(59)인지 확인하고, 역시 정상이면 현재 조합값 대로 압연 작업(66)을 진행하게 된다.
그런데 바디 프로필이 비정상(52)이면 우선 평프로필(프로필 수치100)인지 확인(53)하고 평 프로필로 확인되면 후단 페어크로스를 하향(54)하고, 이후 엣지 프로필을 확인(59)하게 된다. 이때 후단 판단의 기준 압연기는 4호 압연기를 기준으로 한다.
그러나, 평 프로필이 아니면 웨지 프로필(프로필 수치 300)인지 확인(55)하고, 웨지 프로필이면 전단 페어크로스를 상향(56)하고, 엣지 프로필을 확인(59)한다.
또한, 웨지 프로필도 아니면 중파성 프로필(프로필 수치 200)로 판정(57)하고 후단 페어크로스를 하향(58)한 후, 엣지 프로필을 확인(59)한다.
위 방법을 통해 바디 프로필의 확인(52,53,55,57)이 끝나면 엣지 프로필을 확인(59)하는데, 이때 엣지 프로필이 비정상이면 우선 엣지 드롭(프로필 수치 25) 여부를 확인(60)하고, 엣지 드롭이면 전단 롤 벤딩량을 상향하고 후단 페어크로스를 하향(61)하여 바디 프로필의 제어값과 조합해서 압연기 제어(66)를 시작한다.
그러나, 엣지 드롭이 아니면 어깨 프로필(프로필 수치 50)인지 확인(62)하고, 어깨 프로필이면 후단 페어크로스를 하향(63)하고, 바디 프로필 제어량과 조합해 압연기를 제어(66)한다.
또한, 어깨 프로필이 아니면 엣지 업 프로필(프로필 수치 75)로 판정(64)하고 후단 페어크로스를 하향(65)하여 바디 프로필 제어량과 조합해 압연기를 제어(66)한다.
상기 압연기 제어(66)를 마친 후 연속 압연일 경우 소재 프로필 계산(51)으로 돌아가 작업 플로우를 처음부터 다시 시작함으로써 연속압연 공정에서 프로필 불량을 최소화할 수 있다.
도 7은 상기와 같은 플로우를 실제 적용한 적용사례도이다.
도 7은 동일 강종(CT590, JS-SPFH590, 내수용 또는 수출용에 따라 표시만 다름)에 유사한 두께 234~264(단위10㎛)에 대하여 실시한 결과로서 (a)는 크라운 34 에 프로필 125이므로 평프로필에 에지드롭이 있는 형태이며, (b)는 크라운 40에 프로필 125이므로 (a)와 대비할 때 크라운이 증가된 상태로 파악되고, (b)의 엣지부 드롭을 방지하기 위해 4번 압연기 페어크로스 각도를 0.74도에서 0.52로 하향하면, (c)와 같이 크라운 64에 프로필 100으로 변화한다.
(c)는 엣지드롭은 없어졌으나, 프로필은 아직 평프로필이므로, 평프로필을 제거하기 위해 1번 압연기 벤더력을 85톤에서 106톤으로 상향하여 프로필을 체크한 결과 (d)와 같이 크라운 50에 프로필 0, 즉 정상적인 프로필 형상을 얻게 되는 것이다.
본 발명을 통해 정형화된 프로필 값을 가지고 공정 제어 플로우를 따라 설정 조건을 변경해 작업하여 프로필을 정상화시킴으로써, 종래 양적인 크라운의 제어방법에서 프로필의 형상자체를 제어함으로써 정확한 제어가 가능하고, 품질향상에 크게 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 열간 압연 공정에서 프로필 메타를 통해 프로필 곡선을 측정하는 단계;
    상기 프로필곡선을 바디부와 엣지부로 분리하여 정량화하는 단계;
    상기 정량화 수치에 근거하여 연속압연기를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 정량화하는 단계는 판단범위 내에서 기울기의 부호의 변화와 센터부 저점에서 각각의 2개의 극대점의 차로부터 중파성 프로필로 판정하는 단계와, 판단범위를 5균등분 한 상태에서 가운데 영역 크라운 값 표준편차가 일정상수보다 작으면 평 크라운으로 판정하는 단계와, 판단범위 내에서 엣지로부터 15mm 지점의 값과 극대점의 연장선과 이루는 면적으로부터 웨지(Wedge)로 판정하는 단계와, 4차 및 2차 회귀식과 양 식의 교점의 연장선과 이루는 면적으로 엣지 드롭 또는 어깨로 판정하는 단계와, 4차 회귀식의 엣지로부터 내측 Data의 차로부터 엣지 업 또는 어깨로 판정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속압연기를 제어하는 단계는 바디 프로필을 판정하는 단계에서 평프로필이면 후단페어크로스를 하향(54)하고, 웨지 프로필이면 전단 페어크로스를 상향(56)하며, 중파성 프로필이면 후단페어크로스를 하향(58)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속압연기를 제어하는 단계는 엣지 프로필을 판정하는 단계에서 엣지 드롭이면 전단 롤 벤딩을 상향하고 후단페어크로스를 하향(61)하고, 어깨 프로필이면 후단페어크로스를 하향(63)하며, 엣지 업 프로필이면 후단페어크로스를 하향(65)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 소재의 프로필 정량화를 통한 압연기 제어 방법.
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