쌍롤식 박판주조 공정은 냉각되고 있는 한 쌍의 주조롤과 한 쌍의 에지댐에 의하여 형성되는 공간에 용강공급 노즐로 용강을 공급하여 용강풀의 높이를 일정하게 유지시키고, 주조롤을 마주보는 방향으로 회전시켜, 주조롤 표면에 형성된 응고쉘(Shell)이 주조롤 간의 근접점에서 합체되어 주편을 형성시킴으로서, 용강으로부터 직접 박판을 연속적으로 제조하는 방법이다.
도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하여 쌍롤식 박판주조 공정을 설명하면, 우선 래들(미도시)에 저 장된 용강이 스토퍼(6)를 통해 턴디쉬(4)로 공급되며, 턴디쉬(4)로 공급된 용강은 다시 침지노즐(5)을 통해 두 개의 주조롤(1,2)과 주조롤 양측면의 에지댐(8a,8b)으로 형성된 섬프(9)로 공급된다. 일측에 구비된 탕면높이 검출센서(7)는 공급된 용강의 탕면높이를 측정하는 역할을 수행한다. 섬프(9)로 공급된 용강은 약 0.2초 내에 두 주조롤(1,2) 사이에서 압하되면서 응고되어 주편(12)으로 주조된다. 주조롤 일측에 구비된 로드셀(10)은 주조롤(1,2)에 의한 압하시 롤 반발력(RSF)에 따른 주조롤(1,2) 사이의 압하력을 감지하는 역할을 수행하며, 일측에 구비된 롤갭 측정장치(3)는 롤갭을 측정하는 역할을 수행한다. 주조된 주편(12)은 압연기(15)에 의해 압연되어 수요가의 요구에 따른 최종 두께의 박판으로 제조되며, 최종적으로 코일러(16)에 의해 코일로 권취된다.
상기 에지댐(8a,8b)은 주조롤의 측면을 밀착하여 주조롤의 측면과 에지댐 사이로 용강이 침투하는 것을 방지하는 역할을 수행하는데, 상기 주조롤 측면과 에지댐 사이에는 수십 um의 간격만 있어도 용강이 유입될 가능성이 있다. 따라서 장시간에 걸쳐 박판의 주조공정이 지속되도록 하기 위해 에지댐(8a,8b)의 압하력을 적정 수준으로 제어하는 것은 매우 중요한 과제이다.
에지댐(8a,8b)에 의한 압하력이 지나치게 높은 경우 에지댐(8a,8b)의 마모량이 증가되어 에지댐의 잦은 교체를 요하게 되어 설비의 유지, 관리비가 증가되어 제품 단가가 상승되며, 에지댐 교체로 인해 박판주조 공정이 중단되어 제품의 생산성이 저하되는 문제로 이어지게 된다.
따라서 박판주조 공정에서는 에지댐의 압하력을 일정 수준 이하로 제어하여 에지댐의 마모율이 적정 수준으로 이하로 유지되도록 하는 에지댐 마모 제어를 수행하는 것이 일반적이다. 그러나 에지댐 마모 제어를 진행하는 동안 외란이 작용하는 경우 에지댐과 주조롤 측면의 밀착도가 약해지게 되어 주조롤 측면과 에지댐의 사이로 용강이나 기타 이물질이 유입되는 문제가 발생할 수 있다.
용강 등의 이물질이 주조롤 측면과 에지댐 사이로 유입되는 경우 에지댐 제어가 불안정하게 되고 에지댐이 비정상적으로 마모되어 정상적인 주조가 수행될 수 없게 된다. 즉, 이물질이 에지댐의 상부와 주조롤의 측면 사이로 유입되면 에지댐의 역삼각형 구조로 인해 유입된 주조롤측 에지댐 상부 일측의 압하력은 증가되고, 다른 주조롤측 에지댐 상부 타측의 압하력은 상대적으로 감소되며, 이물질이 에지댐의 하부와 주조롤의 측면 사이로 유입되면 에지댐 하부의 압하력은 증가되는 것으로, 이와 같이 이물질의 유입은 에지댐 압하력을 불균일하게 변화시켜 박판의 에지 품질을 추가적으로 악화시키는 요인으로 작용하게 된다.
또한 용강의 온도 하강에 따라 필연적으로 발생되는 스컬(Skull)이 혼입되어 에지댐에 손상이 발생함은 물론, 주편의 에지 품질이 악화되어 박판의 상품성이 저하되는 문제가 발생한다.
도 3는 종래의 쌍롤식박판주조장치의 에지댐 제어방법을 나타낸 플로우챠트(Flow Chart)이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 경우 이물질이 주조롤의 측면과 에지댐 사이로 유입되는 경우 에지댐과 주조롤 사이의 압하력을 검출하고(S2), 검출된 압하력이 정상범위에 속하지 않는 것으로 판단되는 경우(S3) 작업자가 에지댐의 상방 이동율을 조절하거나, 에지댐이 일정량만큼 상방으로 이동되도록 일시에 점프(Jump)시킴으로서 유입된 이물질을 제거하고 있었다(S4).
그러나 이와 같은 방법은 작업자가 많은 시간을 할애하여야 하는 것이어서 효율적이지 못하며, 제품의 단가 상승의 요인이 된다. 또한 장시간의 주조시간에 걸쳐 이와 같은 방식으로 에지댐을 계속하여 상방으로 이동시키는 관계로 에지댐의 위치는 전체적으로 상측으로 지나치게 치우치게 되며, 이에 따라 롤닙 부위의 용강 밀폐부위가 상승되면서 주편의 에지가 미응고되므로 박판의 품질이 저하되는 심각한 문제를 초래한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 쌍롤식 박판주조장치의 에지댐 상하진동 제어방법을 상세히 설명한다.
도 2은 본 발명의 쌍롤식 박판주조 장치의 에지댐 상하진동 제어방법을 설명하기 위한 에지댐의 개략도, 도 4는 본 발명의 쌍롤식 박판주조 장치의 에지댐 상하진동 제어방법을 설명하기 위한 플로우챠트(Flow Chart)이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 에지댐 상하진동 제어방법은 압하력오차 계산단계(S21,S22)와, 누적압하력오차 비교판단단계(S30)와, 목표진폭/진동수 계산단계(S41) 및 상하진동 제어단계(S51)를 포함하여 이루어진다.
우선, 박판주조 공정이 진행되면, 제어부(30)에서는 에지댐(8a) 일측에 구비된 수직실린더(24)를 제어하여 에지댐을 설정된 진폭(Default_Stroke)과 진동수(Default_Frequency)로 상하진동시키는데, 상하진동 진폭(Default_Stroke)과 진 동수(Default_Frequency)는 에지댐과 주조롤 사이로 침입한 이물질을 배출하는 역할을 수행할 수 있는 한도 내에서 최소한의 값으로 설정되어 에지댐의 마모를 최소화하는 것이 바람직하다.
이와 같이 에지댐이 상하진동되고 있는 상태에서 제1상부압력센서(31)와 제2상부압력센서(32) 및 하부압력센서(33)는 에지댐과 주조롤 사이의 압하력을 검출하며(S21), 검출된 압하력을 제어부(30)로 전송한다. 즉, 제1상부실린더(27)에 의해 마모 제어가 수행되고 있는 에지댐 상부의 좌측과 주조롤 사이의 압하력은 제1상부압력센서(31)를 통해 검출하고, 제2상부실린더(28)에 의해 마모 제어가 수행되고 있는 에지댐 상부의 우측과 주조롤 사이의 압하력은 제2상부압력센서(32)를 통해 검출한다(S21). 하부실린더(29)에 의해 마모 제어가 수행되고 있는 에지댐 하부와 주조롤 사이의 압하력은 하부압력센서(33)를 통해 검출한다(S21). 에지댐(8a,8b)은 주조롤 양측면에 구비되어 있으므로 총 6개의 압력센서를 이용하여 에지댐 상부의 좌,우측과 에지댐 하부의 압하력을 검출한다. 다음으로, 제어부(30)는 압력센서에 의해 검출된 에지댐 상부 좌,우측의 압하력 및 에지댐 하부의 압하력을 전송받아, 설정된 압하력과 비교하여 하기의 수식1에 따라 각각의 압하력 오차를 계산하는 단계를 수행한다(S22).
[수식1]
Load_Error = Process_Load - Default_Load
(Load_Error는 압하력 오차, Process_Load는 검출된 압하력, Default_Load는 설정된 압하력)
다음으로, 제어부(30)에서는 이와 같이 계산된 압하력 오차를 설정된 임계치와 비교하는 단계를 수행한다(S23). 압하력 오차가 설정된 임계치보다 작을 경우, 제어부(30)에서는 에지댐이 설정된 진폭과 진동수로 상하진동되도록 수직실린더(24)를 제어한다.
즉, 총 6개의 압력센서에 의해 검출된 압하력과 설정된 압하력의 압하력 오차(Load_Error)가 모두 임계치보다 작은 것으로 판단되는 경우, 에지댐과 주조롤 측면의 사이로 이물질의 유입이 없는 것으로 판단하여 에지댐이 설정된 진폭과 진동수로 상하진동되도록 한 후(S24), 다시 각각의 압력센서에 의해 압하력을 검출하는 단계를 반복하여 수행한다(S21). 이와 같이 압하력 오차를 임계치와 비교하여 에지댐과 주조롤 사이로 이물질이 침입하였는지를 실시간으로 감시한다.
만약, 총 6개의 압력센서에 의해 검출된 압하력중 어느 하나 이상의 압하력과 설정된 압하력의 압하력 오차가 임계치 이상인 것으로 판단되는 경우(S22), 누적압하력오차 비교판단단계(S30)를 수행하는데, 이 때, 총 6개의 압력센서들 중에서 압하력 오차가 임계치보다 큰 것으로 판단된 해당 압력센서에 의해 지속적으로 검출되는 압하력을 반영하여 누적 압하력 오차를 계산한다(S31). 만약 계산된 총 6개의 압하력 오차중 2개 이상의 압하력 오차가 임계치를 초과하는 것으로 판단되는 경우, 압하력 오차와 임계치와의 차이가 더 큰 것으로 측정된 압력센서에 대하여 압하력을 지속적으로 검출하여 누적 압하력 오차를 계산하도록 설정할 수 있다.
일 예로, 제1상부압력센서(27)에 의해 검출된 압하력과 설정된 압하력의 압하력 오차가 임계치보다 큰 것으로 판단되는 경우(S23), 제어부(30)에서는 제1상부 압력센서(27)에서 지속적으로 검출되는 압하력을 반영하여 누적 압하력 오차를 계산하는데, 이 때, 상기 누적 압하력 오차는 하기의 수식2에 따라 계산할 수 있다(S31).
[수식2]
Sum_Load_Error = ∫(Load_Error/Period_Time)dt
(Sum_Load_Error는 누적 압하력 오차, Load_Error는 압하력 오차, Period_Time은 설정된 적분시간)
즉, 누적 압하력 오차는 설정된 적분시간동안 압하력 오차를 적분한 후, 적분시간으로 나눈 값으로 정의하였다.
다음으로, 제어부(30)에서는 계산된 누적 압하력 오차를 누적오차 임계치와 비교하는 단계를 수행하는데(S32), 누적 압하력 오차가 누적오차 임계치보다 작은 것으로 판단되는 경우, 제어부(30)에서는 설정된 진폭과 진동수로 에지댐이 상하 진동되도록 수직실린더(24)를 제어한 후(S53), 다시 각각의 압력센서들에 의해 압하력을 검출하는 단계를 반복하여 수행한다(S21). 이는 에지댐과 주조롤 사이로 이물질이 유입되지 않았음에도 압하력이 일시적으로 크게 검출된 것이거나, 혹은 이물질이 유입되어 압하력이 커졌다가 유입된 이물질이 즉시 제거되어 정상범위로 회복된 것으로 볼 수 있기 때문이다.
계산된 누적 압하력 오차가 0보다 작은 경우 에지댐과 주조롤 사이의 평균 압하력이 낮은 것을 의미하므로 에지댐과 주조롤 사이로 이물질이 유입되지 않은 것으로 볼 수 있다. 따라서 누적오차 임계치를 0보다 큰 값으로 설정하여 누적 압 하력 오차가 0보다 작은 경우에는 설정된 진폭과 진동수로 에지댐이 지속적으로 상하진동되도록 제어하는 것이 바람직하다.
만약 누적 압하력 오차가 누적오차 임계치 이상인 것으로 판단되는 경우, 목표진폭/진동수 비교판단단계(S40)를 수행하는데, 우선, 제어부(30)에서는 누적압하력오차 비교판단단계(S30)에서 계산된 누적 압하력 오차에 비례되도록 목표진폭과 목표진동수를 계산하는 단계를 수행한다(S41).
상기 목표진폭과 목표진동수를 계산하는 것은 하기의 수식3에 따라 수행할 수 있다.
[수식3]
Osc_Gain = ∫(Load_Error/Period_Time)dt / Error_Threshold
Aim_Stroke = Osc_Gain * Default_Stroke
Aim_Frequency = Osc_Gain * Default_Frequency
(Load_Error는 압하력의 차이, Period_Time은 설정된 시간, Error_Threshold는 누적오차 임계치, Osc_Gain은 진동이득, Aim_Stroke는 목표진폭, Aim_Frequency는 목표진동수, Default_Stroke는 설정된 진폭, Default_Frequency는 설정된 진동수)
즉, 목표진폭과 목표진동수는 누적 압하력 오차에 비례하여 증가되는데, 이는 계산된 누적 압하력 오차가 큰 것은 이물질 유입으로 인해 에지댐과 주조롤 사이의 압하력이 증가된 것을 의미하므로 에지댐의 상하진동 진폭과 진동수를 상향 조정하여 유입된 이물질의 제거를 보다 효율적으로 수행하도록 하기 위한 것이다.
누적 압하력 오차가 누적오차 임계치보다 크거나 같은 경우에만 목표진폭 및 목표진동수를 계산하는 단계(S41)를 수행하므로, 진동이득(Osc_Gain)은 항상 1보다 크거나 같은 값을 가지게 된다. 따라서 목표진폭과 목표진동수는 설정된 진폭과 진동수보다 크거나 같은 값을 가지게 된다.
다음으로, 목표진폭과 목표진동수가 임계범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계(S42)를 수행한다. 이 때, 목표진폭과 목표진동수가 임계범위 내에 속하는 것으로 판단되는 경우 제어부(30)에서는 에지댐이 계산된 목표진폭과 목표진동수로 상하진동되도록 수직실린더(24)를 제어한다(S51). 만약 목표진폭 또는 목표진동수가 임계범위를 벗어난 것으로 판단되는 경우, 제어부(30)에서는 에지댐이 임계진폭 또는 임계진동수로 상하진동되도록 수직실린더(24)를 제어한다(S52).
일 예로, 최소 임계진폭 50um, 최대 임계진폭 500um로 설정된 경우, 목표진폭이 30um 또는 800um이더라도 각각 임계진폭인 50um, 500um 진폭으로 에지댐이 상하진동되도록 수직실린더를 제어한다. 마찬가지로, 최소 임계진동수 5Hz, 최대 임계진동수 15Hz로 설정된 경우, 목표진동수가 3Hz, 30Hz이더라도 각각 임계주파수인 5Hz, 15Hz 진동수로 에지댐이 상하진동되도록 수직실린더를 제어한다.
최소 임계진폭과 최소 임계진동수는 각각 설정된 진폭(Default_Stroke)과 진동수(Default_Frequency)보다 크거나 같은 값으로 설정하는 것이 바람직한데, 이는 목표진폭과 목표진동수는 설정된 진폭과 진동수보다 작을 수 없으므로 최소 임계진폭과 최소 임계진동수를 설정된 진폭과 진동수보다 작은 값으로 설정하는 것은 무의미하기 때문이다. 최소 임계진폭과 최소 임계진동수를 각각 설정된 진폭과 진동 수보다 크게 설정하는 경우, 최소 임계진폭과 최소 임계진동수 이상의 진폭과 진동수로 에지댐이 상하진동하도록 제어할 수 있다. 최대 임계진폭과 최대 임계진동수는 각각 설정된 진폭(Default_Stroke)과 진동수(Default_Frequency)보다 큰 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 과정을 반복적으로 수행하여 에지댐과 주조롤 사이로 침입된 이물질이 제거되어 각각의 압력센서들에 의해 검출된 에지댐과 주조롤 사이의 압하력이 정상범위로 복귀하게 되면 에지댐은 설정된 진폭과 주파수로 상하진동되며, 이어서 이물질의 유입으로 인한 압하력의 변화를 지속적으로 감시하여 에지댐의 상하진동을 적정 수준으로 효율적으로 제어하게 된다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 상하진동 제어방법을 수행하는 것과 동시에, 에지댐을 일정한 이동율로 상방으로 이동시키거나 일정 거리만큼 점프하도록 제어하는 것도 가능하다.