KR100995600B1 - 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상제어장치 및 그 방법 - Google Patents

미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미니밀 공정에서 열연강판을 극박재로 생산하기 위해 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도를 보상하는 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 열연강판이 코일형태로 감겨진 언코일러(18)와 열연강판을 극박재로 압연하는 사상압연기(19)의 사이에 설치되어, 언코일러(18)로부터 풀어지는 열연강판의 최외권 부위를 승온시키는 유도가열기(36)와; 유도가열기(36)의 전방에 설치되어, 유도가열기(36)에 공급될 에너지가 계산되도록 열연강판의 최외권 부위의 온도를 각각 측정하는 제1, 제2 온도계(31, 32)와; 유도가열기(36)의 후방에 설치되어, 유도가열기(36)를 통과한 열연강판의 온도를 실측하는 제3 온도계(33); 및 제1, 제2 온도계(31, 32)에서 측정된 열연강판의 최외권 부위의 온도편차를 이용하여, 열연강판의 최외권 부위를 승온시키는 데 필요한 에너지를 계산하고, 유도가열기(36)에 전력을 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치 및 그 방법은 코일형태로 권취된 열연강판에서 온도가 하강된 상태의 최외권 부위에 유도가열기에 의한 전력에너지가 공급되기 때문에, 열연강판의 길이방향으로 온도편차가 발생되지 않고, 극박재의 통판성도 저하되지 않으면서, 열연강판이 극박재로 용이하게 압연될 수 있는 장점이 있다.

Description

미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치 및 그 방법{Temperature Compensation Apparatus of Hot Rolled Sheet Getting into Finishing Mill Stand and Method Thereof}
도 1은 일반적인 미니밀 설비의 개략도이고,
도 2는 도 1에 도시된 미니밀 설비의 조압연기에서 사상압연기까지의 공정을 나타낸 개략도이고,
도 3은 도 1에 도시된 미니밀 설비의 유도가열기에서 배출되는 열연강판의 출측온도를 도시한 그래프이고,
도 4는 도 1에 도시된 미니밀 설비의 사상압연기에 인입되는 열연강판의 입측온도를 도시한 그래프이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 미니밀 설비에서 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상을 위한 제어장치의 개략도이고,
도 6은 도 5에 도시된 미니밀 설비에서 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상을 위한 제어방법의 흐름도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
10 : 전로 12 : 조압연기
14 : 제1 유도가열기 15 : 가속로
16 : 코일러(coiling station) 18 : 언코일러(uncoiling station)
19 : 사상압연기 20 : 다운 코일러
30 : 디스케일러(descaler) 31, 32, 33 : 비접촉식 온도계
36 : 제2 유도가열기
본 발명은 미니밀 공정에서 사상압연기에 인입되는 열연강판을 극박재로 생산하기 위한 제어장치 및 그 방법에 관한 것이며, 더 자세하게는 사상압연기에 인입되는 열연강판의 최외권 부위의 온도를 보상하여, 극박재의 통판성을 향상시키기 위한 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 미니밀 설비의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 미니밀 설비의 조압연기에서 사상압연기까지의 공정을 나타낸 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 열연강판을 생산하는 미니밀 공정은 다음과 같은 각종 설비들로 구성된다. 즉, 미니밀 설비는 전로(10)에 담겨진 용강을 슬라브의 형상으로 주조한 후에 인발시키는 연속주조기(11)와, 상기 슬라브를 20mm 정도의 두께를 갖는 열연강판으로 압연하는 조압연기(Roughing Unit ; 12)와, 상기 조압연기(12)를 통과한 열연강판을 일정 길이로 절단하는 펜들럼쉬어(13)와, 상기 열연강판을 일정온도로 승온시키는 제1 유도가열기(Inductive Heater ; 14)와, 상 기 승온된 상태의 열연강판이 냉각되지 않도록 열연강판을 신속하게 이동시키는 가속로(Acceleration Furnace ; 15)와, 상기 가속로(15)를 통과한 열연강판을 코일형태로 권취하는 코일러(Coiling Station ; 16)와, 상기 코일러(16)에 권취된 열연강판을 직화 가열방식으로 가열하면서 사상압연기(19)의 방향으로 이동시키는 홀딩퍼니스(Holding Furnace ; 17)와, 상기 사상압연기(19)에 인입되도록 권취된 열연강판을 풀어주는 언코일러(Uncoiling Station ; 18)와, 상기 풀어지는 열연강판을 2mm 정도의 두께를 갖는 열연박판으로 압연하는 사상압연기(Finising Mill ; 19) 및, 상기 열연박판이 출하되도록 코일형태로 다시 권취하는 다운코일러(Down Coiler ; 20)로 구성된다.
그리고, 상기 미니밀 설비에는 각각의 구성요소의 전후에서 열연강판의 온도를 측정하는 계측장비가 설치된다. 즉, 제1 유도가열기(14)의 전후방에는 열연강판의 입측온도(IHET: Inductive Heater Entering Temparature) 및 그 출측온도(IHDT: Inductive Heater Departing Temparature)를 측정하는 제1, 제2 비접촉식 온도계(21, 22)가 설치되며, 사상압연기(19)의 전후방에는 사상압연기(19)에서 열연박판으로 압연되는 열연강판의 입측온도(FET: Finishing-Mill Entering Temparature) 및 그 출측온도(FDT: Finishing-Mill Departing Temparature)를 측정하는 제3, 제4 비접촉식 온도계(23, 24)가 설치된다. 또한, 미니밀 설비에는 코일러(16), 홀딩퍼니스(17), 언코일러(18)에서의 분위기 온도를 각각 측정하는 K-타입의 제1, 제2, 제3 열전대(25, 26, 27)가 설치된다.
도 3은 도 1에 도시된 미니밀 설비의 유도가열기에서 배출되는 열연강판의 출측온도를 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유도가열기(14)에서 배출되는 열연강판은 그 후단부에서 온도하락이 발생된다. 즉, 열연강판은 펜들럼쉬어(13)에서 절단된 후에 후행 열연강판과의 간격조정을 위하여 약 10% 상승된 속도로 빠르게 이동된다. 이로 인해, 열연강판의 후단부에는 유도가열량이 부족하게 되어, 일반적으로 브이(V)형태의 온도패턴으로 온도가 하락한다. 그래서, 미니밀 설비에서는 제1 유도가열기(14)에서 열연강판의 후단부를 최대로 가열하여, 열연강판의 온도하락을 방지한다.
그리고, 상기 열연강판은 코일러(16)에서 코일형태로 감겨진 후에, 사상압연기(19)에서 열연박판으로 압연될 수 있도록 언코일러(18)에서 다시 풀려진다.
도 4는 도 1에 도시된 미니밀 설비의 사상압연기에 인입되는 열연강판의 입측온도를 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 코일형태로 감겨진 열연강판은 코일러(16)에서 언코일러(18)로 이동되는 과정에서 최외권에 위치하는 그 후단부가 내측에 감겨진 다른 부위에 비해 온도가 약 70℃ 정도 낮아지게 된다.
그리고, 종래의 미니밀 설비에서의 압연공정은 상기와 같이 열연강판의 후단부의 온도가 낮을지라도 약 2mm 이상의 열연박판을 생산하기 때문에, 그 통판성에는 큰 문제점으로 작용하지 않는다.
하지만, 현재 산업현장에서는 약 1mm 내외의 박물 또는 극박재의 수요가 증가하고 있는 추세에 있다. 그래서, 철강업계에서는 산업현장의 요구에 부응하기 위해 기존의 미니밀 설비를 이용해 열연강판을 박물 또는 극박재로 생산하기 위해 노력하고 있지만, 종래의 미니밀 설비로는 상기와 같은 열연강판의 후단부에 발생되는 온도하락으로 인해, 극박재를 생산하는 과정에서 롤포스(roll force)의 작용으로 극박재의 통판성이 악화되는 문제점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 열연강판을 극박재로 생산하는 미니밀 설비에서 언코일러와 사상압연기 사이에 열연강판을 급속 가열하는 유도가열기를 설치함으로써, 사상압연기에서 압연되는 열연강판의 선후단부 온도편차를 감소시켜 극박재의 통판성을 향상시키는 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미니밀 공정설비에서 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치는 상기 열연강판이 코일형태로 감겨진 언코일러와 상기 열연강판을 극박재로 압연하는 사상압연기의 사이에 설치되어, 인가되는 전력과 사용주파수에 따라 상기 언코일러로부터 풀어지는 상기 열연강판의 최외권 부위를 승온시키는 유도가열기와; 상기 유도가열기의 전방에 일정간격 이격되게 각각 설치되어, 상기 유도가열기에 공급될 에너지가 계산되도록 상기 열연강판의 최외권 부위의 온도를 각각 측정하는 제1, 제2 온도계와; 상기 유도가열기의 후방에 설치되어, 상기 유도가열기를 통과한 상기 열연강판의 온 도를 실측하는 제3 온도계; 및 상기 제1, 제2 온도계에서 측정된 상기 열연강판의 최외권 부위의 온도편차를 이용하여 상기 열연강판의 최외권 부위를 승온시키는 데 필요한 에너지를 계산하고, 상기 에너지에 해당되는 전력을 상기 유도가열기에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 미니밀 공정설비에서 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어방법은 사상압연기에서 압연될 열연강판의 셋업정보를 수집하는 제1 단계와; 상기 열연강판을 승온시키는 유도가열기의 전방에서 상기 열연강판의 최외권 부위에 해당되는 후단부의 온도를 측정하여, 상기 후단부의 길이방향 온도편차를 계산하는 제2 단계와; 상기 열연강판의 후단부의 체적량, 상기 열연강판의 승온할 목표온도, 상기 열연강판의 후단부의 온도편차를 이용하여, 상기 열연강판의 후단부에서 필요로 하는 에너지를 제어부에서 계산하는 제3 단계와; 상기 제어부에서 계산된 에너지를 이용하여 상기 유도가열기에 전력에너지를 인가하는 제4 단계와; 상기 유도가열기를 통과한 열연강판의 실측온도와 사전에 설정된 열연강판의 목표온도간의 오차량을 계산하는 제5 단계; 및 상기 실측온도가 상기 목표온도보다 낮은 경우에 상기 유도가열기에 상기 오차량에 해당하는 전력에너지를 보상하고, 상기 실측온도가 상기 목표온도보다 높거나 같은 경우에 다음 열연강판이 인입될 때까지 대기하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 본 발명에 따른 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치에 대해 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 미니밀 설비에서 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상을 위한 제어장치의 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 미니밀 설비의 사상압연기(19)에 인입되는 열연강판의 후단부 온도를 보상하기 위해 제2 유도가열기(36)가 언코일러(18)와 사상압연기(19)의 사이에 설치된다. 그리고, 본 발명은 언코일러(19)에서 풀려지는 열연강판의 정확한 온도를 측정하기 위해 열연강판의 표면산화막을 제거하는 디스케일러(30)와, 제2 유도가열기(36)의 전후방에서 열연코일의 온도를 측정하는 제5, 제6, 제7 비접촉식 온도계(31, 32, 33)가 각각 설치된다.
상기 제2 유도가열기(36)는 패러데이 법칙에 의해 고전류 유도전류를 열연강판에 인가하는 장치로서, 단시간내에 강한 유도전류를 발생시켜 높은 에너지를 열연강판에 인가할 수 있으며, 사용주파수와 인가전력에 따라 가변조절도 가능하다. 이로 인해, 열연강판은 목표하는 온도까지 급속하게 승온되며, 사상압연기(19)에서 극박재로 압연되더라도 온도편차로 인해 통판성이 저하되지 않는다.
그리고, 언코일러(18)에 권취된 열연강판은 그 최외권에 위치하는 후단부의 온도가 내측에 위치한 다른 부위에 비해 낮기 때문에, 그 후단부의 표면에 산화막이 형성된다. 그래서, 본 발명은 제5, 제6 비접촉식 온도계(31, 32)가 보다 정확한 열연강판의 온도를 측정하도록, 열연강판의 표면산화막을 제거하는 디스케일러(30)가 언코일러(18)의 후방에 설치된다.
그리고, 제5, 제6 비접촉식 온도계(31, 32)는 디스케일러(30)와 제2 유도가열기(36) 사이에 설치되고, 제7 비접촉식 온도계(33)는 제2 유도가열기(36)의 출측에 설치된다. 이 때, 제5, 제6 비접촉식 온도계(31, 32)는 열연강판의 후단부의 길이방향에 대한 온도편차가 계산되도록, 열연강판의 후단부 길이와 동일한 간격으로 이격되게 설치된다.
그리고, 본 발명의 제어부는 상기 제5, 제6 비접촉식 온도계(31, 32)에서 측정된 온도편차를 계산하고, 사전에 입력되는 열연강판의 셋업정보(비열, 비중, 두께, 폭, 통판속도 등)을 이용하여 그 체적량을 계산하여, 제2 유도가열기(36)에서 열연강판의 승온에 필요로 하는 에너지를 계산한다(도시생략).
아래에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어방법에 대하여 설명하겠다.
도 6은 도 5에 도시된 미니밀 설비에서 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상을 위한 제어방법의 흐름도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 미니밀 설비의 언코일러(18)에서 풀어지는 열연강판의 체적량을 계산하고, 승온할 목표온도에 대한 셋업정보를 입력받는다(S1). 그런 다음에는 디스케일러(30)에서 열연강판의 후단부에 형성된 표면산화막을 제거하고, 제2 유도가열기(36)의 전방에 위치한 제5, 제6 비접촉식 온도계(31, 32)에서 열연강판의 최외권 부위에 해당되는 후단부의 온도를 각각 측정한 후에 그 온도편차(ΔT)를 계산한다(S2).
그러면, 본 발명은 상기 온도편차(ΔT), 가열할 열연강판의 체적량 및 승온할 목표온도 등을 이용하여, 제어부에서 열연강판에서 필요로 하는 초당 에너지를 다음의 수학식 1로 계산한다(S3).
Figure 112003041606217-pat00001
(SH : 비열, SG : 비중, t : 열연강판의 두께, w : 열연강판의 폭, v : 통판속도, ΔT : 비접촉 온도계에서 측정된 온도편차)
그리고, 본 발명은 전압과 전류를 제어하여 상기 제2 유도가열기(36)에 인가될 초당 에너지를 수학식 2로 계산하고(S4), 그 전력에너지를 제2 유도가열기(36)에 출력한다(S5).
Figure 112003041606217-pat00002
(WE : 제2 유도가열기에 투입될 초당 전기에너지, W : 열연강판의 승온에 필요한 에너지, HE : 가열효율의 역수, CE : 제어효율의 역수)
그런 다음에는 제2 유도가열기(36)의 후방에 위치한 제7 비접촉식 온도계(33)가 제2 유도가열기(36)의 출측에서 열연강판의 실측온도를 측정하고, 상기 열연강판의 실측온도와 목표온도 간의 오차량을 계산한다(S6).
그리고, 본 발명은 열연강판의 실측온도가 목표온도보다 낮은 경우에 그 오차량에 해당되는 전력에너지를 다시 제2 유도가열기에 보상 출력하고, 열연강판의 실측온도가 목표온도보다 높거나 같은 경우에 그 상태를 그대로 유지한다(S7).
그리고, 열연강판의 후단부가 제2 유도가열기(36)를 통과한 후에는 제2 유도가열기(36)의 작동을 중지시키고, 다음에 열연강판이 사상압연기(19)에 인입될 때 까지 대기한다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치 및 그 방법은 코일형태로 권취된 열연강판에서 온도가 하강된 상태의 최외권 부위에 유도가열기에 의한 전력에너지가 공급되기 때문에, 열연강판의 길이방향으로 온도편차가 발생되지 않고, 극박재의 통판성도 저하되지 않으면서, 열연강판이 극박재로 용이하게 압연될 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 미니밀 사상압연기에 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치 및 그 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

  1. 미니밀 공정설비에서 코일형태로 감겨진 열연강판의 최외권 부위를 승온시키기 위한 열연강판의 온도보상 제어장치에 있어서,
    상기 열연강판이 코일형태로 감겨진 언코일러와 상기 열연강판을 극박재로 압연하는 사상압연기의 사이에 설치되어, 인가되는 전력과 사용주파수에 따라 상기 언코일러로부터 풀어지는 상기 열연강판의 최외권 부위를 승온시키는 유도가열기와;
    상기 유도가열기의 전방에 일정간격 이격되게 각각 설치되어, 상기 유도가열기에 공급될 에너지가 계산되도록 상기 열연강판의 최외권 부위의 온도를 각각 측정하는 제1, 제2 온도계와;
    상기 유도가열기의 후방에 설치되어, 상기 유도가열기를 통과한 상기 열연강판의 온도를 실측하는 제3 온도계; 및
    상기 제1, 제2 온도계에서 측정된 상기 열연강판의 최외권 부위의 온도편차를 이용하여 상기 열연강판의 최외권 부위를 승온시키는 데 필요한 에너지를 계산하고, 상기 에너지에 해당되는 전력을 상기 유도가열기에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미니밀 사상압연기로 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미니밀 공정설비에는 상기 제1, 제2 온도계가 상기 열연강판의 최외권 부위의 온도를 정확하게 각각 측정하도록, 상기 열연강판의 최외권 부위에 형성된 표면산화막을 제거하는 디스케일러(descaler)가 상기 언코일러와 상기 제1 온도계의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 미니밀 사상압연기로 인입되는 열연강판의 온도보상 제어장치.
  3. 미니밀 공정설비에서 코일형태로 감겨진 열연강판의 최외권 부위를 승온시키기 위한 열연강판의 온도보상 제어방법에 있어서,
    사상압연기에서 압연될 열연강판의 셋업정보를 수집하는 제1 단계와; 상기 열연강판을 승온시키는 유도가열기의 전방에서 상기 열연강판의 최외권 부위에 해당되는 후단부의 온도를 측정하여, 상기 후단부의 길이방향 온도편차를 계산하는 제2 단계와; 상기 열연강판의 후단부의 체적량, 상기 열연강판의 승온할 목표온도, 상기 열연강판의 후단부의 온도편차를 이용하여, 상기 열연강판의 후단부에서 필요로 하는 에너지를 제어부에서 계산하는 제3 단계와; 상기 제어부에서 계산된 에너지를 이용하여 상기 유도가열기에 전력에너지를 인가하는 제4 단계와; 상기 유도가열기를 통과한 열연강판의 실측온도와 사전에 설정된 열연강판의 목표온도간의 오차량을 계산하는 제5 단계; 및 상기 실측온도가 상기 목표온도보다 낮은 경우에 상기 유도가열기에 상기 오차량에 해당하는 전력에너지를 보상하고, 상기 실측온도가 상기 목표온도보다 높거나 같은 경우에 다음 열연강판이 인입될 때까지 대기하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미니밀 사상압연기로 인입되는 열연강판의 온도보상 제어방법.
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