KR101008369B1 - 워크롤 시프트량 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워크롤 시프트량 제어방법에 관한 것으로, 동일한 폭을 가지며 연속 입력되는 복수의 스트립을 압연하는 워크롤의 시프트량을 제어하는 워크롤 시프트량 제어방법에 있어서, 상기 워크롤로 입력되는 상기 스트립을 감지하여 카운트하는 단계, 상기 스트립 및 워크롤에 의해 결정되는 상기 워크롤의 워크롤 마모량을 계산하는 단계, 계산된 상기 워크롤 마모량과 설정된 기준 마모량을 비교하는 단계, 상기 워크롤 마모량이 상기 기준 마모량 미만이면 상기 스트립의 압연매수에 따라 시프트 진폭을 일정하게 유지하고, 상기 워크롤 마모량이 상기 기준 마모량 이상이면 상기 스트립의 압연매수에 따라 상기 워크롤의 시프트 진폭을 감소시키는 단계를 포함한다.

이로 인해, 본 발명은 압연소재의 압연매수가 증가할수록 워크롤의 시프트 진폭을 점진적으로 감소시킴으로써, 스트립의 중심부가 워크롤의 마모단차의 중심으로 유도되어 압연소재에 양파가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압연소재에 양파가 발생하는 것을 방지함으로써, 양파 발생으로 인한 워크롤의 부정기 교체 현상을 방지할 수 있다.

워크롤, 시프트, 축방향, 실린더, 스트립, 압연

Description

워크롤 시프트량 제어방법{method for controlling the shift of work roll}

본 발명은 워크롤 시프트량 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일 폭을 갖는 압연소재의 압연매수를 고려하여 워크롤의 시프트량을 제어하는 워크롤 시프트량 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 워크롤의 마모단차를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 열간 압연공정에서 워크롤은 고온의 압연소재를 압연하는 과정에서 압연소재와의 마찰에 의해 마모가 발생하게 된다. 워크롤은 압연소재의 폭에 따라 마모단차가 발생하게 되고, 마모단차가 발생된 워크롤이 광폭 소재를 압연할 경우에는 엣지 부분이 과압되어 압연소재의 연신율이 증가하게 된다.

일반적으로 워크롤의 마모단차에 의해 압연소재에는 양파 및 중파가 발생하게 되고, 이는 하나의 워크롤이 압연할 수 있는 매수에도 제한을 주게 되어 롤 교체 회수를 증가시키는 문제점이 있다.

도 2는 종래 워크롤 시프트 동작 패턴을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래에는 압연소재의 압연매수(POS), 워크롤이 1회 이동하는 시프트량(SIT), 워크롤 이동 방향(+, -)(DIR), 시프트 변경간격(PIT), 시프트 진폭(AMP) 등을 고려하여 워크롤의 시프트량을 제어함으로써, 워크롤의 마모를 분산시키는 효과를 얻을 수 있었다.

그러나, 최근 워크롤의 직경이 소경화되면서 롤의 회전수가 증가하여, 종래와 같이 워크롤을 시프트하는 과정에서 워크롤의 마모량이 증가하고 워크롤의 굽힘 벤딩이 증가하는 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제점은 압연소재의 두께가 얇을수록, 압연소재의 강도가 높을수록, 동일폭을 갖는 압연소재의 압연매수가 증가할수록 더 악화되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 워크롤의 마모단차를 감소시킬 수 있는 워크롤 시프트량 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 동일한 폭을 가지며 연속 입력되는 복수의 스트립을 압연하는 워크롤의 시프트량을 제어하는 워크롤 시프트량 제어방법이 제공된다. 이 제어방법은, 상기 워크롤로 입력되는 상기 스트립을 감지하여 카운트하는 단계, 상기 스트립 및 워크롤에 의해 결정되는 상기 워크롤의 워크롤 마모량을 계산하는 단계, 계산된 상기 워크롤 마모량과 설정된 기준 마모량을 비교하는 단계, 상기 워크롤 마모량이 상기 기준 마모량 미만이면 상기 스트립의 압연매수에 따라 시프트 진폭을 일정하게 유지하고, 상기 워크롤 마모량이 상기 기준 마모량 이상이면 상기 스트립의 압연매수에 따라 상기 워크롤의 시프트 진폭을 감소시키는 단계를 포함한다.

이때, 상기 시프트 진폭은 상기 워크롤의 축방향의 중심을 기준으로 상기 워크롤이어느 한쪽 방향으로 최대 이동할 수 있는 시프트량이다.

본 발명의 실시 예에서는 압연소재의 압연매수가 증가할수록 워크롤의 시프 트 진폭을 점진적으로 감소시킴으로써, 스트립의 중심부가 워크롤의 마모단차의 중심으로 유도되어 압연소재에 양파가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압연소재에 양파가 발생하는 것을 방지함으로써, 양파 발생으로 인한 워크롤의 부정기 교체 현상을 방지할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이제 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트량 제어방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

열간 압연공정에서는 가열로, 조압연, 마무리압연으로 이루어진 통상의 압연 공정이 수행되며, 압연소재(이하, "스트립"이라 함)는 복수의 압연기에 의해 수 차례 압연된다. 아래에서는 설명의 편의상 하나의 압연기를 대표하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트량 제어장치를 나타내는 도 면이고, 도 4는 압연기의 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트 동작 패턴을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 워크롤 시프트량 제어장치는 압연기(10), 스트립 감지부(20), 제어부(30) 및 실린더(40)를 포함한다.

압연기(10)의 구성은 도 4를 이용하여 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 압연기(10)는 입력되는 스트립(1)을 압연하는 상하 마주보는 워크롤(11, 12), 워크롤(11, 12)과 맞물려 회전하는 상하 백업롤(13, 14)을 포함한다. 워크롤(11, 12)은 축방향(X), 축방향과 직각을 이루는 폭방향(Y)으로 이동할 수 있다. 워크롤(11, 12)의 축방향(X)의 중심을 "0"이라 할 때, 워크롤(11, 12)의 이동 방향 중 한쪽 방향을 (+), 다른 쪽 방향을 (-)로 설정한다.

다시, 도 3에서 스트립 감지부(20)는 압연기(10)로 동일폭을 갖는 새로운 스트립이 입력될 때마다 제어부(30)로 카운트신호를 출력하고, 실시간으로 압연기(10)로 입력되는 스트립의 소재 종류, 폭, 길이 등의 스트립 정보를 감지할 수 있다.

제어부(30)는 스트립 감지부(20)에서 감지되는 스트립 정보 및 스트립 압연매수에 대응하여 워크롤의 마모량을 계산하고, 워크롤의 계산 마모량이 설정된 기준 마모량 이상이면 도 5에 도시한 패턴에 따라 워크롤의 시프트를 제어하는 신호를 실린더(40)로 출력하고, 계산 마모량이 기준 마모량 미만이면 도 2에 도시한 패턴에 따라 워크롤의 시프트를 제어하는 신호를 실린더(40)로 출력한다.

실린더(40)는 워크롤(11, 12)와 연결되어 제어부(30)의 제어신호에 따라 유 압을 조절하여 워크롤(11, 12)을 축방향(X)으로 시프트시킨다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 동작을 나타내는 플로우차트이다.

제어부(30)는 워크롤(11, 12)이 교체되면(S601), 교체 워크롤의 정보와 스트립 감지부(20)에서 입력되는 스트립의 정보를 이용하여 아래 수학식1과 같이 워크롤의 마모량(△W(j)))을 계산한다(S602).

수학식 1에서 A(j)는 압연하중항으로

에 비례하고,

로 나타낼 수 있다. B는 마찰거리항으로

에 비례하고, C는 압연장항으로

에 비례한다.

는 워크롤 반지름이고, P는 압력하중이고, ld는 접촉 투영장이고,

은 롤 경도이고,

은 스트립 입, 출출측 두께이고, L은 스트립의 길이이고,

는 스트립 폭이고, f는 선진율이고, dw, kw는 에지(edge) 마모량 계수이고, a, b, α, β는 수식에 사용되는 계수이고, j는 워크롤 축방향 계산위치이다.

워크롤의 마모량은 압연공정에서 다양한 요인에 의해 결정된다. 보다 구체적 으로, 압연하중항은 스트립을 변형시키는데 소요되는 압연힘으로 스트립의 강도에 비례한다. 따라서, 워크롤의 마모량은 스트립의 강도가 클수록 증가한다. 또한, 압연연장항은 스트립의 길이(

)에 비례하므로, 워크롤의 마모량은 스트립의 길이가 길수록 증가한다. 따라서, 수학식1에 따라 스트립의 길이와 같은 의미로 스트립이 압연되는 압연매수가 증가할수록 워크롤의 마모량이 증가한다고 볼 수 있다. 이때, 본 발명에서는 압연매수를 동일폭을 갖는 스트립의 압연매수로 제한한다. 이로 인해, 서로 다른 폭을 갖는 스트립이 연속적으로 압연되면서 워크롤의 마모량에 미치는 영향을 배제할 수 있다.

다음으로 계산된 워크롤 계산 마모량과 설정된 기준 마모량을 비교한다(S603).

계산된 마모량이 기준 마모량 미만이면, 제어부(30)는 워크롤(11, 12)의 시프트 진폭(AMP)이 도 2의 패턴과 같이 일정하도록 실린더(40)로 제어신호를 출력한다(S604). 그러면, 실린더(40)는 제어부(30)에서 출력되는 제어신호(패턴)에 따라 유압을 조절하여 워크롤(11, 12) 축방향(X)으로 패턴에 따라 시프트 되도록 한다(S606).

도 2는 마주보는 워크롤(11, 12) 중 하나의 워크롤을 제어하는 패턴을 나타낸 것으로, 아래에서는 설명의 편의상 하나의 워크롤(11)을 대표하여 설명한다.

워크롤의 마모량이 기준 마모량 이상인 경우에 도 2와 같은 패턴으로 워크롤(11)을 제어하면, 스트립의 압연매수 초반에는 스트립의 중심이 워크롤(11)의 마모 중심에서 압연되므로, 스트립의 엣지부가 마모단차 부분과 겹치는 양이 적어서 스트립의 평탄도에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 압연매수가 증가하면서 시프트 진폭(AMP)이 증가할 경우에는 스트립의 엣지부가 마모단차 부분과 겹치는 양이 증가하여 스트립의 양단이 우는 현상(양파)이 발생하게 된다.

따라서, 제어부(30)는 계산 마모량이 기준 마모량 이상이면 워크롤의 시프트 진폭(AMP)이 도 5의 패턴과 같이 점진적으로 감소하도록 실린더(40)로 제어신호를 출력한다(S605). 그러면, 실린더(40)는 제어부(30)에서 출력되는 제어신호(패턴)에 따라 유압을 조절하여 워크롤(11, 12) 축방향(X)으로 패턴에 따라 시프트 되도록 한다(S606).

보다 구체적으로, 제어부(30)는 스트립 감지부(20)에서 감지된 스트립 정보 또는 사용자가 직접 입력한 스트립 정보와 워크롤(11, 12)의 정보를 이용하여, 도 5와 같은 패턴을 형성하고, 이에 따라 워크롤(11, 12)이 동작하도록 제어한다.

도 5에서는 마주보는 워크롤(11, 12) 중 하나의 워크롤을 제어하는 패턴을 나타낸 것으로, 아래에서는 설명의 편의상 하나의 워크롤(11)을 대표하여 설명한다.

도 5를 보면, X축은 압연매수(POS)이고 Y축은 워크롤(11)의 시프트량을 나타내고, 시프트 개시방향(DIR)은 워크롤(11)이 축방향(x)을 기준으로 (+) 방향으로 이동하는지 (-) 방향으로 이동하는 이동 방향을 의미한다.

1회 시프트량(STP)은 워크롤(11)이 축방향(X)으로 1회 이동하는데 움직이는 시프트량이고, 시프트 변경간격(PIT)은 워크롤(11)이 1회 움직이는 간격으로 본 발명에서는 워크롤(11)이 압연매수 몇 매당 1번씩 움직이는지를 의미한다.

도 5에서는 시프트 변경간격(PIT)이 스트립의 압연매수 1회이고, 1회 시프트량이 약 10mm인 것으로 도시하였다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제어부(30)는 스트립 정보 또는 워크롤 정보에 따라 시프트 변경간격(PIT) 및 1회 시프트량(STP)를 변경할 수 있다.

워크롤(11)이 축방향(X)의 중심(0)을 기준으로 (+) 방향 또는 (-) 방향으로 최대 이동할 수 있는 시프트량을 시프트 진폭(AMP)이라고 한다. 본 발명의 제어부(30)는 계산 마모량이 기준 마모량 이상인 경우 압연매수가 증가할수록 워크롤(11)의 시프트 진폭(AMP)이 점진적으로 감소하는 패턴으로 워크롤(11)을 제어한다.

보다 구체적으로, 제1 압연매수에서 제9 압연매수까지의 제1 기간(S1)동안 제어부(30)는 압연매수 1회당 시프트량이 10mm가 되도록 워크롤(11)을 (+)방향으로 점진적으로 이동시키고, 이때 (+)방향으로 시프트 진폭(AMP)은 100mm이다. 이어, 제10 압연매수에서 제27 압연매수까지의 제2 기간(S2)동안 제어부(30)는 워크롤(11)을 (-)방향으로 점진적으로 이동시키고, 이때 (-)방향으로 시프트 진폭(AMP)은 -80mm이다. 제28 압연매수에서 제40 압연매수까지의 제3 기간(S3)동안 제어부(30)는 워크롤(11)을 (+)방향으로 점진적으로 이동시키고, 이때 (+)방향으로 시프트 진폭(AMP)은 60mm이다. 이어, 제41 압연매수에서 제49 압연매수까지의 제4 기간(S4)동안 제어부(30)는 워크롤(11)을 (-)방향으로 점진적으로 이동시키고, 이때 (-)방향으로 시프트 진폭(AMP)은 -40mm이다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 워크롤의 마모량이 설정된 마모량 이상 일 경우, 스트립의 압연매수가 증가할수록 워크롤의 시프트 진폭을 점진적으로 감소시킴으로써, 스트립의 중심부가 워크롤의 마모단차의 중심으로 유도되어 스트립에 양파가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트량 제어 방법에 따른 실험 결과를 나타내는 그래프이다.

스트립은 스테인리스 300계 소재를 사용하였고, 서로 마주보는 워크롤 중 제1 워크롤의 시프트 제어 패턴은 점선(A)으로 제2 워크롤(B)의 시프트 제어 패턴은 실선으로 표시하였다. 크라운은 스트립의 폭방향 두께 편차로서, 스트립에 양파가 발생할수록 크라운은 증가하게 된다.

실험 결과에 따라 크라운 목표치(C)와 실제 크라운 발생 실적치(D)를 비교해 보면, 스트립의 압연매수가 증가할수록 워크롤의 시프트 진폭을 감소시킴에 따라 스트립의 크라운이 목표치(C)의 ±20㎛ 이내에서 잘 제어되고 있음을 알 수 있다. 이로 인해, 본 발명에서는 스트립의 양파 발생으로 인한 워크롤의 부정기 교체 현상을 방지할 수 있다.

또한, 도 7과 같이 고탄소강이나 스테인리스 300계 소재를 압연하는 경우, 동일폭 연속 압연매수에 따른 시프트 진폭의 감소 비율을 압연매수당 대략 0.87mm~2.81mm로 제어하는 것이 바람직하다. 시프트 진폭의 감소 비율이 0.87mm 미만이나 2.81mm를 초과할 경우에는 압연매수당 시프트 진폭을 일정하게 제어하는 것에 비해 워크롤의 마모단차를 감소시키는 효과를 기대할 수 없다. 따라서, 코탄소강이나 스테인리스 300계 소재를 압연하는 경우에는 위의 시프트 진폭 수치에 따라 제어하는 것이 워크롤의 마모단차를 감소시키는 효과를 극대화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래 워크롤의 마모단차를 나타내는 도면이다.

도 2는 종래 워크롤 시프트 동작 패턴을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트량 제어장치를 나타내는 도면이다.

도 4는 압연기의 개략적인 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트 동작 패턴을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 동작을 나타내는 플로우차트이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 워크롤 시프트량 제어 방법에 따른 실험 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (5)

1. 동일한 폭을 가지며 연속 입력되는 복수의 스트립을 압연하는 워크롤의 시프트량을 제어하는 워크롤 시프트량 제어방법에 있어서,

   (a) 상기 워크롤로 입력되는 상기 스트립을 감지하여 카운트하는 단계,

   (b) 상기 스트립 및 워크롤에 의해 결정되는 상기 워크롤의 워크롤 마모량을 계산하는 단계,

   (c) 계산된 상기 워크롤 마모량과 설정된 기준 마모량을 비교하는 단계, 그리고

   (d) 상기 워크롤 마모량이 상기 기준 마모량 미만이면 상기 스트립의 압연매수에 따라 시프트 진폭을 일정하게 유지하고, 상기 워크롤 마모량이 상기 기준 마모량 이상이면 상기 스트립의 압연매수에 따라 상기 워크롤의 시프트 진폭을 감소시키는 단계를 포함하며,

   상기 시프트 진폭은 상기 워크롤의 축방향의 중심을 기준으로 상기 워크롤이어느 한쪽 방향으로 최대 이동할 수 있는 시프트량인 것을 특징으로 하는 워크롤 시프트량 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (d) 단계는,

   상기 스트립의 압연매수가 증가할수록 상기 시프트 진폭을 점진적으로 감소 시키는 것을 특징으로 하는 워크롤 시프트량 제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 (d) 단계는,

   제1 압연매수에서 상기 제1 압연매수보다 많은 제2 압연매수까지의 제1 기간 동안, 상기 워크롤의 축방향 중 제1 방향으로 상기 워크롤을 제1 시프트 진폭까지 점진적으로 시프트시키는 단계, 그리고

   상기 제2 압연매수에서 상기 제2 압연매수보다 많은 제3 압연매수까지의 제2 기간 동안, 상기 워크롤의 축방향 중 제2 방향으로 상기 워크롤을 제2 시프트 진폭까지 시프트시키는 단계를 포함하며,

   상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 축방향에서 서로 반대 방향이고, 상기 제2 시프트 진폭은 상기 제1 시프트 진폭보다 작은 것을 특징으로 하는 워크롤 시프트량 제어방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 스트립이 고탄소강 및 스테인리스 300계 소재인 경우, 상기 제1 시프트 진폭과 상기 제2 시프트 진폭 사이의 감소 비율은 압연매수당 0.87~2.81mm 인 것을 특징으로 하는 워크롤 시프트량 제어방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 (a)단계에서 상기 워크롤 마모량(△W(j))은 수학식

   

   에 의해 계산되고,

   

   는 워크롤 반지름, A(j)는 압연하중항, B는 마찰거리항, C는 압연장항, a, b, α, β는 계수인 것을 특징으로 하는 워크롤 시프트량 제어방법.

Images