KR101188086B1 - 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후강판의 이송 지연이 발생하더라도 유량 제어 동작의 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법에 관한 것으로, 상기 가속 냉각 장치는 유량 설정치가 최종 설정되면, 인터럽트 신호를 일시 활성화시키는 스위칭 인터럽트부; 및 상기 인터럽트 신호가 활성화되거나 마스킹 작업이 활성화되면 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하고, 마스킹 작업 비활성화되면 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하도록 하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

Description

가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법{Accelerated cooling apparatus and flow control method of the same}

본 발명은 후강판의 가속 냉각 공정에 적용되는 가속 냉각 장치에 관한 것으로, 특히 후강판의 이송 지연이 생기더라도 신뢰성있는 유량 제어 동작을 수행할 수 있는 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법에 관한 것이다.

후판 압연 공정에서 가속 냉각 공정은 후판에서 압연되어 나온 고온 후강판을 롤러 테이블로 이송하면서, 가속 냉각 장치를 통해 냉각수를 분사하여 후강판을 일정 온도로 냉각시키는 공정이다.

도1은 일반적인 가속냉각공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 압연기(11)에서 작업이 완료되어 나온 고온 후강판(14)은 롤러 테이블(12)에 의해 이송되며, 가속 냉각 장치(17)는 압연기(11) 후단에 설치된 1차 온도계(13)를 통해 측정된 온도 값으로 유량을 일차 설정한 후, 예비 교정기(16)의 전단에 설치된 2차 온도계(15)를 통해 측정된 온도값으로 최종 유량을 설정한다.

후강판(14)이 예비 교정기(16)를 지나 가속 냉각 장치(17)의 가속 냉각 영역으로 이송되면, 가속 냉각 장치(17)는 2차 온도에 따라 최종 설정된 유량으로 냉각수를 분사하여, 후강판(14)을 일정 온도로 냉각시켜 준다.

가속 냉각 공정에서 냉각수의 분사량은 후강판(14)의 냉각 온도를 결정하는 중요한 요인으로, 가속 냉각 장치(17)는 항상 최종 설정 유량에 따라 냉각수를 분사해줘야 한다.

한편, 종래의 기술에서는 후강판(14)의 헤드부(head)와 테일부(tail)가 가속 냉각 장치(17)의 냉각헤드를 지날 때에는 후강판 과냉을 방지하기 위해 마스킹(masking) 작업을 수행한다. 마스킹 작업시에는 유량이 급격하게 변화되어야 하므로 빠른 응답성을 가지는 오픈 루프(Open Loop) 제어 방식으로 유량을 제어하고, 그외의 구간에서는 유량 편차를 최소화하기 위해 낮은 응답성을 가지나 제어 안정 구간을 확보할 수 있는 클로즈 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하도록 한다.

만약, 후강판(14)의 이송 지연이 없으면, 1차 온도계(13)에 따라 설정된 유량 설정치와 2차 온도계(15)에 따라 설정된 유량 설정치는 거의 유사하므로 유량이 정상적으로 제어될 수 있다. 그러나 후강판(14)의 이송지연이 발생하여 유량 설정치가 크게 변화되면, 클로즈 오픈 루프 제어 방식의 늦은 응답성으로 인해 후강판(14)이 냉각헤드에 진입할 때에 냉각헤드에 공급되는 유량이 유량 설정치만큼 감소될 수 없게 되는 문제가 발생한다.

도2는 후강판의 다양한 이송 패턴들을 나타낸 도면이다.

(a)에 도시된 바와 같이, 후강판(14)이 지연 없이 이송되는 경우에는, 압연기(11)를 고속으로 통과한 후강판(14)은 별도의 대기 동작 없이 막바로 가속 냉각 장치(17)에 진입하는 패턴을 가진다. 이에 1차 온도값과 2차 온도값은 거의 비슷한 값을 가지므로 유량 설정치는 거의 변화되지 않는다. 그 결과, 후강판(14)이 가속 냉각 장치(17)의 냉각헤드에 진입하기 전까지 클로즈 루프 제어 방식으로 냉각헤드에 공급되는 유량을 제어하더라도, 후강판(14)이 가속 냉각 장치(17)의 냉각헤드에 진입할 때의 냉각수 실제 분사량은 최종 설정된 유량 설정치만큼 감소될 수 있다.

반면 (b)에 도시된 바와 같이, 가속냉각 작업구간에 선행 후강판이 있거나 설비 이상이 발생하는 경우에는, 후강판(14)은 가속 냉각 장치(17) 진입 전에 롤러 테이블(12)의 일정 위치에서 오실레이션하면서 대기하는 패턴을 가진다. 이와 같이 후강판(14)이 이송 지연되면, 2차 온도값은 1차 온도값에 비해 매우 낮아지게 되므로, 1차 온도값에 따라 설정된 유량 설정치와 2차 온도값에 따라 설정된 유량 설정치 간에는 큰 차가 발생하게 된다.

그러나 앞서 설명된 바와 같이 클로즈 오픈 루프 제어 방식은 낮은 응답성을 가지므로, 유량 설정치가 급격히 변화되면 후강판이 냉각헤드에 진입하기 전까지 냉각헤드에 공급되는 유량이 유량 설정치만큼 감소될 수 없게 된다. 그러면, 실제로 필요한 양보다 많은 양의 냉각수가 후강판(14)에 분사되어, 후강판 과냉으로 인한 품질 불량이 발생하게 된다.

또한 이러한 현상은 주로 후강판의 헤드부에 발생되는데, 일반적으로 후강판의 품질을 테스트하기 위한 시편은 후강판의 헤드부에서 채취되므로, 정확한 품질 보증도 할 수 없게 되는 이차적인 문제도 발생하게 된다.

이에 본 발명에서는 후강판의 이송 지연이 발생하여 유량 설정치가 급격하게 변화되더라도 후강판이 냉각헤드에 진입하기 전까지 냉각헤드에 공급되는 유량이 유량 설정치 만큼 감소될 수 있도록 함으로써, 유량 제어 동작의 신뢰성을 보장할 수 있는 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 유량 설정치가 최종 설정되면, 인터럽트 신호를 일시 활성화시키는 스위칭 인터럽트부; 및 상기 인터럽트 신호가 활성화되거나 마스킹 작업이 활성화되면 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하고, 마스킹 작업 비활성화되면 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하도록 하는 스위칭부를 포함하는 가속 냉각 장치를 제공한다.

상기 스위칭 인터럽트부는 상기 유량 설정부가 상기 유량 설정치를 최종 설정함을 감지하여 카운팅 동작을 수행하는 타이머; 및 상기 타이머가 카운팅 동작을 수행하는 동안, 상기 인터럽트 신호를 일시 활성화시키는 인터럽트 신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가속 냉각 장치는 압연 후 후강판의 온도에 따라 유량 설정치를 일차 설정한 후, 예비 교정기 진입 전 후강판의 온도에 따라 상기 유량 설정치를 최종 설정하는 유량 설정부; 상기 유량 설정치와 유량 측정치를 이용하여, 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 유량 조절부; 및 상기 유량 설정치를 이용하여, 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 개도치 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 후강판의 이송이 시작되면, 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 단계; 상기 후강판이 예비 교정기로 진입하면, 유량 설정치를 최종 설정하는 단계; 상기 유량 설정치가 최종 설정되면, 카운팅 동작을 수행함과 동시에 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 단계; 및 상기 카운팅 동작이 종료되면, 다시 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 단계를 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법을 제공한다.

상기 클로즈 루프 제어 방식은 상기 유량 설정치와 유량 측정치를 이용하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 오픈 루프 제어 방식은 상기 유량 설정치를 이용하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가속 냉각 장치는 후강판의 이송 지연이 발생하여 유량 설정치가 급격하게 변화되더라도, 후강판이 가속 냉각 장치에 진입할 때에는 냉각수의 실제 분사치가 최종 유량 설정치에 도달될 수 있도록 함으로써, 후강판이 항상 일정 온도로 냉각될 수 있도록 해준다.

도1은 일반적인 가속냉각공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도2는 후강판의 다양한 이송 패턴들을 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치의 일부 구성을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 인터럽트부를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 방법에 의해 제어되는 유량을 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치의 일부 구성을 도시한 도면이다.

도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치(17)는 냉각수 공급원인 냉각수 탱크(27), 냉각수를 후강판(14)에 분사하는 냉각헤드(21), 냉각헤드(21)로 공급되는 유량을 조절하는 유량밸브(23), 냉각헤드(21)로 공급되는 유량을 측정하여 측정 압력값을 제공하는 유랑계(24), 유량밸브(23)의 입측 및 출측 압력을 측정하여 입측 및 출측 압력값을 제공하는 입측 및 출측 압력계(22, 25), 유량밸브(23)의 개도치를 제어하여 냉각헤드(21)로 공급되는 유량을 제어하는 유량 제어 장치(28) 등을 포함하여, 냉각헤드(21)가 분사하는 유량을 후강판의 위치에 따라 능동적으로 가변시켜 준다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치를 도시한 도면이다.

도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치(28)는 유량 설정부(31), 유량 계수 산출부(32), 유량 조절부(33), 개도치 산출부(34), 스위칭부(35), 및 스위칭 인터럽트부(36) 등을 포함할 수 있다.

유량 설정부(31)는 1차 온도계(13)를 통해 측정된 압연 후 후강판 온도에 따라 유량 설정치를 일차 산출한 후, 2차 온도계(15)를 통해 예비 교정부 진입전 후강판 온도에 따라 유량 설정치를 최종 설정한다.

유량계수 산출부(32)는 입측 압력계(22)와 출측 압력계(25)의 측정치를 이용하여 유량밸브(23)의 입측과 출측간 압력 편차를 파악하고, 이에 상응하는 유량계수를 산출한다.

유량 조절부(33)는 유랑계(24)의 유량 측정치와 유량 설정부(31)의 유량 설정치를 서로 비교하여 유량 편차를 파악한 후, 이에 유량계수 산출부(32)의 유량계수를 반영하여 유량밸브 개도치를 조절한다. 이러한 유량 조절부(33)는 유랑계(24)의 측정 결과를 피드백받아서 유량밸브 개도치를 조절하므로, 제어 안정 구간을 확보할 수 있으나 응답 속도가 상대적으로 나빠진다.

개도치 산출부(34)는 유량 설정부(31)의 유량 설정치와 유량계수 산출부(32)의 유량계수만을 이용하여 유량밸브 개도치를 산출한다. 즉, 개도치 산출부(34)는 유량 조절부(33)와 달리 유랑계(24)의 측정 결과를 피드백 받을 필요가 없어, 상대적으로 빠른 응답시간을 가진다.

스위칭 인터럽트부(36)는 유량 설정부(31)가 유량 설정치를 최종 설정하면, 이에 응답하여 인터럽트 신호(open_en)를 일시 활성화시킨다.

스위칭부(35)는 마스킹 작업이 활성화되면(즉, 마스킹 작업신호(msk)가 활성화되면), 개도치 산출부(34)를 유량 밸브(23)에 연결하여 오픈 루프 제어 방식으로 유량이 제어되도록 하고, 마스킹 작업이 비활성화되면(즉, 작업신호(msk)가 비활성화되면), 유량 조절부(33)를 유량 밸브(23)에 연결하여 클로즈 루프 제어 방식으로 유량이 제어되도록 한다.

그러나 스위칭부(35)는 인터럽트 신호(open_en)가 활성화되면, 마스킹 작업 여부와 상관없이 개도치 산출부(34)를 우선적으로 유량 밸브(23)에 연결시켜 준다.

즉, 본 발명에서는 후강판이 이송 지연되어 유량 설정치가 크게 변화되면 후강판(14)이 가속 냉각 장치(17)에 진입하기 전까지 냉각수에 실제 공급되는 유량이 최종 유량 설정치에 도달할 수 없게 되는 종래의 문제를 해결하기 위하여, 유량 설정치가 최종 설정되면 일정 시간 동안 오픈 루프 제어 방식으로 유량이 제어되도록 한다. 그러면, 냉각수에 실제 공급되는 유량이 오픈 루프 제어 방식의 빠른 응답성에 따라 급격하게 감소될 수 있어, 가속 냉각 장치(17)에 진입할 때에는 냉각수에 실제 공급되는 유량이 유량 설정치에 도달할 수 있게 된다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 인터럽트부를 도시한 도면이다.

도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 인터럽트부(36)는 타이머(36-1), 및 인터럽트 신호 발생부(36-2) 등을 포함할 수 있다.

타이머(36-1)는 유량 설정치가 최종 설정되면, 이에 응답하여 사전된 설정된 시간(예를 들어, 1.5초)을 카운팅한다.

이때, 타이머(36-1)는 후강판이 2차 온도계(15)를 통과함을 감지하거나 유량 설정부(31)로부터 직접 유량 설정치가 최종 설정되었음을 통보받아 유량 설정치가 최종 설정되었음을 확인할 수 있다. 물론, 타이머(36-1)의 카운팅 시간은 조업 조건 또는 외부 환경에 따라 임의로 설정 또는 변경될 수 있다.

인터럽트 신호 발생부(36-2)는 타이머(36-1)가 카운팅 동작의 시작 및 종료 여부를 감지하여, 카운팅 동작이 수행되는 동안에만 인터럽트 신호(open_en)를 활성화시켜 준다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 후강판(14)의 이송이 시작되면(S1), 가속 냉각 장치(17)는 압연기(11)의 후단에 설치된 1차 온도계(13)를 통해 후강판 온도를 측정하여 유량을 일차 설정하고, 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어한다(S2).

후강판(14)이 계속 이송되어 예비 교정기(16)의 전단에 위치된 2차 온도계(15)를 통해 후강판 온도를 재측정하여 유량을 최종 설정한다(S3).

유량이 최종 설정되면, 카운팅 동작을 수행함과 동시에 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하기 시작한다(S4). 그러면 유량 제어 속도가 증대되어, 일차로 설정된 유량 설정치와 최종 설정된 유량 설정치간 차가 크더라도 후강판(14)이 냉각헤드(21)에 진입하기 전에 냉각헤드(21)에 공급되는 유량이 최종 설정 유량만큼 감소될 수 있게 된다.

소정 시간이 경과하여 카운팅 동작이 완료되면(S5), 가속 냉각 장치(17)는 다시 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어한다(S6).

이후 가속 냉각 장치는 종래와 같은 방식으로 유량을 제어하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 즉, 후강판(14)의 헤드부와 테일부가 냉각헤드(21)를 통과할 때에는 오픈 루프 제어 방식에 따라 유량을 제어하고, 그렇지 않을 경우에는 클로즈 오픈 루프 제어 방식에 따라 유량을 제어하도록 한다.

도7의 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 효과를 방법에 의해 제어되는 유량을 도시한 도면이다.

(a)에 도시된 바와 같이, 종래에는 후강판(14)이 냉각헤드(21)에 진입하기 전에는 클로즈 루프 제어 방식에 따라 유량을 제어하므로, 후강판(14)이 냉각헤드(21)에 진입하기 전에는 유량 제어 속도가 매우 느림을 알 수 있다.

일차로 설정된 유량 설정치와 최종 설정된 유량 설정치간 차가 매우 크더라도, 냉각헤드(21)에 공급되는 유량은 매우 천천히 변화됨을 알 수 있다. 이에 후강판(14)이 냉각헤드(21)에 진입되더라도 냉각헤드(21)에 공급되는 유량이 최종 유량 설정치만큼 감소되지 못해, 후강판(14)에 설정량 보다 많은 냉각수가 분사되어 후강판(14)이 과냉되는 등의 문제가 발생하게 된다.

그러나 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 최종 설정치가 설정되면 이에 응답하여 오픈 루프 제어 방식에 따라 유량이 제어되도록 한다. 이에 냉각헤드(21)에 공급되는 유량이 최종 설정치에 따라 급격히 변화되어, 후강판(14)이 냉각헤드(21)에 진입되기 전에 냉각헤드(21)에 공급되는 유량이 최종 유량 설정치만큼 감소되게 된다. 그 결과, 후강판(14)이 냉각헤드(21)에 진입될 때에는 냉각헤드(21)가 설정량만큼만 냉각수를 분사할 수 있어, 후강판(14)을 설정 온도로 냉각할 수 있게 된다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

11: 압연기 12: 롤러 테이블
13: 1차 온도계 14: 후강판
15: 2차 온도계 16: 예비 교정기
17: 가속 냉각 장치 21: 냉각헤드
22: 입측 압력계 23: 유량 밸브
24: 유량계 25: 출측 압력계
27: 냉각수 탱크 28: 유량 제어 장치
31: 유량 설정부 32: 유량 계수 산출부
33: 유량 조절부 34: 개도치 산출부
35: 스위칭부 36: 스위칭 인터럽트부
36-1: 타이머 36-2: 인터럽트 신호 발생부

Claims (6)

1. 유량 설정치가 최종 설정되면, 인터럽트 신호를 일시 활성화시키는 스위칭 인터럽트부; 및
   상기 인터럽트 신호가 활성화되거나 마스킹 작업이 활성화되면 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하고, 마스킹 작업 비활성화되면 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하도록 하는 스위칭부를 포함하는 가속 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 인터럽트부는
   상기 유량 설정부가 상기 유량 설정치를 최종 설정함을 감지하여 카운팅 동작을 수행하는 타이머; 및
   상기 타이머가 카운팅 동작을 수행하는 동안, 상기 인터럽트 신호를 일시 활성화시키는 인터럽트 신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치.
3. 제1항에 있어서,
   압연 후 후강판의 온도에 따라 유량 설정치를 일차 설정한 후, 예비 교정기 진입 전 후강판의 온도에 따라 상기 유량 설정치를 최종 설정하는 유량 설정부;
   상기 유량 설정치와 유량 측정치를 이용하여, 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 유량 조절부; 및
   상기 유량 설정치를 이용하여, 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 개도치 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치.
4. 후강판의 이송이 시작되면, 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 단계;
   상기 후강판이 예비 교정기로 진입하면, 유량 설정치를 최종 설정하는 단계;
   상기 유량 설정치가 최종 설정되면, 카운팅 동작을 수행함과 동시에 오픈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 단계; 및
   상기 카운팅 동작이 종료되면, 다시 클로즈 루프 제어 방식으로 유량을 제어하는 단계를 포함하는 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 클로즈 루프 제어 방식은
   상기 유량 설정치와 유량 측정치를 이용하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 오픈 루프 제어 방식은
   상기 유량 설정치를 이용하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법.

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