KR101204462B1 - 압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립 캐스팅 공정에서 압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법에 있어서, 열팽창 예측기에 의해 측정된 연신량 변화량(dMst)과 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출하는 단계와, 상기 산출된 열팽창량(RExp)을 이용하여 변형된 작업롤 프로파일을 교정하기 위해 벤더력 설정기에 의해 벤더력 기준값(BFs)을 하기 수식1에 의해 설정하는 단계와, 상기 설정된 벤더력 기준값(BFs)을 이용하여 작업롤에 가해지는 벤더력을 제어하는 단계를 포함하는 압연기의 작업롤의 벤더 제어 방법을 제공하며, 작업롤의 연신량 변화량과 롤갭 변화량을 고려하여 시간에 따른 압연기의 작업롤의 열팽창량을 정확하게 산출함에 의해 적정 벤더력을 설정하고, 서보밸브 및 실린더가 설정된 벤더력을 추종하도록 제어함으로써 스트립의 센터 및 에지 웨이브를 방지할 뿐만 아니라, 조업 트러블 발생 등을 감소시켜 생산성 및 실수율을 향상시키는 우수한 효과를 제공한다.

압연기, 작업롤, 연신량, 롤갭 변화량, 열팽창량, 벤더

Description

압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING BENDER OF WORK ROLLS FOR A ROLLING MILL}

본 발명은 스트립을 압연하는 압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시간에 따른 압연기의 작업롤의 열팽창량을 정확하게 산출하여 적절한 벤더력을 설정하고, 서보밸브 및 실린더가 설정된 벤더력을 추종하도록 제어함으로써 센터 및 에지 웨이브를 방지하는 압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스트립 캐스팅 장치는 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 그 용강으로부터 직접 수 mm 두께의 박판제품을 연속적으로 제조하는 설비를 말한다. 이러한 스트립 캐스팅 장치를 통한 박판 제품은 냉각수에 의해 냉각되면서 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 이들의 측면을 밀봉하는 에지댐에 의해 형성된 용강풀로 용강이 공급된 후 주조롤 표면과 접촉 응고되면서 얇은 응고셀을 형성하게 되고, 이 응고셀들이 최근접점에서 합체되어 일정한 두께로 연속 주조되는 형태로 생산되게 된다.

도 1은 예시적인 스트립 캐스팅 공정의 개략적인 측입면도인데, 스트립이 운 송로(transit path)(4)에서 가이드 테이블(5)을 가로질러 핀치롤(6A)를 포함하는 핀치롤 스탠드(6)를 통과하며, 상기 핀치롤 스탠드(6)에서 나온 직후에, 스트립은 한 쌍의 작업롤(work roll)(7A) 및 백업롤(backup roll)(7B)을 포함하는 고온의 인라인 압연기(7)를 통과하게 되고, 이에 의해 스트립은 고온으로 압연되어 두께가 감소하게 된다. 그 후에 압연된 스트립은 런-아웃 테이블(8)을 통과하는데, 여기서 워터젯(9)을 통하여 공급되는 물과 접촉함으로써 대류에 의해 그리고 복사에 의해 냉각되며, 경우에 따라 스트립은 한 쌍의 핀치롤(10A)을 포함하는 핀치롤 스탠드(10)를 통과한 후에 코일러(11)를 통과할 수 있다.

그런데, 상기 스트립 캐스팅 공정중 인라인(in-line) 압연 프로세스는 가혹한 조건에서 이루어지고 있으며, 이에 따라 압연되는 고온의 스트립과 접촉하며 회전하는 작업롤은 스트립의 열전도에 의해 접하는 부위가 불룩하게 팽창된다. 이러한 작업롤의 열팽창의 정도는 폭방향에 따라 달라지는데, 도 2에 나타난 바와 같이 작업롤의 폭 중앙부가 열팽창량이 크고 폭에서 멀어질수록 열팽창량이 작아지며, 어느 정도 시간이 지나면 열팽창의 정도와 워크롤의 형태가 일정하게 유지되게 되고, 상기 작업롤의 열팽창에 의해 도 3(a)에 나타난 바와 같이 스트립의 중앙부에 버클(buckle)이 발생하는 센터 웨이브가 나타나게 된다.

이러한 센터 웨이브를 방지하기 위하여 압연기의 벤더력을 조정함에 의해 열팽창에 의해 변경된 작업롤의 프로파일을 교정하게 된다. 다만, 벤더력 조정이 적절하지 않으면 센터 웨이브가 그대로 존재하거나, 과도한 경우에는 오히려 도 3(b)와 같은 에지 웨이브가 발생할 수도 있다.

따라서, 이러한 작업롤의 형상불량을 방지하여 압연작업을 안정적으로 실시하기 위해서는 주조된 스트립의 폭방향 두께, 온도 프로파일, 압연하중, 작업롤 초기 프로파일, 작업롤의 열팽창 등을 고려하여 벤더력을 제어해야 하지만, 압연중에는 작업롤의 열팽창의 정도를 측정하지 못하기 때문에 스트립의 온도와 작업롤의 냉각패턴을 반영하여 열전달 수식모델에 의해 작업롤의 온도를 예측해 열팽창량을 계산하고 이로부터 적정 벤더력을 산출하여 제어하는 방법을 적용해 왔다.

그러나, 상기 수식모델은 스트립과 작업롤의 접촉부부분에서의 열전달계수와, 냉각수에 의해 냉각되는 부분의 열전달계수를 설정하여 사용하고 있지만, 이러한 열전달계수들은 스트립의 온도, 표면상태, 압연조건 및 냉각패턴 등에 따라 변하게 되므로 정확한 열팽창량을 계산하려면 각 조업조건에 따른 열전달계수가 설정되어야 한다. 하지만, 조업조건이 매우 다양하여 열전달계수들이 조업조건에 맞게 설정되어 있지 않기 때문에 열팽창량의 예측의 정확도가 떨어지게 되어 결과적으로 벤더력 제어가 제대로 되지 않아 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 작업롤의 연신량 변화량과 롤갭 변화량을 고려하여 시간에 따른 압연기의 작업롤의 열팽창량을 정확하게 산출함에 의해 적정 벤더력을 설정하고, 서보밸브 및 실린더가 설정된 벤더력을 추종하도록 제어함으로써 스트립의 센터 및 에지 웨이브를 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 스트립 캐스팅 공정에서 압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법에 있어서, 열팽창 예측기에 의해 측정된 연신량 변화량(dMst)과 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출하는 단계와, 상기 산출된 열팽창량(RExp)을 이용하여 변형된 작업롤 프로파일을 교정하기 위해 벤더력 설정기에 의해 벤더력 기준값(BFs)을 하기 수식1에 의해 설정하는 단계와, 상기 설정된 벤더력 기준값(BFs)을 이용하여 작업롤에 가해지는 벤더력을 제어하는 단계를 포함하는 압연기의 작업롤의 벤더 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 열팽창량(RExp) 산출 단계는, 열팽창 예측기에 의해 실측된 압연하중(RF)으로부터 하기 수식2에 의해 작업롤 연신량(Mst)을 구한 후, 하기 수식3과 같이 압연 입출측 두께가 목표 두께에 도달한 최초시점의 연신량(Mst0)을 기준으로 연신량 변화량(dMst)을 구하며, 더불어 하기 수식4와 같이 압연 입출측 두께가 목표 두께에 도달한 최초시점의 롤갭(RG0)을 기준으로 롤갭 변화량(dRG)을 구한 후, 상기 연신량 변화량(Mst)에 상기 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출하는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 벤더력을 제어하는 단계는, 상기 벤더력 기준값(BFs)을 벤더력 측정기에 의하여 측정된 벤더력 측정값과 비교하는 단계와, 상기 벤더력 기준값(BFs)과 벤더력 측정값의 차이를 출력하는 단계와, 상기 출력값을 이용하여 서보밸브 및 실린더를 제어하는 단계로 이루어지는 것에도 그 특징이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 작업롤의 연신량 변화량과 롤갭 변화량을 고려하여 시간에 따른 압연기의 작업롤의 열팽창량을 정확하게 산출함에 의해 적정 벤더력을 설정하고, 서보밸브 및 실린더가 설정된 벤더력을 추종하도록 제어함으로써 스트립의 센터 및 에지 웨이브를 방지할 뿐만 아니라, 조업 트러블 발생 등을 감소시켜 생산성 및 실수율을 향상시키는 우수한 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 압연기 연신량을 더한 롤갭변화량을 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명의 작업롤 벤더 제어 공정의 개략 구성도, 도 6은 본 발명의 작업롤 벤더 제어 공정의 상세 구성도, 도 7은 본 발명에 따른 작업롤의 벤더 제어 방법의 플로우 차트이다.

도 4는 압연기 입출측 두께들이 일정한 값을 유지하는 상태에서 롤갭 변화량에 압연기 연신량을 더한 값을 나타낸 것으로, 시간에 지남에 따라 작업롤이 열팽 창함으로써 롤갭이 감소되어 압연기 출측 두께가 얇아지는 것을 방지하기 위해 롤갭을 늘려주었음을 확인할 수 있다. 이와같이 본 발명은 롤갭과 작업롤 연신량을 고려하여 작업롤의 열팽창량을 예측하고, 상기 열팽창량으로부터 적정 벤더력을 설정 제어하고자 하는 것이다.

본 발명의 구성은 작업롤 열팽창 예측기(40), 벤더력 설정기(50), 벤더제어장치(60), 서보밸브(servo valve: 70A,70B), 실린더(80A, 80B), 벤더력 측정기(90A, 90B)를 포함하여 이루어진다.

상기 작업롤 열팽창 예측기(40)는 작업롤의 연신량 변화량(dMst)과 롤갭 변화량(dRG)을 구함으로써 작업롤의 열팽창량(Rexp)을 산출하게 된다.

그리고, 상기 벤더력 설정기(50)는 상기 산출된 열팽창량(RExp)을 이용하여 변형된 작업롤 프로파일을 교정하기 위한 벤더력 기준값(BFs)을 설정한다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 벤더제어장치(60)는 상기 적절한 벤더력이 작업롤(20A, 20B)에 가해지도록 상하부의 서보밸브(70A, 70B)와 실린더(80A, 80B)를 작동시켜 압연기의 작업롤의 벤더를 제어한다. 이 때, 상기 상,하부의 서보밸브(70A, 70B)는 벤더제어장치(60)의 제어를 받아 유압펌프에 의해 오일을 가압하여 압유를 발생시킴으로써 유압 실린더(80A, 80B)를 작동시켜 작업롤에 벤더력을 가하게 된다.

한편, 상기 벤더력 측정기(90A, 90B)는 작업롤(20A, 20B)에 가해지는 벤더력을 측정후 벤더제어장치(60)로 벤더력 측정값를 보내어 벤더력 기준값(BFs)과 비교한 후, 벤더력 기준값(BFs)과 벤더력 측정값과의 차이에 따라 압연기의 작업롤의 벤더를 제어할 수 있도록 서보밸브 및 유압실린더를 제어하게 된다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7의 플로우차트에 도시된 바와 같이, 먼저 열팽창 예측기(40)에 의해 측정된 연신량 변화량(dMst)과 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출한다(S1). 즉, 도 5의 본 발명의 벤더 제어 공정의 구성도에 도시된 바와 같이 본 발명은 작업롤 열팽창 예측기(40)에 의해 실측된 압연하중(RF)으로부터 하기 수식2에 의해 작업롤의 연신량(Mst)을 구한다.

(수식 2)

Mst(t) = RF(t) / M

(단, 여기서 t는 시간, M은 압연기 밀상수)

이는 스트립(S)에 걸리는 압연하중(RF)만큼의 반작용을 압연기의 작업롤이 받음으로써 작업롤이 연신되어 롤갭이 오픈(open), 즉, 상하부작업롤(20A,20B)의 사이의 거리가 늘어나기 때문에, 작업롤의 연신량을 보상하여 그만큼 롤갭을 클로즈(close), 즉, 롤갭을 감소시키기 위함이다.

이와같이 압연기 연신량(Mst)을 구한 후 수식3에 의해 압연 입출측 두께가 목표 두께에 도달한 최초시점의 연신량(Mst0)을 기준으로 연신량 변화량(dMst)을 구한다.

(수식 3)

dMst(t) = Mst(t) - Mst0

그리고, 롤갭(RG)을 측정한 후, 수식4에 의해 압연 입출측 두께가 목표 두께 에 도달한 최초시점의 롤갭(RG0)을 기준으로 롤갭 변화량(dRG)을 구한다.

(수식 4)

dRG(t) = RG(t) - RG0

이는 압연 공정중에 고온의 스트립과 접촉되는 작업롤이 열팽창되어 롤갭(RG)이 클로즈되기 때문에 이를 보상해 줌으로써 스트립의 두께를 일정하게 유지하기 위함이다.

그리고, 하기 수식6과 같이 상기 산출된 연신량 변화량(dMst)에 상기 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출하게 된다.

(수식 6)

RExp(t) = dMst(t) + dRG(t)

이는 롤갭(RG)과 작업롤 열팽창량(RExp), 압연기 연신량(Mst)의 관계가 하기 식7에 의해 표현되기 때문이다.

(수식 7)

롤갭(RG(t)) = RG0 + 작업롤 열팽창량(RExp(t)) - 압연기 연신량 변화량(dMst)

상기 수식들에 의해 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출한 후에는 상기 산출된 열팽창량(RExp)을 이용하여 변형된 작업롤의 프로파일을 교정하기 위해 벤더력 설정기(50)에 의해 벤더력 기준값(BFs)을 하기 수식1에 의해 설정한다(S2).

(수식 1)

BFs(t) = -0.33 × RExp(t)

표 1은 벤더력, 압연하중, 압연기 입측 소재의 크라운 및 작업롤 등가 크라운에 대한 압연 실적 데이터를 기재한 예이다. 이중 작업롤 등가 크라운은 작업롤 초기의 크라운, 상하부 롤의 페어 크로스(pair cross) 각도와 열팽창 크라운을 포함하고 있다.

상기 표1에 기재된 데이터들을 이용하여 벤더력, 압연하중, 압연기 입측 소재 크라운 및 작업롤 등가 크라운간의 관계를 회귀식을 구하여 표현하면 수식8과 같다.

(수식 8)

벤더력(BFs) = 21.2 + 0.0362×RFs - 0.171×Crm - 0.33×Crr

상기 수식8로부터 벤더력과 열팽창 크라운간의 관계를 추출하면 상기 수식1과 같이 표현되는 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 벤더력 설정기에 의해 작업롤의 열팽창량을 이용하여 벤더력 기준값을 설정한 후에는 벤더력 제어 단계를 수행한다(S3). 먼저 상기 벤더력 기준값(BFs)을 벤더력 측정기(90A, 90B)에 의하여 측정된 벤더력 측정값과 비교한다(T1). 그리고, 벤더력 기준값(BFs)과 벤더력 측정값의 차이, 즉 "벤더력 기준값 - 벤더력 측정값"을 출력한다(T2). 상기 출력값이 양수값(+값)이라면 상기 서보밸브에 양수값을 인가하여 실린더를 전진시켜 벤더력을 증가시키고, 상기 출력값이 음수값(-값)이라면 벤더력 측정값이 과도한 것이므로 서보밸브에 음수값을 인가하여 실린더를 후퇴시켜 벤더력을 감소시켜 제어한다(T3).

도 1. 예시적인 스트립 캐스팅 공정의 개략적인 측입면도.

도 2. 압연기의 작업롤의 폭방향 위치에 따른 열팽창 프로파일을 나타낸 그래프.

도 3. 형상불량 사진으로서, (a)는 센터 웨이브 사진, (b)는 에지 웨이브 사진.

도 4. 압연기 연신량을 더한 롤갭변화량을 나타낸 그래프.

도 5. 본 발명의 작업롤 벤더 제어 공정의 개략 구성도.

도 6. 본 발명의 작업롤 벤더 제어 공정의 상세 구성도.

도 7. 본 발명에 따른 작업롤의 벤더 제어 방법의 플로우 차트.

*도면의 주요부호에 관한 설명*

1: 턴디쉬 2: 분배기

3A,3B: 주조롤 4: 운송로(transit path)

5: 가이드 테이블 6: 핀치롤 스탠드

6A: 핀치롤 7: 인라인 압연기

7A: 작업롤 7B: 백업롤

8: 런-아웃 테이블 9: 워터젯

10: 핀치롤 스탠드 10A: 핀치롤

11: 코일러

20A,20B: 상, 하부 작업롤 30A, 30B: 상, 하부 백업롤

40: 열팽창 예측기 50: 벤더력 설정기

60: 벤더제어장치 70A,70B: 서보밸브

80A,80B: 실린더 90A,90B: 벤더력 측정기

S: 스트립

Claims (3)

1. 스트립 캐스팅 공정에서 압연기의 작업롤의 벤더를 제어하는 방법에 있어서,

   열팽창 예측기에 의해 측정된 연신량 변화량(dMst)과 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출하는 단계와,

   상기 산출된 열팽창량(RExp)을 이용하여 변형된 작업롤 프로파일을 교정하기 위해 벤더력 설정기에 의해 벤더력 기준값(BFs)을 하기 수식1에 의해 설정하는 단계와,

   상기 설정된 벤더력 기준값(BFs)을 이용하여 작업롤에 가해지는 벤더력을 제어하는 단계를 포함하는 압연기의 작업롤의 벤더 제어 방법.

   (수식 1)

   BFs(t) = -0.33 × RExp(t)

   (단, 여기서 t는 시간)
2. 제1항에 있어서,

   상기 열팽창량(RExp) 산출 단계는,

   열팽창 예측기에 의해 실측된 압연하중(RF)으로부터 하기 수식2에 의해 작업롤 연신량(Mst)을 구한 후, 하기 수식3과 같이 압연 입출측 두께가 목표 두께에 도달한 최초시점의 연신량(Mst0)을 기준으로 연신량 변화량(dMst)을 구하며,

   더불어 하기 수식4와 같이 압연 입출측 두께가 목표 두께에 도달한 최초시점 의 롤갭(RG0)을 기준으로 롤갭 변화량(dRG)을 구한 후,

   상기 연신량 변화량(Mst)에 상기 롤갭 변화량(dRG)을 더하여 작업롤의 열팽창량(RExp)을 산출하는 것을 특징으로 하는 압연기의 작업롤의 벤더 제어 방법.

   (수식 2)

   Mst(t) = RF(t) / M

   (수식 3)

   dMst(t) = Mst(t) - Mst0

   (수식 4)

   dRG(t) = RG(t) - RG0

   (단, 여기서 t는 시간, M은 압연기 밀상수)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 벤더력을 제어하는 단계는,

   상기 벤더력 기준값(BFs)을 벤더력 측정기에 의하여 측정된 벤더력 측정값과 비교하는 단계와,

   상기 벤더력 기준값(BFs)과 벤더력 측정값의 차이를 출력하는 단계와,

   상기 출력값을 이용하여 서보밸브 및 실린더를 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압연기의 작업롤의 벤더 제어 방법.

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