KR101243203B1 - 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법 - Google Patents

롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정의 주조롤이 롤 편심 및 베어링 공차 등으로 인하여 주조 중 롤 회전 주기로 주편 두께가 변동하는 것을 보정하는 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주조 전 주조롤의 편심 및 베어링 공차를 측정하여 주조롤 쵸크(chock)의 위치제어 로직(logic)에 편심량을 반영하여 제어함으로써 쌍롤의 갭을 일정 양으로 유지하도록 하는 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법은, 주조롤 1회전 시 편심으로 인한 롤갭 변동량을 주조전에 미리 측정하여 롤갭 변동에 따른 보상값을 정하는 단계; 상기 보상값에 따라 쵸크(chock)의 위치를 1회전 주기로 반복 이동하여 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 주조 전 주조롤 및 쵸크의 편심을 측정하여 주조 중 쵸크 제어에 롤 1회전 주기로 반복적으로 반영함으로써 롤의 편심이 주편 두께 헌팅(hunting)으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 또한 주조 전 측정값이 주조 중에는 용강 등의 외부 조건에 추가되어 미세한 변동이 있을 수 있으므로 측정값을 쵸크 제어에 반영할 때 운전자가 진폭과 위상을 실시간 변경할 수 있다.
주조롤, 쵸크, 로딩 실린더, 풀백 실린더, 리니어 게이지

Description

롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법{A Method of Adjusting Strip Thickness Variance caused by Eccentricity of Roll}
본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정의 주조롤이 롤 편심 및 베어링 공차 등으로 인하여 주조 중 롤 회전 주기로 주편 두께가 변동하는 것을 보정하는 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주조 전 주조롤의 편심 및 베어링 공차를 측정하여 주조롤 쵸크(chock)의 위치제어 로직(logic)에 편심량을 반영하여 제어함으로써 쌍롤의 갭을 일정 양으로 유지하도록 하는 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 쌍롤식 박판 주조 공정에서의 주조롤 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 주조롤 쵸크(20)의 바깥쪽에 위치한 로딩 실린더(30; loading cylinder)와 풀백 실린더(40; pullback cylinder)로 포지션(position)이 제어된다. 쵸크 가운데에는 풀백 실린더가 연결되어 쵸크를 뒤로 당기고, 상하 2개소에 각각 설치된 로딩 실린더는 쵸크를 밀어줌으로써 원하는 위치로 쵸크를 움직이거나 유지할 수 있다.
주조롤(10)은 쵸크(20)에 구속되어 회전 외에는 불가하므로 쵸크 포지션(chock position) 제어를 통해 주조롤의 위치가 결정되고, 양쪽 주조롤의 위치에 따라 주조롤 사이의 갭(gap)이 결정된다. 주조롤 갭은 용강이 최종적으로 응고되어 통과하는 몰드(mold)로써 주편 두께를 결정한다. 쵸크에는 포지션 센서(position sensor)가 각각 설치되어 쵸크의 위치를 실시간 측정하며, 로딩 및 풀백 실린더에는 로드 셀(load cell)이 설치되어 있어 주조롤이 주편으로부터 받는 힘을 측정한다. 각각의 실린더는 서보 밸브(servo valve)에 의해 포지션을 제어한다.
4개의 쵸크는 각각 포지션 컨트롤(position control)되며 주조롤 열팽창에 따른 주편 두께 변동을 방지하기 위해 실측된 주편 두께를 바탕으로 최초 위치(최초 주조롤 갭을 실측하여 setting한 위치)에서부터 조금씩 위치를 변경한다. 현재 주조롤 1회전 이상의 시간 동안 주편 두께의 평균값을 피드백(feedback)으로 활용하여 주조롤 쵸크 포지션을 제어하여 롤갭(roll gap)을 조정한다. 즉 현재 주조롤 포지션 제어는 롤의 열팽창 보정을 위한 목적이며, 롤 1회전 주기의 편심 보정은 불가하다.
주조롤은 주조 전 편심을 10um이내가 되도록 연마되나, 연마 시 롤을 지지하는 부분과, 주조 중 쵸크가 롤을 지지하는 부분이 다르기 때문에 편심이 발생한다. 만일, 연마 시와 쵸크 결합 시 롤의 지지 부분을 동일하게 할 경우 연마 시 방진구에 의해 롤의 지지부에 스크래치(scratch) 및 마모가 발생하여 수회 사용 후 육성가공이 불가피하다. 또한 쵸크 베어링(bearing) 공차가 10um 정도 있어서 최종 롤의 편심은 20um 가깝게 발생한다. 한 롤에서 20um 이므로 양 롤 사이의 갭은 20~40um 정도 변한다.
즉, 주조롤의 편심과 쵸크 베어링(bearing) 공차로 인한 롤 편심으로 인해 쌍롤 사이의 갭에서 주조되는 주편 두께가 롤 회전 주기와 동일하게 변동하는 것이다. 주편 두께는 주조롤 1회전 주기로 30~50um 정도 변동하며 주편 두께 변동은 압연기 (IRM; In-line Rolling Mill)에서의 압연 이후에도 나타나 품질 편차를 유발한다. 과도할 경우 압연기의 공진 등을 초래하여 문제가 되기도 한다.
또한 그간 주조롤 갭(gap) 제어를 실시간으로 하지 못한 이유는 주조롤 갭을 실제로 측정할 방법이 없고 (용강이 에지댐에 쌓여 있음) 주편 두께는 주조롤에서 멀리 떨어진 곳에서 측정하므로 실시간 대응이 불가능하기 때문이다. 주조 중 주조롤 갭을 실측할 방법이 없는 한 주조롤 편심 보정은 매우 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 주조 전 주조롤 및 쵸크의 편심을 측정하여 주조 중 쵸크 제어에 롤 1회전 주기로 반복적으로 반영함으로써 롤의 편심이 주편 두께 헌팅(Hunting)으로 연결되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한 주조 전 측정값이 주조 중에는 용강 등의 외부 조건에 추가되어 미세한 변동이 있을 수 있으므로 측정값을 쵸크 제어에 반영할 때 운전자가 진폭과 위상을 실시간 변경할 수 있도록 함으로써 쌍롤형 박판 주조 등으로 제조된 박판의 두께가 균일하고, 표면 품질이 우수한 제품을 제조할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법은, 주조롤 1회전 시 편심으로 인한 롤갭 변동량을 주조전에 미리 측정하여 롤갭 변동에 따른 보상값을 정하는 단계; 상기 보상값에 따라 쵸크(chock)의 위치를 1회전 주기로 반복 이동하여 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 롤갭 변동량 측정은 양쪽 주조롤의 양 에지 부분의 진원도를 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 주조롤의 진원도 측정은 주조롤을 5회 이상 회전시키며 측정하고, 측정된 결과를 평균하여 산출된 것을 특징으로 하며, 상기 쵸크의 위치 조정은, 주조롤의 측정된 롤갭 측정량과 반대 방향으로 이동시키도록 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 쵸크의 위치 조정은 주조 중에 발생된 쵸크의 위치변동 오차값을 감안하여 최초 보상값을 보정하여 조정되는 것을 특징으로 하며, 상기 쵸크의 위치변동 오차값은, 롤의 회전각도, 속도 및 용강의 응고 정도에 따라 발생되는 것으로서 주조 중에 측정된 게이지 측정값과 최초 보상값과의 차이에 따라 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 쵸크의 위치 변동 오차값은 다음의 제1식 및 제2식에 의거 산출되는 것을 특징으로 한다.
(제1식) y1'= (b1-b1') x 6/5 - (b2-b2') x 4/5
(제2식) y2'= (b2-b2') x 6/5 - (b1-b1') x 4/5
상기 제1식 및 제2식에서,
y1'= 롤의 한쪽 에지 부분의 위치변동 오차값
y2'= 롤의 다른쪽 에지 부분의 위치변동 오차값
b1 = 롤의 한쪽 에지 부분의 최초 보상값
b1'= 롤의 한쪽 에지 부분의 주조 중 측정값
b2 = 롤의 다른쪽 에지 부분의 최초 보상값
b1'= 롤의 다른쪽 에지 부분의 주조 중 측정값
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주조 전 주조롤 및 쵸크의 편심을 측정하여 주조 중 쵸크 제어에 롤 1회전 주기로 반복적으로 반영함으로써 롤의 편심이 주편 두께 헌팅(hunting)으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.
또한 주조 전 측정값이 주조 중에는 용강 등의 외부 조건에 추가되어 미세한 변동이 있을 수 있으므로 측정값을 쵸크 제어에 반영할 때 운전자가 진폭과 위상을 실시간 변경할 수 있다.
본 발명은 주조롤 회전 시 편심 및 공차로 인한 주조롤 갭 변동을 주조 전에 측정하여 주조 중 쵸크 포지션 제어를 통해 주조롤 갭 변동을 억제하기 위한 제어방법에 관한 것이다. 주조 전 주조롤을 회전시키며 주조롤 외부에 고정한 리니어 게이지(50; linear gauge)로 롤 진원도(眞圓度)를 측정하면 주조롤의 편심 및 공차를 측정할 수 있다.
주조롤의 편심 및 공차는 동일한 값으로 유지되므로, 주조롤 1회전을 주기로 진원도는 동일하게 반복되며 측정된 진원도 값과 유사하게 주조 중에도 주조롤은 편심되어 회전한다. 주조 중 쵸크 포지션은 주조롤 1회전 주기로 측정된 주편 두께를 피드백으로 활용하기 때문에 주조롤 1회전 내의 주편 두께 헌팅(hunting)을 제어할 수 없다. 또한 주조롤 1회전 동안 쵸크 포지션의 변동은 없다.
주조 후 주편 두께 변동 측정값을 분석하면 도 2와 같이 주조롤 1회전 주기로 약 20~40um 정도 변동하며, 변동 값은 거의 동일하게 반복된다. 따라서 주조 전 양쪽 주조롤의 양 에지(edge) 부분 진원도를 롤갭 위치(nip point, 도 1의 (a) 및 도 3 참조) 에서 측정하면 총 4개 위치에서 주조롤의 진원도가 측정됨으로써 주조롤 1회전 주기 내에서의 롤갭의 변동을 예측할 수 있다.
측정 편차를 최소화하기 위해 주조롤을 5회 이상 회전시키며 진원도를 측정하고, 측정된 결과는 평균하여 주조롤 1회전 시 편심으로 인한 롤 갭 변화량을 확인한다. 측정된 롤 갭 변화량과, 반대로 주조롤 쵸크 포지션이 주조 1회전 주기로 반복적으로 움직이면 주조롤은 편심을 유지하며 헌팅(hunting)하지만 쌍롤 사이의 주조롤 갭은 쵸크의 이동으로 일정량으로 유지된다.
주조 전 주조롤 회전 시에는 롤 사이에 용강(주편)이 없어 롤에 가해지는 외력이 없기 때문에 주조 중 편심과는 미세한 차이가 있다. 이를 보정하기 위해 진폭 변경과 위상 변경 기능을 소프트웨어에 추가하여 HMI에서 운전자가 주편 두께 변화를 확인하면서 편심 보정의 크기와 위상(주기)을 변경할 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조기의 단면이다. 두 개의 주조롤 사이에 용강을 주입하여 주편이 생성되면서 주편은 롤 아래쪽으로 주조, 진행된다. 주조롤 사이의 갭이 주편 두께를 결정하며 주조롤 갭 제어는 4개의 주조롤 쵸크에 각각 연결된 유압 실린더가 담당한다.
도 3은 주조 전 양쪽 주조롤의 양 에지(edge) 부분 진원도를 측정하기 위한 위치를 보여주기 위한 쌍롤식 박판 주조기의 단면 개념도이다. 도 4는 주조 전 게이지 별로 측정된 진원도 값을 나타내는 그래프이다. 도 5는 주조 전 측정된 진원도 값에 따라 쵸크를 제어하는 개념도이다. 도 6은 주조 전 측정된 진원도 값에 따라 쵸크를 주조 1회전 당 주속에 맞추어 제어하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 우선 주조 전 주조롤 갭 사이 (도 1의 (a)위치) 에서 각 롤을 뒤로 빼서 벌려 놓고 리니어 게이지를 활용하여 진원도를 측정한다. 측정된 진원도 값이 예를 들어 도 4와 같다면 4개의 쵸크를 도 5 및 도 6과 같이 주조 1회전 당 주속에 맞추어 반복 제어한다. 측정값에 대한 쵸크 포지션 변동값의 비율을 "진폭"으로 정의하며, 측정값을 주조 1회전 당 정확한 비율로 배분하여도 오차가 발생할 수 있으므로 쵸크 포지션 변동값의 시간적 주기를 "위상"으로 정의하여 진폭과 위상을 최초 적용 값에서 운전자가 조업 중 조정할 수 있도록 한다(도 6참조).
리니어 게이지의 측정값은 롤 배럴(roll barrel)부의 측정값이고, 실제로 움직이는 부분은 쵸크이므로 쵸크에서 롤 배럴(roll barrel)의 거리 차이로 인해 오차가 발생한다. 또한 반대쪽 쵸크가 고정되어 힌지 구조라면 계산이 용이하나 반대 쪽 쵸크도 동시에 움직이기 때문에 2차원적인 계산이 필요하다.
도 7, 8 및 9는 본 발명에서 주조 중 리니어 게이지의 측정값 계산을 위하여 쵸크와 롤 배럴의 움직이는 포인트를 설명하기 위한 단면 개념도이다.
우선 롤(Roll) 한 개에 대해서 보면, 도 7과 같이 파란 점은 실린더가 쵸크를 움직이는 포인트(point)이고, 빨간 점은 롤 배럴(roll barrel)의 진원도를 리니어 게이지로 측정하는 포인트(point)이다. 각 점의 좌표를 도 7과 같이 정의하고, 배럴(barrel) 진원도를 (a1,b1)과 (a2,b2) 점에서 측정하여 게이지 측정부가 (a1',b1')과 (a2',b2')으로 이동하였다면, 쵸크의 실린더 포인트(point)인 (x1,y1)과 (x2,y2)는 어떻게 움직여야 할지 계산해보자.
우선 도 8과 같이 (x2,y2)를 움직이지 않고 고정하고, (x1,y1)만 (x1',y1')로 움직인다면, y1'의 값이 수 마이크로 정도로 매우 작기 때문에 x1'≒ x2 로 가정할 수 있다. 도 9와 같이 각 구간의 거리는 모두 동일하므로 실린더 포인트(point) (x1,y1,)이 (x1',y1')으로 움직이면 b1'은 (y1'- y1)x 3/4 만큼 이동하게 된다.
반대로 도 9와 같이 (x1,y1)이 움직이지 않고 (x2,y2)가 (x2',y2')으로 이동할 경우 b1'은 (y2' - y2) x 1/4 만큼 이동하게 된다. 따라서 (x1,y1),(x2,y2)가 모두 움직일 경우 b1'은 (y1' - y1) x 3/4 + (y2' - y2) x 1/4 만큼 움직이게 된다.
y1=y2=0이고 리니어 게이지의 측정값에서 b1=b2=0이므로 게이지 측정값 b1-b1'과 y1', y2의 함수는 b1-b1'= (y1'-y1) x 3/4 + (y2'-y2) x 1/4 이다. 마찬가지 방법으로 b2-b2'= (y2'-y2) x 3/4 + (y1'-y1) x 1/4 이다.
b1-b1'을 "1번 게이지값", b2-b2'을 "2번 게이지값"으로 표시하고 y1'과 y2'를 각각 "1번 게이지값"과 "2번 게이지값"의 함수로 표시하면, 상기 2개 식을 연립하여 y1'= 1번게이지값 x 6/5 - 2번게이지값 x 4/5 이고, y2'= 2번게이지값 x 6/5 - 1번게이지값 x 4/5 가 된다. 즉 게이지 측정값에 따라 상기 식 대로 쵸크 포지션을 각각 제어하면 게이지 측정 포인트 (a1,b1), (a2,b2)는 항상 동일 위치에 있게 된다.
주조 중 주조롤의 열팽창 및 롤 갭에서의 용강 응고 정도에 따라 쌍롤을 벌리는 방향으로 미는 힘 등의 변화에 따라 진원도의 진폭이 미세하게 변할 수 있으므로 y1'값과 y2'값에 상수 k를 곱하여 조업자가 HMI에서 k값을 1에서부터 상하로 미세 설정이 가능토록 한다. 즉 상기 진원도 보상 식을 적용하여 주조 중 주편 두께를 실시간 확인할 때 롤 1회전 주기의 두께 헌팅이 크다면 k를 1에서 더 키우거나 줄이면서 헌팅 추세를 확인하여 조정이 가능하다. 또한 주조롤 속도와 쵸크의 진원도 보상 움직임의 싱크가 맞지 않을 경우 진원도 보상 주기를 쉬프트(shift) 하거나 늘이거나 줄일 수 있도록 하면 주조 중 미세 조정이 가능하다.
도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조기의 단면 개념도이다.
도 2는 주조 후 주편 두께 변동 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 주조 전 양쪽 주조롤의 양 에지(Edge) 부분 진원도를 측정하기 위한 위치를 보여주기 위한 쌍롤식 박판 주조기의 단면 개념도이다.
도 4는 주조 전 게이지 별로 측정된 진원도 값을 나타내는 그래프이다.
도 5는 주조 전 측정된 진원도 값에 따라 쵸크를 제어하는 개념도이다.
도 6은 주조 전 측정된 진원도 값에 따라 쵸크를 주조 1회전 당 주속에 맞추어 제어하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7, 8 및 9는 본 발명에서 주조 중 리니어 게이지의 측정값 계산을 위하여 쵸크와 롤 배럴의 움직이는 포인트를 설명하기 위한 단면 개념도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
10 : 롤 20 : 쵸크 30 : 로딩 실린더
40 : 풀백 실린더 50 : 리니어 게이지

Claims (7)

  1. 주조롤 1회전 시 편심으로 인한 롤갭 변동량을 주조전에 미리 측정하여 롤갭 변동에 따른 보상값을 정하는 단계;
    상기 보상값에 따라 쵸크의 위치를 1회전 주기로 반복 이동하여 조정하는 단계를 포함하되,
    상기 쵸크의 위치 조정은 주조 중에 발생된 쵸크의 위치변동 오차값을 감안하여 최초 보상값을 보정하여 조정되며,
    상기 쵸크의 위치변동 오차값은, 롤의 회전각도, 속도 및 용강의 응고 정도에 따라 발생되는 것으로서 주조 중에 측정된 게이지 측정값과 최초 보상값과의 차이에 따라 다음의 제1식 및 제2식에 의거 산출되는 것을 특징으로 하는 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법
    (제1식) y1'= (b1-b1') x 6/5 - (b2-b2') x 4/5
    (제2식) y2'= (b2-b2') x 6/5 - (b1-b1') x 4/5
    상기 제1식 및 제2식에서,
    y1'= 롤의 한쪽 에지 부분의 위치변동 오차값
    y2'= 롤의 다른쪽 에지 부분의 위치변동 오차값
    b1 = 롤의 한쪽 에지 부분의 최초 보상값
    b1'= 롤의 한쪽 에지 부분의 주조 중 측정값
    b2 = 롤의 다른쪽 에지 부분의 최초 보상값
    b2'= 롤의 다른쪽 에지 부분의 주조 중 측정값
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤갭 변동량 측정은 양쪽 주조롤의 양 에지 부분의 진원도를 측정하는 것을 특징으로 하는 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주조롤의 진원도 측정은 주조롤을 5회 이상 회전시키며 측정하고, 측정된 결과를 평균하여 산출된 것을 특징으로 하는 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 쵸크의 위치 조정은, 주조롤의 측정된 롤갭 측정량과 반대 방향으로 이동시키도록 된 것을 특징으로 하는 롤의 편심에 따른 주편두께 변동을 보정 제어하는 방법
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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