KR101259266B1 - 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량 제어 동작의 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법에 관한 것으로, 상기 가속 냉각 장치는 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악하여 압력 보정식을 획득한 후, 유량밸브의 압력 측정값을 상기 압력 보정식에 따라 보정하는 압력값 보정부 상기 압력값 보정부의 압력 보정값과 냉각수 탱크의 탱크 레벨을 이용하여 유량계수를 산출하는 유량계수 산출부 및 상기 유량계수를 이용하여 후강판을 냉각시키기 위한 유량을 제어하는 유량 제어부를 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 유량 제어 동작의 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은 후판 압연라인의 가속냉각공정에서 압연되어 나온 후강판을 가속냉각 공정에서 온라인 냉각시킬 때 후강판의 헤드(Head)부가 과냉되어 판 변형에 따른 후강판의 선단부가 상하로 휘어지는 현상이 발생한다.

이에 후강판의 헤드부의 과냉을 방지하기 위해, 후강판이 냉각헤드(Header)를 통과할 때 상하로 분사되는 유량을 감소시키는 헤드 마스킹(Head Masking) 작업을 수행한다.

헤드 마스킹 작업 시에는 오픈 루프(Open Loop) 방식으로 유량을 제어하는데, 오픈 루프 방식은 유량 설정값과 유량밸브의 압력 측정값을 이용하여 유량밸브의 개도치를 결정하기 때문에 빠른 응답성을 가질 수 있다.

그러나 이때의 유량밸브의 압력 측정값은 냉각헤드의 사용개수와 유량 설정값에 민감하게 반응하는 특징이 있어, 유량밸브의 압력 측정값을 그대로 이용하는 경우, 유량 제어의 정확도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 유량제어 정확성이 저하되는 경우, 후강판이 과냉되어 품질 불량이 발생하는 등의 이차적인 문제가 유발될 수 있으므로, 이의 개선이 시급하다.

이에 본 발명에서는 가속냉각 공정의 조업 환경 변화(즉, 냉각헤드의 사용개수와 유량 설정값 변화)에 상관없이 유량 제어 동작의 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 가속 냉각 장치 및 이의 유량 제어 방법에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악하여 압력 보정식을 획득한 후, 유량밸브의 압력 측정값을 상기 압력 보정식에 따라 보정하는 압력값 보정부 상기 압력값 보정부의 압력 보정값과 냉각수 탱크의 탱크 레벨을 이용하여 유량계수를 산출하는 유량계수 산출부 및 상기 유량계수를 이용하여 후강판을 냉각시키기 위한 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함하는 가속 냉각 장치를 제공한다.

상기 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계는 현재 조업 환경에서 사용하는 냉각헤드의 개수와 유량 설정값에 따라 가변 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 유량계수 산출부는 상기 유량계수를 "

(λ는 유량계수 환산 파라메터)" 의 식에 따라 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기 유량 제어부는 상기 후강판의 온도를 기반으로 유량 설정값을 산출하는 유량 설정부 유량 측정값을 피드백받고, 상기 유량 측정값, 상기 유량 설정값, 및 상기 유량계수를 이용하여 유량밸브의 개도치를 계산하는 유량 조절부 상기 유량 설정값, 및 상기 유량계수를 이용하여 상기 유량밸브의 개도치를 조절하는 개도치 산출부 및 상기 후강판의 위치에 따라 상기 유량밸브에 상기 유량 조절부와 상기 개도치 산출부를 선택적으로 연결시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악하여 압력 보정식을 획득하는 단계 유량밸브의 압력 측정값을 상기 압력 보정식에 따라 보정하여, 압력 보정값을 획득하는 단계 상기 압력 보정값과 냉각수 탱크의 탱크 레벨을 이용하여 유량계수를 산출하는 단계 및 상기 유량계수를 이용하여 상기 유량밸브의 개도치를 제어함으로써, 후강판에 분사되는 유량을 제어하는 단계를 포함하는 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법을 제공한다.

상기 유량계수는 "

(λ는 유량계수 환산 파라메터)" 의 식에 따라 산출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가속 냉각 장치는 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 사전에 파악하고, 이를 반영하여 입측 및 출측 압력계에 측정 오차를 보상할 수 있도록 함으로써, 신뢰성있는 유량 제어 동작을 수행할 수 있도록 해준다.

또한, 현재 조업 환경에 따라 사용 압력과 탱크 레벨간 상관관계도 추가적으로 가변될 수 있음을 감안하여 유량계수 계산 시에 탱크 레벨까지도 고려하도록 함으로써, 유량 제어 동작의 신뢰성을 더욱 향상시켜 준다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 전후 공정도를 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치에 의해 변화되는 유량을 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치의 일부 구성을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치가 압력값 측정 오차를 보정하지 않을 경우의 유량제어 편차를 나타내는 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속 냉각 장치에 압력값 측정 오차를 보정하는 경우의 유량제어 편차를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 전후 공정도를 나타낸 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 압연기(11)에서 작업이 완료되어 나온 후강판(14)은 예비 교정기(16)를 거쳐 가속 냉각 장치(17)로 진입된다. 가속 냉각 장치(17)는 1차 및 2차 온도계(13, 15)를 통해 측정된 온도를 기반으로 유량 설정값을 계산한 후, 이에 따라 냉각수를 분사하여 후강판(14)을 일정 온도로 냉각시켜 준다.

이때, 가속 냉각 장치(17)는 도2와 같은 방식으로 유량을 제어하는 데, 특히 후강판(14)의 헤드부와 테일부가 냉각헤드를 통과할 때에는 유량 설정값 대비 30~50% 정도 유량을 적게 설정하여 냉각수를 분사하는 마스킹(MASKING) 작업을 수행한다. 이는 후강판(14)의 헤드부와 테일부에 필요 이상으로 많은 냉각수가 분사되어 과냉되는 것을 방지하기 위함이다.

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 유량 측정값을 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 포함할 수 있다.

이때, 입측 및 출측 압력계(22, 25)의 압력 측정값은 조업 환경(즉, 냉각헤드(21)의 사용개수와 유량 설정값)에 따라 민감하게 변동되는 특징이 있다. 따라서 유량 제어 장치(28)가 입측 및 출측 압력계(22, 25)의 출력을 그대로 이용하여 유량밸브(23)의 개도치를 제어하는 경우, 도4에 도시한 것과 같이 헤드 마스킹 후에 냉각헤드(21)에 공급되는 유량(즉, 유량 측정값)이 유량 설정값에 미치지 못하는 유량제어 편차(△Q)가 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는 현재 조업 환경에 적합한 압력 보정식을 산출하고, 그를 이용하여 압력 측정값을 보정할 수 있도록 함으로써, 조업 환경에 상관없이 항상 신뢰성있는 유량 제어 동작을 수행할 수 있도록 하는 가속 냉각 장치를 제안하고자 한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치를 도시한 도면이다.

도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치(28)는 유량 설정부(31), 압력값 보정부(32), 유량계수 산출부(33), 유량 조절부(34), 개도치 산출부(35), 및 스위칭부(36) 등을 포함할 수 있다.

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

압력값 보정부(32)는 가속 냉각 공정이 수행되기 전에 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악하고, 이로부터 압력값 보정식을 도출한다. 그리고 실제 가속 냉각 공정이 수행되어 입측 및 출측 압력계(22, 25)로부터 압력 측정값이 수신되면, 수신된 압력 측정값을 상기 압력값 보정식에 따라 보정한 후 유량계수 산출부(33)에 제공한다.

상기 압력값 보정식은 유량밸브의 종류에 따라 조금씩 달라질 수 있는데, 예를 들어, 유량밸브가 소형 밸브로 구현되는 경우에는(즉, 유량 제어 범위가 "2~6m³/min"인 경우) 이하의 수학식1과 같은 압력값 보정식을 가지고, 유량밸브의 대형밸브로 구현되는 경우에는(즉, 유량 제어 범위가 "6.1~12 m³/min"인 경우) 이하의 수학식2와 같은 압력값 보정식을 가질 수 있다.

[수학식1]

압력값 보정식 = - 0.0004Q² + 0.0001Q + 1.9033

[수학식2]

압력값 보정식 = - 0.0003Q² -0.0003Q + 1.9348

유량계수 산출부(33)는 냉각수 탱크(27)의 탱크 레벨(또는 수주량)을 파악한 후, 상기 탱크 레벨과 압력값 보정부(32)에 의해 입측 압력 보정값과 출측 압력 보정값을 이용하여 유량계수를 산출한다(이하의 수학식 3 참고). 이와 같이, 유량계수 산출부(33)가 냉각수 탱크(27)의 탱크 레벨을 추가로 고려하여 유량계수를 산출하는 것은, 현재 조업 환경에 따라 사용 압력과 탱크 레벨간 상관관계도 추가적으로 가변될 수 있기 때문이다.

[수학식3]

유량계수(KV)=

이때, λ는 유량계수 환산 파라메터.

유량 조절부(34)는 유랑계(24)의 유량 측정값과 유량 설정부(31)의 유량 설정값을 비교하여 유량 편차를 파악한 후, 이에 유량계수 산출부(33)의 유량계수를 반영하여 유량밸브 개도치를 최종 산출한다. 이러한 유량 조절부(34)는 유랑계(24)의 측정 결과를 피드백 받아서 유량 제어 동작을 수행하므로, 제어 안정 구간을 확보할 수 있으나 응답 속도가 상대적으로 나쁜 특징이 있다.

개도치 산출부(35)는 유량 설정부(31)의 유량 설정값과 유량계수 산출부(33)의 유량계수만을 이용하여 유량밸브 개도치를 산출한다. 즉, 개도치 산출부(35)는 유량 조절부(34)와 달리 유랑계(24)의 측정 결과를 피드백받을 필요가 없어, 상대적으로 빠른 응답시간을 가진다.

스위칭부(36)는 후강판의 이송 위치에 따라 개도치 산출부(35)와 유량 조절부(34)를 선택적으로 유량밸브(23)에 연결해준다. 즉, 후강판의 헤드부 또는 테일부가 냉각헤드(21)에 진입하여 마스킹 작업이 활성화되면 보다 빠른 응답성을 가지는 개도치 산출부(35)를 이용하여 유량 제어 동작을 수행하고, 그렇지 않으면 유량변동이 최소화될 수 있도록 유량 조절부(34)를 이용하여 유량 제어 동작을 수행한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 제어 장치의 동작 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 가속 냉각 공정이 수행되기 전에 가속 냉각 장치를 모의 동작시키면서 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악한 후, 이로부터 압력값 보정식을 도출한다.

이후 가속 냉각 공정이 실제 수행되면, 후강판의 온도에 상응하는 유량 설정값을 산출함과 동시에 냉각헤드에 공급되는 유량을 측정하여 유량 측정값을 획득한다.

그리고 유량밸브(23)의 입측 압력값과 출측 압력값을 상기 압력값 보정식에 따라 보정하여 입측 압력 보정값과 출측 압력 보정값을 획득하고, 냉각수 탱크(27)의 현재 탱크 레벨을 파악한 후, 탱크 레벨, 입측 압력 보정값, 및 출측 압력 보정값 모두를 고려하여 유량계수를 산출한다.

그리고 후강판(14)의 마스킹 작업 활성화 여부를 확인한 후, 후강판(14)의 마스킹 작업이 활성화되었으면, 유량 제어 장치(28)는 개도치 산출부(35)를 이용하여(즉, 유량 설정값, 및 유량계수를 기반으로) 유량 제어 동작을 수행하고, 그렇지 않으면 유량 조절부(34)를 이용하여(즉, 유량 설정값, 유량 측정값, 및 유량계수를 기반으로) 유량 제어 동작을 수행한다.

이와 같이 본 발명의 유량 제어 장치(28)는 입측 및 출측 압력계(22, 25)의 압력 측정값을 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 반영하여 보정함으로써, 입측 및 출측 압력계(22, 25)의 측정 오차를 최소화시켜준다. 그 결과, 본 발명에 따른 유량 설정값과 유량 측정값간 유량 편차(△Q₁)는 도6의(a)에 도시된 바와 같이 종래에 비해 감소됨을 알 수 있다(△Q₁<△Q).

뿐 만 아니라 본 발명의 유량 제어 장치(28)는 현재 조업 환경에 따라 유량밸브의 압력 측정값과 탱크 레벨간 상관관계도 추가적으로 변화될 수 있음을 감안하여, 압력 측정값뿐 만 아니라 탱크 레벨까지도 고려하여 유량계수를 계산하도록 한다. 그 결과, 유량 제어 동작의 정확도가 더욱 향상되어, 도6의 (b)에 도시된 바와 같이 유량 설정값과 유량 측정값이 거의 동일해짐을 알 수 있다(즉, 유량 설정값과 유량 측정값간 유량 편차(△Q₂)는 "0"이 됨).

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 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 13: 1차 온도계
14: 후강판 15: 2차 온도계
16: 예비 교정기 17: 가속 냉각 장치
21: 냉각헤드 22: 입측 압력계
23: 유량밸브 24: 유량계
25: 출측 압력계 27: 냉각수 탱크
28: 유량 제어 장치 31: 유량 설정부
32: 압력값 보정부 33: 유량계수 산출부
34: 유량 조절부 35: 개도치 산출부
36: 스위칭부

Claims (6)

1. 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악하여 압력 보정식을 획득한 후, 유량밸브의 압력 측정값을 상기 압력 보정식에 따라 보정하는 압력값 보정부;
   상기 압력값 보정부의 압력 보정값과 냉각수 탱크의 탱크 레벨을 이용하여 유량계수를 산출하는 유량계수 산출부; 및
   상기 유량계수 및 후강판의 위치에 따라 상기 후강판을 냉각시키기 위한 유량을 제어하는 유량 제어부를 포함하는 것으로서,
   상기 유량 제어부는
   상기 후강판의 온도를 기반으로 상기 유량 설정값을 산출하는 유량 설정부;
   상기 유량밸브로 공급되는 냉각수의 유량 측정값을 피드백받고, 상기 유량 측정값, 상기 유량 설정값 및 상기 유량계수를 이용하여 유량밸브의 개도치를 계산하는 유량 조절부;
   상기 유량 설정값 및 상기 유량계수를 이용하여 상기 후강판에 대한 마스킹 동작을 위한 상기 유량밸브의 개도치를 조절하는 개도치 산출부; 및
   상기 후강판의 위치에 따라 상기 유량밸브에 상기 유량 조절부와 상기 개도치 산출부를 선택적으로 연결시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계는
   현재 조업 환경에서 사용하는 냉각헤드의 개수와 유량 설정값에 따라 가변 가능한 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유량계수 산출부는
   상기 유량계수를 "

   

   (λ는 유량계수 환산 파라메터)" 의 식에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치.
4. 삭제
5. 현재 조업 환경에서의 압력 측정값과 유량 설정값, 그리고 유량밸브의 개도치간 상관관계를 파악하여 압력 보정식을 획득하는 단계;
   유량밸브의 압력 측정값을 상기 압력 보정식에 따라 보정하여, 압력 보정값을 획득하는 단계;
   상기 압력 보정값과 냉각수 탱크의 탱크 레벨을 이용하여 유량계수를 산출하는 단계;
   후강판의 온도에 대응하여 유량 설정값을 산출하는 단계;
   상기 후강판의 위치 및 상기 유량계수를 이용하여 상기 유량밸브의 개도치를 제어함으로써, 후강판에 분사되는 유량을 제어하는 단계를 포함하며,
   상기 후강판에 분사되는 유량을 제어하는 단계는
   상기 후강판의 헤드부 또는 테일부가 냉각 헤드에 진입하면, 상기 유량 설정값 및 상기 유량계수를 이용하여 상기 후강판에 대한 마스킹 동작을 위한 상기 유량밸브의 개도치를 산출하고, 상기 후강판의 헤드부 또는 테일부 이외의 부분이 상기 냉각 헤드에 진입하면, 상기 유량밸브로 공급되는 유량 측정값을 피드백받고 상기 유량 측정값, 상기 유량 설정값 및 상기 유량계수를 이용하여 상기 유량밸브의 개도치를 계산하는 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 유량계수는 "

   

   (λ는 유량계수 환산 파라메터)" 의 식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 장치의 유량 제어 방법.

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