KR101320015B1 - 냉간 압연 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간 압연기의 압연롤 표면조도 변화로 인한 두께 측정기의 두께 측정 오차를 보상함으로써 정확한 두께의 냉연 강판을 생산할 수 있어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

냉간 압연 시스템{COLD ROLLING MILL SYSTEM}

본 발명은 냉간 압연 공정에서 생산되는 압연 제품의 두께 품질을 향상시킬 수 있는 냉각 압연 시스템에 관한 것이다.

철강제조 분야에서 냉연 강판은 산세 공정, 냉간 압연 공정, 청정 공정, 소둔 공정, 조질 압연 공정, 정정 공정 등 일련의 공정을 거쳐 제조된다.

냉간 압연 공정은 강철 따위의 금속 재료를 상온에 가까운 온도에서 압연 가공하는 공정입니다. 금속재료를 회전하는 롤 사이에 넣어 가압함으로써 두께 또는 단면적을 감소시켜 길이방향으로 늘리는 가공을 압연((壓延, rolling)이라 한다.

냉간 압연 공정은 열연 강판을 산세 공정을 통해 표면의 스케일을 제거한 후 상온에서 두 개의 압연롤 사이를 통과시켜 일정두께까지 압연한다. 압연 두께는 자동두께제어(Automatic gauge control) 기술의 발전으로 박판의 경우 동일 강판 내에서 통상 1% 이내의 두께적중률을 얻을 수 있기 때문에 제품의 품질에 문제가 되지 않지만 최근 냉연제품의 용도가 다양해지고 엄격해지면서 두께 편차가 냉연제품의 품질을 좌우하는 주요한 평가 항목으로 대두되고 있다.

냉간 압연 공정에서 냉간 압연기의 압연롤의 표면조도에 따라 생산되는 제품의 표면조도 차가 발생한다. 이로 인해, 냉각 압연 시스템의 두께측정장치에서 측정되는 제품의 두께 측정 오차가 발생하게 된다. 이때, 표면조도(表面粗度)는 표면거칠기(surface roughness)를 의미하는 것으로, 금속표면을 다듬질 가공할 때에 표면에 생기는 미세한 요철의 정도를 일컫는다.

기존에는 압연롤의 표면조도에 상관없이 제품의 두께를 측정하고 목표 두께와의 차이만큼 압연량을 제어한다.

또한 압연롤의 표면조도도 거의 일정한 패턴으로 관리되었기 때문에 두께측정장치에서 제품의 표면조도의 보상을 하지 않아도 문제가 없었으나 최근 다양한 특성을 요구하는 제품의 개발로 생산제품의 종류에 따라 압연롤의 표면조도를 변화시켜 압연하게 되는데 이때 두께측정장치에서는 변화된 압연롤의 표면조도 영향을 반영하지 못하게 된다.

따라서 제품 생산 이후 두께 측정기를 이용하여 제품의 두께를 측정하면 압연롤의 표면조도 차에 따라 제품의 두께가 목표 두께에서 일정한 편차를 가지는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 냉간 압연 공정에서 정확한 두께의 제품을 생산할 수 있도록 냉간 압연기의 압연롤의 표면조도 변화로 인한 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상할 수 있는 냉간 압연 시스템을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 냉간 압연 시스템은 압연롤을 가지고 상기 압연롤을 이용하여 냉연 강판을 목표 두께로 압연하는 냉간 압연기; 상기 냉간 압연기에 의해 압연된 냉연 강판의 두께를 측정하는 두께 측정기; 상기 두께 측정기로부터 상기 냉연 강판의 두께정보를 수신하고, 수신된 두께정보에 상기 압연롤의 표면조도변화로 인한 상기 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 적용하여 상기 두께정보를 보상하는 공정 제어기;를 포함한다.

또한, 상기 두께 측정기는 방사선을 발생시키는 방사선 발생부와 상기 방사선 발생부에 의해 발생된 방사선을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 감지부에 감지되는 방사선량에 따라 상기 냉연 강판의 두께를 측정하는 것을 포함한다.

또한, 상기 공정 제어기는, 상기 두께 측정기로부터 상기 두께 측정기에 의해 측정된 냉연 강판의 두께 정보를 수신하는 수신부와, 상기 압연롤의 표면조도변화로 인한 상기 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 저장하는 저장부와, 상기 수신부에 수신된 냉연 강판의 두께정보에 저장부에 저장된 상기 조도보상계수를 적용하여 상기 냉연 강판의 두께정보를 보상하는 두께 보상부와, 상기 냉간 압연기와의 통신을 위한 통신부와, 상기 각 구성요소의 작동을 제어하고, 상기 냉간 압연기가 상기 압연 강판을 목표 두께로 압연할 수 있도록 상기 보상된 두께정보를 근거로 하여 상기 냉간 압연기의 압연량을 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 조도보상계수는 표면조도가 서로 다른 압연롤을 가진 냉간 압연기에 의해 압연되는 제1 시편과 제2 시편에 대하여, 상기 제1 시편을 마이크로미터를 통해 측정한 기준두께값을 상기 두께 측정기를 통해 측정한 측정값으로 나눈 값에서, 상기 제2 시편을 상기 마이크로미터를 통해 측정한 기준두께값을 상기 두께 측정기를 통해 측정한 측정값을 뺀 값인 것을 포함한다.

또한, 상기 냉간 압연 시스템은 상기 공정 제어기와 통신하는 상위단말기를 포함하고, 상기 상위단말기는 상기 압연롤의 표면조도변화로 인한 상기 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 저장하고, 상기 공정 제어기의 요청에 따라 상기 조도보상계수와 함께 작업정보, 소재두께, 목표두께, 소재성분정보 및 압연롤정보를 상기 공정 제어기로 전송하는 것을 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 냉간 압연기의 압연롤 표면조도 변화로 인한 두께 측정기의 두께 측정 오차를 보상함으로써 정확한 두께의 냉연 강판을 생산할 수 있어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 구성을 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 냉간 압연기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 두께 측정기의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 공정 제어기의 제어블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 공정 제어기에서 조도 보상된 두께 정보를 이용하여 압연량을 제어하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 냉간 압연 시스템은 두 개의 텐션 릴(Tension Reel)(10,12)과, 이 두 개의 텐션 릴(10,12) 사이에 마련된 냉간 압연기(100)를 포함한다.

이 두 개의 텐션 릴(10,12)은 입측 텐션 릴(10)과 출측 텐션 릴(12)로 이루어진다.

입측 텐션릴(10)에 감긴 냉연 강판 코일에서 풀려나오는 냉연 강판(S)은 핀치롤(14)에 의해 눌려져 고정된 후, 핀치롤(14)과 입측 텐션 릴(10)의 회전에 따라 출측 텐션 릴(12)로 유도된다.

이때, 냉연 강판(S)의 두께 및 재질, 외관 형상, 강종 등에 의해 냉연 강판(S)이 출측 텐션 릴(12)로 정확히 투입되지 않을 수 있다. 따라서 작업자는 냉연 강판(S)의 선단을 펴주고 이 선단을 치구를 이용하여 입측 오일와이퍼(Oil Wiper)(16) 사이를 통과시키게 되는데, 냉연 강판(S)은 이후 냉각 압연기(100)를 지나 출측 오일와이퍼(18)를 통과 후 출측 텐션릴(12)로 보내지게 된다. 도면부호 20은 디플렉터롤이고, 22는 형상롤이다.

냉간 압연 시스템은 상기한 구성을 가짐에 따라 냉간 압연기(100)의 일측의 입측 텐션릴(10)에 감긴 냉연 강판 코일에서 풀려나오는 냉연 강판(S)는 디플렉트롤(20), 형상롤(22), 입측 오일와이퍼(16), 냉간 압연기(100), 출측 오일와이퍼(18)를 거쳐 출측 텐션릴(12)로 진입된다.

본 발명의 냉간 압연 시스템의 냉간 압연기(100)는 예를 들면, 20단 클러스터 압연기를 포함할 수 있다.

이하에서는 냉간 압연기(100)의 구조를, 20단 클러스터 압연기의 구조를 예를 들어 설명한다.

이러한 20단 클러스터 형태의 냉간 압연기(100)는 10개의 상부 압연롤과 10개의 하부 압연롤을 포함한다.

상부 압연롤과 하부 압연롤은 각각 1개의 작업롤과, 2개의 제1 중간롤과, 3개의 제2 중간롤과, 4개의 백업롤을 포함한다.

상기한 구성을 가진 20단 클러스터 형태의 냉간 압연기(100)는 작업롤의 직경을 감소시킬 수 있게 됨에 적은 압연력으로도 압연이 가능하게 한 장점이 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 냉간 압연기의 개략적인 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 냉간 압연기(100)는 진행하는 냉연 강판(S)을 중심으로 그 상하부에 압연롤(110-160)이 각각 10단씩 적재되어 구성된 총 20단 구조의 다단 클러스터 압연기이다.

냉연 강판(S)는 그 상하에 위치하는 작은 직경의 작업롤(110)에 의하여 압연되며, 각각의 작업롤(110)의 상부와 하부에는 1차 중간롤(120)이 한 쌍씩 위치한다. 상부 1차 중간롤(120)은 판재(S)의 폭에 대하여 작업측(work side)(또는 구동측)으로 작용하고 하부 1차 중간롤(120)은 구동측(drive side)(또는 작업측)으로 작용함에 의해 냉연 강판(S)의 형상이 제어된다.

2차 중간롤(130)은 구동모터(미도시)가 없이 구동롤(140)에 의해 아이들(idle)회전하고, 사이드 백업롤(150)은 냉연 강판(S)에 압연력을 인가하는 롤이며, 이런 사이드 백업롤(150)과 구동롤(140)의 상부 가운데 위치하는 두 개의 롤이 백업롤(160)에 의해 냉연 강판(S)의 형상이 제어되는 것이다.

예를 들면, 이러한 냉간 압연기(100)는 밀폐되고 컴팩트화된 밀 하우징(170) 내부에 형성된 공간 내에 압연롤들이 삽입되고, 밀 하우징(170)에 의해 압연롤이 가압되는 형태일 수 있다.

이때, 냉간 압연기(100)의 밀 하우징(170)은 밀폐형이며 외곽 테두리 형태가 고정되어 있다. 밀 하우징(170)의 외곽 테두리 부분이 사방에서 스플릿 베어링 형태의 백업롤(150,160)들을 밀며 지지하는 힘을 발생시키는 압연 장치에 의해 압연력을 제공하게 된다.

한편, 냉간 압연 시스템은 두께 측정기를 포함한다.

두께 측정기는 방사선을 이용하여 냉연 강판의 두께를 측정할 수 있다. 방사선에 의한 두께 측정은 비접촉형이기 때문에 녹, 고온 등의 표면 상태에 좌우되지 않는 장점이 있다. 선원에는 크게 나누어 X－선 및 γ－선을 이용하는 경우와 β－선을 이용하는 경우가 있으며, 예를 들면, β－선은 비교적 얇은 것에, γ－선은 두꺼운 시험체에 이용한다. 또한, γ－선, β－선의 에너지에 따라 유용한 측정범위가 정해져 있다. 측정은 투과 방식을 이용한다. 즉, 투과선이 두께의 증가에 따라 지수 함수적으로 감소하는 것을 이용하여 냉연 강판의 두께를 측정한다. 이때, 방사선량이 적으면 압연 강판이 두껍다고 측정하고, 방사선량이 많으면 압연 강판이 얇다고 측정한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 두께 측정기의 개략적인 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 두께 측정기(200)는 냉연 강판(S)의 하부 및 상부에 설치된 방사선 발생부(210) 및 감지부(220)를 포함한다. 두께 측정기(200)는 방사선 발생부(210)에서 방사선을 조사하고, 감지부(220)가 이를 감지하여 측정하는 방식이다. 상기한 구성을 가진 두께 측정기(200)는 냉연 강판의 두께를 측정한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 상세 구성을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉간 압연 시스템은 냉연 강판(S)을 공급하는 입측 텐션 릴(10) 및 상온에서 목표 두께로 제조된 냉연 강판(S)을 감는 출측 텐션 릴(12)과, 입측 텐션 릴(10)로부터 공급된 냉연 강판(S)을 목표 두께로 압연하는 냉간 압연기(100), 냉간 압연기(100)에서 압연된 냉연 강판(S)의 두께를 측정하는 두께 측정기(200)와, 전반적인 냉간 압연 공정을 제어하는 공정 제어기(300)와, 이 공정 제어기(300)와 통신하여 정보를 제공하는 상위단말기(400)를 포함한다.

공정 제어기(300)는 전반적인 냉간 압연 공정을 제어한다.

또한, 공정 제어기(300)는 두께 측정기(200)로부터 두께 측정기(200)에 의해 측정된 두께 정보를 수신하고, 수신된 두께 정보를 미리 설정된 조도보상계수를 이용하여 보상한다. 이 조도보상계수는 냉간 압연기(100)의 압연롤의 표면조도 변화에 따른 두께 측정 오차를 보상하기 위한 값이다.

또한, 공정 제어기(300)는 보상된 두께정보를 근거로 하여 냉연 강판이 목표 두께를 가지도록 냉간 압연기의 압연량을 제어한다. 이에 따라, 냉간 압연기는 통과하는 냉연 강판을 압연하여 냉연 강판을 목표 두께로 제조한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 압연 시스템의 공정 제어기의 제어블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 공정 제어기(300)는 제어부(310), 수신부(320), 저장부(330), 두께보상부(340)를 포함한다.

제어부(310)는 공정 제어기(300)의 전반적인 제어를 수행한다.

수신부(320)는 이 제어부(310)의 제어신호에 따라 두께 측정기(200)로부터 두께 측정기(200)에 의해 측정된 냉연 강판(S)의 두께 정보를 수신한다.

저장부(330)는 앞서 설명한 조도보상계수를 저장한다.

두께보상부(340)는 제어부(310)의 제어신호에 따라 수신부(320)에 수신된 냉연 강판(S)의 두께 정보에 저장부(330)에 저장된 조도보상계수를 적용하여 냉연 강판(S)의 두께 정보를 보상한다. 그리고, 두께보상부(340)는 보상된 두께 정보를 제어부(310)에 출력한다.

통신부(350)는 제어부(310)의 제어신호에 따라 상위단말기(400)와 통신한다. 이러한 통신에 의해 제어부(310)는 상위단말기(400)로부터 작업정보, 소재두께, 목표두께, 소재성분정보, 압연롤정보, 조도보상계수 등의 각종 정보를 제공받을 수 있다.

또한, 통신부(350)는 제어부(310)의 제어신호에 따라 냉간 압연기(100)와 통신한다. 이러한 통신에 의해 제어부(310)는 목표두께의 냉연 강판(S)을 제조할 수 있도록 보상된 두께정보를 근거로 하여 냉간 압연기(100)의 압연량을 제어한다.

한편, 공정 제어기(300)는 두께 측정기(200)에서 전송된 냉연 강판의 두께 정보에 기초하여 강판의 불량을 판단하고, 두께 불량 여부를 표시할 수 있다.

상위단말기(400)는 냉연 강판의 식별 코드와 두께 정보, 그리고, 냉간 압연기(100)의 압연롤의 표면조도 변화에 따른 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도 보상 계수를 저장할 수 있다.

또한, 상위단말기(400)는 공정 제어기(300) 대신에 압연 강판의 두께 정보에 기초하여 강판의 두께 불량을 판단하고, 강판의 두께 불량 여부를 표시할 수 있다.

이하에서는 상기한 공정 제어기(300)에서 두께 측정기(200)에서 측정된 두께 정보를 보상하는 것을 자세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 기존에는 냉간 압연기의 압연롤의 표면조도에 상관없이 냉연 강판의 두께를 측정하여 목표 두께와의 차이만큼 냉간 압연기의 압연량을 제어한다.

또한 압연롤의 표면조도도 거의 일정한 패턴으로 관리되었기 때문에 두께 측정기에 의해 측정된 두께값에 냉연 강판의 표면조도에 따른 보상을 하지 않아도 문제가 없었다.

그러나 최근 다양한 특성을 요구하는 제품의 개발로 인해 생산제품의 따라 압연롤 조도를 변화시켜 압연하게 된다.

이때 방사선을 사용하는 두께 측정기는 투과식으로 계측기 특성상 두께 측정기에서 측정된 두께측정값과 마이크로미터(Micrometer)에서 측정된 두께측정값이 다르게 측정되는데 이런 현상은 제품표면의 미세한 조도차로 인해 발생한다. 이때, 마이크로미터는 나사의 피치를 응용하여 정밀하게 길이를 측정할 수 있는 측정기이다. 마이크로미터는 나사가 절삭된 봉이 고정된 나사 속을 회전하며 왕복하고, 봉 끝에 측정물을 삽입하여 봉에 새겨진 눈금으로 측정물의 두께를 정밀하게 측정한다.

마이크로미터는 미세한 조도차이로 인해 두께측정값에 영향을 미치지 않으나 방사선을 이용하는 두께 계측기는 두께측정값에 차이가 발생하게 되는데 보통 수 um이내로 발생된다.

이로 인해, 제품 생산 이후 마이크로미터로 두께를 측정하면 압연롤 조도에 따라 제품 두께는 목표 두께에서 일정한 편차를 가지게 되는 문제가 있다.

따라서, 본원의 냉간 압연 시스템은 이러한 문제점을 해결하여 제품의 두께측정 오차를 줄임으로서, 제품의 두께를 정확하게 생산하는 효과가 있다.

이를 위해 본원의 냉간 압연 시스템에서 공정 제어기는 두께 측정기(200)에서 측정된 두께값에 압연롤 조도차에 따른 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 적용하여 두께값을 보상하고, 냉간 압연기(100)가 원하는 목표 두께를 가진 냉연 강판을 제조하도록 이 보상된 두께값을 이용하여 냉간 압연기(100)의 압연량을 제어한다.

이 조도보상계수는 통상적으로 생산되는 제품(시편1)과 압연롤의 표면조도를 변경하여 생산된 제품의 시편(시편2)을 각각 준비하여 두 시편간의 조도보상계수를 구한다.

각각의 시편의 기준두께를 마이크로미터를 이용하여 측정하고, 두께 측정기(200)을 이용하여 각 시편의 두께를 다시 측정한 후 이들을 통해 조도보상계수를 구한다.

이 조도보상계수는 다음의 식 [1]에 의해 정해진다.

조도보상계수 = (시편1 기준두께 / 시편1 두께 측정기 측정값) - (시편2 기준두께 / 시편1 두께 측정기 측정값) ----- 식 [1]

이 조도보상계수는 냉간 압연기(100)에 사용되는 압연롤의 표면조도정보와 함께 상위단말기(400)의 데이터베이스에 저장되거나, 공정 제어기(300)의 저장부(330)에 저장된다. 제품생산 전에 조도보상계수는 공정 제어기(300) 또는 상위단말기(400) 중 어느 하나에 저장될 수 있으며, 제품생산시 이 조도보상계수를 반영하여 제품의 두께를 보상한다. 즉, 제품두께는 측정두께에 조도보상계수를 적용한 값을 포함한다(제품두께 = 측정두께 + 조도보상계수). 공정 제어기(300)는 보상된 제품두께값을 이용하여 목표 두께와의 차이만큼의 압연량으로 냉연 강판(S)을 압연하도록 냉간 압연기(100)를 제어한다(도 6 참조).

10 : 입측 텐션 릴 12 : 출측 텐션 릴
100 : 냉간 압연기 200 : 두께 측정기
300 : 공정 제어기 400 : 상위단말기

Claims (5)

1. 압연롤을 가지고 상기 압연롤을 이용하여 냉연 강판을 목표 두께로 압연하는 냉간 압연기;
   상기 냉간 압연기에 의해 압연된 냉연 강판의 두께를 측정하는 두께 측정기;
   상기 두께 측정기로부터 상기 냉연 강판의 두께정보를 수신하고, 수신된 두께정보에 상기 압연롤의 표면조도변화로 인한 상기 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 적용하여 상기 두께정보를 보상하는 공정 제어기;를 포함하는 냉간 압연 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 두께 측정기는 방사선을 발생시키는 방사선 발생부와 상기 방사선 발생부에 의해 발생된 방사선을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 감지부에 감지되는 방사선량에 따라 상기 냉연 강판의 두께를 측정하는 것을 포함하는 냉간 압연 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 공정 제어기는,
   상기 두께 측정기로부터 상기 두께 측정기에 의해 측정된 냉연 강판의 두께 정보를 수신하는 수신부와, 상기 압연롤의 표면조도변화로 인한 상기 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 저장하는 저장부와, 상기 수신부에 수신된 냉연 강판의 두께정보에 저장부에 저장된 상기 조도보상계수를 적용하여 상기 냉연 강판의 두께정보를 보상하는 두께 보상부와, 상기 냉간 압연기와의 통신을 위한 통신부와, 상기 각 구성요소의 작동을 제어하고, 상기 냉간 압연기가 상기 압연 강판을 목표 두께로 압연할 수 있도록 상기 보상된 두께정보를 근거로 하여 상기 냉간 압연기의 압연량을 제어하는 제어부를 포함하는 냉간 압연 시스템.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 조도보상계수는 표면조도가 서로 다른 압연롤을 가진 냉간 압연기에 의해 압연되는 제1 시편과 제2 시편에 대하여, 상기 제1 시편을 마이크로미터를 통해 측정한 기준두께값을 상기 두께 측정기를 통해 측정한 측정값으로 나눈 값에서, 상기 제2 시편을 상기 마이크로미터를 통해 측정한 기준두께값을 상기 두께 측정기를 통해 측정한 측정값을 뺀 값인 것을 포함하는 냉간 압연 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉간 압연 시스템은 상기 공정 제어기와 통신하는 상위단말기를 포함하고,
   상기 상위단말기는 상기 압연롤의 표면조도변화로 인한 상기 두께 측정기의 두께 측정오차를 보상하기 위한 조도보상계수를 저장하고, 상기 공정 제어기의 요청에 따라 상기 조도보상계수와 함께 작업정보, 소재두께, 목표두께, 소재성분정보 및 압연롤정보를 상기 공정 제어기로 전송하는 것을 포함하는 냉간 압연 시스템.
   
   

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