KR101322169B1 - 열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법 - Google Patents

열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 관한 것으로서, 압연되는 소재에 관한 정보를 나타내는 압연정보를 입력받는 압연정보 수집단계; 상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 조절하는 형상제어수단의 동작을 설정하는 형상제어수단 설정단계; 상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재를 압연하는 작업롤에 발생하는 열 크라운의 변화량을 계산하는 열크라운 변화량 계산단계; 상기 열 크라운의 변화량에 따라 상기 작업롤의 길이방향 냉각에 대한 냉각 패턴을 설정하고, 상기 냉각 패턴에 따라 상기 형상제어수단의 동작을 재설정하는 냉각패턴설정단계; 및 상기 설정된 냉각 패턴 및 형상제어수단의 동작에 따라 상기 열간압연공정이 수행되도록 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 출력단계를 포함할 수 있다.

Description

열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법 {Crown and flatness control method for hot rolling process}
본 발명은 열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업롤의 냉각패턴을 조절하여 상기 판 크라운 및 평탄도를 제어하는 열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 관한 것이다.
열간압연공정은 연속주조공정에서 제조된 슬래브(slab)나 블룸(bloom) 또는 빌렛(billet) 등의 소재를 가열한 후 열간 압연기로 압연하여 스트립(strip)을 제조하는 공정이다.
통상적으로 열간 압연기는 도1(a)에서와 같이, 다수의 스탠드(stand)(F1-F7)로 이루어지고, 상기 각 스탠드에는 통상적으로 강판의 형상을 제어할 수 있는 설비가 장착되어 있다. 이러한 강판의 형상제어 설비로는 페어크로스(pair cross) 압연기, 롤벤더(roll bender) 설비, 연속 가변 크라운(continuous variable crown)(이하, CVC라 함) 설비 등이 있다. 이들 가운데 롤벤더 설비는 가장 일반적인 형상제어 설비로서 모든 스탠드에 설치되어 있는 것이 일반적이다.
상기 열간압연공정 중에서 상기 가열된 소재를 압연하는 작업롤은, 상기 소재와의 접촉에 의하여 열 팽창될 수 있으며, 상기 열 팽창량은 작업롤의 길이방향으로 도1(b)와 같이 각 스탠드마다 다른 분포를 보이게 된다. 상기 작업롤의 열 팽창량의 분포를 상기 작업롤의 중심부와 양 단부의 두께차이로 표현할 수 있으며 이를 상기 작업롤의 열 크라운(thermal crown)이라고 한다.
상기 작업롤의 열 크라운에 의하여, 상기 작업롤이 압연하는 소재의 판 크라운(압연되는 소재의 중심부와 양 단부의 두께차이) 및 평탄도에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 공정 중에 유휴시간(idle time)이 없는 연연속 압연의 경우, 상기 열 팽창이 많이 발생하여, 상기 압연된 소재에 센터 버클(center buckle) 또는 에지 웨이브(edge wave) 형태의 불량이 발생할 수 있다.
상기 페어크로스 압연기, 롤벤더, 연속가변크라운 등은 상기 열 크라운을 비롯하여, 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도에 영향을 미치는 요인을 고려하여 상기 판 크라운 및 평탄도를 일정하게 제어하기 위한 설비들이다.
다만, 상기 페어크로스 압연기, 롤벤더, 연속가변크라운 등의 설비는 경제적인 이유 등으로 설치되지 않는 경우가 많다. 또한 상기 롤 벤더는 일반적으로 모든 스탠드에 설치되기는 하지만, 상기 열 크라운 등이 상기 롤 벤더의 제어범위를 벗어나는 경우에는 제어가 불가능하다는 한계가 있다.
본 발명은 작업롤의 냉각 패턴을 조절하여 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어하는 열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법은, 압연되는 소재에 관한 정보를 나타내는 압연정보를 입력받는 압연정보 수집단계; 상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 조절하는 형상제어수단의 동작을 설정하는 형상제어수단 설정단계; 상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재를 압연하는 작업롤에 발생하는 열 크라운의 변화량을 계산하는 열크라운 변화량 계산단계; 상기 열 크라운의 변화량에 따라 상기 작업롤의 길이방향 냉각에 대한 냉각 패턴을 설정하는 냉각패턴설정단계; 및 상기 설정된 형상제어수단의 동작 및 냉각 패턴에 따라 상기 열간압연공정이 수행되도록 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 출력단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 냉각패턴은, 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 높은 냉각온도로 냉각하는 제1냉각패턴 및 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 낮은 냉각온도로 냉각하는 제2냉각패턴를 포함할 수 있다.
여기서 상기 형상제어수단 설정단계는, 상기 형상제어수단으로서 롤 벤더(roll bender) 설비, 페어 크로스(pair cross) 압연기 및 연속가변 크라운(CVC: continuous variable crown) 설비 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 페어 크로스 압연기의 페어 크로스 각도, 상기 롤 벤더 설비의 벤더력 및 상기 연속가변 크라운 설비의 롤 위치 중 적어도 어느 하나를 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법은, 압연된 소재의 판 크라운 이상여부에 따라, 제1작업롤에 대한 냉각 패턴를 조절하여 상기 판 크라운을 제어하는 판 크라운 제어단계; 및 상기 압연된 소재의 평탄도 이상여부에 따라, 제2작업롤에 대한 냉각 패턴을 조절하여 상기 평탄도를 제어하는 평탄도 제어단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 판 크라운 제어단계는, 압연된 소재의 판 크라운 값을 측정하는 판 크라운 측정단계; 상기 측정된 판 크라운 값을 목표 판 크라운 값과 비교하는 판 크라운 비교단계; 및 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크면 상기 제1작업롤을 제1냉각패턴으로 냉각하고, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작으면 상기 제1작업롤을 제2냉각패턴으로 냉각하는 냉각패턴결정단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크면, 상기 제1작업롤에 대하여 벤더력을 감소시키고, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작으면, 상기 제1 상기 벤더력을 증가시키는 벤더력 조절단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 평탄도 제어단계는, 압연된 소재의 평탄도를 측정하는 평탄도 측정단계; 상기 측정된 평탄도를 목표 평탄도와 비교하여 평탄도 불량발생여부를 판단하는 평탄도 비교단계; 상기 평탄도 불량이 발생하면, 상기 평탄도 불량의 종류를 판단하는 불량 종류 판단단계; 및 상기 평탄도 불량이 센터 버클이면 상기 제2작업롤을 제1냉각패턴으로 냉각하고, 상기 평탄도 불량이 에지 웨이브이면 상기 제2작업롤을 제2냉각패턴으로 냉각하는 냉각패턴결정단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 평탄도 불량이 에지 웨이브이면 제2작업롤에 대한 벤더력을 증가시키고, 상기 평탄도 불량이 센터 버클이면 제2작업롤에 대한 벤더력을 감소시키는 벤더력 조절단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 의하면, 작업롤의 열 크라운을 제어할 수 있으므로, 상기 열간압연에서 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 있다.
본 발명의 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 의하면, 상기 판 크라운은 열간압연공정의 전단 스탠드에서 제어할 수 있으며, 상기 평탄도는 열간압연공정의 후단 스탠드에서 제어할 수 있다.
본 발명의 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 의하면, 상기 작업롤의 열 크라운을 제어할 수 있으므로, 롤 벤더의 벤더력 제어범위 내에서 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 있다.
도1(a)는 통상적인 다수의 스탠드를 갖는 압연설비를 나타낸 개략도이고, 도1(b)는 각 스탠드별 작업롤의 열 크라운 측정값을 나타내는 그래프이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 작업롤 냉각장치를 나타낸 블록도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각패턴을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법은, 압연정보 수집단계(S11), 형상제어수단 설정단계(S12), 열 크라운 변화량 계산단계(S13), 냉각패턴설정단계(S14) 및 제어신호 출력단계(S15)를 포함할 수 있다.
이하, 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 설명한다.
압연정보 수집단계(S11)는, 압연되는 소재에 관한 정보를 나타내는 압연정보를 입력받을 수 있다.
상기 압연정보는 적어도 압연되는 소재의 압연매수, 두께, 폭, 강종에 관한 정보를 포함할 수 있다. 상기 수집되는 압연정보를 이용하여 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어하기 위한 형상제어수단을 설정할 수 있으며, 상기 소재를 압연하는 작업롤의 열 크라운의 변화량을 계산할 수 있다.
구체적으로, 상기 형상제어수단은 상기 소재의 압연매수, 두께, 폭, 강종 등의 정보가 있어야 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도에 대한 제어가 가능할 수 있다.
상기 열 크라운의 경우, 예를 들어 상기 압연되는 소재의 압연매수가 많거나 상기 압연되는 소재의 두께가 얇은 경우에는 상기 소재로부터 상기 작업롤이 더 많은 열에너지를 전달받을 수 있으므로, 상기 작업롤의 열 크라운이 더 많이 증가될 수 있다. 상기 작업롤에 발생한 열 크라운은 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도에 많은 영향을 줄 수 있다.
따라서, 원하는 목표값의 판 크라운 및 평탄도를 가지는 압연된 소재를 얻기 위하여는 상기 압연정보를 입력받을 필요가 있다.
형상제어수단 설정단계(S12)는, 상기 압연정보를 이용하여 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 조절하는 형상제어수단의 동작을 설정할 수 있다.
여기서 상기 형상제어수단에는 롤 벤더(roll bender) 설비, 페어 크로스(pair cross) 압연기 및 연속가변 크라운(CVC: continuous variable crown) 설비 중 적어도 어느 하나가 포함할 수 있으며, 상기 페어 크로스 압연기의 페어 크로스 각도, 상기 롤 벤더 설비의 벤더력 및 상기 연속가변 크라운 설비의 롤 위치 중 적어도 어느 하나를 설정할 수 있다.
상기 형상제어수단은 열간압연공정에서 사용되는 열간 압연기의 각 스탠드에 구비되어, 상기 각 스탠드에서 압연하는 소재의 형상을 제어할 수 있다.
상기 롤 벤더 설비는, 상기 소재를 압연하는 작업롤의 양 단부에 상하 방향으로 벤더력을 인가하여 압연함으로써 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 벤더력의 크기와 방향에 따라서 상기 판 크라운 및 평탄도가 달라질 수 있다.
상기 페어 크로스 압연기는, 상부 작업롤과 하부 작업롤을 소정의 각도(페어크로스 각도)로 비튼 상태에서 압연함으로써 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 있다. 상기 페어크로스 각도의 크기에 따라 상기 판 크라운 및 평탄도가 달라 질 수 있다.
상기 연속가변 크라운 설비는, 상부 작업롤과 하부 작업롤간의 간격을 조절함으로써 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 작업롤의 위치에 따라서 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도가 달라질 수 있다.
여기서, 상기 페어 크로스 압연기 및 연속가변 크라운 설비는 모든 스탠드에 구비되지 않을 수 있다.
상기 형상제어수단의 동작은 상기 입력받은 압연정보를 이용하여 설정할 수 있다. 상기 압연되는 소재에는 목표 판 크라운 값 및 목표 평탄도가 있을 수 있다. 상기 목표 판 크라운 값 및 목표 평탄도는 상기 열간압연공정을 통하여 압연되는 상기 소재에게 요구되는 판 크라운 값 및 평탄도일 수 있다.
상기 형상제어수단은 상기 입력받은 압연정보로부터 상기 목표 판 크라운 값 및 목표 평탄도를 얻기위하여 상기 형상제어수단의 동작을 설정할 수 있다. 상기 형상제어수단의 동작 설정은 일반적인 형상제어수단의 동작 설정에 의하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
열 크라운 변화량 계산단계(S13)는, 상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재를 압연하는 작업롤에 발생하는 열 크라운의 변화량을 계산할 수 있다.
상기 열 크라운의 변화량은, 상기 압연매수, 두께, 폭, 강종에 관한 정보 등을 통하여 계산할 수 있다. 상기 열 크라운의 변화량은 상기 작업롤에 발생하는 열 크라운에 대한 수학적인 예측 모델을 이용하여 계산할 수 있으며, 여기서 상기 수학적인 예측 모델은 이미 공지된 열 크라운에 대한 예측 모델일 수 있다.
상기 열 크라운은, 상기 압연되는 소재가 가지고 있는 열에너지가 상기 작업롤로 전달됨에 따라서 발생할 수 있다. 상기 열에너지의 전달은 상기 작업롤과 소재가 접촉하는 시간이 길어질수록 더 많아질 수 있으며, 그에 따라 상기 열 크라운이 더 많이 발생할 수 있다. 일반적으로 상기 작업롤에 발생하는 열 크라운은, 상기 작업롤의 중심부가 상기 작업롤의 양 단부에 비하여 더 많이 팽창하는 방향으로 진행된다.
상기 열 크라운(C)은, 상기 작업롤의 중심부의 두께(x)와 상기 작업롤의 양 단부(y, z)의 평균값의 차로 나타낼 수 있다(C = x - (y+z)/2). 따라서, 상기 열 크라운의 부호를 통하여 상기 작업롤의 중심부가 더 두꺼운지 아니면 양 단부가 더 두꺼운지를 알 수 있으며, 상기 열 크라운의 크기를 통하여 상기 중심부와 양 단부의 두께차이가 얼마나 발생하였는지를 판단할 수 있다.
냉각패턴설정단계(S14)는, 상기 열 크라운의 변화량에 따라 상기 작업롤의 길이방향 냉각에 대한 냉각 패턴을 설정할 수 있다.
여기서 상기 냉각패턴은, 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 높은 냉각온도로 냉각하는 제1냉각패턴 및 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 낮은 냉각온도로 냉각하는 제2냉각패턴을 포함할 수 있다.
도3에는, 본 발명의 일 실시예에 의한 작업롤 냉각장치의 블록도가 도시되어 있다.
상기 도3을 참조하면, 상기 냉각장치(20)는, 상기 작업롤(10)의 냉각영역을 중심부(B) 및 양 단부(A, C)로 구별할 수 있다. 여기서 상기 냉각영역은 3군데로 한정되지 아니하고, 더 많은 냉각영역을 가질 수 있다.
상기 냉각 장치(20)는 상기 각각의 냉각영역에 대하여 서로 다른 냉각온도로 상기 작업롤(10)을 냉각시킬 수 있다. 여기서 상기 냉각 장치(20)는 냉각 수단으로서 냉각수를 이용할 수 있다.
상기 냉각장치(20)는 상기 각각의 냉각영역에 대하여 서로 다른 냉각온도를 가지는 냉각수를 제공하기 위하여, 상기 냉각영역별로 별도의 분사노즐 및 배관을 구비할 수 있다.
상기 냉각장치(20)에 따라 상기 냉각영역에 대한 냉각정도를 달리 할 수 있으므로, 상기 각각의 냉각영역에서 발생하는 열 팽창 정도를 조절할 수 있다.
즉, 상기 열 팽창은 상기 작업롤이 흡수하는 열에너지에 의한 것으므로, 상기 냉각수를 이용하여 상기 작업롤이 흡수한 열에너지를 빼앗음으로써, 상기 작업롤(10)의 열 팽창을 제거할 수 있다. 여기서, 상기 냉각장치(20)를 이용하여 상기 작업롤(10)의 열 팽창 제거 정도를 달리하면, 상기 작업롤(10)의 열 크라운 조절이 가능할 수 있다.
상기 냉각장치(20)를 이용하여, 서로 다른 냉각 패턴으로 상기 작업롤(10)을 냉각시킬 수 있다.
상기 열 크라운 변화량 계산단계(S13)에서 계산한 열 크라운 변화량이, 상기 작업롤의 중심부가 상기 작업롤의 양 단부보다 더 두꺼워지는 것으로 계산되면, 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 높은 냉각온도로 냉각시킬 수 있다. 상기 양 단부를 더 높은 온도로 냉각시킴으로써, 상기 양 단부에 대한 열 팽창을 적게 감소시키기 위함이다. 상기 중심부에 대한 열 팽창을 최대한 많이 감소시키고 양 단부에 대한 열 팽창을 적게 감소시킴으로써 상기 열 크라운을 최소화시킬 수 있다.
반대로 상기 열 크라운 변화량 계산단계(S13)에서 계산한 열 크라운 변화량이 상기 작업롤의 양 단부가 상기 작업롤의 중심부보다 더 두꺼워지는 것으로 계산되면, 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 낮은 온도로 냉각시킬 수 있다. 마찬가지로, 상기 중심부에 대한 열 팽창은 적게 감소시키고 상기 양 단부에 대한 열 팽창을 많이 감소시켜 상기 열 크라운을 최소화하기 위함이다.
상기와 같이 열 크라운의 변화량에 따라 상기 냉각패턴을 달리함으로써, 상기 열 크라운이 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다.
여기서, 상기 냉각패턴은 상기 롤벤더 설비의 벤더력 제어범위를 고려하여 설정할 수 있다. 구체적으로, 상기 롤벤더 설비는 상기 작업롤의 열 크라운이 일정값 이상이면, 상기 롤벤더 설비에 의하여 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 없다. 따라서, 상기 냉각패턴에 의하여 상기 작업롤의 열 크라운이 상기 롤벤더의 제어범위에 포함되도록 상기 냉각패턴을 결정할 수 있다.
제어신호 출력단계(S15)는, 상기 설정된 냉각 패턴 및 형상제어수단의 동작에 따라 상기 열간압연공정이 수행되도록 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 출력할 수 있다.
열간압연공정을 수행하기 이전에, 상기 압연정보에 대한 정보를 입력받아 상기 형상제어수단에 대한 설정 및 작업롤에 대한 열 크라운을 계산할 수 있으며, 그에 따른 냉각 패턴을 설정할 수 있다.
따라서, 상기 설정된 냉각 패턴 및 상기 형상제어수단의 동작에 따라 상기 열간압연이 수행될 수 있도록 열간압연장치에 대하여 제어신호를 생성할 수 있으며, 상기 제어신호를 상기 열간압연장치에 출력할 수 있다.
일반적으로 상기 작업롤의 열 크라운 값은 상기 작업롤이 상기 압연되는 소재와의 접촉시간이 길어질수록 (+)방향으로 커지게 된다. 즉, 작업롤의 중심부의 두께가 양 단부보다 두꺼워지는 방향으로 진행된다.
따라서, 상기 열간압연공정이 진행됨에 따라 상기 냉각 패턴은 상기 계산된 열 크라운에 대응하여 변화되도록 설정될 수 있다. 즉, 상기 냉각 패턴은 시간이 지날수록 상기 양 단부에 대한 냉각온도가 점차 높아지도록 설정될 수 있다. 상기한 바와 같이 상기 양 단부의 냉각온도가 높아지면 상기 열팽창된 중심부와의 두께차이가 줄어들 수 있으므로, 상기 열 크라운을 줄일 수 있다.
여기서 상기 냉각 패턴은, 상기 롤벤더의 벤더력 제어범위를 고려하여 설정될 수 있다. 즉, 상기 롤벤더는 상기 열 크라운이 일정범위 이상이면 더 이상 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 없으므로, 상기 롤벤더가 상기 판 크라운 및 평탄도를 제어할 수 있도록 상기 냉각 패턴이 설정될 수 있다.
상기 제어신호에 의하여 상기 열간압연이 수행되므로, 상기 압연되는 소재의 판 크라운 및 평탄도가 일정하게 제어될 수 있다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도4를 참조하여 본발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법을 설명한다.
판 크라운 제어단계(S21)는, 압연되는 소재의 판 크라운 이상여부에 따라, 제1작업롤에 대한 냉각 패턴을 조절하여 상기 판 크라운을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법은 도1(a)에 나타난 열간압연기와 같이 다수의 스탠드로 이루어진 열간압연기에 관한 것일 수 있다.
상기 판 크라운 제어단계(S21)는, 상기 도1(a)의 다수의 스탠드 중에서 전단 스탠드(F1, F2, F3, F4)에서 수행될 수 있다. 상기 전단 스탠드는, 상기 열간압연기에 인입된 소재의 진행방향을 고려할 때 앞 쪽에 있는 스탠드를 의미할 수 있다. 일반적으로 F1 내지 F4를 전단 스탠드, F5 내지 F8을 후단 스탠드라고 할 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다. 상기 전단 스탠드에서 압연을 수행하는 작업롤은 모두 제1작업롤이라고 할 수 있다.
일반적으로 상기 압연되는 소재의 중심부의 두께는 상기 전단 스탠드에서의 압연에 의하여 영향을 많이 받을 수 있다. 따라서, 상기 전단 스탠드에서 상기 압연되는 소재의 판 크라운 이상여부를 판단하고, 상기 제1작업롤에 대한 냉각 패턴을 조절함으로써 상기 소재의 판 크라운을 제어하도록 할 수 있다.
상기 판 크라운 제어단계(S21)는, 판 크라운 측정단계(S211), 판 크라운 비교단계(S212), 냉각패턴결정단계(S213) 및 벤더력 조절단계(S214)를 포함할 수 있다.
판 크라운 측정단계(S211)는, 압연된 소재의 판 크라운 값을 측정할 수 있다.
상기 소재의 판 크라운 값은 상기 열간압연장치에 구비된 계측기에 의하여 측정될 수 있다. 상기 계측기는 상기 압연된 소재의 두께 프로파일을 실시간으로 측정할 수 있으므로, 상기 계측기를 이용하여 상기 소재의 판 크라운 값을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 판 크라운 측정단계(S211)에서 상기 압연된 소재의 판 크라운 값을 측정한 이후에, 상기 판 크라운 값의 변동량을 계산할 수 있다. 상기 판 크라운의 변동량은, 상기 계측기에 의하여 측정된 판 크라운 값의 차를 통하여 구할 수 있다.
판 크라운 비교단계(S212)는, 상기 측정된 판 크라운 값을 목표 판 크라운 값과 비교할 수 있다.
상기 목표 판 크라운 값은, 상기 열간압연을 통하여 압연된 소재에 요구되는 판 크라운 값일 수 있으며, 상기 목표 판 크라운 값은 열간압연을 실시하기 전에 기 설정된 값일 수 있다.
상기 판 크라운 비교단계(S212)에서 상기 목표 크라운 값과 상기 측정된 판 크라운 값의 차를 구할 수 있다. 상기 목표 크라운 값과 상기 측정된 판 크라운 값의 차를 바탕으로 상기 작업롤의 냉각 패턴을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 판 크라운 비교단계(S212)에서 상기 판 크라운의 변동량이 기 설정된 허용범위에 속하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 판 크라운의 변동량이 상기 기 설정된 허용범위에 속하면 판 크라운 제어단계(S21)를 종료하고 상기 평탄도 제어단계(S22)로 넘어갈 수 있다. 반면에, 상기 판 크라운의 변동량이 상기 기 설정된 허용범위를 벗어나면, 상기 목표 크라운 값과 상기 측정된 판 크라운 값의 차를 구할 수 있다. 상기 목표 크라운 값과 상기 측정된 판 크라운 값의 차에 따라서 상기 작업롤의 냉각 패턴을 달리 할 수 있다.
냉각패턴결정단계(S213)는, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크면 상기 제1작업롤을 제1냉각패턴으로 냉각하고, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작으면 상기 제1작업롤을 제2냉각패턴으로 냉각할 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각패턴을 나타내는 그래프로서, 상기 작업롤을 냉각시키는 패턴 2가지를 예시하고 있다.
도5(a)는 냉각 패턴1에 의한 작업롤의 열 크라운을 나타내는 그래프로서, 도5(a)에 나타나는 열 크라운을 얻기 위해서는 도5(c)에 나타난 냉각 패턴1에 해당하는 냉각능으로 상기 작업롤을 냉각시켜야 한다. 냉각능은 상기 냉각장치의 최대 냉각능력을 1이라고 하였을 때, 상대적인 냉각능력을 의미한다.
즉, 상기 냉각 패턴1은 작업롤의 중심부에 대하여는 최대 냉각능력(즉, 최저 냉각온도)으로 냉각하고, 상기 작업롤의 양 단부에 대하여는 상기 최대 냉각능력의 60%정도의 냉각능력(즉, 상대적으로 높은 냉각온도)로 냉각시키는 패턴이다.
상기 냉각 패턴1에 의하면, 상기 도5(a)에 도시된 바와 같이 상기 작업롤의 양 단부가 중심부보다 더 두꺼운 열 크라운을 형성하게 된다. 상기의 열크라운을 가지는 작업롤로 압연하게 되면, 압연되는 소재는 반대로 양 단부보다 중심부가 더 두꺼운 판 크라운을 가질 수 있다.
여기서 상기 작업롤이 양 단부에 대하여 적용하는 냉각온도를 조절함으로써, 상기 양 단부의 두께를 조절할 수 있으며 이를 통하여 상기 작업롤의 열 크라운을 조절할 수 있다.
도5(b)는 냉각 패턴2에 의한 작업롤의 열 크라운을 나타내는 그래프로서, 도5(b)에 나타나는 열 크라운을 얻기 위해서는 도5(c)에 나타난 냉각 패턴2에 해당하는 냉각능으로 상기 작업롤을 냉각시켜야 한다. 즉, 상기 냉각 패턴2는 상기 작업롤의 중심부에 대하여는 최대 냉각능력의 60%정도만으로 냉각(즉, 상대적으로 높은 냉각온도)시키고, 상기 작업롤의 양 단부에 대하여는 최대 냉각능력(즉, 최저 냉각온도)로 냉각시키는 패턴이다.
상기 냉각 패턴2에 의하면, 상기 도5(b)에 도시된 바와 같이 상기 작업롤의 중심부가 양 단부보다 더 두꺼운 열 크라운을 형성하게 된다. 상기 열크라운을 가지는 작업롤로 압연하게 되면, 압연되는 소재는 반대로 중심부보다 양 단부가 더 두꺼운 판 크라운을 가질 수 있다.
여기서 상기 작업롤이 중심부에 대하여 적용하는 냉각온도를 조절함으로써, 상기 중심부의 두께를 조절할 수 있으며 이를 통하여 상기 작업롤의 열 크라운을 조절할 수 있다.
소재의 판 크라운 값은, 상기 소재의 중심부의 두께가 상기 소재의 양 단부에 비하여 얼마나 더 두꺼운지를 나타내는 값이다. 따라서, 상기 소재의 중심부의 두께가 상기 양 단부에 비하여 더 두꺼울수록 상기 판 크라운의 값은 더 커진다. 반대로, 상기 소재의 중심부의 두께와 양 단부의 두께 차이가 적을수록 상기 판 크라운의 값은 작아지며, 상기 양 단부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 오히려 더 얇으면, 상기 판 크라운 값은 음수를 가질 수 있다.
상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크다면, 상기 소재의 판 크라운 값이 목표 값보다 더 작다는 것이므로, 상기 소재의 중심부의 두께가 목표보다 얇다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 소재의 중심부의 두께를 더 두껍게 할 필요가 있으므로, 상기 냉각 패턴1을 적용하여 상기 제1작업롤을 냉각하도록 할 수 있다.
반대로 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작다면, 상기 소재의 판 크라운 값이 목표 값보다 크다는 것이므로, 상기 소재의 중심부의 두께가 목표보다 두껍다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 소재의 중심부의 두께를 얇게 할 필요가 있으므로, 상기 냉각패턴2를 적용하여 상기 제1작업롤을 냉각하도록 할 수 있다.
벤더력 조절단계(S214)는, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크면, 상기 제1작업롤에 대하여 벤더력을 감소시키고, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작으면, 상기 제1작업롤에 대하여 상기 벤더력을 증가시킬 수 있다.
상기 벤더력은 상기 열간압연기에 구비된 롤벤더 설비가 상기 작업롤의 양 단부에 인가하는 힘일 수 있다. 일반적으로 상기 롤벤더 설비는 모든 열간압연기의 스탠드에 설치되어 있으므로, 상기 롤벤더 설비의 벤더력을 이용하여 상기 압연되는 소재의 판 크라운을 제어할 수 있다.
구체적으로, 작업롤이 소재를 압연할 때 상기 작업롤은 휘어질 수 있으며 상기 작업롤의 휘어짐에 의하여 상기 압연되는 소재는 (+)방향의 판크라운을 가질 수 있다. 상기 소재의 (+)방향 판크라운을 제거하기 위하여, 상기 작업롤이 휘어지는 방향의 반대방향으로 힘을 가할 수 있는데, 이를 벤더력이라 한다. 따라서, 상기 벤더력의 크기를 조절하여 상기 소재의 판크라운을 제어할 수 있다. 상기 벤더력이 클수록 상기 (+)방향 판 크라운을 많이 제거할 수 있으며, 상기 벤더력이 작을수록 상기 (+)방향 판 크라운이 많이 발생할 수 있다.
상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크다면, 상기 소재의 판 크라운 값이 목표 값보다 더 작다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 소재에 판 크라운 값을 더 추가하기 위하여 상기 벤더력을 감소시킬 수 있다.
반대로, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작다면, 상기 소재의 판 크라운 값이 목표 값보다 더 크다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 소재에 판 크라운 값을 감소시키기 위하여 상기 벤더력을 더 증가시킬 수 있다.
평탄도 제어단계(S22)는, 상기 압연된 소재의 평탄도 이상여부에 따라, 제2작업롤에 대한 냉각 패턴을 조절하여 상기 평탄도를 제어할 수 있다.
상기 평탄도 제어단계(S21)는, 상기 도1(a)의 다수의 스탠드 중에서 후단 스탠드(F5, F6, F7, F8)에서 수행될 수 있다. 상기 후단 스탠드는, 상기 열간압연기에 인입된 소재의 진행방향을 고려할 때 뒤 쪽에 있는 스탠드를 의미할 수 있다. 상기 후단 스탠드에서 압연을 수행하는 작업롤은 모두 제2작업롤이라고 할 수 있다.
일반적으로 상기 압연되는 소재의 평탄도는, 상기 전단 스탠드에 의하여 압하가 많이 일어나 얇아진 후단 스탠드에서 영향을 많이 받을 수 있다. 따라서, 상기 후단 스탠드에서 상기 압연되는 소재의 평탄도 이상여부를 판단하고, 상기 제2작업롤에 대한 냉각 패턴을 조절함으로써 상기 소재의 평탄도를 제어하도록 할 수 있다.
상기 평탄도 제어단계(S22)는, 평탄도 측정단계(S221), 평탄도 비교단계(S222), 불량 종류 판단단계(S223), 냉각패턴결정단계(S224) 및 벤더력 조절단계(S225)를 포함할 수 있다.
평탄도 측정단계(S221)는, 압연된 소재의 평탄도를 측정할 수 있다. 상기 소재의 평탄도는 상기 열간압연장치에 구비된 형상계에 의하여 측정될 수 있다. 상기 형상계는 상기 열간압연공정에서 마무리 압연기 출측에 설치될 수 있다.
평탄도 비교단계(S222)는, 상기 측정된 평탄도를 목표 평탄도와 비교하여 평탄도 불량발생여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 압연된 소재의 평탄도를 측정한 이후에, 상기 평탄도가 상기 목표 평탄도의 기 설정된 허용오차범위 내에 포함되는 지 여부를 판단할 수 있다. 상기 측정된 평탄도가 상기 허용오차범위 내에 포함되면 상기 압연된 소재에는 평탄도 불량이 없는 것으로 판단하여, 상기 평탄도 제어단계(S22)를 종료할 수 있다.
반면에, 상기 측정된 평탄도가 상기 허용오차범위를 벗어나면 상기 압연된 소재에 평탄도 불량이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
불량 종류 판단단계(S223)는, 상기 평탄도 불량이 발생하면 상기 평탄도 불량의 종류를 판단할 수 있다.
상기 압연되는 소재에 발생하는 불량은 크게 에지 웨이브(edge wave)와 센터 버클(center buckle)로 나눌 수 있다.
상기 에지 웨이브 형태의 불량은, 상기 압연되는 소재의 양 단부가 물결치는 듯한 모양으로 변형되는 것으로, 소재를 압연하는 작업롤의 양 단부가 상기 작업롤의 중심부보다 더 두꺼운 경우에 발생할 수 있다.
상기 센터 버클 형태의 불량은, 상기 압연되는 소재의 중심부에서 연신이 많이 일어나서 발생하는 것으로, 소재를 압연하는 작업롤의 중심부가 상기 작업롤의 양 단부보다 더 두꺼운 경우에 발생할 수 있다.
상기 불량 종류 판단단계(S223)는 상기 측정된 평탄도로부터 상기 평탄도 불량이 상기 에지 웨이브와 관련된 것인지 아니면 상기 센터 버클과 관련된 것인지를 판단할 수 있다.
냉각패턴결정단계(S224)는, 상기 평탄도 불량이 센터 버클이면 상기 제2작업롤을 제1냉각패턴으로 냉각하고, 상기 평탄도 불량이 에지 웨이브이면 상기 제2작업롤을 제2냉각패턴으로 냉각할 수 있다.
상기 센터 버클 형태의 평탄도 불량은, 상기 작업롤의 중심부가 상기 작업롤의 양 단부보다 더 두껍기 때문에 발생하는 것이다. 따라서, 상기 작업롤의 중심부의 열 팽창을 많이 감소시키고 상기 작업롤의 양 단부에 대하여는 상대적으로 적게 감소시키도록 상기 작업롤의 냉각패턴을 설정할 수 있다. 도5(a)의 제1냉각패턴에 의하면 상기한 바와 같이, 상기 작업롤의 중심부의 열 팽창을 많이 감소시키고 양 단부의 열 팽창을 적게 감소시킬 수 있다.
반면에, 상기 에지 웨이브 형태의 평탄도 불량은, 상기 작업롤의 양 단부가 상기 작업롤의 중심부보다 더 두껍기 때문에 발생하는 것이다. 따라서, 상기 작업롤의 양 단부의 열 팽창을 많이 감소시키고 상기 작업롤의 중심부에 대하여는 상대적으로 적게 감소시키도록 상기 작업롤의 냉각패턴을 설정할 수 있다. 도5(b)의 제2냉각패턴에 의하면 상기한 바와 같이, 상기 작업롤의 양 단부의 열 팽창을 많이 감소시키고 중심부의 열 팽창을 적게 감소시킬 수 있다.
따라서, 상기 평탄도 불량에 따라서 상기 작업롤의 냉각패턴을 설정할 수 있으며, 상기 설정된 냉각패턴에 의하여 상기 평탄도 불량을 해소할 수 있다.
벤더력 조절단계(S225)는, 상기 평탄도 불량이 에지 웨이브이면 제2작업롤에 대한 벤더력을 증가시키고, 상기 평탄도 불량이 센터 버클이면 제2작업롤에 대한 벤더력을 감소시킬 수 있다.
상기 벤더력은 상기 열간압연기에 구비된 롤벤더 설비가 상기 작업롤의 양 단부에 인가하는 힘일 수 있다. 일반적으로 상기 롤벤더 설비는 모든 열간압연기의 스탠드에 설치되어 있으므로, 상기 롤벤더 설비의 벤더력을 이용하여 상기 압연되는 소재의 판 크라운을 제어할 수 있다.
에지 웨이브 형태의 평탄도 불량은, 상기 작업롤의 양 단부의 두께가 중심부의 두께보다 두꺼운 경우에 발생한다. 즉, 상기 작업롤은 (-)방향의 크라운을 가진 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 벤더력을 증가시켜 상기 작업롤에 (+) 크라운을 추가할 수 있다.
센터 버클 형태의 평탄도 불량은, 상기 작업롤의 중심부의 두께가 상기 양 단부의 두께보다 두꺼운 경우에 발생한다. 즉, 상기 작업롤은 (+)방향의 크라운을 가진 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 벤더력을 감소시켜 상기 작업롤의 (+) 크라운을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
S11: 압연정보 수집단계 S12: 형상제어수단 설정단계
S13: 열 크라운 변화량 계산단계 S14: 냉각패턴 설정단계
S15: 제어신호 출력단계
10: 작업롤 20: 냉각장치
S21: 판 크라운 제어단계 S211: 판 크라운 측정단계
S212: 판 크라운 비교단계 S213: 냉각패턴결정단계
S214: 벤더력 조절단계
S22: 평탄도 제어단계 S221: 평탄도 측정단계
S222: 평탄도 비교단계 S223: 불량 종류 판단단계
S224: 냉각패턴결정단계 S225: 벤더력 조절단계

Claims (8)

  1. 열간압연공정에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법에 있어서,
    압연되는 소재에 관한 정보를 나타내는 압연정보를 입력받는 압연정보 수집단계;
    상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재의 판 크라운 및 평탄도를 조절하는 형상제어수단의 동작을 설정하는 형상제어수단 설정단계;
    상기 압연정보를 이용하여, 상기 소재를 압연하는 작업롤에 발생하는 열 크라운의 변화량을 계산하는 열크라운 변화량 계산단계;
    상기 열 크라운의 변화량에 따라 상기 작업롤의 길이방향 냉각에 대한 냉각 패턴을 설정하는 냉각패턴설정단계; 및
    상기 설정된 형상제어수단의 동작 및 냉각 패턴에 따라 상기 열간압연공정이 수행되도록 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 출력단계를 포함하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각패턴은
    상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 높은 냉각온도로 냉각하는 제1냉각패턴 및 상기 작업롤의 중심부보다 상기 작업롤의 양 단부를 더 낮은 냉각온도로 냉각하는 제2냉각패턴을 포함하고,
    상기 냉각온도는 상기 작업롤에 분사되는 냉각수의 온도를 의미하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 형상제어수단 설정단계는
    상기 형상제어수단으로서 롤 벤더(roll bender) 설비, 페어 크로스(pair cross) 압연기 및 연속가변 크라운(CVC: continuous variable crown) 설비 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 페어 크로스 압연기의 페어 크로스 각도, 상기 롤 벤더 설비의 벤더력 및 상기 연속가변 크라운 설비의 롤 위치 중 적어도 어느 하나를 설정하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  4. 압연된 소재의 판 크라운 이상여부에 따라, 제1작업롤에 대한 냉각 패턴를 조절하여 상기 판 크라운을 제어하는 판 크라운 제어단계; 및
    상기 압연된 소재의 평탄도 이상여부에 따라, 제2작업롤에 대한 냉각 패턴을 조절하여 상기 평탄도를 제어하는 평탄도 제어단계를 포함하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 판 크라운 제어단계는
    압연된 소재의 판 크라운 값을 측정하는 판 크라운 측정단계;
    상기 측정된 판 크라운 값을 목표 판 크라운 값과 비교하는 판 크라운 비교단계; 및
    상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크면 상기 제1작업롤을 제1냉각패턴으로 냉각하고, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작으면 상기 제1작업롤을 제2냉각패턴으로 냉각하는 냉각패턴결정단계를 포함하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 크면, 상기 제1작업롤에 대하여 벤더력을 감소시키고, 상기 목표 판 크라운 값이 상기 측정된 판 크라운 값보다 작으면, 상기 제1 상기 벤더력을 증가시키는 벤더력 조절단계를 더 포함하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 평탄도 제어단계는
    압연된 소재의 평탄도를 측정하는 평탄도 측정단계;
    상기 측정된 평탄도를 목표 평탄도와 비교하여 평탄도 불량발생여부를 판단하는 평탄도 비교단계;
    상기 평탄도 불량이 발생하면, 상기 평탄도 불량의 종류를 판단하는 불량 종류 판단단계; 및
    상기 평탄도 불량이 센터 버클이면 상기 제2작업롤을 제1냉각패턴으로 냉각하고, 상기 평탄도 불량이 에지 웨이브이면 상기 제2작업롤을 제2냉각패턴으로 냉각하는 냉각패턴결정단계를 포함하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 평탄도 불량이 에지 웨이브이면 제2작업롤에 대한 벤더력을 증가시키고, 상기 평탄도 불량이 센터 버클이면 제2작업롤에 대한 벤더력을 감소시키는 벤더력 조절단계를 더 포함하는 열간압연에서의 판 크라운 및 평탄도 제어방법.
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