KR101657783B1 - 선재의 장력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

선재의 장력 제어 장치는, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 레이저 속도계와, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하는 장력 연산부와, 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 선재의 장력을 제어하는 장력 제어부를 포함함으로써, 코블 발생 및 치수 불량을 저감할 수 있다.

Description

선재의 장력 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING TENSION OF WIRE ROD}

본 출원은, 선재의 장력 제어에 관한 것이다.

일반적으로 선재의 제조 공정에서는 단면적 160×160mm인 빌렛(billet)을 가열로에서 압연 가능한 900~1200℃의 온도로 가열한 후 조압연, 중간 조압연, 중간 사상 압연, 사상 압연 및 최종 압연(사이징 압연) 등의 일련의 압연 공정을 수행한다.

그리고, 이와 같은 압연된 소재는 권취 공정을 통하여 최종적으로 직경이 대략 5.5~50mm의 선재로 생산된다. 즉, 가열로를 거친 소재는 위에서 설명한 일련의 압연 공정을 거치면서 일정 직경으로 열간 압연되고, 압연된 소재는 목표하는 재질 확보를 위하여 수냉대를 거쳐 수냉되고, 선재 직경에 따라 직경 16mm 미만의 소경 선재는 레잉헤드에서 권취 후 집적된다.

상술한 압연 공정에서는 선재의 장력 제어는 매우 중요한 문제이다. 즉, 선재의 장력이 작아지면 선재가 압연 라인을 벗어나는 코블(cobble)이 발생되며, 장력이 너무 과다하면 선재의 치수 편차가 발생되어 치수 불량으로 인한 실수율이 저하되기 때문이다.

따라서, 상술한 장력 제어를 위해서는 선재에 걸리는 장력을 구하는 것이 우선되어야 하나, 현재는 선재의 장력을 구하는 방법에 대해 구체적으로 개시되어 있지 않으며, 작업자의 주관적인 경험에 의존하고 있다. 즉, 작업자가 나무막대 등을 이용하여 선재를 들어올려 대략의 장력을 추정하고, 이 추정된 장력에 따라 선재의 장력을 제어하고 있기 때문에, 코블 발생 및 치수 불량이 자주 발생되는 문제점이 있다.

관련 선행 기술로 한국공개특허 제2003-0039536호(‘선재 압연기의 루퍼 형상 자동제어장치’, 공개일: 2003년 05월 22일)가 있다.

한국공개특허 제2003-0039536호(‘선재 압연기의 루퍼 형상 자동제어장치’, 공개일: 2003년 05월 22일)

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 코블 발생 및 치수 불량을 저감할 수 있는 선재의 장력 제어 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 선재 라인과의 간섭을 피하면서 선재의 쳐짐에 의한 사행과 무관하게 선재의 장력을 구할 수 있으며, 레이저 간섭계의 오염물질을 제거하여 더욱 정확하게 장력을 구할 수 있는 선재의 장력 제어 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 레이저 속도계; 상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하는 장력 연산부; 및 상기 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 상기 선재의 장력을 제어하는 장력 제어부를 포함하는 선재의 장력 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 장력 연산부는, 하기의 수학식 1:

에 따라 장력을 구하며, 여기서, σ는 장력, Vm은 선재의 미들부 속도, Vt는 선재의 톱부 속도인 선재의 장력 제어 장치.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 장력 연산부는, 선재의 강종 및 치수에 기초한 보정 계수를 곱하여 상기 장력을 보정할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 레이저 속도계는, 상기 선재의 이송 방향에 수직한 상부에서 상기 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하면서 상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 선재의 장력 제어 장치는, 상기 레이저 속도계의 오염을 감지하는 오염 감지부; 및 상기 오염이 감지되면 음향 시각적으로 오염 여부를 알리는 출력부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 선재의 장력 제어 장치에 의한 장력 제어는, 사상 압연기와 최종 압연기 사이에서 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 일정 범위는, -0.1 내지 0.3 사이의 값일 수 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 레이저 속도계에서, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 제1 단계; 장력 연산부에서, 상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하는 제2 단계; 및 장력 제어부에서, 상기 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 상기 선재의 장력을 제어하는 제3 단계를 포함하는 선재의 장력 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 단계는, 하기의 수학식 1:

에 따라 장력을 구하며, 여기서, σ는 장력, Vm은 선재의 미들부 속도, Vt는 선재의 톱부 속도일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 단계는, 선재의 강종 및 치수에 기초한 보정 계수를 곱하여 상기 장력을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제1 단계는, 상기 선재의 이송 방향에 수직한 상부에서 상기 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하면서 상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 선재의 장력 제어 방법은, 오염 감지부에서, 상기 레이저 속도계의 오염을 감지하는 단계; 및 출력부에서, 상기 오염이 감지되면 음향 시각적으로 오염 여부를 알리는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 선재의 장력 제어 방법은, 사상 압연기와 최종 압연기 사이에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하고, 구한 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 선재의 장력을 제어함으로써, 코블 발생 및 치수 불량을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 선재의 이송 방향에 수직한 상부에 레이저 속도계를 배치한 후, 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하도록 함으로써, 선재 라인과의 간섭을 피하면서 선재의 쳐짐에 의한 사행과 무관하게 선재의 장력을 구할 수 있으며, 레이저 간섭계의 오염이 감지되면 이를 작업자에게 알려 제거하도록 함으로써, 더욱 정확하게 장력을 구할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 톱부 속도 및 미들부의 속도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 레이저 속도계의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어에 의한 속도 편차를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어 장치의 구성도이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 톱부 속도 및 미들부의 속도를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 레이저 속도계의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어에 의한 속도 편차를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선재의 장력 제어 장치는 레이저 속도계(110), 장력 연산부(120), 장력 제어부(130), 오염 감지부(140) 및 출력부(150)를 포함할 수 있다. 도 1에서 선재(S)는 사상 압연기(No Twist Mill, NTM)(10)로부터 최종 압연기(Reducing and Sizing Mill, RSM)(20)쪽으로 진행될 수 있다.

이하에서 장력 제어는 사상 압연기(10)와 최종 압연기(20) 사이에 대해 수행되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 조압연, 중간 조압연, 중간 사상 압연, 사상 압연 및 최종 압연(사이징 압연) 중 어느 단계에서도 수행될 수 있음에 유의하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 속도계(110)는 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구할 수 있다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 선재(S)의 톱부(210)가 지나갈 때 선재(S)의 톱부 속도를 구한다. 이후, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 선재(S)의 미들부(220)가 지나갈 때 선재(S)의 미들부 속도를 구할 수 있다. 구한 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도는 장력 연산부(120)로 전달될 수 있다.

여기서, 상술한 레이저 속도계(110)는, 예컨대 레이저 도플러 속도계를 포함할 수 있으며, 레이저 도플러 속도계는 레이저 도플러 효과를 이용하여 물체의 속도를 측정하는 속도계이다. 여기서, 레이저 도플러 효과란 레이저 광의 발생 위치와 이를 측정하는 위치 중 한 점 또는 양쪽 지점이 이동함에 따라 측정되는 주파수가 변화하는 현상을 일컫는데, 이를 이용하여 이동하는 물체에 레이저 광을 조사하면 광은 산란하고 산란광은 물체의 속도에 비례하는 주파수 변화를 일으키게 된다. 이 변화된 주파수를 광 비트 신호로 측정하면 물체의 이동 속도를 알 수 있게 된다. 이러한 속도계의 세부 구조 및 작용은 당업자에게 자명한 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 레이저 속도계(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 선재(S)의 이송 방향(D1)에 수직(90도)한 선재(S)의 상부에 배치되며, 선재(S)의 이송 방향(D1)의 좌우 방향(D2)으로 일정 각도 이내에서 회전하면서 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하도록 구성될 수 있다. 도 3의 (a)는 선재(S)를 이송 방향 쪽에서 바라본 도면이며, 도 3의 (b)는 선재(S)는 측면에서 바라본 도면이다.

즉, 선재(S)는 매우 빠른 이송 속도로 이송되며, 좌우 사행으로 인해 레이저 속도계(110)의 검출 범위를 벗어날 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 레이저 속도계(110)는 선재(S)의 이송 방향(D1)에 수직한 상부에 배치시킨 후, 선재(S)의 이송 방향(D1)의 좌우 방향(D2)으로 일정 각도 이내에서 회전시키면서 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하도록 함으로써, 선재(S)의 사행에도 불구하고 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구할 수 있는 기술적 효과가 있다.

한편, 장력 연산부(120)는 하기의 수학식 1에 따라 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 선재(S)의 장력을 구할 수 있다.

여기서, σ는 장력, Vm은 선재의 미들부 속도, Vt는 선재의 톱부 속도일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 선재(S)의 강종 및 치수를 더 고려하여 수학식 1에서 구한 장력을 보정할 수 있다. 즉, 하기의 수학식 2에 따라 선재(S)의 강종 및 치수에 기초한 보정 계수(α)를 곱하여 위에서 구한 장력을 보정할 수 있다.

여기서, σ는 장력, α는 보정 계수, Vm은 선재(S)의 미들부 속도, Vt는 선재(S)의 톱부 속도일 수 있다.

하기의 표 1에는 수학식 2에서 설명된 선재(S)의 강종 및 치수에 따른 보정 계수(α)가 예시적으로 도시되어 있다. 비록 표 1에서 보정 계수는 구체적인 수치로 기재되어 있으나, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것에 불과할 뿐, 실시 형태에 따라 구체적인 수치는 변경 실시될 수 있음은 당업자에게 자명함에 유의하여야 한다.

그리고, 장력 제어부(130)는 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 루퍼(30)를 통해 선재(S)의 장력을 제어할 수 있다. 상술한 일정 범위는 예컨대 -0.1 내지 0.3 사이의 값일 수 있다. 상술한 수치는, 본 발명의 장력 제어를 함에 있어서 경험적인 수치로, 상술한 범위 내의 값으로 제어할 때 적절한 것으로 이해될 수 있으며, 당업자라면 필요에 따라 상술한 값을 변경 실시할 수 있음에 유의하여야 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어에 의한 속도 편차가 도시되어 있다. 도 4에서 (a)는 장력 제어 전의 사상 압연기(10)의 압연 속도를, (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 장력 제어 후의 사상 압연기(10)의 압연 속도를 도시하고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 장력 제어 후에는 사상 압연기(10)의 압연 속도의 편차가 현저히 줄어들었음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 오염 감지부(140) 및 출력부(150)를 더 포함할 수 있다.

즉, 여러 가지 원인으로 인해 레이저 속도계(110) 내부의 미러와 같은 광학부에 오염 물질이 부착될 수 있으며, 부착된 오염 물질로 인해 선재(S)의 속도가 부정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 오염 감지부(140)는 레이저 속도계(110)의 오염을 감지하고, 출력부(150)는 오염이 감지되면 음향 시각적으로 오염 여부를 작업자에게 알려 오염 물질을 제거하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하고, 구한 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 선재의 장력을 제어함으로써, 코블 발생 및 치수 불량을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 선재의 이송 방향에 수직한 상부에 레이저 속도계를 배치한 후, 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하도록 함으로써, 선재 라인과의 간섭을 피하면서 선재의 쳐짐에 의한 사행과 무관하게 선재의 장력을 구할 수 있으며, 레이저 간섭계의 오염이 감지되면 이를 작업자에게 알려 제거하도록 함으로써, 더욱 정확하게 장력을 구할 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선재의 장력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 의한 선재의 장력 제어 방법을 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 4와 관련하여 이미 설명된 사항과 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.

우선, 레이저 속도계(110)는 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구할 수 있다(S501). 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 선재(S)의 톱부(210)가 지나갈 때 선재(S)의 톱부 속도를 구한다. 이후, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 선재(S)의 미들부(220)가 지나갈 때 선재(S)의 미들부 속도를 구할 수 있다. 구한 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도는 장력 연산부(120)로 전달될 수 있다.

다음, 장력 연산부(120)는 상술한 수학식 1에 따라 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 선재(S)의 장력을 구할 수 있다(S502). 본 발명의 실시 형태에 따라서는 선재(S)의 강종 및 치수를 더 고려하여 수학식 1에서 구한 장력을 보정할 수 있음은 상술한 바와 같다.

마지막으로, 장력 제어부(130)는 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 루퍼(30)를 통해 선재(S)의 장력을 제어할 수 있다(S503). 상술한 일정 범위는 예컨대 -0.1 내지 0.3 사이의 값일 수 있음은 상술한 바와 같다.

한편, 레이저 속도계(110)는 선재(S)의 이송 방향(D1)에 수직한 상부에 배치시킨 후, 선재(S)의 이송 방향(D1)의 좌우 방향(D2)으로 일정 각도 이내에서 회전시키면서 선재(S)의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구할 수 있으며, 오염 감지부(140)는 레이저 속도계(110)의 오염을 감지하고, 출력부(150)는 오염이 감지되면 음향 시각적으로 오염 여부를 작업자에게 알려 오염 물질을 제거하도록 할 수 있음은 상술한 바와 같다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하고, 구한 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 선재의 장력을 제어함으로써, 코블 발생 및 치수 불량을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 선재의 이송 방향에 수직한 상부에 레이저 속도계를 배치한 후, 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하도록 함으로써, 선재 라인과의 간섭을 피하면서 선재의 쳐짐에 의한 사행과 무관하게 선재의 장력을 구할 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 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

10: 사상 압연기 20: 최종 압연기
30: 루퍼 110: 레이저 속도계
120: 장력 연산부 130: 장력 제어부
140: 오염 감지부 150: 출력부
210: 선재의 톱부 220: 선재의 미들부
S: 선재

Claims (14)

1. 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 레이저 속도계;
   상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하는 장력 연산부; 및
   상기 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 상기 선재의 장력을 제어하는 장력 제어부를 포함하고,
   상기 레이저 속도계는,
   상기 선재의 이송 방향에 수직한 상부에서 상기 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하면서 상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 선재의 장력 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 장력 연산부는,
   하기의 수학식 1:
   

   

   
   에 따라 장력을 구하며, 여기서, σ는 장력, Vm은 선재의 미들부 속도, Vt는 선재의 톱부 속도인 선재의 장력 제어 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 장력 연산부는,
   선재의 강종 및 치수에 기초한 보정 계수를 곱하여 상기 장력을 보정하는 선재의 장력 제어 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 선재의 장력 제어 장치는,
   상기 레이저 속도계의 오염을 감지하는 오염 감지부; 및
   상기 오염이 감지되면 음향 시각적으로 오염 여부를 알리는 출력부를 더 포함하는 선재의 장력 제어 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 선재의 장력 제어 장치에 의한 장력 제어는,
   사상 압연기와 최종 압연기 사이에서 수행되는 선재의 장력 제어 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 일정 범위는,
   -0.1 내지 0.3 사이의 값인 선재의 장력 제어 장치.
   
8. 레이저 속도계에서, 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도를 구하는 제1 단계;
   장력 연산부에서, 상기 선재의 톱부 속도 및 미들부 속도에 기초하여 장력을 구하는 제2 단계; 및
   장력 제어부에서, 상기 장력이 일정 범위 내에 존재하도록 상기 선재의 장력을 제어하는 제3 단계를 포함하고,
   상기 제1 단계는,
   상기 선재의 이송 방향에 수직한 상부에서 상기 선재의 이송 방향의 좌우로 일정 각도 이내에서 회전하면서 상기 선재의 톱부 및 미들부 속도를 구하는 단계인 선재의 장력 제어 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 단계는,
   하기의 수학식 1:
   

   

   
   에 따라 장력을 구하며, 여기서, σ는 장력, Vm은 선재의 미들부 속도, Vt는 선재의 톱부 속도인 선재의 장력 제어 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    선재의 강종 및 치수에 기초한 보정 계수를 곱하여 상기 장력을 보정하는 단계를 더 포함하는 선재의 장력 제어 방법.
    
11. 삭제
12. 제8항에 있어서,
    상기 선재의 장력 제어 방법은,
    오염 감지부에서, 상기 레이저 속도계의 오염을 감지하는 단계; 및
    출력부에서, 상기 오염이 감지되면 음향 시각적으로 오염 여부를 알리는 단계를 더 포함하는 선재의 장력 제어 방법.
    
13. 제8항에 있어서,
    상기 선재의 장력 제어 방법은,
    사상 압연기와 최종 압연기 사이에서 수행되는 선재의 장력 제어 방법.
    
14. 제8항에 있어서,
    상기 일정 범위는,
    -0.1 내지 0.3 사이의 값인 선재의 장력 제어 방법.
    

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