KR102545735B1 - 연속 처리 라인을 운영하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컴퓨터 기반 동적 특성 예측 제어 모델을 사용하여 연속 처리된 압연 강 스트립의 생산을 위한 어닐링 단계를 포함하는 연속 처리 라인을 운영하는 방법에 관한 것이다.

Description

연속 처리 라인을 운영하는 방법
본 발명은 연속 처리 라인을 운영하는 방법에 관한 것이다.
연속 처리 라인(CPL: continuous processing line)은 전형적으로 어닐링, 핫딥 코팅(hot-dip coating), 조질 압연(temper rolling) 및 텐션 레벨링(tension levelling)을 임의의 순서로 포함하는 다양한 공정 단계로 구성된다. 이들 공정 단계는 중간 상태와 최종 상태 모두에서 우수한 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성으로 스트립(strip) 제품을 제공하기 위해 여러 처리 목적을 수행한다. 중간 상태를 충족시키지 못하면 후속 공정들 및 관련 특성이 손상된다. 그 결과 최종 제품 문제 및 경제적 불이익으로 인해 등급격하 또는 거부로 이어진다. 따라서 최종 제품의 최종 특성을 제어하기 위해 공정 설정의 제어가 점점 중요해지고 있다. 최근에는 공정 제어에서 최종 제품의 특성 제어로 초점이 이동했다. 결과적으로 공정 설정을 결과적인 특성에 연결시키는 제어 모델이 점점 중요해지고 있으며, 일반적으로 이들 제어 모델은 온도 또는 두께와 같은 하나 이상의 공정 매개변수를 측정하는 센서의 입력에 의존한다.
WO 2014/187886에 개시된 바와 같은, 공정 섹션의 끝에 배치된 센서 측정에 기초한 특성 제어는 라인을 통한 긴 통행에서 스트립의 운송으로 인해 제어 루프에서 큰 낭비 시간을 초래한다. 이것은 제어가 편차를 검출하고 해결하기 전에 상당한 재료 손실을 초래할 수 있다. 일부 상황에서, 예를 들면, 짧은 길이의 스트립은 스트립 헤드가 특성 측정 지점에 도달하기 전에 이미 임계 열처리 온도 영역을 통과한다. 따라서 제어가 효과적이지 않으며 작동하기에 너무 늦을 수 있다.
EP 2742158에 개시된 바와 같은 모델 예측에 기초한 특성 제어는, 제어 루프에서 낭비 시간을 보상하는 솔루션을 제공한다. 이 제어는 특성 모델을 사용하여 공정 이력을 기반으로 특성을 온라인 예측하고 필요한 경우 라인의 나머지 공정를 조정하여 상기 예측을 기반으로 품질 편차를 해결한다. 그러나 이 제어는 예정된 스트립 전환에 의해 부과된 발생할 공정 동특성, 제약 및 방해는 고려하지 않는다. 이들 운영 매개변수는 특성 모델 또는 경험적 루틴에 의해 결정된 공정 사전 설정이 현실적이고 달성 가능한지 여부를 결정하는 주요 요인이 될 수 있다는 것이 생산 실무로부터 알려져 있다. 따라서, 발생할 공정 상황을 고려하지 않고, 특성 모델에 의해서만 결정된 제어 조치는 제대로 판단되지 않고 실행 불가능하며 불안정한 운영을 초래할 수 있다. 예를 들어, 두꺼운 스트립(A)과 얇은 스트립(B)의 어닐링은, 두께 전환에서 발생할 수 있는 온도 오버슈트를 보상하기 위해 및 버클(buckle)의 가열 위험을 최소화하기 위해 라인 속도의 증가를 필요로한다. 그러나, 어닐링 후의 아연도금 공정은, 세척 공정의 가스 압력에서의 제한으로 인해 또는 전기도금의 경우에 도금층 두께에서의 요구되는 차이로 인해, 높은 코팅 두께 목표를 가진 동일한 스트립(A)로부터 낮은 코팅 두께를 가진 스트립(B)으로 라인 속도를 감소시킬 필요가 있다. 이러한 충돌은 특성 모델에 의해 만족스럽게 해결될 수 없다.
예를 들어 자동차 시장 또는 패키징 시장에 최종 제품을 제공하는 연속 처리 라인의 공급 원료는, 선행 공정에서 생성된 스트립 치수, 재료 화학조성(chemistry), 진입 조건 및 스트립 내 공간 불균질, 최종 제품 특성 및 그에 따른 공정 요구사항의 측면에서 다양하다. 이들 요인들 모두의 가능한 조합은 주문마다 그리고 스트립마다 변화하는 공정 요구사항에서 끝없는 변화를 형성한다. 적시 납품이 일반적인 경우에 개별 주문의 크기가 줄어든다. 따라서, 상당한 정도까지 연속 처리 라인의 공정이 일시적이고 따라서 동적 상태에 있는 있는 것은 일반적이다. 제품 특성에 대한 일시적 공정 조건의 영향을 완화하기 위한 작업에는 숙련된 작업자와 그들의 지속적인 관심이 필요하다. 공정들의 예상되는 역학을 적절히 고려하거나 더 바람직하게는 예측하지 않는 제어 방법 또는 자동화 시스템은 결국 부적절한 제어 조언, 조치 및 그에 따른 최적이 아닌 결과를 초래할 수 있다.
현재의 공정 제어 시스템의 문제점은 고전적인 설정 및 피드백 모델이, 거의 동일한 많은 재료가 생산되는 상황에서만 적합하다는 것이다. 이 경우, 후속 코일들 사이의 변화는 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성면에서 최소이다. 그러나 개략 설명된 발전의 결과로 배치(batch) 크기는 고유한 스트립이 점점 더 많이 생성 될 정도로 줄어들며, 이는 길이에 따라 과도적인 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성을 가질 수도 있다. 고전적인 설정 및 피드백에서, 이는 예를 들어 어닐링 온도의 변화가 스트립의 헤드에 대해 시간 내에 있지 않을 것임을 의미한다. 이러한 긴 낭비 시간으로 인해 결과적으로 제품의 등급이 낮아질 수 있고, 따라서 수율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 목적은 연속 처리 라인의 공정 제어에서 낭비 시간을 감소시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 수율로 연속 처리된 최종 제품을 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성에 대해 더 엄격한 공차를 갖는 연속 처리된 최종 제품을 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연속 처리된 강의 최신 생산에서 공정 제어의 역학을 다룰 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들 중 하나 이상은 연속 처리 라인(CPL)을 운영하는 방법에 의해 달성되며, 재료 특성 모델(MPM: material property Model) 및 동적 공정 모델(DPM: dynamic process model)을 포함하는 컴퓨터 기반 동적 특성 예측 제어 모델(DPPC: dynamic property predictive model)을 사용하여 연속 처리된 압연 강판을 제조하는 어닐링 단계를 포함하하며, 여기서 MPM의 출력은 DPM에 대한 입력 매개변수로 사용되어 DPM이 CPL에 대한 최종 공정 설정(FPS: final process settings)을 제공할 수 있도록 하며, 여기서 MPM에 대한 입력 매개변수는:
- 생산 스케줄(production schedule)의 하나 이상의 요소
- 들어오는(incoming) 압연 스트립의 세그먼트에 대한 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성의 목표 값
- 선행 공정 조건 및/또는 상기 세그먼트의 예측된 또는 측정된 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성 중 하나 이상의 매개변수
- (선택사항) 강 스트립의 상기 세그먼트의 화학적 조성의 하나 이상의 요소
- (선택사항) 들어오는 압연 스트립의 상기 세그먼트의 하나 이상의 미세 구조 매개변수
- (선택사항) 설치 조건 매개변수
- (선택사항) 들어오는 압연 스트립의 온라인 특성 측정으로부터의 피드백 매개변수
- (선택사항) 오프라인 특성 측정으로부터의 피드백 매개변수 그리고 여기서 DPM에 대한 입력 매개변수는
- MPM의 출력, 및
- 설치 조건 매개변수
- MPM에 대한 입력 매개변수들 중 하나 이상
- (선택사항) 온라인 CPL 공정 측정으로부터의 피드백
중 하나 이상을 포함하여, 강 스트립의 세그먼트에 대한 FPS를 생성하며, 세그먼트에 대한 FPS는 CPL 컴퓨터 공정 자동화(computerised process automation)로 공급되고, 이에 의해 상기 강 스트립의 세그먼트가 후속적으로 생성되고 목표인 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성을 만족시킨다.
선행 공정 조건의 예는 세그먼트의 권취 온도 또는 냉간 압연기에서의 감소일 수 있다.
들어오는 압연 스트립의 세그먼트의 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성이 정확하게 예측되거나 측정된다면, MPM은 화학적 조성 또는 선행 공정 조건 또는 미세구조 매개변수와 관련된 입력을 요구하지 않을 수 있음을 유의해야 한다. MPM의 출력이, 설치 조건 매개변수들의 하나 이상, MPM에 대한 입력 매개변수들 하나 이상(예, 스케줄), 및 (선택사항으로) 온라인 CPL 공정 측정으로부터의 피드백과 함께 DPM에 제공되어 DPM으로 FPS를 예측한다.
바람직한 실시 예는 종속 항에 제공된다.
본 발명에 따른 방법으로, 제어 루프에서의 낭비 시간 문제가 효과적으로 해결된다. 또한, 예정된 스트립 전환에 의해 부과된 다가오는 공정 역학, 제약 및 방해에 대한 지식 및 예측뿐만 아니라 예정된 스트립 전환에 의해 부과되는 다가오는 공정 역학, 제약 및 방해가 제품 특성에 미치는 영향에 대한 지식 및 예측이 포함된다. 특성 예측과 특성 목표 및 운영 목표에 대한 공정 예측을 반복적으로 검사함으로써 공정 제어가 최적화된다. 어닐링과 선택사항인 코팅, 조질 압연, 텐션 레벨링 공정 및 코팅 공정의 통합은 CPL이 기계적 특성, 표면 표성 및 기하학적 특성을 포함한 우수한 품질을 가진 스트립을 생산할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 스트립의 세그먼트에 대한 공정 설정의 결정에 기초한다. 이러한 세그먼트의 길이는 스트립마다 다를 수 있다. 하나의 스트립은 단지 하나의 세그먼트 또는 다수의 세그먼트를 포함할 수 있다. 스트립 당 필요한 세그먼트 수는 경우에 따라 DPPC에 의해 결정되거나 이전 공정들에 의해 제공된다. 예를 들어, DPPC는 이전의 열간 압연 공정과 동일한 세그먼트를 사용할 수도 있다.
공정 스케줄은 생산될 스트립의 연속이다. 각 스트립은 스트립 치수(예를 들면, 폭, 길이, 두께), 화학적 조성, 진입 조건, 및 이전 공정(열간 압연, 산세 및 냉간 압연 등)에 의해 생성된 스트립 내 공간 불균질, 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성과 같은 고유의 특성 세트를 갖는다. 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성에 도달하기 위해, 연속 처리 라인을 위한 공정 설정이 신중하게 선택되어야 하고, 선행 설치 및 공정 조건을 고려해야 한다.
도 1은 연속 처리 라인(CPL)(파선 상자)의 개략적인 표현을 도시한다.
도 2에는 DPPC(Dynamic Property Predictive Control) 모델이 개략적으로 도시되어 있다.
도 3은 파선으로 표시된 반복을 포함하는 DPPC 모델을 개략 도시한다.
도 4는 파선으로 표시된 반복을 가진 DPPC가 도시되어 있으며, 오프라인 제품 시험 결과, 온라인 공정 및 제품 측정 및 설치 조건과 같은 DPPC에 대한 추가 입력 소스도 보여준다.
도 5는 많은 수의 스트립에 대해 정규화된 길이에 대한 온도를 보여준다.
도 6은 DPPC에 의해 제안된 스트립의 중간 세그먼트(들)에 비해 이들 열간 압연된 코일들의 냉간 압연된 스트립의 머리 및 꼬리에 대해 더 낮은 어닐링 온도를 도시한다.
도 7 및 도 8은 연속 처리 라인에서 생산된 아연 도금된 고강도 강의 기계적 특성, 즉 항복 응력(Rp) 및 인장 강도(Rm)의 측정치를 각각 보여준다.
도 1은 연속 처리 라인(CPL)(파선 상자)의 개략적인 표현을 도시한다. CPL은 본 명세서에 설명된 공정 단계들의 조합을 포함하며, 여기서 스트립 세그먼트는 좌측에서 우측으로 이동한다. 가장 제한된 실시 예에서 CPL은 연속 어닐링 공정 단계만으로 구성될 수 있을 것이다. 그러나 보통 그러한 연속 어닐링 공정 단계에 이어서 조질 압연 단계와 오일 또는 윤활 처리와 같은 후처리 단계 중 적어도 하나가 수행될 수 있다. 많은 경우에, 연속 어닐링된 스트립은 핫딥 코팅 공정 또는 전기도금 공정에서 코팅되고, 이어서 조질 압연 및 유기 또는 무기 코팅에 의한 코팅 중 적어도 하나가 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 유연성은 DPPC가 각각의 CPL에 맞추어질 수 있도록 한다.
도 1의 순서는 일반적인 공정 단계의 순서이지만, 본 발명에 따른 방법은 상이한 순서를 허용한다. 금속 코팅에 의한 코팅이 제1 코팅 단계에서 수행되고 이어서 조질 압연과 유기 또는 무기 코팅에 의한 제2 코팅 단계가 수행되거나, 금속 코팅, 이어서 유기 코팅, 그 다음 조질 압연이 수행될 수 있다.
도 1은 필수 어닐링 단계와 선택적인 후속 공정 단계들을 보여준다.
- 연속 어닐링 단계(필수)
- 제1 코팅 공정
- 조질 압연 및/또는 텐션 레벨링 공정
- 제2 코팅 공정
- 후 처리 단계
일 실시 형태에서, 제1 및/또는 제2 코팅 단계는 핫딥 코팅 공정 또는 전기도금 공정이다.
일 실시 형태에서, DPPC는 또한 핫딥 코팅 층의 두께 제어의 CPL 자동화를 위한 FPS를 제공한다.
일 실시 형태에서, 제1 및/또는 제2 코팅 단계는 유기 코팅 단계이다.
일 실시 형태에서, 제1 및/또는 제2 코팅 단계는 무기 코팅 단계이다.
바람직한 실시 예에서, 무기 코팅 단계는 물리적 증착(PVD) 공정을 포함하거나 이것으로 구성된다.
상기 후처리 단계는 패시베이션(passivation), 오일처리 등과 같은 공정을 포함할 수 있다.
도 2에는 DPPC(Dynamic Property Predictive Control) 모델이 개략적으로 도시되어 있다. 관련 선행 공정 매개변수, 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성, 생산 스케줄, 미세구조, 화학조성 등을 입력함으로써, MPM(Material Property Model)은 한 세트의 예비적 공정 설정(PPS)을 예측하며, 이것을 가지고 스트립의 세그먼트에 대한 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성이 MPM에 따라 얻어질 수 있다. 이들 PPS(도 2 내지 4에서 두꺼운 검은 화살표로 표시)는 동적 공정 모델(DPM)에 제공되며 DPM은 이들 PPS가 CPL에서 실현될 수 있는지 여부를 결정한다. 실제로 이 경우라면 이들 PPS는 DPPC로부터 CPL의 제어 시스템에 최종 공정 설정(FPS)으로서 전달된다. 도 2 내지 4에서 "a"로 표시된 라인은 DPM이 FPS의 계산에서 MPM에 대해 하나 이상의 입력 매개변수를 사용할 수도 있음을 도시한다.
만일 DPM이 MPM에 의해 제안된 것과 같은 원하는 공정 설정이 CPL에서 실현 될 수 없다고 결정하면, 반복 공정가 시작되며, 여기서 MPM은, 최상의 솔루션에 도달하기만 한다면, 실현 가능한 것에 기초하여 DPM에 새로운 세트의 공정 매개변수를 제안하며, 그 다음에 CPL의 제어 시스템으로 전달된다. 최상의 솔루션은 목표 특성과 달성 가능한 특성 사이의 차이가 사전 설정된 최소값보다 낮은 솔루션이다. 이 사전 설정된 최소값에 도달하지 않는 한, 도 3에 파선으로 표시된 반복이 수행된다.
최소값에 전혀 도달하지 않으면 DPPC는 두 개의 적절한 스트립 사이의 스케줄에 더미 스트립을 도입하는 것을 권고할 수 있다. 더미 스트립은 희생 스트립 역할을 하여, CPL을 통해 더미 스트립을 이동하는 동안 어떤 일시적인 공정 조건을 허용하므로 다음 스트립의 제1 세그먼트가 CPL에 들어갈 때 FPS가 세그먼트의 목표 특성을 실현하는 데 최적이되도록 한다.
DPM은 향후 공정 조건을 예측하는 데 사용된다. 이 모델은 어닐링 중 열전달, 스트립 표면상의 가스-금속 반응, 및 해당되는 경우, 핫딥 코팅 공정, 핫딥 코팅 후 세척 공정, 조질 압연 및/또는 텐션 레벨링을 포함하는 공정들과 설치의 상태 및 역학을 설명한다.
MPM은 기계적 특성(입자 크기, 항복 강도, 인장 강도, 신장, 상 분율 등), 핫딥 코팅의 외부/내부 산화 및 표면 습윤성, 및/또는 입력 공정 조건에 기초한 기하구조(표면 거칠기, 형상)을 포함하는 스트립 특성의 중간 및 최종 상태를 예측하는 데 사용된다.
이들 계산은 실시간으로 수행되어 주어진 생산 스케줄에 대한 공정 및 특성 예측을 기반으로 공정 설정(및 공차)을 결정한다.
여러 스트립에 대해 차례대로 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성이 수용 가능한 일관성으로 실현되고, 또한 공정 설정에 의해 요구된 공정 변동 및 역학이 실행 가능하고 운영 목표를 충족하도록 공정 설정을 최적화할 필요가 있다.
요구 사항 중 하나라도 위반하면, 편차를 알리기 위해 예외 또는 경보가 발생된다. 이것은 경제적으로 유리한 경우 생산 순서의 스케줄 조정 또는 더미 또는 제약없는 스트립에 대한 요청으로 이어질 수 있다. 이것은, 예를 들어, 하나의 스트립과 다음 스트립 사이에 어닐링 온도의 매우 큰 차이가 요구되는 경우가 이에 해당한다. 재 스케줄링이 불가능한 경우, 이들 두 스트립 사이에 더미 스트립이 들어가고, 더미 스트립은 희생 스트립의 역할을 한다.
본 발명은 생산 스케줄에 따라 다수의 스트립 및 연속적인 전환을 포함하여 향후 생산을 예측하기 위해 공정 모델과 특성 모델을 모두 사용한다. 그것은 공정 과정을 가능한 한 현실에 가깝게 예측하고, 그에 따라 공정 설정을 최적화하고 여러 처리 목적과 생산 목표를 동시에 충족시키기 위해 제어 작업을 계산할 수 있는 유일한 방법이다. 그렇게 함으로써, 우수한 특성을 갖는 스트립 제품을 수득하기 위해 상기 생산의 적중률이 최대화될 수 있다.
도 4에는 파선으로 표시된 반복을 가진 DPPC가 도시되어 있으며, 오프라인 제품 테스트 결과, 온라인 공정 및 제품 측정 및 설치 조건과 같은 DPPC에 대한 추가 입력 소스도 보여준다. 이러한 결과를 통해 DPM과 MPM 모두 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 DPPC를 포함하는 방법에서, 다음 단계들이 구별될 수 있다:
a) 입력을 수집하고 수신한다;
b) 예비적 공정 설정과, 필요한 경우, 생산 스케줄, 목표 특성 및 기타 입력에 따라 결과적인 중간 및 최종 특성을 계산하고 예측한다;
c) 생산 스케줄, 설치 조건 및 기타 입력에 따라 예비적 공정 설정을 계산 및 검증하고, 필요한 경우, 조정한다;
d) 단계 b) 및 c)를 반복함으로써 상기 예비적 공정 설정을 최적화하여 특성 목표 및 운영 목표의 만족도를 최대화하고, 목표 위반이 예상되어 피할 수 없는 경우 예외 알림을 생성한다;
e) 향후 스트립 및 전환에 대한 최종 공정 설정을 계산한다;
f) 선택사항으로 공정 및 특성 측정 값을 수집 및 수신하고 필요한 경우 DPPC 모델을 조정하여 DPPC 모델 또는 MPM 또는 DPM 중 어느 하나의 정확성을 향상시킨다.
실시간 제어 응용과 같은 주기적 동작에서, 단계 a)로 시작하여 이전 공정들에서 생성된 생산 스케줄, 공급 원료(스트립) 특성 및 조건, 최종 제품 특성 요구사항 및 장비 조건과 유지 보수, 가용 용량 등에 관련된 입력을 수집하고, 그것들을 반복 계산을 위해 MPM 및 DPM에 제공한다. 상기 계산은 특성 목표 및 운영 목표의 만족을 최대화하기 위해 단계 b), c) 및 d)를 포함한다. 주어진 생산 스케줄에 대한 공정 설정은 계산 결과 중 하나이다. 최종 공정 설정은 라인의 자동화 및/또는 제어 계측 시스템으로 보내진다. 스케줄의 생산 스케줄 조치 또는 수정을 위해 생산 스케줄을 생성하는 생산 유닛으로 예외 알림이 보내진다. MPM 및 DPM의 매개변수를 조정하기 위해 공정 조건 측정치 및 중간 및 최종 특성 측정치(오프라인 및 온라인)이 정기적으로 수집된다. 바람직하게는 상기 주기적 동작은 적어도 30 분당 1 회, 바람직하게는 1 분당 1 회 내지 초당 1 회 범위로 실행된다.
라인 속도 및 온도와 같은 공정 매개변수를 측정하여 FPS가 실현되는 것을 보장하기 위해 기존 공정 제어 계측이 CPL에 존재한다.
공정 설정은 스트립마다 스트립 내에서 세그먼트마다 다를 수 있다. 특정 스트립 또는 한 스트립의 한 세그먼트의 공정 설정의 계산은 스트립이 라인 입구에서 디코일러(decoiler)에 로딩되기 전에, 바람직하게는 스트립 생산 시퀀스가 확인되기 전에 완료된다. 생산 스케줄 또는 입력이 변경되는 경우, 또는 예상치 못한 장비 고장, 처리 속도에 대한 수동 개입 등으로 인해 실제 공정이 최근 발행된 공정 설정의 허용범위를 벗어나는 경우에 공정 설정의 재 계산이 필요하다.
본 발명은 우수한 특성을 갖는 금속 스트립을 제조하기 위한 어닐링 노를 포함하는 연속 처리 라인을 제어하는 방법에 관한 것이며, 다음을 포함하는 컴퓨터 시스템에서 동작한다:
- 생산 순서로 나열된 여러 스트립들을 포함하는 생산 스케줄과, 스트립 치수, 재료 화학조성, 진입 조건, 및 이전 공정들(열간 압연, 산세 및 냉간 압연 등)에 의해 생성된 스트립 내 공간 불균일성, 최종 제품 특성 및 공정 요구사항을 포함하는 데이터 입력.
- 어닐링 중 열 전달, 스트립 표면에서의 가스-금속 반응, 코팅 공정(예: 용융 아연도금, 전기도금), 코팅층 두께 조절(예: 아연 도금 후 아연 세척 공정 또는 전류 밀도), 조질 압연, 및/또는 텐션 레벨링을 포함하는 공정 및 설치의 상태 및 역학을 설명하고 예측하는 공정 모델.
- 공정 모델들에 의해 제공된 조건을 사용하여, 기계적 특성, 아연도금 또는 전기도금을 위한 외부/내부 산화 및 표면 습윤성, 및/또는 기하형상을 포함하는 스트립 특성의 중간 및 최종 상태를 기술하고 예측하는 재료 특성 모델.
- 주어진 생산 스케줄에 대한 공정 설정을 산출하기 위해 공정 예측 및 특성 예측을 반복적으로 검사함으로써 최적화 알고리즘을 수행한다. 상기 공정 설정은 스트립마다, 스트립 내에서 세그먼트마다 다를 수 있다. 특정 스트립 또는 한 스트립의 한 세그먼트의 공정 설정의 계산은 스트립이 라인 입구에서 디코일러에 로딩되기 전에, 바람직하게는 스트립 생산 시퀀스가 확인되기 전에 완료됨.
- 공정 설정을 상기 라인의 자동화 및/또는 제어 계측 시스템으로 출력하여 상기 설정을 구현하고 목표 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성을 갖는 강 스트립의 세그먼트를 생산하는 데이터 출력.
비 제한적인 예들에 의해, 다음의 문제들은 DPPC의 능력을 설명하는 역할을 한다.
어닐링의 경우, 상기 설정은 요구되는 기계적 특성 기준에 의해 결정된 최대 및 최소 온도와, 재료 화학조성, 진입 조건 및 이전 공정들(핫 스트립 밀, 산세 라인, 냉간 압연기 등)에 의해 생성된 스트립 내 공간 불균일, 및 예상 처리 속도 및 (감)가속도를 고려하여 보다 균일한 특성을 산출하기 위한 목표 온도를 정의한다. 최소 및 최대 온도 설정은 또한 코팅 공정 전에 필요한 형상 및 표면 특성과, 스트립 전환 동안의 열역학 등으로 정의된 제약들을 가진다.
처리 (또는 스트립) 속도의 경우, 상기 설정은 목표 속도, 필요한 코팅 두께 및 그 제어에 의해 결정된 최대 및 최소 한계, 필요한 기계적 특성 및 그 온도-시간 제어, 필요한 표면 거칠기, 조질 압연 감소 및 그 제어 등 을 정의한다.
코팅 두께의 경우, 상기 설정은 세척 가스 매체의 압력, 가스 제트 출구와 스트립 사이의 거리, 필요한 코팅 유형 및 두께에 의해 결정된 가스 압축기 헤드 압력, 필요한 기질 감소 및 레벨링 신장, 예상 처리 속도 및 (감)가속도 등을 정의한다.
아연 도금 전 표면 조정의 경우, 상기 설정은 재료 화학조성에 의해 결정되는 연소 공기-연료 유량비, 산화 주입의 산소 농도, 노 공기의 이슬점 등, 필요한 아연 도금 조 화학조성, 예상 온도 변화, 예상 처리 속도 등을 정의한다.
코팅 전의 스트립 모양의 경우, 상기 설정은 스트립 치수(두께 대비 폭 비율), 이송 롤 치수, 필요한 기계적 특성 및 그 온도-시간 제어, 예상 처리 속도, 필요한 코팅 두께 및 그 제어 등에 의해 결정되는 온도 한계 및 (빠른) 가열 및 냉각을 위한 최대 기울기, 스트립 폭에 대한 가열 및 냉각 플럭스 분포, 라인 텐션, 비평탄도 공차 등을 정의한다.
조질 압연 및/또는 텐션 레벨링의 경우, 상기 설정은 예측된 어닐링 공정, 예상 처리 속도, 예상 인라인(inline) 형상, 재료 치수, 필요한 기계적 특성, 기하학적 특성 및 표면 특성에 대한 지식을 고려하여, 전체 스트립에 대한 최적의 감소 및/또는 신장을 정의하여 주요 품질을 최대화한다.
들어오는 롤 스트립은 열간 압연 스트립 또는 냉간 압연 스트립일 수 있다. 열간 압연 스트립은 일반적으로 추가 어닐링을 받지 않지만, 특정한 경우에 필요할 수도 있다. 예를 들어, 열간 압연 스트립이 핫딥 코팅되는 경우, 금속 침지 조가 작동 온도 미만으로 냉각되는 것을 피하기 위해 침지 전에 스트립을 가열할 필요가 있다. 이를 일반적으로 가열-코팅 공정(heat-to-coat process)이라고 한다. 냉간 압연 스트립의 재결정화 및/또는 오스테나이트화 어닐링에서와 같이 특성에 영향을 주기 위해 스트립을 가열할 필요는 없다. 한편, 마르텐사이트와 같은 특정 미세구조를 함유한 열간 압연 강의 경우 또는 용해된 요소들로 인해 석출 경화 가능성이 여전히 있는 열간 압연 강의 경우, 어닐링 처리는 마르텐사이트를 템퍼링하고 강의 연성의 개선하거나, 석출을 촉진하고 강의 강도를 향상시키는 데 유리할 수도 있다.
바람직한 실시 예에서, 들어오는 강 스트립은 냉간 압연 강이다. 이것은 본 발명에 따른 CPL에서 어닐링되는 가장 일반적인 형태이며, 이들 강은 점점 엄격해지는 공차와, 허용되는 결함의 수, 기계적 특성, 표면 품질 및 치수 및 치수 공차에 대한 점점 증가하는 요구에 대응하여 생산되어야 한다.
실시간 제어 응용과 같은 주기적 작업에서, 지정된 생산 스케줄에 대한 공정 설정이 자동으로 계산되어 라인의 자동화 및/또는 제어 계측 시스템으로 보내진다. 목표 위반이 예상되면 예외 알림이 생성되어 생산 스케줄을 생성하는 스케줄링 유닛으로 보내진다.
바람직하게는, 생산 스케줄 또는 입력이 변경되는 경우, 또는 예상치 못한 장비 고장, 처리 속도에 대한 수동 개입 등으로 인해 실제 공정이 최근 발생된 공정 설정의 허용 범위를 벗어나는 경우, 공정 설정의 재 계산이 자동으로 시작된다.
본 발명은 또한 연속 처리 라인을 위한 컴퓨터 공정 자동화로 구현되며, 여기서 공정 자동화는 작동 중에 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구현된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 컴퓨터 공정 자동화에 의해 제어되는 연속 처리 라인에서, 및 작동 중에 들어오는 강 스트립의 세그먼트에 대한 FPS가 본 발명에 따른 CPL 컴퓨터 공정 자동화에 의해 결정, 설정 및 실현되는 연속 처리 라인에서 구현되며, 본 발명에 따르면 목표 기계적 특성, 표면 특성 및/또는 기하학적 특성을 갖는 강 스트립 세그먼트를 제조할 수 있다.
본 발명의 유용성은 하기 비 제한적인 실시 예 및 도면에 의해 입증된다.
도 7과 도 8은 연속 처리 라인에서 생산된 아연 도금된 고강도 강의 기계적 특성을 측정한 것이다. 밝은 회색으로 DPPC가 없는 결과가 표시된다. DPPC의 한 버전으로 생산된 동일한 강에 대한 결과가 검은 색으로 표시된다. 도시된 기계적 특성은 항복 응력(Rp) 및 인장 강도(Rm)이다. DPPC가 없는 특성은 공차 외부에서 상당한 정도의 측정 값을 갖는 넓은 분포를 나타낸다(수직 파선). Rp(도 7)에서 35%, Rm(도 8)에서 30%가 거부되었을 수 있다. DPPC는 핫 스트립 밀(hot strip mill)의 런-아웃-테이블 냉각에서 실현되는 권취 온도 체계를 고려하여 어닐링 체계를 적응시킴으로써 상당한 개선이 이루어질 것으로 예측했다.
열간 압연된 스트립의 머리 및 꼬리가 열간 압연된 코일의 외부 덮개에서 더 빠른 냉각 속도를 보상하기 위해 더 높은 온도에서 권취되는 경우에 제어된 권취 온도가 사용되었다. 도 5는 많은 수의 스트립에 대해 정규화된 길이에 대한 온도를 보여준다. 이들 열간 압연된 U자형 냉각 스트립은 이어서 산세 및 냉간 압연되었다. 또한, 이전 공정 단계에서 실현된 스트립 내 공간 불균일성을 고려하여 DPPC는 스트립의 중간 세그먼트(들)에 비해 이들 열간 압연된 코일들의 냉간 압연된 스트립의 머리 및 꼬리에 대해 더 낮은 어닐링 온도를 제안했다. 이것은 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 약 705 ℃에서의 수평선은 스트립의 전체 길이에 걸친 동일한 어닐링 온도의 종래 기술 관행을 나타낸다. 상기 처리 라인에서 어닐링 단계의 급속 가열로는 이어서 이 온도 체제를 냉간 압연된 스트립에 부과하고 최종 제품의 결과는도 7 및 8에서 검은 색으로 제공된다. 이 값들은 공차에 비해 훨씬 더 나은 성능뿐만 아니라 분포의 크게 향상된 폭을 보여준다. Rp의 거부율은 5%로 떨어졌고 Rm은 2%로 떨어졌다.

Claims (14)

  1. 재료 특성 모델(MPM: material property Model) 및 동적 공정 모델(DPM: dynamic process model)을 포함하는 컴퓨터 기반 동적 특성 예측 제어 모델(DPPC: dynamic property predictive model)을 사용하여 연속 처리된 압연 강 스트립을 제조하기 위한 어닐링 단계를 포함하는 연속 처리 라인(CPL: continuous processing line)을 운영하는 방법으로서,
    상기 재료 특성 모델(MPM)은 한 세트의 예비적 공정 설정(PPS: preliminary process settings)을 예측하고, 상기 예비적 공정 설정에 의해 상기 재료 특성 모델(MPM)에 따라 한 세트의 스트립에 대한 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성이 얻어질 수 있으며,
    상기 동적 공정 모델(DPM)은 상기 한 세트의 예비적 공정 설정이 연속 처리 라인(CPL)에서 실현될 수 있는지 판단하며,
    상기 재료 특성 모델(MPM)의 출력은 상기 동적 공정 모델(DPM)에 대한 입력 매개변수로 사용되어 상기 동적 공정 모델(DPM)이 상기 연속 처리 라인(CPL)에 대한 최종 공정 설정(FPS: final process settings)을 제공할 수 있으며,
    상기 재료 특성 모델(MPM)에 대한 입력 매개변수는:
    - 생산될 스트립들의 연속인 생산 스케줄, 여기서 각 스트립은 스트립 치수, 화학적 조성, 진입 조건, 및 이전 공정들에 의해 생성된 스트립 내 공간 불균일, 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성과 같은 고유의 속성 세트를 가짐;
    - 들어오는(incoming) 압연 스트립의 세그먼트에 대한 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성 중 하나 이상의 목표 값;
    - 선행 공정 조건들, 상기 세그먼트의 예측된 또는 측정된 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성 중 하나 이상의 매개변수;
    를 포함하고,
    - 상기 강 스트립의 세그먼트의 화학적 조성의 하나 이상의 요소;
    - 상기 들어오는 압연 스트립의 상기 세그먼트의 하나 이상의 미세 구조 매개변수;
    - 설치 조건 매개변수;
    - 상기 들어오는 압연 스트립의 온라인 특성 측정으로부터의 피드백 매개변수; 및
    - 오프라인 특성 측정으로부터의 피드백 매개변수;
    중 하나 이상을 선택적으로 포함하며,
    상기 동적 공정 모델(DPM)에 대한 입력 매개변수는:
    - 상기 재료 특성 모델(MPM)의 출력을 포함하고,
    - 설치 조건 매개변수, 및
    - 상기 재료 특성 모델(MPM)에 대한 입력 매개변수들의 하나 이상
    중 하나 이상을 포함하고,
    - 온라인 연속 처리 라인(CPL) 공정 측정으로부터의 피드백을 선택적으로 포함하여,
    상기 강 스트립의 세그먼트에 대한 최종 공정 설정(FPS)을 생성하며,
    상기 세그먼트에 대한 최종 공정 설정(FPS)은 상기 연속 처리 라인(CPL)의 컴퓨터 공정 자동화 시스템으로 공급되고, 그에 의해 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성 중 하나 이상을 만족시키는 상기 강 스트립의 세그먼트가 후속적으로 생성되는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세그먼트에 대한 최종 공정 설정(FPS)은 반복 프로세스에서 최적화되며,
    상기 동적 공정 모델(DPM)의 출력은 상기 세그먼트의 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성 중 하나 이상과 상기 세그먼트의 달성 가능한 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성 중 하나 이상 사이의 차이가 미리 설정된 최소값에 도달할 때까지 다음 반복을 위해 상기 재료 특성 모델(MPM)에 피드백되는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 들어오는 압연 스트립은 열간 압연 스트립인, 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 들어오는 압연 스트립은 냉간 압연 스트립인, 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연속 처리 라인은:
    - 연속 어닐링 단계;
    - 제1 코팅 공정 단계;
    - 조질-압연 공정 단계 및 텐션 레벨링 공정 단계 중 하나 이상;
    - 제2 코팅 공정 단계; 및
    - 후 처리 단계;
    중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제1 및 제2 코팅 단계 중 적어도 하나는 핫딥 코팅 공정 또는 전기도금 공정 인, 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 동적 특성 예측 제어 모델(DPPC)은 코팅층의 두께 제어의 연속 처리 라인(CPL) 자동화를 위한 최종 공정 설정(FPS)을 제공하는, 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코팅 단계 중 적어도 하나는 유기 코팅 단계인, 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    제1 및 제2 코팅 단계 중 적어도 하나는 물리적 증착(PVD)과 같은 무기 코팅 단계인, 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 설정의 재 계산은 상기 생산 스케줄 또는 상기 동적 특성 예측 제어 모델(DPPC)에 대한 입력 매개변수가 변경될 때 수행되는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공정 설정의 재 계산이 30분당 1회 이상 수행되는, 방법.
  12. 동작하는 동안, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하도록 구현되는 연속 처리 라인을 위한 컴퓨터 공정 자동화 시스템.
  13. 제 12 항에 따른 컴퓨터 공정 자동화 시스템에 의해 제어되는 연속 처리 라인.
  14. 동작하는 동안, 들어오는 강 스트립의 세그먼트에 대한 최종 공정 설정(FPS)이 제 12 항에 따른 컴퓨터 공정 자동화 시스템에 의해 결정, 설정 및 실현되어 목표 기계적 특성, 표면 특성 및 기하학적 특성 중 하나 이상을 만족시키는 강 스트립 세그먼트의 제조를 가능하게 하는, 연속 처리 라인.
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