KR19990047916A

KR19990047916A - 열연강판의 냉각제어방법

Info

Publication number: KR19990047916A
Application number: KR1019970066486A
Authority: KR
Inventors: 이경종
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1997-12-06
Filing date: 1997-12-06
Publication date: 1999-07-05
Also published as: KR100306147B1

Abstract

본 발명은 강재의 냉각제어방법에 관한 것이며; 그 목적은 종래 냉각제어수식 모델과는 달리 강재의 발열변태와 중간온도 측정값을 고려하여 권취온도의 적중율을 높을 수 있는 새로운 강재의 냉각제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 마무리압연기, 런아웃테이블, 및 권취기 순으로 배열되고, 각각 구간에 다수개의 온도계가 설치된 열간압연설비에서 열연강판을 냉각제어하는 방법에 있어서, 상기 강판의 두께에 따라 사전 설정된 냉각입측온도(FDT), 냉각출측온도(CT), 각 구간의 냉각속도 정보를 이용하여 1차원 유한차분법에 의해 수냉전 냉각속도(b₁), 수냉중 냉각속도(b₂)와 변태발열량을 고려한 수냉후의 냉각속도(b₃, c₃)를 도출하여 상기 런아웃테이블의 초기 주수량을 제어하고, 실측된 중간온도정보를 이용하여 각각의 냉각속도(b₁, b₂, b₃, c₃)를 보상한 다음, 상기 보상된 냉각속도 등의 실제정보를 이용하여 강판이 목표 권취온도에 이르도록 피드포워드제어(feed forward control)하고, 실적 권취온도가 목표 권취온도 편차 보상을 위한 피드백제어(feed back control)를 한 다음, 이후 실적 마무리압연온도, 실적 권취온도, 실적 중간온도, 및 통판속도를 이용하여 각 냉각속도의 학습계수(fi)를 구하여 구성되는 열연강판의 냉각제어방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

열연강판의 냉각제어방법

본 발명은 강재의 냉각제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연된 강재를 길이 방향으로 일정한 소정의 목표권취온도(coil temperature) 및 중간온도 이력을 확보하기에 적합한 강재의 냉각제어방법에 관한 것이다.

열간압연시 열연강재인 강판은 압연한 후 냉각을 하고, 권취기(coiler)에서 감음으로써 일반 코일로 제조된다. 이러한 강코일을 제조하는데 있어서 강코일은 적합한 온도로 냉각되어져야 한다. 현재의 열간압연대의 강판은 예를들어 도1에 도시된 냉각시스템에 의해 냉각된다. 즉, 도1과 같이, 열간압연대에서는 마무리압연기(1)에서 강판(2)이 압연된 후 강판이 런아웃테이블(run-out-table)(3)상에 이동되어 권취기(4)에 의해 감기도록 되어 있다. 강판을 적합한 온도에서 냉각시키는 냉각시스템이 런아웃테이블을 따라 배치된다. 또한, 냉각시스템에서는 시스템의 입구에 냉각되어질 강판의 온도를 측정하기 위한 입측온도계(5a)와 런아웃테이블상의 중간에 위치해 온도를 측정하는 중간온도계(5b) 및 냉각대 출측에 냉각된 후의 강판의 온도를 측정하기 위한 출측온도계(5c)가 설치된다. 냉각시스템은 2개의 부분으로 분리되어 런아웃테이블을 사이에 두고 상하에 배치된다. 각각의 분리된 부분은 강판에 물을 부어 강판을 냉각시키는 수냉부와 공기로 강판을 냉각시키는 공냉부로 구성된다. 냉각시스템의 상부와 하부에 배치되어 있는 수냉부와 공냉부는 각각 냉각뱅크(bank)(31-38)로 분할된다. 각각의 냉각뱅크는 강판을 냉각하기 위한 냉각능력을 제어할 수 있다.

한편, 기존의 냉각제어수식모델은 각 강종에 따라 목표 마무리압연온도(또는 목표 냉각입측온도)(이하, 단지 `FDT'라고도 함) 및 냉각출측온도(또는 목표권취온도)(이하, 단지 `CT'라고도 함)를 설정하고, 그에 따라 상기 FDT 및 CT를 적중시키는데 있다. 이러한 목적을 위해서 먼저 목표 FDT, 목표 CT 및 목표 통판속도(VEL)를 이용하여 공냉량을 계산하고 필요 수냉량을 산출한 후 실제 물이 주수되는 주수 뱅크(32)(33)(34)의 수를 결정한다. 강판이 마무리압연대를 빠져나온 후 FDT 와 통판속도가 측정되면 목표 FDT와 목표 통판속도 대신 실적 FDT와 실적 통판속도를 이용하여 일정 주기마다 수냉량을 재계산하여 주수뱅크의 수를 재설정한다. 이후 강판이 런아웃테이블를 빠져 나와 CT를 맞추게 된다.

그러나, 기존 개념에 의한 냉각모델은 항시 시간이 지남애 따라 온도가 감소하게 되어 있다. 즉, 도2에 나타난 바와 같이, 냉각개시 전까지는 공냉에 의해 냉각속도가 느리며 그 이후 수냉에 의해 냉각속도가 빠르며 다시 공냉에 의해 냉각속도가 느리게 진행된다. 하지만, 실제 냉각이 완료된 이후 발열이 발생되는 강종은 도3과 같이 냉각 이후 역으로 온도가 올라가는 경우가 있다. 따라서, 중간온도(이하, 단지 `MT'라고도 함)와 CT 적중에 상당한 문제점을 야기하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존의 냉각모델에 변태발열을 고려한 유한차분법(finite differential mothod; 이하, 단지 `FDM'이라고도 함)과 유한요소법(finite element mothod; 이하, 단지 `FEM'이라고도 함) 등의 엄밀모델에 의해 해석할 경우 상기의 목적을 달성할 수는 있다. 그러나, 이 경우 역시 계산시간이 길어 설정시에는 사용이 가능하나 제어시에는 모델로서 적합하지 않다.

이러한 문제이외에도 기존의 모델을 이용할 경우 박물에서는 판 내의 길이방향에 따라 통판속도의 변화가 커서 그에 따른 CT의 제어정도가 좋지 않다. 즉, 통판속도의 변화에 따른 냉각구간의 냉각속도는 동일하게 취급되나 냉각 종료온도 차이가 발생한다. 이로인해 변태가 냉각구간 중 활발히 일어나는 강종, 예를 들면 인장강도 30kg급의 강종에 대해서는 통판속도의 변화에 의한 냉각속도의 변화는 거의 없으나 상변태가 냉각구간 종료후 활발히 일어나는 강종, 예를들면 인장강도 40kg급이상의 강종에 대해서는 냉각 중 냉각속도의 예측이 잘못되어 있을 뿐아니라 속도의 변화에 의한 냉각종료온도의 변화가 발생하고 동시에 냉각후 변태가 발생되는 정도의 차이가 생겨 CT적중에 상당한 문제점을 야기한다. 따라서, 기존의 냉각제어수식 모델을 이용하여 목표 CT를 변경할 경우 냉각중 냉각속도가 느리게 계산되며 목표 CT를 얻는데 어려움이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 냉각제어수식 모델이 재질의 변화에 의한 변태발열을 고려하지 않아 실 냉각 현상을 설명하지 못하는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명은 강재의 발열변태와 중간온도 측정값을 고려하여 현 냉각 모델의 수식을 일부 변경하고 실 냉각에 부합되는 실적데이타를 이용하여 수식화하므로써 CT의 적중율을 높을 수 있는 새로운 강재의 냉각제어방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도1은 일반 런아웃테이블 냉각시스템의 개략도

도2는 종래 모델 개념에서의 열연강판의 냉각 패턴을 보이는 그래프

도3은 실제 열연코일의 냉각패턴을 보이는 그래프

도4는 본 발명의 냉각제어를 보이는 흐름도

도5는 종래 모델과 본 발명의 모델에 의한 열연강판의 냉각제어결과를 비교한 그래프

상기 목적달성을 위한 본 발명은 마무리압연기, 런아웃테이블, 및 권취기 순으로 배열되고, 상기 열간마무리압연기의 후단과 런아웃테이블의 전단 사이, 런아웃테이블 구간, 및 상기 런아웃테이블의 후단과 권취기의 전단 사이에 각각 다수개의 온도계가 설치된 열간압연설비에서 열연강판을 냉각제어하는 방법에 있어서,

상기 강판의 두께에 따라 사전 설정된 냉각입측온도(FDT), 냉각출측온도(CT), 각 구간의 냉각속도 정보를 이용하여 1차원 유한차분법에 의해 수냉전 냉각속도(b₁), 수냉중 냉각속도(b₂)와 변태발열량을 고려한 수냉후의 냉각속도(b₃, c₃)를 도출하여 상기 런아웃테이블의 초기 주수량을 제어하는 단계;

상기 온도계에서 실측된 중간온도정보를 이용하여 각각의 냉각속도(b₁, b₂, b₃, c₃)를 보상하는 단계;

상기 보상된 냉각속도, 강판의 통판속도(VEL) 및 실적 마무리압연온도를 이용하여 강판이 목표 권취온도에 이르도록 피드포워드제어(feed forward control)하는 단계;

상기 피드포워드제어 단계에서의 실적 권취온도가 목표 권취온도와 차이가 있는 경우는 권취온도 편차 보상을 위한 피드백제어(feed back control)를 하여 피드백뱅크(feed back bank)의 주수량을 제어하는 단계; 및

실적 마무리압연온도, 실적 권취온도, 실적 중간온도, 및 통판속도를 이용하여 각 냉각속도의 학습계수(fi)를 구하여 다음 강판의 냉각속도로 설정하여 주수뱅크의 주수량을 결정하는 단계;를 포함하여 구성되는 열연강판의 냉각제어방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은 마무리압연기, 런아웃테이블, 및 권취기 순으로 배열된 열간압연설비에 적용되는데, 특히 열연강판의 정확한 냉각제어를 나타내기 위해 상기 열간마무리압연기의 후단과 런아웃테이블의 전단 사이, 런아웃테이블 구간, 및 상기 런아웃테이블의 후단과 권취기의 전단 사이에 각각 온도계를 설치되어야 한다. 본 발명은 열연강판의 냉각과정에서 발생되는 변태발열을 보상한 냉각속도를 고려할 목적으로 런아웃테이블 구간에 중간온도계의 설치를 필요로 한다. 이러한 중간온도 이력을 측정할 수 있는 열간압연설비에서 열연강판을 냉각하는 본 발명의 제어방식이 도4에 제시되어 있다.

도4는 본 발명의 냉각제어방식을 도식화한 흐름도이다. 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉각제어방법은 먼저, 초기설정단계에서 1차원 유한차분법(FDM)을 통해 임의의 강종, 및 그 강종의 두께에 따른 통판속도(VEL), 목표 FDT 및 목표 CT로부터 온도강하량을 계산하여 냉각시 초기 변수를 결정하고, 동시에 주수뱅크(32-34)를 설정한다. 계산은 공냉 및 수냉 중 변태율을 계산하여 변태가 일어나는 구간에서의 발열량을 계산하여 온도 변화를 결정하고, 그에 따라 주수뱅크를 결정한다. 초기 변수들은 수냉 전 냉각속도(b₁), 수냉중 냉각속도(b₂), 수냉후 냉각속도(b₃, c₃)로 정의된다.

상기 초기변수들은 도3에 표시된어 있는 바와 같이, 다음의 과정에 의해 구해진다.

T_cs= FDT - b₁·t_cs

t_cs= L_cs/VEL

T_cs= FDT - b₁·L_cs/VEL .........(1)

이때, T_cs: 냉각개시뱅크 시점에서의 온도

t_cs: FDT부터의 시간

L_cs: FDT부터 냉각개시 뱅크시점까지의 거리

여기서 b₁은 공냉중 냉각속도로서 강종 및 두께에 따라 기존의 냉각제어모델의 학습방식을 그대로 사용하여 결정한다.

냉각개시후 냉각종료까지의 수냉구간은 다음과 같이 표현된다.

T_ce= T_cs- b₂·t_ce

t_ce= L_ce/VEL

T_ce= T_cs-b₂·L_ce/VEL ...........(2)

이때, T_ce: 냉각종료뱅크 시점에서의 온도

t_ce: 냉각종료뱅크에서의 시간

L_ce: 냉각개시시점부터 냉각종료까지의 거리

b₂는 수냉중 냉각속도로서 강종 및 두께에 따라 기존의 냉각제어 모델의 학습방식을 그대로 사용하여 결정한다.

냉각종료후 CT까지의 공냉구간은 강의 변태발열이 존재하는 구간이므로 기존의 방식과는 달리 본 발명에서는 도3의 냉각패턴과 같이, 상기 변태발열이 존재하는 이 구간의 냉각속도를 2차함수를 사용하여 다음과 같이 표현한다.

CT = T_ce- b₃·t_CT-c₃·t_CT ²

t_CT= L_CT/VEL

CT = T_ce- b₃(L_CT/VEL) - c₃(L_CT/VEL)²...............(3)

이때, t_CT: 냉각종료뱅크시점에서부터 CT까지의 시간

L_CT: 냉각종료뱅크시점에서부터 CT까지의 거리

b₃과 c₃는 설정온도모델에 의한 냉각곡선을 회귀하여 결정한다.

각 초기 변수들이 정해지면 런아웃테이블의 초기 주수량이 자동적으로 결정될 수 있다.

그 다음, 상기 온도계에서 실측된 중간온도정보를 이용하여 각각의 냉각속도(b₁, b₂, b₃, c₃)를 보상하고, 상기 보상된 냉각속도, 강판의 통판속도(VEL) 및 실적 마무리압연온도를 이용하여 강판이 목표 권취온도에 이르도록 피드포워드제어(feed forward control)한다. 즉, 강판이 열간압연대를 빠져나온후 FDT와 통판속도가 측정되면 목표 FDT와 목표 통판속도 대신 실적 FDT와 실적 통판속도를 이용하여 일정 주기마다 식(1)로부터 T_cs를 계산하고 식(2)와 식(3)을 결합한(여기서 L_ce+ L_CT=LL=일정) 식(4)를 이용하여 L_ce를 결정하고, 그에 따라 주수뱅크의 수를 재설정하여 피드포워드 제어한다.

CT = T_{cs -}b₂(LL-L_CT)/VEL - b₃(L_CT/VEL) - c₃(L_CT/VEL)²

L_CT=[(b₂-b₃)-{(b₂-b₃)²-4·c₃(CT -T_cs+ b₂·LL/VEL)^0.5}]/(2·c₃/VEL)

L_ce= LL - L_CT.........(4)

이후, 강판이 런아웃테이블을 빠져 나와 CT가 측정되며, 이 실적 CT를 이용하여 피드백뱅크(feed back bank)(38)의 주수를 통해 CT를 맞추게 된다. 상기 피드백제어는 피드포워드제어 단계에서의 실적 권취온도가 목표 권취온도와 차이가 있는 경우는 평소 주수를 행하지 않는 피드백뱅크(feed back bank)(38)에 의해 열연강판을 주수하므로써 목표 권취온도와의 편차만큼 보상이 가능하다.

냉각이 종료된 후에는 수집된 데이터를 이용하여 b₁, b₂, b₃와 c₃를 다시 회귀하여 두께 및 강종에 따라 학습한다. 즉, 도4에서와 같이, 결정된 냉각 패턴에 따라 제어를 한 결과, FDT 실적, 속도실적, 중간온도 실적 및 CT실적에 따른 값을 냉각개시 전까지는 b₁를 , 냉각개시후 냉각종료 전까지는 b₂를, 냉각종료후에는 냉각 곡선인 2차함수식에 대입하고, 그것을 이용하여 2차함수의 계수인 b₃,c₃를 결정한다.

따라서, 본 발명의 냉각패턴은 냉각종료온도까지는 직선적으로, 그리고 냉각 종료후 CT까지는 2차함수를 사용하여 결정한다.

본 발명은 기존의 냉각제어수식모델이 재질의 변화에 의한 변태발열을 고려하지 않아 새로운 냉각현상을 설명하지 못하므로 냉각종료후에 온도변화를 중간온도계실적 및 CT실적을 이용하여 보완함으로써 현재보다는 실 냉각 상태에 가까운 중간온도 이력을 얻을 수 있을 뿐만아니라 목표 CT의 적중율을 높일 수 있는 방법이며, CT변화에 대한 냉각 적중율 향상에도 도움이 된다. 또한, 초기에 엄밀모델에 의해 냉각이력을 계산한 후 학습에 의해 계수를 조정함으로써 엄밀모델에 의한 시간적 제약도 받지 않게 된다. 본 발명의 특징은 냉각 후의 온도변화를 기존에는 직선적으로 감소하는 상태로 취급할 수 밖에 없던 것을 2차함수로 정의 하여 증감이 가능하도록 한 데 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예

도1과 같이 마무리압연기, 런아웃테이블, 및 권취기 순으로 배열되고, 상기 열간마무리압연기의 후단과 런아웃테이블의 전단 사이, 런아웃테이블 구간, 및 상기 런아웃테이블의 후단과 권취기의 전단 사이에 각각 입측온도계, 중간온도계 및 출측온도계가 설치된 열간압연설비에서 SS400 강을 두께 4.5mm, 폭 1180mm, 목표 권취온도를 620℃ 로 하여 열간압연하고, 제어 주기를 5.4m로 설정하여 각각 기존 방법과 본 발명의 냉각 모델에 의해 냉각제어한 다음, 그 결과를 도5에 나타내었다.

도5에 도시된 바와 같이, 권취온도는 목표값에 대한 전체적인 편차가 종래의 모델에 비해 감소하는 방향으로 나타났음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 재질의 변화에 의한 변태발열을 고려하지 않은 기존의 냉각제어수식모델에 비하여 실 냉각 상태에 가까운 중간온도 이력을 얻을 수 있을 뿐만아니라 목표 CT의 적중율을 높일 수 있고, 무엇보다도 권취온도변화에 대한 냉각 적중율 향상되는 우수한 효과가 있다.

Claims

마무리압연기, 런아웃테이블, 및 권취기 순으로 배열되고, 상기 열간마무리압연기의 후단과 런아웃테이블의 전단 사이, 런아웃테이블 구간, 및 상기 런아웃테이블의 후단과 권취기의 전단 사이에 각각 다수개의 온도계가 설치된 열간압연설비에서 열연강판을 냉각제어하는 방법에 있어서,

상기 강판의 두께에 따라 사전 설정된 냉각입측온도(FDT), 냉각출측온도(CT), 각 구간의 냉각속도 정보를 이용하여 1차원 유한차분법에 의해 수냉전 냉각속도(b₁), 수냉중 냉각속도(b₂)와 변태발열량을 고려한 수냉후의 냉각속도(b₃, c₃)를 도출하여 상기 런아웃테이블의 초기 주수량을 제어하는 단계;

상기 온도계에서 실측된 중간온도정보를 이용하여 각각의 냉각속도(b₁, b₂, b₃, c₃)를 보상하는 단계;

상기 보상된 냉각속도, 강판의 통판속도(VEL) 및 실적 마무리압연온도를 이용하여 강판이 목표 권취온도에 이르도록 피드포워드제어(feed forward control)하는 단계;

상기 피드포워드제어 단계에서의 실적 권취온도가 목표 권취온도와 차이가 있는 경우는 권취온도 편차 보상을 위한 피드백제어(feed back control)를 하여 피드백뱅크(feed back bank)의 주수량을 제어하는 단계; 및

실적 마무리압연온도, 실적 권취온도, 실적 중간온도, 및 통판속도를 이용하여 각 냉각속도의 학습계수(fi)를 구하여 다음 강판의 냉각속도로 설정하여 주수뱅크의 주수량을 결정하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열연강판의 냉각제어방법