KR19990052680A - 로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의사행 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의사행 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간 압연 공정의 사상압연 입측(FM1 : 1st Finishing Mill)으로부터 출측(FM7 : 7th Finishing Mill)까지 강판의 사행(蛇行 : Meandering)을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 기본적으로 사상 압연의 압연기 사이에 있는 열연 루퍼 시스템의 팔(Arm)의 양단에 로드 셀을 장착하고, 이 양단의 장력 값을 직접 측정하여 보다 정확한 장력값을 얻으며, 이를 이용하여 루퍼 팔의 양단에 작용하는 장력값의 차이를 비교함으로써 강판의 사행을 측정 및 판단함을 원리로 한다.
본 발명에 의하면 사상 압연(FM)의 루퍼의 양단에 로드 셀을 장착하여 장력을 직접 측정함으로써 강판의 사행을 측정하여 이를 사전에 방지할 수 있으므로 강판의 통판성을 향상시킬 수 있고, 부가적으로 루퍼 시스템의 장력 제어를 가능하게 하는 매우 획기적인 효과가 있다.

Description

로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의 사행 측정 장치 및 측정 방법
본 발명은 열간 압연 공정의 사상압연 입측(FM1 : 1st Finishing Mill)으로부터 출측(FM7 : 7th Finishing Mill)까지 강판의 사행(蛇行 : Meandering)을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열간 압연 공정은 가열로에서 가열된 슬라브(Slab)를 사용하여 조압연(Roughing Mill)을 거쳐서 사상압연(Finishing Mill)에서 원하는 두께와 폭을 갖는 강판(Strip)으로 압연한 후, 냉각기를 거쳐서 열연 강판을 만드는 공정이다. 상기 사상 압연은 열연 강판의 품질을 결정하는 부분인데, 이곳에서 제어 불량에 따른 현상으로는 판 두께 불량, 폭 불량, 형상 불량, 강판 꼬임 등의 현상이 발생한다.
한편, 상기와 같은 열연 제어에 있어서 중요한 요소로는 판의 흐름을 제어하는 것이다. 여기서 판의 흐름이 저해되면 사행으로 발전되어 품질에 큰 장애요소가 되므로 판의 흐름의 정도인 통판성을 제고시키기 위하여 사상 압연의 각 압연기(Finishing Mill)사이에 루퍼(Looper)를 설치한다. 상기 루퍼는 판의 흐름에서 보면 버퍼(Buffer)의 역할을 하여 강판이 압연과 동시에 원활하게 진행할 수 있게 도와주고 있다. 그리고 상기 루퍼에 있어서는 강판에 작용하는 장력을 측정하는 것이 중요하다.
종래에 있어서는 사행을 방지하기 위하여 상기 장력을 계산함에 있어서, 루퍼를 구동하는 전동기의 전류값을 가지고 수학적인 모델인 수식에 의하여 계산을 한다.
그런데, 상기 종래의 장력 측정 방법에 있어서는 단순한 수식에 의해 장력을 계산하기 때문에 루퍼 시스템이 가지는 여러 가지 상황, 즉 외란, 순간적인 조업 조건의 변화 등을 고려하지 못하며, 수식 모델이 가지는 한계인 오차가 항상 존재하게 되고, 전동기의 입력이 전류값이므로 이는 조업이 정상상태와 순간적인 부하가 걸리는 과도 상태와의 장력 변화치를 얻기 어려울 뿐만 아니라 강판에 걸리는 장력을 전체적으로 추정하는 방식이므로 강판의 사행을 판단하는 것은 불가능하기 때문에 종래의 계산에 의한 강판에 작용하는 장력을 측정하는 방식은 부적합하며, 강판의 사행을 판단할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 강판의 양단의 장력의 불균형으로 인하여 통판성이 저해되고 나아가 사행으로 발전하는 것을 방지하기 위하여 강판의 양단의 장력을 측정하여 운전원이 강판의 사행의 정보에 의해 룰 조기에 조치함으로써 사행을 방지하고 통판성을 향상시킬 수 있는 로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의 사행 측정 장치 및 측정 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 열간 압연 루퍼 시스템 및 사행 측정 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 의한 사행 측정 장치의 평면도
도 3은 본 발명에 의한 사행 측정 장치의 측면도
도 4는 본 발명에 의한 사행 측정 장치의 신호 입력도
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 루퍼 보조 구동축의 작용도
도 6은 본 발명에 의한 강판의 사행 측정 방법도
도 7은 본 발명에 의한 강판의 사행 측정 방법의 예시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 강판(Strip) 102 : 롤 (Roll)
103 : 루퍼 팔(Looper Arm) 104 : 루퍼 구동 축
105 : 루퍼 구동 전동기 106 : 로드 셀(Load Cell)
107 : 루퍼 보조 구동축 201 : 인코더(Encoder)
301 : 아날로그 입력 보드 302 : 디지털 입력 보드
303 : 신호 분석기
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 기본적으로 사상 압연의 압연기 사이에 있는 열연 루퍼 시스템의 팔(Arm)의 양단에 로드 셀을 장착하고, 이 양단의 장력 값을 직접 측정하여 보다 정확한 장력값을 얻으며, 이를 이용하여 루퍼 팔의 양단에 작용하는 장력값의 차이를 비교함으로써 강판의 사행을 측정 및 판단함을 원리로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 열간 압연 루퍼 시스템 및 사행 측정 장치의 구성도이다. 사상 압연의 압연기 사이의 루퍼에 강판(101)이 통과한다. 상기 강판(101)은 롤(102)에 의하여 받쳐져서 다음 압연기로 통과하는데, 상기 강판(101)과 롤(102)간에 작용하는 장력을 측정하기 위하여 루퍼 팔(103)의 1/2 지점에 있는 로드 셀(106)을 설치한다. 상기 로드 셀(106)은 두 개를 사용하여 루퍼 팔의 양단에 설치한다. 상기 로드 셀(106)을 많이 설치하면 비용이 많이 들고 이를 정비하는 데 인력이 많이 소요되므로, 양단에 한 개씩 최소한 두 개를 설치한다. 상기 설치 위치는 루퍼 팔의 1/2 지점이 적당하다. 이는 루퍼 전동기(105)의 출력을 강판(101)에 전달하고 강판(101)과 롤(102)간의 장력을 측정하는데 있어서 기계적으로 적합한 위치이다.
도 2는 본 발명에 의한 사행 측정 장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 사행 측정 장치의 측면도이다. 여기서 루퍼 구동축(103)의 아래에 작은 루퍼 전동기로 큰 출력을 낼 수 있도록 루퍼 보조 구동축(107)을 90°로 장착하여 작은 용량의 루퍼 전동기(105)로 큰 출력을 낼 수 있도록 설계되어 있다. 이는 같은 전동기의 출력일 경우 보조 구동축(107)을 사용하면 전동기의 용량을 축소할 수 있으므로 대단히 경제적이다.
이를 예를 들어 설명하면, 도 5a에서 강판(101)과 루퍼 전동기(105)가 1 대 1로 직접 맞물려 있고, 롤(102)과 전동기(105)거리가 L, 전동기 효율이 0.7인 경우, 전동기의 용량은 마력(HP)으로 환산하면 다음 수학식 1과 같다.
전동기의 용량=L*100 Kgm/sec=100*L/(75*0.7)=1.9047*L (HP)
반면에 도 5b에서 루퍼 보조 구동축을 사용한 경우에 강판(101)과 루퍼 전동기(105)가 90°로 맞물려 있고, 롤(102)과 루퍼 구동축(103)의 거리가 L이며, 구동축(103)과 루퍼 보조 구동축(107)의 거리도 L인 경우에 전동기의 용량을 마력(HP)으로 환산하면 다음 수학식 2와 같다.
전동기의 용량=L/L*100 Kgm/sec=100*1/(75*0.7)=1.9047 (HP)
따라서 상기 수학식 1과 수학식 2를 비교해 보면, 축의 길이 L에 해당하는 값만큼 수학식 1의 경우가 전동기 용량이 증가하고, 수학식 2의 경우는 전동기의 용량이 감소한다. 따라서 수학식 2의 경우가 전동기의 가격이 낮아지므로 보다 경제적이다. 여기서 루퍼 보조 구동축(107)은 본 발명의 필수적인 요소는 아니며, 루퍼 구동축(103)과 루퍼 전동기(105)가 직접 1 대 1로 맞물려서 작용해도 무방하다.
도 4는 본 발명에 의한 사행 측정 장치의 신호 입력도이다. 본 발명에 의한 강판(101)의 사행 측정 장치에서 루퍼 팔의 로드 셀(106)로부터 출력되는 강판(101)에 작용하는 장력을 신호분석기(303)의 내부에 내장되어 있는 아날로그 입력보드(301)로 입력된다. 또한 루퍼의 위치를 검출하기 위하여 루퍼 팔(103)을 구동하는 구동축(104)의 한쪽 끝에 인코더(201)를 장착한다. 상기 인코더(201)는 정밀한 루퍼 위치를 측정하기 위하여 광학 절대형(Optical Absolute Type)을 사용하였고, 12 bit 분해능을 갖는 인코더이다. 상기 인코더(201)에서 출력되는 값은 디지털 값이므로 이를 신호 분석기(303)에 입력하기 위하여 디지털 입력 보드(302)를 사용하였다. 상기 신호 분석기(303)는 범용의 산업용 컴퓨터(PC)를 사용하였는데, 상기 신호 분석기(303)는 로드 셀(106)의 출력인 장력값과 인코더(201)의 출력인 루퍼 위치값을 가지고 강판(101)의 사행 정도를 측정 및 분석을 한다.
도 6은 본 발명에 의한 강판(101)의 사행 측정 방법도이다. 도 6에서 강판(101)에 작용하는 요소는 다음과 같다.
F1 : 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수직력
F2 : 강판(101)의 오른쪽에서 작용하는 수직력
σ1 : 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수평력
σ2 : 강판(101)의 오른쪽에서 작용하는 수평력
T1 : 루퍼 팔의 왼쪽 로드 셀(106)에 측정되는 장력
T2 : 루퍼 팔의 오른쪽 로드 셀(106)에 측정되는 장력
Θ : 루퍼 구동축(104)의 인코더(201)에서 측정되는 루퍼 각도
도 6에서 삼각형법에 의하여 강판(101)에 작용하는 힘들의 관계를 나타내면 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같다.
sinΘ=F1/T1, sinΘ=F2/T2
cosΘ=σ1/T1, cosΘ=σ2/T2
따라서, 수학식 4를 다시 쓰면 다음의 수학식 5 및 수학식 6과 같다.
σ1=T1*cosΘ
σ2=T2*cosΘ
상기 수학식 5와 수학식 6에서 구한 σ1과 σ2를 표준화(Normalize)한다. 상기와 같이 표준화를 하는 이유는 각 설비마다 기계적인 사양과 환경이 다르므로 σ1과 σ2를 특정 값이 아닌 설비에 맞게 값을 튜닝하기 위해서이다. 상기 표준화의 결과는 다음의 수학식 7 및 수학식 8과 같다.
σ1nor=σ1/maxσ1
σ2nor=σ2/maxσ2
상기 수학식 7과 수학식 8에서
σ1_nor : 표준화된 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수평력
σ2_nor : 표준화된 강판(101)의 왼쪽에서 작용하는 수평력
max{ σ1 } : σ1 의 최대값
max{ σ2 } : σ2 의 최대값
이다. 상기 수학식 7과 수학식 8에서 다음의 수학식 9 및 수학식 10이 유도된다.
maxσ1=maxT1*cosΘ
maxσ2=maxT2*cosΘ
상기 수학식 9와 수학식 10에서 Θ는 0°에서 60°까지의 범위를 갖는다.
한편, 강판(101)이 왼쪽 혹은 오른쪽으로 사행하는 정도의 측정은 상기 수학식 7과 수학식 8의 차이로부터 구할 수 있다. 즉, 강판(101) 사행 판정 지수 MD (Meandering)는 다음의 수학식 11과 같다.
MD=σ1nor-σ2nor
상기 수학식 11을 다시 쓰면 다음의 수학식 12와 같다.
MD=[σ1/maxσ1]-[σ2/maxσ2]
상기 수학식 12의 의미를 살펴보면 다음의 표 1과 같다.
강판(101)의 사행 판정 지수의 의미
σ1_nor = σ2_nor MD = 0 강판이 균형 있게 진행함.
σ1_nor > σ2_nor 0 < MD <= 1 강판이 왼쪽으로 사행함. MD값이 '1'에 가까울수록 사행 정도가 심함.
σ1_nor < σ2_nor -1 <= MD < 0 강판이 오른쪽으로 사행함. MD값이 '-1'에 가까울수록 사행 정도가 심함.
따라서, 상기 표 1에서 보듯이 강판(101)은 수학식 11과 수학식 12의 강판(101) 사행 판정 지수 MD가 '0'에 가까울수록 안정적으로 압연기를 통과함을 나타내고, 통판성의 양호를 의미한다. 반면에 강판(101) 사행 판정 지수 MD가 '1' 또는 '-1'에 가까울수록 강판(101)이 왼쪽 또는 오른쪽으로 사행이 강하게 일어남을 알 수 있다.
상기에서 기술한 것을 예를 들어 설명하면, 루퍼 팔의 왼쪽의 로드 셀(106)에 측정되는 장력이 4.330[N/mm2]이면 수학식 9로부터 다음의 수학식 13과 같이 된다.
maxσ1=max4.330*cosΘ
여기서 Θ는 0°일 때 cosΘ가 최대(cos 0°= 1)가 되므로 상기 수학식 13으로부터 다음의 수학식 14가 유도된다.
maxσ1=4.330[N/mm2]
한편, 대개의 경우 max{ σ2 } ≒ max{ σ1 } 이므로, 상기 수학식 12로부터 다음의 수학식 15가 유도된다.
MD=[σ1/4.330]-[σ2/4.330]
도 7은 본 발명에 의한 강판(101)의 사행 측정 방법의 예시도이다. 도 7은 수학식 13을 σ1과 σ2의 범위를 0 에서 4.330 까지로 하여, 즉 0 <= σ1 <= 4.330 , 0 <= σ2 <= 4.330에서 강판(101) 사행 판정 지수를 3 차원으로 표시한 것이다.
따라서 본 발명에 의하면 사상 압연(FM)의 루퍼의 양단에 로드 셀을 장착하여 장력을 직접 측정함으로써 강판의 사행을 측정하여 이를 사전에 방지할 수 있으므로 강판의 통판성을 향상시킬 수 있고, 부가적으로 루퍼 시스템의 장력 제어를 가능하게 하는 매우 획기적인 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 열간 압연 공정의 사상압연 입측으로부터 출측까지 강판(101)의 사행을 측정하는 장치에 있어서, 롤(102)과 루퍼 팔(103)과 루퍼 구동 축(104)과 루퍼 구동 전동기(105)로 구성되어 있는 루퍼 시스템의 상기 루퍼 팔(103) 양단의 1/2 지점에 장력을 측정하는 로드 셀(106)을 각각 한 개씩 장착하여 구성됨을 특징으로 하는 로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의 사행 측정 장치
  2. 상기 제 1 항에 있어서, 루퍼 구동축(103)의 아래에 작은 루퍼 전동기로 큰 출력을 낼 수 있도록 루퍼 보조 구동축(107)을 90°로 장착하여 구성됨을 특징으로 하는 로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의 사행 측정 장치
  3. 열간 압연 공정의 사상압연 입측으로부터 출측까지 강판(101)의 사행을 측정하는 방법에 있어서, 수학식 5와 수학식 6
    σ1=T1*cosΘ
    σ2=T2*cosΘ
    을 이용하여 로드 셀(106)에서 출력된 루퍼 팔의 양단의 장력값과 인코더(201)에서 출력된 루퍼 각도로부터 강판(101)에 작용하는 수평력을 구한 후, 수학식 9와 수학식 10
    maxσ1=maxT1*cosΘ
    maxσ2=maxT2*cosΘ
    을 이용하여 수학식 7과 수학식 8
    σ1nor=σ1/maxσ1
    σ2nor=σ2/maxσ2
    에 의하여 표준화하고, 강판(101) 사행 판정 지수(MD)를 수학식 11과 수학식 12
    MD=σ1nor-σ2nor
    MD=[σ1/maxσ1]-[σ2/maxσ2]
    로 표시하며, 상기 수학식 11과 수학식 12의 결과와 표 1
    σ1_nor = σ2_nor MD = 0 강판이 균형 있게 진행함. σ1_nor > σ2_nor 0 < MD <= 1 강판이 왼쪽으로 사행함. MD값이 '1'에 가까울수록 사행 정도가 심함. σ1_nor < σ2_nor -1 <= MD < 0 강판이 오른쪽으로 사행함. MD값이 '-1'에 가까울수록 사행 정도가 심함.
    에 의해 강판(101)의 사행을 판정하도록 구성됨을 특징으로 하는 로드 셀 을 이용한 열간 압연에 있어서 강판의 사행 측정 방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100832399B1 (ko) * 2001-12-21 2008-05-26 재단법인 포항산업과학연구원 루퍼 하중차를 이용한 열연판 사행 제어방법

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