KR20000034397A

KR20000034397A - 연연속 압연에서의 설정치 변경방법

Info

Publication number: KR20000034397A
Application number: KR1019980051726A
Authority: KR
Inventors: 박철재; 이원호
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-06-26
Also published as: KR100354209B1

Abstract

본 발명은 연속압연에서 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차에 따른 압연기의 설정치 즉, 롤갭과 압연속도의 변경방법에 있어서, 원활한 설정치의 변경에 의한 비정상적인 압연상태를 최소화하는 연연속 압연에서의 설정치 변경방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 연속압연에서 압연기에 포함된 다수의 스탠드의 설정치가 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차 및 성분차이에 따라 설정치를 변경하는 설정치 변경방법에 있어서,

압연기의 첫 번째 스탠드와 마지막 스탠드 사이에 용접부가 존재할 때 다수의 스탠드에 롤갭의 변경단계와, 용접부가 통과하고 있는 스탠드를 ｉ번 스탠드 라하고 용접부가 이미 통과한 스탠드를 j번 스탠드라고 하였을 때 j번 스탠드의 압연속도의 변경단계를 포함하며, 상기 롤갭의 변경단계는 다음 수학식에 의해 계산되며,

상기 압연속도의 변경단계는 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연연속 압연에서의 설정치 변경방법이 제공된다.

Description

연연속 압연에서의 설정치 변경방법

본 발명은 연연속 압연에서 각각의 압연기에 설정된 롤갭과 압연속도의 변경방법에 관한 것이며, 특히, 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차가 큰 경우에도 롤갭과 압연속도의 변경이 자동 제어됨으로써, 원활한 연연속 압연이 가능한 연연속 압연에서의 설정치 변경방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선코일강판의 압연이 종료한 후에 후코일강판을 압연하던 기존의 방식과는 달리, 열간압연 공정에서 연연속 압연이란 압연중인 강판의 후단부에 압연하고자 하는 다른 강판을 용접하여 연속적으로 압연을 하는 방식이다.

따라서 연연속 압연을 실시하게 되면, 생산성은 대폭 향상되며 선단부와 후단부에서의 품질불량을 크게 줄일 수 있다. 또한, 압연유의 사용량을 높여서 작업롤(Work Roll)과 강판사이의 마찰을 줄일 수 있어 두께 1.0mm이하의 극박판까지 생산이 가능하다.

그러나 이와 같은 연연속 압연의 여러 가지 장점에도 불구하고 이를 실현시키기 어려운 것은 많은 요소에 더 많은 기술개발이 필요하기 때문이다.

특히, 선행코일강판과 후행코일강판을 용접하였을 때, 압연설비의 운전조건이 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차와 두 강판의 성분차이에 따라 롤갭(Roll Gap)과 압연속도를 변경하여야 하기 때문이다.

도 1은 한 코일강판씩 압연하는 통상적인 압연에서의 압연기 제어용 전산기 구조를 나타낸 개략도이며, 도 2는 공정제어컴퓨터내의 소프트웨어인 압연기 초기설정치 계산프로그램(FSM)의 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 통상적인 압연에서는 각각의 코일강판이 간격을 두고 압연기에 진입함으로써, 전코일강판이 각각의 압연기를 통과하고 난 후에 후코일강판에 맞는 롤갭과 압연속도로 각각의 스탠드(1, 2, 3, 4, 5, 6)의 설정치를 변경한다.

설정치의 변경은 도 1 및 도 2에 도시된바와 같이, 공정제어컴퓨터(SCC : Supervisory Computer Control)내의 소프트웨어인 압연기 초기설정치 계산프로그램(FSM : Finishing mill Setup Model)에 의해 제어된다.

이런 공정제어컴퓨터의 계산프로그램에서 계산된 초기설정치는 하위의 공정제어컴퓨터(PLC : Programmable Logic Controller)를 통해 롤갭과 압연속도를 설정하여 압연을 시작하게 된다.

계산프로그램은 입력단계와, 속도추정단계와, 두께계산단계와, 속도계산단계와, 압연기의 파워비교단계 및 롤갭계산단계로 구성된다.

먼저 입력단계에서는 압연될 강판의 제원이 입력되며, 속도추정단계에서는 최종 스탠드인 6번 스탠드(6)의 압연속도를 압연기의 성능에 따라 추정하며, 두께계산단계에서는 속도추정단계에서 추정된 6번 스탠드(6)의 압연속도와 강판이 압연될 최종 두께 제원에 의해 각 스탠드별로 압연하고자하는 강판의 두께가 계산된다.

속도계산단계에서는 이런 강판의 두께에 따라 각 스탠드별로 압연속도를 계산한다. 그리고 압연기의 파워비교단계에서는 압연속도와 강판의 두께에 따른 압연기의 압연하중 계산값과 실제 압연기의 압연하중값을 비교하여 만족스러우면, 롤갭계산 단계로 진행하며, 만족스럽지 못하면 다시 속도계산단계로 진행한다.

롤갭계산단계는 상기 각 스탠드(1~6)별로 압연하고자하는 두께의 강판이 생산될 수 있도록 실제 롤갭을 계산하는 단계이다.

이렇게 하여 후코일강판에 적합한 설정치 즉, 롤갭과 압연속도가 각 스탠드(1~6)에 설정된 후에 후코일강판은 압연기에 진입하여 압연된다.

한편 상기와 같은 설정치로 설정된 압연기에 선행코일강판과 후행코일강판을 용접하여 압연하게 되면, 선행코일강판에 맞혀진 롤갭과 압연속도로 운전하던 설비를 용접부가 통과하는 순간 후행코일강판에 맞는 운전조건으로 원활하게 변경시켜주어야 한다.

그렇지 않으면 압연기의 평형상태의 제어의 균형이 깨져 용접부의 근처에서 판두께의 제어는 물론 강판의 형상이 대단히 나빠지게 된다. 또한 압연강판에 걸린 장력의 변화가 커져서 심한 경우 압연과정 중에 강판이 절단되는 사고가 발생하게 되어 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다.

열간압연에서의 주행간 설정치 변경에 관련된 특허는 일본강판주식회사의 "열연 스트립의 주행간 판두께 변경 압연방법(JP94-154806)이 있으나, 이 방법은 압연과정에서 스트립의 온도제어를 통해 판두께 변경에 따른 문제점을 해결하고자 하는 내용이므로 본 발명과는 많은 차이가 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 원활한 설정치의 변경에 의한 비정상적인 압연상태를 최소화하는 연연속 압연에서의 설정치 변경방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 한 코일강판씩 압연하는 통상적인 압연에서의 압연기 제어용 전산기 구조를 나타낸 개략도이고,

도 2는 통상적인 압연에서의 설정치 변경에 사용되는 초기설정치 계산프로그램(FSM)의 블록도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압연기 제어용 전산기 구조를 나타낸 개략도이고,

도 4는 본 발명에서 압연조건이 다른 두 개의 선행, 후행코일강판이 연속적으로 압연되면서 용접부가 ｉ번째 스탠드와 ｉ+1번째 스탠드 사이에 있는 상태를 나타낸 개략도이고,

도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따라 연연속 압연을 하였을 때, 압연특성을 나타내는 시뮬레이션 결과에서 루퍼의 각도를 나타낸 그래프이고,

도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따라 연연속압연을 하였을 때, 압연특성을 나타내는 시뮬레이션 결과에서 용접부가 압연기를 통과할 때 발생하는 장력을 나타낸 그래프이며,

도 5c는 본 발명의 한 실시예에 따라 연연속압연을 하였을 때, 압연특성을 나타내는 시뮬레이션 결과에서 6번 스탠드에서 시간이 지남에 따라 변화되는 강판의 두께를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 ~ 6 : 스탠드

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 연속압연에서 압연기에 포함된 다수의 스탠드의 설정치가 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차 및 성분차이에 따라 설정치를 변경하는 설정치 변경방법에 있어서,

압연기의 첫 번째 스탠드와 마지막 스탠드 사이에 용접부가 존재할 때 다수의 스탠드에 롤갭의 변경단계와, 용접부가 통과하고 있는 스탠드를 ｉ번 스탠드 라하고 용접부가 이미 통과한 스탠드를 j번 스탠드라고 하였을 때 j번 스탠드의 압연속도의 변경단계를 포함하며, 상기 롤갭의 변경단계는 아래의 수학식에 의해 계산되며,

상기 두 수학식에서, S는 롤갭 설정치이고, P는 압연하중이고, M은 압연기의 강성이고, h는 강판의 두께이고, a, b, c는 각 스탠드의 설정치이고, V는 압연속도이고, f는 선진율이고, ｉ는 각 스탠드의 번호이고, j는 1번 스탠드부터 ｉ-1번 스탠드까지이다.

아래에서, 본 발명에 따른 연연속 압연에서의 설정치 변경방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압연기 제어용 전산기 구조를 나타낸 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 6개의 스탠드(1~6)를 포함한 압연기는 공정제어컴퓨터내의 소프트웨어인 압연기 초기설정치 계산프로그램에 의해 제어된다.

한편, 선행, 후행코일강판에 대한 각각의 설정치를 구분하기 위해 다음과 같이 표기하기로 한다.

설정치 a는 선행코일강판의 설정치이고, 설정치 b는 후행코일강판의 설정치이며, 설정치 c는 용접부가 압연기내에 존재할 때의 과도 설정치이다.

과도설정치는 용접부가 1번 스탠드(1)와 6번 스탠드(6)의 사이에 존재할 때에는 별도의 설정치가 필요하게 된다. 즉, 용접부가 마지막 스탠드인 6번 스탠드(6)를 빠져나가기 전에 선행, 후행코일강판이 동시에 압연기에 존재하여 체적일정법칙이 깨어지게 되므로 이를 보정해 주기 위한 별도의 설정치 c이다.

도 4는 압연조건이 다른 두 개의 선행, 후행코일강판이 연속적으로 압연되면서, 용접부(X)가 ｉ번째 스탠드와 ｉ+1번째 스탠드 사이에 있는 상태를 나타낸 도면이다.

용접부(X)가 1번 스탠드(1)에 접근할 때, 6번 스탠드(6)의 압연속도는 설정치 a로부터 설정치 b로 변경된다. 이 때, 나머지 2번에서 5번까지의 스탠드(2, 3, 4, 5)의 속도는 설정치 a에서의 속도비율을 유지하기 위해 압연기 속도제어 시스템에 의해 자동적으로 변하게 된다.

한편, 용접부(X)가 ｉ번 스탠드를 지날 때, ｉ+1번 스탠드를 포함한 하류 스탠드에서는 계속해서 선행코일강판을 압연하고 있으므로 롤갭은 설정치 a에서의 값으로 유지해야한다.

용접부(X)가 ｉ번 스탠드를 통과하는 순간, ｉ번 스탠드의 롤갭을 과도설정치 c로 변경된다.

이런 과도설정치 c는 과도 압연속도

V_Ri,c

와 과도상태의 롤갭

S_i,c

이며, 이 에 대하여 자세히 설명하겠다.

롤갭의 변화에 따라 ｉ번 스탠드 출측의 두께는 후행코일강판의

h_i,b

로 바뀌게 되므로 압연강판 내의 장력이 변경된다. 그러나 용접부를 전후하여 설정치가 변경되더라도 안정된 압연상태를 유지하기 위해서는 압연강판에 작용하는 총장력을 선행코일강판의 값인

T_i,a

으로 일정하게 유지해야 한다. 총장력

T_i,a

를 유지하기 위해서는 ｉ번 스탠드의 압연속도를 적절하게 변경시켜주어야 하며, 이 때의 압연속도인 ｉ번 스탠드의 과도 압연속도

V_Ri,c

에 대하여 설명하겠다.

과도상태에서 압연강판에 작용하는 단위장력, 즉 롤갭 변경 후 ｉ번 스탠드 출측의 판두께

h_i,b

에 부합하는 전방 단위장력

t_fi,c

는 다음과 같다.

여기에서,

t_f

: 단위장력 (N/mm²)

T : 총장력 (N)

h : 압연기 출측에서의 판두께 (mm)

B : 판폭 (mm)

상기 수학식 1은

T_i,a=t_fi,c⋅h_i,b⋅B_i,b

로부터 구해진 수학식이다. 단위장력

t_fi,c

은 과도상태에서의 압연하중에 영향을 미치게 되고, 롤갭은 압연하중의 크기에 의해 결정되므로 결국 과도상태의 롤갭 설정치

S_i,c

는 다음 수학식과 같다.

여기에서, S : 롤갭 설정치(mm)

P : 압연하중(N)

M : 압연기의 강성 (N/mm)

압연강판에 작용하는 장력의 변화는 ｉ+1번 스탠드로 들어가는 압연강판의 속도

V_ei+1

와 ｉ번 스탠드에서 나오는 압연강판의 속도

V_oi

의 차이에 비례함으로 다음 수학식과 같다.

여기에서,

V_e,V_o

: 스탠드 입구 및 출측에서의 압연강판의 이송속도(m/sec)

E : 영(Young)율(N/mm²)

H : 압연기 입측에서의 판두께(mm)

L : 압연기 사이의 거리(mm)

수학식 3에서

V_ei+1

은 용접부(X)가 ｉ+1번 스탠드를 통과하기 전까지는 일정하게 유지되고 있기 때문에 상기 수학식 3으로부터 앞에서 언급한 총장력을 일정하게 유지하기 위해서는

V_oi

를 일정하여야 한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 압연강판의 이송속도와 롤의 속도 관계식으로부터 ｉ번 스탠드의 과도 압연속도 설정치

V_Ri,c

는 다음 식과 같다.

여기에서,

V_R

: 압연속도(m/sec)

f : 선진율(m/sec)

상기 수학식 4에서 과도상태의 선진율

f_i,c

를 계산할 때는 반드시 수학식 1에서부터 구해진 단위장력

t_fi,c

을 사용한다.

용접부(X)가 ｉ번 스탠드에 도달했을 때, ｉ-1번 스탠드를 포함한 상류측 스탠드의 롤갭 설정치는 모두 설정치b에 해당하는 값으로 바뀌어야 한다.

그러므로 ｉ-1번 스탠드의 롤갭은

S_i-1,a

로부터

S_i-1,b

로 변경하면 된다. 그러나, 압연속도의 경우 체적일정법칙을 만족해야함으로써, 용접부(X)가 새로운 하류 스탠드를 통과할 때마다 매번 변경되어야 한다. 용접부(X)가 통과중인 스탠드를 ｉ번 스탠드라고 하고 이미 용접부가 통과한 스탠드를 ｊ번 스탠드로 표기하면, 용접부가 ｉ번 스탠드에 도달했을 때, 변경해 주어야 할 ｊ번 스탠드의 압연속도 설정치는 다음과 같다.

여기에서 j : 1번 스탠드부터 ｉ-1번 스탠드까지이다.

상기 수학식 5는 체적일정조건인 다음 식으로부터 변형된 것이다.

(V_Rj,i⋅(1+f_i,c))⋅h_j,b=V_oi,a⋅h_i,b

그러나, 용접부(X)가 마지막 6번 스탠드에 도달하는 경우에는 굳이 과도설정치로의 변경 없이 곧바로 후행코일강판의 설정치로 변경하여도 됨으로써,

S_6,c

없이

S_6,b

로 변경이 가능하다. 이 때, 상류 스탠드의 롤갭

S_j,b

과 압연속도

V_Rj,b

로 변경한다.

이 때, 여기에서 j는 1번에서 5번 스탠드이다.

이상과 같은 결과로부터 용접부(X)가 각 스탠드를 통과할 때 어떠한 롤갭과 압연속도로 변경되는가는 표 1에 요약되어 있다.

상기 표 1에서 이며, ｉ는 스탠드의 번호이다.

[실시예]

상기와 같은 설정치 변경에 의한 실시예에서 사용되어진 기본 압연조건은 표 2에 나타나 있다.

도 5a, 5b, 5c는 표 1에 나타난 설정치를 압연기의 각 6개의 스탠드(1 ~ 6)에 적용하여 연연속압연을 하였을 때, 압연특성을 나타내는 시뮬레이션 결과의 그래프이다. 도 5a는 루퍼의 각도 θ를 도시하고 있고, 도 5b는 두께차가 크게 형성된 용접부가 압연기를 통과할 때 발생하는 장력을 도시하고 있고, 도 5c는 6번 스탠드에서 시간이 지남에 따라 변화되는 제품의 두께를 도시하고 있으며, 도 5c를 살펴보면, 2.21mm의 두께를 가지는 선행코일강판과, 2.3mm의 두께를 가지는 후행코일강판을 용접하여 압연하였을 때, 2.21mm의 두께를 가지는 선행코일강판이 압연되다가 약 2.5초 부근으로부터 두께의 변경이 시작되어 약 4.5초 후에는 후행코일강판의 두께인 2.3mm로 압연됨을 알 수 있다.

그리고, 도 5b에서는 최고장력이 약 50

N/mm²

를 나타내고 있으며, 도 5a에서는 압연기에 설치된 루퍼의 각도로서, 압연기의 각각의 스탠드를 강판이 지나면서 발생하는 장력의 변화를 나타내고 있다.

이 결과로부터 본 발명의 롤갭 및 압연속도변경제어 알고리즘에 따라 용접된 두께가 다른 두 압연강판을 연연속 압연하는데 있어서, 본 발명의 롤갭 및 압연속도변경제어 알고리즘을 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연연속 압연에서의 설정치 변경방법은 압연기의 설정치를 원활히 변경할 수 있음으로써, 선행코일강판과 후행코일강판을 연결하여 압연할 수 있다. 그럼으로써, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 설정치의 변경으로 강판에 걸리는 장력을 약화시켜 강판의 하단의 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 연연속 압연에서의 설정치 변경방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

연속압연에서 압연기에 포함된 다수의 스탠드의 설정치가 선행코일강판과 후행코일강판의 두께차 및 성분차이에 따라 설정치를 변경하는 설정치 변경방법에 있어서,

압연기의 첫 번째 스탠드와 마지막 스탠드 사이에 용접부가 존재할 때 다수의 스탠드에 롤갭의 변경단계와, 용접부가 통과하고 있는 스탠드를 ｉ번 스탠드 라하고 용접부가 이미 통과한 스탠드를 j번 스탠드라고 하였을 때 j번 스탠드의 압연속도의 변경단계를 포함하며,

상기 롤갭의 변경단계는 아래의 수학식에 의해 계산되며,

상기 압연속도의 변경단계는 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연연속 압연에서의 설정치 변경방법.

상기 두 수학식에서, S는 롤갭 설정치이고, P는 압연하중이고, M은 압연기의 강성이고, h는 강판의 두께이고, a, b, c는 각 스탠드의 설정치이고, V는 압연속도이고, f는 선진율이고, ｉ는 각 스탠드의 번호이고, j는 1번 스탠드부터 ｉ-1번 스탠드까지임.