KR20010010808A - 선재의 수냉제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전회 수냉시의 수냉실적을 이용하여 설정하여 냉각수를 유량을 설정함으로서 제어성을 향상시키고 제어안정시간을 단축시켜 생산성 향상뿐만 아니라 선재의 품질향상을 도모하는 선재의 수냉제어방법에 관한 것으로, 본 방법은 냉각수를 배수시키다가 선재치입시 수냉영역측으로 흘리는 삼방변과, 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 구비하여 선재의 온도가 목표온도가 되도록 냉각수유량을 피드백제어하는데 있어서, 냉각수유량의 피드백제어중 냉각후 선재의 온도가 목표온도치에 일치할 때의 유량조절밸브를 제어하는 출력제어값을 기억시키고, 선재의 수냉작업완료시 유량제어밸브를 상기 기억된 출력제어값으로 제어하여 고정시킴에 의해서, 선재하나당 삼방변의 조작횟수를 줄이고, 초기유량설정시간 및 제어안정시간을 줄여 생산성을 향상시키는 것이다.

Description

선재의 수냉제어방법{WATER FLOW CONTROL METHOD OF WIRE ROD}

본 발명은 압연후 고온/고속으로 통과하는 선재를 냉각수를 이용하여 목표온도로 냉각시키는 선재의 수냉설비에 있어서의 수냉제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전회의 수냉실적을 이용하여 수냉제어를 수행함으로서 제어안정시간을 단축시키고 제어성을 향상시키고자 하는 선재의 수냉제어방법에 관한 것이다.

제철설비에서 제조되는 제품중 각종 철선이나 소형볼트, 너트의 선재로 이용되는 선재의 제조에 있어서, 압연단계를 거친 고온의 선재를 목표온도치로 떨어뜨리기 위해 냉각수를 이용하여 냉각하는 냉각설비가 구비되는데, 선재의 특성상, 선재의 선단부가 수냉대를 통과하기 전부터 냉각수를 살수하면 선단부가 급격히 냉각되어 유동성이 부족해지고, 이렇게 되면 냉각대와 가이드를 통과하지 못하게 된다. 따라서, 선재의 선단부가 수냉대를 통과한 후 살수를 시작하여 선재가 수냉대를 완저히 통과한 후 살수를 중단하고, 다음 선재의 선단부가 통과한 후 다시 살수를 시작하는 식으로 냉각제어를 하여야 한다.

이러한 방식으로 선재를 정확하게 목표온도로 제어하기 위해서, 보통 도 1에 도시한 와 같이, 수냉박스(2)의 수냉노즐(3)로 냉각수를 공급하는 수냉헤더(4)에 삼방변(5)을 연결하고, 상기 상방변(5)의 다른 출구는 배수관에 연결하고, 상기 삼방변(5)의 입구에는 냉각수 유량조절밸브(8)를 구비시켜, 유량계(6)의 측정치(PV)와 설정치(SV)를 비교하여 얻어진 출력치(MV)로 상기 유량조절밸브(8)로 설정된 유량이 흐르도록 유량조절한 후, 선재(1)의 선단부가 수냉대를 통과하기 전까지는 냉각수가 화살표B방향으로 흐르도록 삼방변(5)을 제어하다가, 선재(1)의 선단부가 수냉대를 통과하면 냉각수가 화살표 A방향으로 흐르도록 삼방변(5)을 제어하여, 선재의 수냉작업이 이루어지도록 하고 있다.

그런데, 이때, 제어시작점에서 A측배과과 B측배관의 배관저항차에 의해 유량 불안정 영역이 발생하기 때문에, 냉각수를 목표유량으로 제어하는데 걸리는 시간이 길어지며, 이는 선재의 제품품질에 악영향을 끼치고, 제품검사단계에서 이러한 부분은 절단하여야 하므로, 제조시 실수율 감소, 생산성을 하락시키는 요인이 된다.

이러한 현상을 방지하고 제어성을 높히기 위한 제어방법이 일본국 특허공개 평6-39421호에 공개되어 있는데, 이 방법은 열간압연된 선재를 텐덤배치의 복수 수냉노즐(3)을 구비한 수냉박스(2)를 통과시켜 강제로 수냉시키는데 있어서, 냉각수노즐의 실유량을 유량계(6)로 실측하고, 이 실유량과 목표유량과의 편차가 해소되도록 유량조절밸브(8)의 개도를 제어하는 피드백제어방법을 이용하고, 먼저 선재(1)가 수냉영역(2)에 도달하기 전에 삼방변(5)을 조절하여 냉각수가 수냉영역측(화살표A)로 흐르도록 하여 냉각수를 분출하면서 냉각수의 실유량과 목표유량이 일치하도록 유량조절계(7)로 피드백제어를 실시하고, 목표유량에 도달한 시점에서 피드백냉각제어를 중지하여 유량조절밸브(8)의 개도를 고정시킴과 동시에, 삼방변(5)을 냉각수흐름이 화살표B로 되도록 조절하고, 선재(1)의 선단부가 수냉영역(2)을 통과할 때까지 상기 상태를 유지한다. 그리고, 선단부가 수냉영역(2)을 통과하면, 바로 냉각수흐름이 A방향이 되도록 삼방변(5)을 전환하여 다시 피드백냉각수량제어를 실시하여 선재를 냉각시켰다.

그런데, 이러한 종래 방법은 삼방변을 선재가 수냉대에 도착하기 전에 유량설정을 위해 수냉영역 A측으로 조절했다가, 개도설정후 B측으로 돌렸다가, 선단부 통과후 수냉을 위해 다시 A측으로 절환하여야 하므로, 선재 하나당 2번 조작되어야 하고, 또한, 삼방변을 배수측 B에서 수냉영역측 A로 전환시 양측의 배관구조 불일치등에 의한 배관저항편차로 인하여 순간적으로 실유량이 급속히 변동하게 되고, 또한 삼방변(5)을 전환함과 동시에 유량조절을 시작함으로써 선재의 선단부이후가 갑자기 냉각되어 온도가 급변한다.

이때, 선재온도를 감지하여 유량제어를 실시하여야 하나, 빠른 시간에 고속(통상 90~110 m/sec)으로 통과하는 선재의 온도를 측정할 수 없는 제어불감영역이 발생하는 등, 신속하고 적절한 제어가 이루어질 수 없다.

또한, 선재 수냉중 온도변화로 냉각수량 변화가 발생하면, 비수냉시 선정된 유량초기치로 제어를 시작하므로, 제어안정시간이 길어지고, 삼방변 2회 조작등으로 인해 작업시간 단축에 한계가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 방법에서의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은 고속으로 통과하는 선재에 냉각수를 분사하여 목표온도로 냉각시키는데 있어서, 전회 수냉시의 수냉실적을 이용하여 설정하여 냉가수를 유량을 설정함으로서 제어성을 향상시키고 제어안정시간을 단축시켜 생산성 향상뿐만 아니라 선재의 품질향상을 도모하는 선재의 수냉제어방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 선재의 냉각제어방법을 설명하기 위한 종래 선재 수냉설비의 블록구성도이다.

도 2는 본 발명에 의한 선재 냉각제어방법에 따른 선재 수냉 설비를 보이는 블록구성도이다.

도 3은 본 발명의 선재 냉각제어방법에 따른 냉각제어장치를 도시한 블록구성도이다.

도 4는 본 발명에 의한 선재 냉각제어방법에 따른 냉각제어플로우를 보이는 플로우챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

6 : 냉각수 유량계

8 : 냉각수제어밸브

10 : 선재 온도계

12 : 선재검출기

100 : 냉각제어기

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명은 냉각수를 배수시키다가 선재치입시 수냉영역측으로 흘리는 삼방변과, 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 구비하여 선재의 온도가 목표온도가 되도록 냉각수유량을 피드백제어하는 수냉설비의 선재 수냉제어방법에 있어서,

냉각수유량의 피드백제어중 냉각후 선재의 온도가 목표온도치에 일치할 때의 유량조절밸브를 제어하는 출력제어값을 기억시키는 제1과정과,

선재의 수냉작업완료시 유량제어밸브를 상기 제1과정에서 기억된 출력제어값으로 제어하여 고정시키는 제2과정과,

압연된 선재의 선단부가 수냉영역을 통과하면 삼방변을 수냉영역측으로 절환하여 상기 제2과정에서 설정된 유량에서부터 피드백제어를 실시하면서 상기 제1,2과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 선재의 수냉제어방법을 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉제어방법이 적용될 수냉설비를 개략적으로 도시한 블록구성도로서, 1은 압연된 후 수냉대를 통과하는 선재이고, 2는 선재(1)에 대한 냉각이 이루어지는 수냉영역을 나타내고, 3은 수냉영역(2)에 설치되어 선재(1)를 향햐여 냉각수를 분사하는 수냉노즐이고, 4는 상기 수냉노즐(3)에 냉각수를 공급하는 수냉헤더이고, 5는 냉각수의 흐름을 수냉영역A측 또는 배수 B측으로 전환하는 삼방변이고, 6은 수냉노즐(3)에 의해 분사되는 냉각수의 유량을 계측하는 유량계이고, 8은 수냉노즐(3)에 의해 분사되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브이고, 9는 상기 배수량을 조절하는 조절밸브이고, 10은 수냉영역(2)을 통과한 선재(1)의 온도를 계측하는 온도계이고, 12는 선재(1)의 선단부가 수냉영역(2)을 통과하는 시점을 검출하기 위해서 수냉영역(2) 전단의 소정 위치에 설치되어 선재(1)를 검출하는 선재검출기이고, 100은 상기 선재검출기(12)로부터 검출된 선재검출신호에 따라서 선재 선단부의 치입여부를 판단하여 선재치입전에는 전 수냉작업시에 기억된 유량설정값으로 유량조절밸브(8)를 고정제어하고 선재치입후에는 상기 온도계(10)에서 검출된 온도측정값과 유량계(6)에 의해 측정된 실유량값에 따른 유량피드백제어로 유량제어밸브(8)를 제어하는 냉각제어기이다.

도 3은 본 발명에 의한 수냉제어방법에 따라 구성되는 냉각제어기의 구성예를 개략적으로 보인 구성도로서, 냉각제어기(100)는 상기 선재의 온도를 검출하는 온도계(10)와 유량계(6)와 선재검출기(12) 각각의 출력신호를 비교처리가능한 신호로 변환하여 출력하는 신호변환부(111~113)와, 상기 신호변환부(111)로부터 출력되는 온도측정치(PV1)를 미리 설정된 선재의 냉각온도설정치(SV1)과 비교하여 선재를 목표온도로 냉각시킬 수 있는 냉각수의 유량을 설정하는 온도조절부(120)와, 상기신호변환부(112)로부터 출력되는 냉각수유량 측정치(PV2)를 상기 온도조절부(120)로부터 설정된 유량설정치(SV2)와 비교하여 목표유량(SV2)에 도달하도록 하기 위한 유량제어밸브(8)의 개도조절값(MV1)을 출력하는 유량조절부(130)와, 상기 신호변환부(111)로부터 출력된 선재의 온도측정값(PV1)과 목표값인 선재의 냉각온도설정치(SV1)를 비교하여 두값이 일치하는지를 판단하는 판단부(140)와, 상기 판단부(140)의 판단결과에 따라서 온도측정치(PV1)와 설정치(SV1)이 일치할때의 유량조절부(7)의 출력값(MV1)을 유량기억부(160)로 입력시키는 제1신호선택부(150)와, 상기 제1신호선택부(150)를 통해 입력된 온도측정치(PV1)와 설정치(SV1)가 일치할때의 유량조절부(7)의 출력값(MV1)을 기억하는 유량기억부(160)와, 상기 유량조절부(130)의 출력값(MV1)과 유량기억부(160)의 기억값중 하나를 선택출력하는 제2신호선택부(170)와, 상기 제2신호선택부(170)를 통해 인가되는 개도조절값에 따라서 유량제어밸브(8)의 개도를 조절하는 유량제어밸브 액츄에이터(180)와, 상기 신호변환부(113)를 통해 입력되는 선재검출신호에 따라서 선재가 수냉영역(2)으로 치입되었는지를 판단하는 선재치입판단부(190)와, 상기 선재치입판단부(190)에 의해 판단된 선재치입시점부터 선재(1)의 선단부가 수냉영역(2)을 통과하는데 걸리는 시간 t만큼 선재 치입신호를 지연시키는 지연타이머(191)와, 상기 선재치입판단부(190) 및 지연타이머(191)에 의해 판단된 치입여부에 따라서 선재치입전에는 유량기억부(160)의 출력값을 선재치입후에는 유량조절부(130)의 출력값을 선택출력하도록 제2신호선택부(170)를 제어하는 제어출력선택부(200)로 이루어진다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 수냉제어방법을 플로우챠트로서 보인 것으로서, 본 플로우챠트와 상기 도2 및 도 3의 블록구성도를 참조하여 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

연속적인 수냉작업이 이루어지기 전, 최초의 압연된 선재(1)가 검출되고, 그 선재(1)의 선단부가 수냉영역(2)을 통과하면 종래와 같은 수냉피드백제어를 실시하여, 운전자 또는 SCC전산기에서 설정된 목표온도가 되도록 냉각수의 유량을 설정하고, 설정된 유량의 냉각수가 분사되도록 냉각수유량을 검출하여 피드백제어한다. 이러한 수냉제어에 의하여, 선재의 목표냉각온도와 선재의 실측온도가 일치하게 되면, 이때의 유량조절밸브(8)의 제어값을 유량기억부(160)에 기억한다. 그리고, 상기 최초 선재에 대한 수냉피드백제어를 계속하여 냉각작업이 완료되면, 이제 도 4에 보인 바와 같이 본 발명에 따른 냉각제어가 이루어진다. 이때, 상기와 같은 초기설정작업없이 유량기억부(160)에 경험치에 따른 초기 유량값을 기억시킨 후, 본 발명에 따른 냉각제어가 실행되도록 할 수도 있다.

본 발명에 따른 수냉제어는 먼저, 압연된 후 수냉영역(2)으로 운반되는 선재(1)가 검출되면(402), 선재의 선단부가 수냉영역(2)를 통과하였는지를 판단한다(403). 이는 도 3에 도시한 선재검출기(12)에서 선재를 검출하면, 이 검출신호를 신호변환부(113)를 통해 입력받은 선재치입판단부(190)에서 선재가 수냉영역(2)으로 치입되는 것인지를 판단한다. 즉, 선재검출기(12)에서 선재가 검출되지 않으면 선재가 치입되지 않은 것이고, 선재검출기(12)에서 선재가 검출되면 선재가 치입된 것으로 판단한다.

이때, 선재가 치입되지 않았다고 판단되면, 자동피드백제어가 아닌 수동제어를 선택하고(404), 이에 따라 수동제어를 시작하여(405), 기억되어 있는 출력값에 따라 유량조절밸브(8)의 개도를 조절하고, 이상태로 유량조절밸브(8)을 고정시킨다(407).

이는 선재판단부(190)에 선재가 치입되지 않았다고 판단됨에 의해 제어출력선택부(200)가 동작하여 제2신호선택부(170)가 앞서 설명한 바와 같이, 최초 선재의 수냉작업에 의해 또는 경험에 의해 유량기억부(160)에 기억시킨 출력값을 선택하여 유량제어밸브 액츄에이터(180)로 출력하고, 유량제어밸브 액츄에이터(180)는 입력된 출력값만큼 유량제어밸브(8)을 개도시키고 이 상태로 고정함에 이루어진다.

이때, 삼방변(5)는 삼방변 액츄에이터(13)에 의해서 배수 B측으로 선택되어 있다.

상기와 같은 상태에서, 선재검출기(1)에 의해서 선재가 검출되면, 치입된 선재의 선단부가 수냉영역(2)을 통과하는데 걸리는 시간만큼 기다린 후(408), 자동피드백 제어를 선택하여(409), 유량자동제어를 시작한다(410). 이에 유량피드백제어가 이루어지고(411), 그에 따라 유량조절밸브(8)가 조절된다(412). 상기와 같이 유량피드백제어가 이루어져, 선재의 실측온도값이 목표온도값과 일치되면, 이때의 유량조절밸브(8)을 조절하는 유량제어출력값을 유량기억부(160)에 기억시키고, 이후, 선재 전체가 수냉영역(2)을 통과할 때까지 유량피드백제어는 계속된다.

즉, 이는 선재치입판단부(190)에서 선재검출신호에 의해 선재치입을 판단하면, 그 때부터 상기 지연타이머(191)에 설정된 시간(선재 선단부가 수냉영역을 통과하는데 걸리는 시간)만큼이 흐른 후, 삼방변액츄에이터(13)가 냉각수가 수냉영역 B측으로 흐르도록 삼방변(5)을 조절함과 동시에, 제어출력선택부(200)가 동작하여 제2신호선택기(170)가 유량조절부(130)의 출력제어값(MV1)을 유량제어밸브(180)에 전달하도록 한다. 따라서, 유량조절부(130)가 신호변환부(112)를 통해서 입력되는 유량계(6)의 유량측정값(PV1)을 온도조절부(120)에서 온도측정값(PV1)과 목표온도설정값(SV1)을 비교하여 목표온도치가 되도록 설정한 유량설정값(SV2)에 비교하여 출력하는 목표유량치에 도달하도록 제어하기 위한 출력제어값(MV1)이 유량제어밸브 액츄에이터(180)에 인가되고, 이에 따라 유량제어밸브(8)가 자동제어되고, 이와 동시에, 판단부(140)에서 온도측정치(PV1)과 목표온도설정치(SV1)를 비교하여 두 값이 일치할때 제1신호선택부(150)를 동작시킨다. 이에 제1신호선택기(150)는 제2신호선택부(170)로부터 출력되는 유량조절부(130)에서 설정된 출력제어값을 유량기억부(160)에 인가하고, 유량기억부(160)은 이전의 기억값을 지우고 이때 입력된 출력제어값을 기억한다.

그리고, 치입된 선재 전체가 수냉영역(2)을 통과하여, 선재가 더이상 검출되지 않으면, 상기 삼방변(5)는 배수A측으로 전환되고, 제2신호선택부(170)는 절환동작하여 다음 선재가 치입될때까지 상기 유량기억부(160)에 기억된 이전 수냉작업시의 출력제어값을 유량제어밸브 액츄에이터(180)로 출력한다. 이에 유량제어밸브 액츄에이터(180)는 이전 수냉작업시의 출력제어값만큼 유량제어밸브(8)를 개도시킨다.

이상과 같은 수냉제어를 각 선재마다 반복실시한다.

이상 설명한 바에 의하여, 본 발명은 선재 압연후 소정 목표온도로 냉각시키는 수냉제어에 있어서, 수냉제어중 최적값을 산출하여 기억시키므로서, 다음 선재의 수냉영역 도착전에 제어시작 유량을 결정하고, 다음 선재의 선단부가 통과한 후 일정시간 유량을 일정하게 유지하므로 단시간에 유량제어가 안정될 수 있으며, 이로 인하여 소재의 온도편차가 감소하고, 작업피치를 빠르게 할 수 있는 우수한 효과가 있다. 결과적으로, 실수율 향상 및 품질향상을 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 냉각수를 배수시키다가 선재치입시 수냉영역측으로 흘리는 삼방변과, 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 구비하여 선재의 온도가 목표온도가 되도록 냉각수유량을 피드백제어하는 수냉설비의 선재 수냉제어방법에 있어서,

   냉각수유량의 피드백제어중 냉각후 선재의 온도가 목표온도치에 일치할 때의 유량조절밸브를 제어하는 출력제어값을 기억시키는 제1과정과,

   선재의 수냉작업완료시 유량제어밸브를 상기 제1과정에서 기억된 출력제어값으로 제어하여 고정시키는 제2과정과,

   압연된 선재의 선단부가 수냉영역을 통과하면 삼방변을 수냉영역측으로 절환하여 상기 제2과정에서 설정된 유량에서부터 피드백제어를 실시하면서 상기 제1,2과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 선재 수냉제어방법.
2. 제1항에 있어서, 제1과정은

   수냉영역을 통과한 선재의 온도와 냉각수의 유량을 검출하는 단계와,

   상기 검출된 선재온도를 미리 설정된 목표냉각온도와 비교하여 목표냉각온도가 되도록 냉각수유량을 설정하는 단계와,

   냉각수의 유량측정치와 상기 설정된 냉각수유량과 비교하여 설정된 냉각수유량에 도달하도록 유량제어밸브의 출력제어값을 설정하는 단계와,

   상기 설정된 출력제어값으로 유량제어밸브의 개도를 조절하여 수냉영역을 통과하는 선재를 냉각시키는 단계와,

   상기 검출된 냉가된 선재의 온도와 목표냉각온도가 일치하는지를 비교하여, 일치되는 시점에서 상기 유량제어밸브를 제어하는 출력제어값을 기억하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선재의 수냉제어방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2과정은

   수냉영역에서 선재를 검출하는 단계와,

   상기 수냉영역에서 선재가 검출되지 않으면 삼방변을 조절하여 냉각수를 수냉영역이 아닌 다른 곳으로 배수시키는 단계와,

   유량제어밸브를 제1과정에서 기억된 출력제어값으로 조절하여 개도를 고정시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선재의 수냉제어방법.