KR20010019326A

KR20010019326A - 미니밀 공정에서의 열연 강판 후단부 권취 온도 제어방법

Info

Publication number: KR20010019326A
Application number: KR1019990035672A
Authority: KR
Inventors: 안종준; 최병우; 박도선
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2001-03-15

Abstract

본 발명은 미니밀 공정의 마무리 압연 후단 공정인 권취 온도제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은 미니밀 공정에서 마무리 압연 후 열연 강판 후단부의 감속 속도를 계산하고, 압연 중 압연 속도별 감속속도를 강판 후단부의 제어단위마다 동적으로 설정한다.

본 발명에 의하면 권취 온도 편차를 줄이고 강판의 길이 방향 재질 편차를 감소시키는 것이 가능하다.

Description

미니밀 공정에서의 열연 강판 후단부 권취 온도 제어방법 {Coiling Temperature Control Method for the Trailing Edge of the Hot Rolled Steel Sheet in the Mini-Mill Process}

본 발명은 미니밀 공정의 마무리 압연 후단 공정인 권취 온도제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압연된 열연 강판 후단부의 권취기 감속 속도의 계산에 의해 냉각대의 냉각량을 제어(이하, "미단제어"라 칭함)하여 길이 방향 균일한 권취 온도를 얻고 길이 방향 재질 편차를 줄이는 권취 온도 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 미니밀 공정은 유지로 또는 보열로의 도입으로 마무리 압연 입측의 바 길이 방향 온도 편차를 최소화할 수 있게 됨으로써 등속 압연이 가능하게 되었고, 이로 인해 일반적으로 기존 고로밀 열연 공정의 가속, 감속 부분에서 발생하기 쉬운 두께, 폭 및 재질 편차 등 열연 강판 품질 결함의 발생을 방지할 수 있다.

미니밀 열연 공정에서는 열연 강판의 강도, 가공성을 증가시키고 생산성을 향상시키기 위해서 마무리 압연 직후 냉각수를 상하부 대칭으로 주수하여 소정의 목표 권취 온도까지 냉각하게 되는데, 이 공정은 강판의 기계적 성질을 결정하는 중요한 공정이다. 권취온도제어(Coiling Temperature Control)는 이러한 열연 강판의 냉각을 계산기에 의해 자동으로 제어하며, 길이 방향 온도 편차를 줄이기 위하여 열연 강판 전 길이에 걸쳐 일정 제어 주기마다 마무리 압연 최종 스탠드 속도, 마무리 압연 출측 온도, 수온, 두께, 강의 성분, 목표 권취 온도 등을 바탕으로 열연 강판의 물성치를 계산하고, 주수의 기본 단위인 뱅크(Bank) 혹은 헤더(Header)별 냉각량을 산출하여 뱅크 혹은 헤더에 설치되어 있는 밸브(Valve)의 개폐를 통해 주수량을 조절한다.

권취 온도 제어는 여러가지 요인에 의해 영향을 받으나, 특히 상기 요인 중 압연 속도에 의한 영향이 가장 크다. 미니밀 공정은 강판의 후단부가 마무리 압연기를 빠지기 전까지는 등속 압연을 실시하여 속도 변화가 없으나, 마무리 압연기를 빠진 다음에는 권취성 확보를 위해 감속을 실시하여 강판 속도의 변화가 발생한다.

일반적으로 강판 후단부의 권취 온도 제어는 권취기 속도를 계산기에서 받아 제어하는 방법이 알려져 있다. 그러나 미니밀 공정에서는 다음과 같은 이유로 권취기 속도를 계산기에서 받아 권취 온도 제어를 하는 것은 불가능하다.

첫째, 미니밀 공정에서 강판 후단부의 감속은 기존 열연 공정과는 달리 마무리 압연 스탠드를 빠진 다음 런아웃 테이블(Run Out Table)상에서 일어난다. 권취 온도 제어에서 냉각량 계산을 위한 정보 수집 위치는 마무리 압연 출측 온도계이며, 실제 냉각이 이루어지는 위치는 런아웃 테이블(Run Out Table)상에 존재하는 냉각 설비이다. 마무리 압연 출측 온도계가 강판의 일정 길이마다 온도를 측정하고, 계산기에서는 측정된 온도, 속도 등 여러가지 압연 정보를 수집하여 제어점의 냉각량을 계산하여 주수량을 결정하는데, 실제 강판의 후단부는 주수 구간에서 감속으로 인한 속도 변화가 생기지만 제어정보가 설정되는 온도계 통과 중에는 강판의 속도 변화가 없으므로 설정 속도 값이 변화가 없게 된다.

둘째, 미니밀 공정에서 일반적인 3mm미만 두께재의 권취 온도의 범위는 550~650℃범위이며, 냉각대에서 주수가 이루어지는 길이는 대략 20~25m 정도이기 때문에 600mpm으로 압연시 강판이 냉각구간을 통과하는 시간은 약 2초 내외이다. 그런데, 일반적으로 권취기의 감속 속도를 계산기에서 받아 냉각량을 계산하고, 밸브를 기계적으로 개폐시키는 데에는 약 2.5초 이상이 소요된다. 그러므로 계산기에서 권취기 감속 속도를 받을 수 있다고 하더라도 강판이 냉각 구간을 완전히 빠져나간 다음에 제어가 행하여지므로 감속 구간에서의 온도제어는 불가능하다.

이를 개선하기 위해 종래에는 강판의 후단부를 학습하여 열유속치를 보정하는 방법을 사용하였으나, 강판의 압연된 길이의 계산 및 실적치가 크게 발생하여 효과를 거두지 못했다. 따라서 강판 후단부의 감속 길이만큼의 권취 온도 제어불량이 발생하고 있는데, 특히 미니밀 공정에서 압연 속도가 500mpm이상이고, 8뱅크 이후로 주수를 하는 후단 냉각 패턴 적용재는 감속 구간이 냉각 구간에 포함되게 되어 권취온도 편차가 160℃까지 발생하여 길이방향 재질편차를 유발하는 문제점이 발생되었다.

도 1은 미니밀 마무리 압연 출측 권취기 공정도,

도 2는 열연 강판 후단부 감속 속도 계산방법 그래프,

도 3은 열연 강판 후단부의 권취 온도 제어흐름도,

도 4는 열연 강판 후단부 권취 온도 실측치 그래프,

도 5는 열연 강판 기계적 성질의 변화 그래프

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

1 : 마무리 압연기

2 : 마무리 압연 출측 온도계

3 : 런아웃 테이블(Run Out Table)

4 : 권취기 입측 온도계

5 : 1기 권취기

6 : 2기 권취기

7 : 권취기 입측 핀치 롤

8 : 상부 냉각 설비

9 : 하부 냉각 설비

상기 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 미니밀 공정에서 마무리 압연 후 열연 강판 후단부 권취 온도 편차 감소 및 재질 편차를 감소시키기 위해 강판 후단부의 감속 속도를 계산하고, 길이방향 온도를 균일하게 확보하고자 압연 중 압연 속도별 감속속도를 강판 후단부의 제어단위마다 동적으로 설정하는 권취온도 제어방법이다.

이하 본 발명을 도면에 근거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 미니밀 마무리 압연기에서 권취기까지의 공정도이다. 마무리 압연기(1)에서 소정의 두께로 압연된 강판의 온도는 일반적으로 850~900℃정도이며, 마무리 압연 출측에 설치된 온도계(2)에 의해 측정된다. 이때, 압연 속도와 두께, 수온 등 권취 온도 제어에 필요한 여러 정보를 수집하여 냉각량을 계산하고, 런아웃 테이블(3)의 상부, 하부에 설치되어 있는 냉각 뱅크인 헤어핀 라미나(Harr Pin Laminar, 8), 파이프 라미나(Pipe Laminar, 9)의 밸브를 조작하여 권취기(5, 6) 입측 온도가 목표로 하는 온도가 되도록 냉각을 실시한다.

일반적으로 권취기 입측 온도는 550~650℃정도이다. 이 온도는 권취기 입측 온도계(4)에 의해 측정된다. 일반적인 뱅크별 냉각량 계산식은 다음과 같다.

ΔT=(1000×Lbnk)/(3600×Vs×Cp×γ×THK)×Q (1)

ΔT : 뱅크별 냉각량(℃)

Vs : 마무리 압연 최종 스탠드 속도(mpm)

THK : 열연 강판 두께(mm)

Q : 강판의 열량(kcal/m²hr), Lbnk : 뱅크사이의 거리(m)

Cp : 강판의 비열(kcal/kg℃), γ : 철의 비중(kg/m³)

이러한 제어는 길이 방향 균일한 권취 온도 확보를 위해 강판의 일정 길이마다 반복하여 실행한다. 냉각 과정을 거친 강판은 권취기(5, 6)에 의해 권취되어 최종 제품화된다. 강판의 후단부가 마무리 압연기를 빠진 다음에는 자동 감속에 의해 권취기 입측 핀치롤(7)의 도착 속도가 일정하게 유지되도록 감속을 실시한다. 후단부 감속 길이는 다음 식에 의해 자동적으로 계산된다.

L-ls ≤(Vs²-Vc²)/(2×60×α) + lm (2)

L : 마무리 압연 최종 스탠드~권취기 입측 핀치롤 거리(m)

ls : 마무리 압연 최종 스탠드~열연 강판 후단부 거리(m)

Vs : 마무리 압연 최종 스탠드 속도(mpm)

Vc : 크리프 속도(mpm)

α : 감속율(mpm/s)

lm : 여유대(m)

상기 식에 의하면 마무리 압연 최종 스탠드 속도가 빠를수록 감속 길이는 길어지게 된다. 일반적으로 강판의 두께가 얇을수록 마무리 압연 속도는 빨라지게 되므로, 냉각대에 감속 구간이 포함되는 길이는 두께가 얇을수록 길어지게 된다.

미니밀 3mm미만재의 압연 속도는 450~650mpm정도이므로 강판 후단부의 감속 시작위치는 마무리 압연기(1) 최종 스탠드로부터 41~11m되는 지점부터이고, 일반적으로 주수 시작은 40m지점이므로 감속 구간이 냉각 구간에 포함된다.

도 2는 강판의 후단부 감속 속도 계산 방법 그래프이다.

강판 후단부의 속도 패턴을 권취 온도 제어 길이마다 표시하면 21과 같다. 이것을 각각의 제어점으로부터 16을 더한 제어점까지의 평균 속도를 구하면 22와 같이 되는데, 각 제어점의 실제 속도와 평균속도의 비를 구하면 23과 같이 되고, 이는 24와 같은 2차 방정식의 회귀식으로 나타낼 수 있다. 이러한 방법으로 압연 속도별 강판 후단부 감속 속도를 구하기 위한 2차 방정식을 구할 수 있다.

도 3은 강판의 후단부 권취 온도 제어방법에 관한 흐름도이다.

미단제어는 강판이 마무리 압연기 출측 온도계를 빠지기 전에 주수구간에서의 감속 속도를 미리 계산하여 제어점에 설정하는 방법에 관한 것이다.

우선 두께 그룹별 강판 후단부 권취 온도 제어를 별도로 실행할 것인가의 여부를 결정한다. 두께별 압연 속도가 다르므로 감속 길이 및 감속 길이가 냉각 구간에 포함되는 길이도 서도 다르다. 또한 3mm이상재에서는 감속 구간이 주수 구간에 포함되지 않으므로 두께별 미단 제어의 실행여부를 결정해야 한다.

미단제어가 필요한 경우에는 먼저 압연 속도에 따른 감속길이를 계산한 다음 압연 속도별 감속 속도를 계산하기 위한 2차 방정식의 계수를 구하고 시간 지연(Time Delay : 이하 TD) 및 권취기에 따른 보정계수 α, 제어점 갯수 x를 초기화하는 과정이 필요하다.

미니밀 압연 속도의 범위에서 발생할 수 있는 최대 감속 길이를 마무리 압연기 첫번째 스탠드에서 출측 온도계 사이에 남아 있는 강판의 길이로 설정하였다. 각 스탠드별 출측 두께는 상이하므로 스탠드간 거리를 이용하여 최종 두께로의 환산이 필요하며, 그 식은 다음과 같다.

L = 11.225 + 5.8/F5_thk × (F1_thk + F2_thk + F3_thk + F4_thk) (3)

F?thk : ?번째 스탠드 출측 두께

한편, 상기한 첫번째 스탠드에서 마무리 압연기 출측 온도계 사이에 남아 있는 강판의 길이 L은 실제 감속 길이보다는 항상 길게 된다. 따라서 L값에서 계산된 감속길이를 빼면 감속이 일어나지 않는 길이를 구할 수 있고, 이것을 압연 속도에 따른 시간으로 환산하면 TD를 구할 수 있다.

일반적으로 TD는 압연 속도가 빠를수록 작아진다.또한 2기 권취기로 권취할 경우에는 1기와 2기 권취기 사이의 거리만큼 감속 시작 지점이 권취기 쪽으로 후퇴하게 되므로 2기 권취시에는 또다른 TD보정값(α)이 필요하게 된다. 상기 방법에 의해 미단제어는 첫번째 스탠드를 강판이 빠지고 난 후 TD초 후의 각 제어점마다에 감속 속도를 설정함에 의해 개시된다.

이러한 방법에 의해 마무리 압연기 첫번째 스탠드를 강판의 후단부가 빠진 다음 TD초 경과 후의 제어점에는 압연 속도별로 계산된 감속 속도를 설정할 수 있다. 감속 속도는 최종 스탠드 속도에 속도보정을 위한 2차 방정식을 곱하여 얻어진다.

제어점마다 감속 속도로 설정된 압연 속도에 의해 냉각량 계산치의 변화로 주수량의 조절이 가능하게 되어 감속 구간에서의 권취 온도 제어가 가능하게 되었다.

[실시예]

미단 제어를 위한 강판 후단부의 감속 속도를 설정하기 위해 권취 온도 제어의 프로그램을 변형시켜 제어에 따른 온도 편차 및 재질 편차에 미치는 영향을 조사하였다. 강판 후단부의 감속구간에서의 권취 온도 편차를 줄이기 위한 냉각량 계산식의 설정은 다음과 같다.

ΔT = (1000×Lbnk)/(3600×F(V)×Cp×γ×THK)×Q (4)

ΔT : 뱅크별 냉각량(℃)

F(V) = 압연속도 ×(ax²+ bx + c)(mpm)

THK : 열연 강판 두께(mm)

Q : 강판의 열량(kcal/m²hr), Lbnk : 뱅크사이의 거리(m)

Cp : 강판의 비열(kcal/kg℃), γ : 철의 비중(kg/m³)

속도 보정을 위한 2차 방정식의 각 계수는 압연 속도별로 계산하였다.

도 4는 강판 후단부 권취 온도 실측치 그래프이다.

종래의 제어방법(도 4a)에 의해 강판 후단부의 권취 온도 실적은 목표 권취 온도 대비 100℃까지 하락하였으나, 본 발명의 적용 후(도 4b)에는 관리 공차(목표온도 ±20℃)내로 제어가 가능하였다.

도 5는 기계적 성질의 변화 그래프이다.

[C]:0.15, [Mn]:0.30의 JS-SS400 강종은 종래의 제어방법(도 5a)에 의해 강판 길이 방향 기계적 성질의 편차가 크게 발생하였는데, 장력(Tensile Strength)은 후단부가 선단, 중앙부 대비 3kg이상 높아 재질 상한선(TS 52Kg)을 초과하였고, 연신율은 16%이상 감소된 실적을 나타내었다. 따라서 권취 온도 편차의 개선없이는 중탄강의 생산이 불가능하였는데, 본 발명의 미단제어 공정 적용 후(도 5b)에는 권취 온도의 편차가 개선되어 길이 방향을 기계적 성질을 일정하게 유지할 수 있었다.

본 발명은 상기와 같이 미니밀 공정에서 열연 강판을 생산할 때 마무리 압연 속도에 따른 강판 후단부 감속 속도 계산과 이를 기준으로 냉각량을 동적으로 설정하여 권취 온도 편차를 줄이고 강판의 길이 방향 재질 편차를 감소시키는 것이 가능하다.

Claims

미니밀 공정에서 강판의 후단부 감속 속도를 동적으로 설정하는 권취 온도 제어방법에 있어서, 후단부 감속길이를 식(2) 및 식(3)에 의하여 구하고, 회귀식(14)의 계수 a, b, c 및 α, TD를 구한 후, 마무리 압연 첫번째 스탠드에서 판이 빠진 후 TD초가 경과되면 마무리 압연 최종 스탠드 속도에 회귀식(14)을 곱한 값으로 감속하면서 밸브 개폐의 조절을 반복함을 특징으로 하는 미니밀 공정에서의 열연 강판 후단부 권취 온도 제어방법