KR20010057746A - 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치 및 그형상계수 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치 및 그 형상계수 제어방법의 개선에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 9개의 분할롤을 3개만의 측정롤로 대체하고, 이를 통해 검출된 장력프로파일을 2차함수로 가정한 후 측정롤 위의 소재의 폭을 결정하고, 폭이 결정되면 하중과 루퍼각도등 제어부에서 검출된 압연파라미터를 이용하여 장력을 결정하며, 결정된 장력을 각 측정롤 위의 소재폭으로 제산하여 단위기준을 정한 후 측정롤 위에 거치된 소재 폭 중앙에 장력이 작용한다고 보고 그 위치를 산출하여 결정된 각 장력위치를 통해 각각 1차원계수와 2차원계수를 계산하도록 함에 의해 달성된다.

이에 따라, 본 발명은 다수의 측정롤에 의한 각 측정롤간 수평높낮이 오차 발생가능성을 최소화함으로써 유지보수가 용이하고 안정적이며 왜곡없는 하중분포신호를 검출할 수 있고, 복잡한 파라메터를 구하고 이들을 참조하여 다차원의 함수를 2차원으로 커브피팅함으로써 발생되는 제어부의 계산오류 및 수행시간의 지연 등의 문제를 유발하던 것을 간단한 산술연산만으로 형상계수를 용이하게 결정할 수 있게 되어 제어의 용이성을 제공한다.

Description

열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치 및 그 형상계수 결정방법{THE STRIP TENSION MEASURING DEVICE ACROSS THE STRIP WIDTH AND SHAPE COEFFICIENT DETERMINING METHOD BETWEEN HOT FINISHING MILL STANDS}

본 발명은 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치 및 그 형상계수 제어방법의 개선에 관한 것이다.

종래에는 열간 사상압연 공정에서 열연판 평탄도를 제어하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 루퍼롤(10)을 9개로 분할하고 양단 롤(12)을 제외한 각 분할롤(1∼9)에 하중센서(14)를 설치하여 판폭방향으로의 7개 하중신호를 검출하고, 검출된 신호를 평탄도 전용제어부에서 압연파라미터를 이용하여 열연판(16)에 작용하는 폭방향의 장력프로파일(분포곡선)(18)을 유추하였다(독일 Hoesch 제철소에 설치된 것으로, Hermann J. Kopineck, "Rolling of hot strips with controlled Tension and Flatness", Hot strip profile and flatness seminar, Nov.2∼3, 1988, Pittsburg Penssylvania 등에 공개되어 있으며, 또한 영국특허 제021102호에 제시되어 있다).

이와 같이 여러개의 분할롤(1∼9)을 통한 정보를 이용하기 때문에 판폭방향 장력프로파일(18)에 대한 정보는 매우 정확성을 가진다.

그러나, 열연 스탠드간에 설치된 장력프로파일(18)을 검출하는 루퍼롤(10)은 하루에도 수백회의 상하운동을 하기 때문에 각 분할롤(1∼9)에 서로 다른 충격력이 전달되고 이로 인해 미소하지만 서로 다른 연신율이 존재하게 된다.

따라서, 결국에는 각 분할롤(1∼9)들 사이에 수평높낮이의 오차가 발생하게 되고, 이에 따라 상기 분할롤(1∼9)에서 검출된 각각의 판장력은 실제 열연판(16)에 작용하는 판장력을 나타내지 못하게 되어 평탄도 제어부의 성능을 보장할 수가 없게 된다.

뿐만 아니라, 실제 열간 사상압연 공정에는 판폭방향 장력프로파일 요소의 선형요소를 제어할 수 있는 좌우 롤갭 제어기능과 2차원 요소를 제어할 수 있는 벤더제어 기능만을 가지고 있기 때문에 고차원의 판폭방향 장력프로파일을 얻는다고 하여도 이를 정확히 제어, 판단할 수 없게 된다.

대부분, 이러한 제어기능을 감안하여 여러개의 장력신호로부터 2차함수 형태로 커브피팅(curve fitting)하여 사용하고 있으며, 이로 인해 장력프로파일 2차함수로 커브피팅 하는데에 제어부의 수행시간이 늘어나게 되고 결국에는 제어부의 성능저하를 수반하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 여러개의 분할롤 구조가 갖는 정비성의 불량, 분할롤간의 수평높낮이 오차에 따른 신호왜곡의 문제들을 감안하여 이를 해결하고자 창안한 것으로, 분할롤을 5개로 나누어 3개의 롤에 하중센서를 부착함으로써 분할롤간의 수평높낮이 조절이 용이토록 하였으며, 분할롤수를 적정화시켜 수평높낮이의 불량가능성을 최소화함으로써 검출신호의 왜곡을 방지할 수 있도록 한 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 사상압연 후단의 폭 편차량과 폭 설정치를 이용하여 분할롤 위의 판폭을 계산하고 각 분할롤에 작용하는 하중과 루퍼각도 및 압연파라미터 등을 이용하여 세 개의 장력값을 구하고, 이 장력값을 응용하여 장력프로파일의 1차원요소 및 2차원요소를 결정하는 알고리즘을 갖는 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 형상계수 결정방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 분할롤의 구성도 및 장력분포도,

도 2는 본 발명에 따른 측정롤의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 측정롤에 의한 장력프로파일,

도 4는 본 발명과 기존 방법에 따른 외각 분할롤 위에 작용하는 하중의 비교예를 보인 예시도,

도 5는 본 발명과 기존 방법에 따른 장력프로파일의 비교도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

16 : 열연판, 20a,20b,20c : 측정롤,

22 : 비측정롤, 24 : 하중센서.

상기한 본 발명의 목적은 소재인 열연판이 거치 이동되는 다수의 분할롤과,상기 분할롤의 하부에 설치된 다수의 하중센서와, 상기 하중센서와 연결되어 각 롤에 분포된 하중의 1,2차원 선형요소를 산출하는 제어부를 포함하여 구성되는 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치에 있어서, 상기 다수의 분할롤을 3개의 분할크기로 분할하고 각 양단 하부에 하중센서를 구비한 측정롤과, 상기 측정롤을 사이에 두고 이들의 수평높낮이를 조절할 수 있도록 지지고정하는 한쌍의 비측정롤을 포함하여 구성함에 의해 달성된다.

또한, 상기한 본 발명의 다른 목적은 장력검출장치를 통해 검출된 장력프로파일을 후술할 식 1과 같이 2차함수로 가정하는 제1과정과; 상기 제1과정후 측정롤 위의 소재의 폭을 후술할 식 3에 의해 결정하는 제2과정과; 상기 제2과정을 통해 소재의 폭이 결정되면 하중과 루퍼각도등 제어부에서 검출된 압연파라미터를 이용하여 장력을 결정하고 결정된 장력을 각 측정롤 위의 소재폭으로 제산하여 단위기준을 정하는 제3과정과; 상기 제3과정후 측정롤 위에 거치된 소재 폭 중앙에 장력이 작용한다고 보고 그 위치를 후술할 식 4에 의해 산출하는 제4과정과; 상기 과정후 결정된 각 장력위치를 식 1의에 대입하여 각각 1차원계수와 2차원계수를 후술할 식 5에 의해 계산하도록 하는 제5과정을 포함하여 구성함에 의해 달성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 기술적 사상을 선호된 일 실시예에 따라 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 검출장치를 구성하는 분할롤의 구조도이고, 도 3은 본 발명의 검출장치에 따른 분할롤의 장력분포 그래프이다.

도시된 바에 따르면, 분할롤은 총 5개를 이루며 3개의 측정롤(20a)(20b)(20c)과, 2개의 비측정롤(22)로 이루어진다.

상기 비측정롤(22)은 양단에 설치되고, 상기 측정롤(20a)(20b)(20c)은 각각 상기 비측정롤(22)을 사이에 두고 설치되며 각 하부에는 하중센서(24)가 설치된다.

따라서, 9개의 분할롤에 비해 열연판(16)의 접촉에 의한 각 롤간의 수평높낮이 오차발생 가능성이 현저히 저하되므로 그 만큼 정비시간도 단축된다.

이들 측정롤(20a)(20b)(20c)에 의해 측정된 장력프로파일(26)은 도 2에 도시되어 있다.

본 발명의 측정롤(20a)(20b)(20c)은 기존의 9개 분할롤 및 7개의 측정롤로 구성된 하기한 연속분포식에 비해 정밀도는 다소 떨어지지만 그 차이는 매우 미세하므로 측정오차에 커다란 영향을 미치지는 않는다.

[연속분포식]

여기에서,는 장력프로파일,는 판폭을 나타낸다.

상기 연속분포식에서와 같이 기존의 다수 측정롤에 의해 장력프로파일을 고차로 정밀하게 측정한다고 하여도 사상압연 제어부는 최대 2차원까지만 제어되므로 그 정밀도를 충분히 활용할 수 없으며 이를 다시 하기한 식 1과 같이 2차원함수로 커브피팅하여야 한다.

[식 1]

상기 식 1에서 형상계수는 작업롤 양단의 하중을 조절하는 벤더를 통해 획득되며, 계수는 압연기 양단의 변위를 각각 제어하는 롤갭을 통해 획득할 수 있는 바, 이는 기존의 방법으로 정확도가 떨어진다.

본 발명에서는 이에 대한 결정방법을 제시하고 있으며 그 방법은 후술한다.

결과적으로, 다수의 분할롤로 나누어 장력검출신호의 정밀도를 높인다하여도 제어적인 측면에서 효과가 없고 수평높낮이를 빈번히 조절하여야 하는 번거로움만 존재하게 된다.

따라서, 본 발명에서와 같이 2차함수의 커브를 그릴 수 있도록 3개의 측정롤만을 구비함으로써 기존 다수의 롤이 갖는 한계를 극복할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명과 기존 방법에 따른 외각 분할롤 위에 작용하는 하중의 비교예를 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이, 기존에는 장력의 위치()를 각 측정롤(20a)(20b)(20c)의 중심에 작용하는 것으로 가정하고 외각분할롤, 즉 비측정롤(22)에 인접설치된 측정롤(20c)에 작용하는 하중을 확대하여 장력()을 계산하였다.

따라서, 측정롤(20c)의 배럴길이()와, 상기 측정롤(20c) 위의소재폭(), 이때의 하중을()이라 할 때, 측정롤에 작용하는 총하중()는 하기한 식 2와 같다.

[식 2]

이때, 산출된 기존의 장력프로파일은 도 5의 도시와 같다.

그러나, 본 발명에서는 장력의 위치()가 측정롤(20c) 위에 거치된 열연판(16)의 폭 중심에 위치하는 것으로 가정하고 장력()을 구하도록 한다.

또한, 본 발명에서는 측정롤(20c)의 하중을 확대하여 계산하지 않고 열연판(16)의 폭을 사상압연 후단의 폭 편차량 실적치와 폭 설정치를 이용하여 계산하고 이를 단위 면적당의 장력값으로 환산하여 구하도록 한다.

이때, 산출된 장력프로파일도 마찬가지로 도 5에 도시되어 있으며, 기존 장력프로파일과 상당한 차이를 보임을 알 수 있다.

이와 같은 방법으로 장력프로파일, 즉 2차원함수를 산출해 내며, 그때의 형상계수는 다음과 같이 결정된다.

도 5를 참조하면, 먼저 장력프로파일을 상술한 식 1과 같이 2차함수로 가정한다.

그런 후에, 측정롤(20a)(20b)(20c) 위의 소재(열연판)(26)의 폭을 결정한다.

상기 소재(16)의 폭은 각 측정롤간 간격을, 각 측정롤의 배럴길이를, 측정롤 위의 소재폭을, 폭 편차량 실적치를, 폭 설정치를, 소재의 오프센터량을라고 하면 다음 식 3에 의해 구할 수 있다.

[식 3]

= 0.5 ×(+--)±

단, 측정롤 배럴길이에 측정롤간 간격을 더한값보다 측정롤 위의 소재폭이 클 경우에는 측정롤 위의 소재폭을=+로 정의한다.

상술한 과정을 통해 소재의 폭이 결정되면 측정롤 위의 장력을 결정하여야 하는 바, 하중과 루퍼각도등 제어부에 검출된 압연파라미터를 이용하여 장력을 결정하고 결정된 장력을 각 측정롤 위의 소재폭으로 제산하여 단위기준을 정한다.

이후, 측정롤 위에 거치된 소재 폭 중앙에 장력이 작용한다고 가정하면 그 위치는 다음 식 4에 의해 산출할 수 있다.

[식 4]

여기에서,은 중심에서 좌측 측정롤 기준 장력위치,은 중심에서 우측 측정롤 기준 장력위치를 나타낸다.

각 측정롤 위에 작용하는 장력의 위치는 상기 측정롤의 장력결정과정에서 결정된 각 측정롤 위의 소재 폭을 이용한다.

이어, 결정된 각 장력위치를 식 1의에 대입하여 풀면, 각각 1차원계수()와 2차원계수()를 하기한 식 5와 같이 표현할 수 있다.

[식 5]

이와 같은 과정을 통해 판폭방향 1차원 및 2차원 형상계수를 용이하게 결정할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치 및 그 형상계수 결정방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 다수의 측정롤에 의한 각 측정롤간 수평높낮이 오차 발생가능성을 최소화함으로써 유지보수가 용이하고 안정적이며 왜곡없는 하중분포신호를 검출할 수 있게 된다.

둘째, 복잡한 파라메터를 구하고 이들을 참조하여 다차원의 함수를 2차원으로 커브피팅함으로써 발생되는 제어부의 계산오류 및 수행시간의 지연 등의 문제를 유발하던 것을 간단한 산술연산만으로 형상계수를 용이하게 결정할 수 있게 되어 제어의 용이성을 제공한다.

Claims (2)

1. 소재인 열연판(16)이 거치 이동되는 다수의 분할롤(1∼9)과, 상기 분할롤(1∼9)의 하부에 설치된 다수의 하중센서(14)와, 상기 하중센서(14)와 연결되어 각 롤에 분포된 하중의 1,2차원 선형요소를 산출하는 제어부를 포함하여 구성되는 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치에 있어서,

   상기 다수의 분할롤(1∼9)을 3개의 분할크기로 분할하고 각 양단 하부에 하중센서(24)를 구비한 측정롤(20a)(20b)(20c)과,

   상기 측정롤(20a)(20b)(20c)을 사이에 두고 이들의 수평높낮이를 조절할 수 있도록 지지고정하는 한쌍의 비측정롤(22)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 장력검출장치.
2. 장력검출장치를 통해 검출된 장력프로파일을 하기한 식 1과 같이 2차함수로 가정하는 제1과정과;

   상기 제1과정후 측정롤(20a)(20b)(20c) 위의 소재(16)의 폭을 하기한 식 3에 의해 결정하는 제2과정과;

   상기 제2과정을 통해 소재의 폭이 결정되면 하중과 루퍼각도등 제어부에서 검출된 압연파라미터를 이용하여 장력을 결정하고 결정된 장력을 각 측정롤 위의 소재폭으로 제산하여 단위기준을 정하는 제3과정과;

   상기 제3과정후 측정롤 위에 거치된 소재 폭 중앙에 장력이 작용한다고 보고그 위치를 하기한 식 4에 의해 산출하는 제4과정과;

   상기 과정후 결정된 각 장력위치를 식 1의에 대입하여 각각 1차원계수와 2차원계수를 하기한 식 5에 의해 계산하도록 하는 제5과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 사상압연 스탠드간 폭방향 형상계수 결정방법.

   [식 1]

   , (A는 2차원 형상계수, B는 1차원 형상계수)

   [식 3]

   = 0.5 ×(+--)±

   (:측정롤간 간격,:각 측정롤의 배럴길이,:측정롤 위의 소재폭,:폭 편차량 실적치,:폭 설정치,:소재의 오프센터량)

   [식 4]

   (:중심에서 좌측측정롤 기준장력위치,:우측측정롤 기준장력위치)

   [식 5]