KR20010060856A - 초극박 냉간압연 설비의 통판속도 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 냉간압연 설비의 스탠드에서 초기압연작업인 통판 작업시에 통판속도(threading speed)를 제어하여 스트립 꼬임과 판파단을 발생시키지 않고 정상적으로 초고속 압연을 수행하기 위한 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법에 관한 것이다.

이를 위하여 각 스탠드에 대한 압연 속도값을 설정하고, 각 스탠드의 기본통판속도를 최후단 스탠드의 기본통판속도의 설정치를 기준으로 하여 각각 설정하는 단계, 상기 설정된 기본통판속도를 기초로 하여 상기 최후단 스탠드의 초기 통판 속도값을 설정한 상태에서 설정된 기본 통판 속도와 초기 통판속도의 비율에 따라 각 스탠드의 초기통판속도를 설정하는 단계, 상기 단계에서 설정된 초기통판속도로 각 스탠드를 구동시켜 첫 스트립을 치입하여 텐션롤에 권취하여 초기통판을 수행하고, 상기 스트립의 권취회수를 기준값과 비교하여 통판완료여부를 판단하는 단계, 상기 판단결과 초기 통판이 완료된 경우 상기 초기통판속도에서 상기 기본통판속도로 각 스탠드의 압연속도를 증가시키고, 기본통판속도로 증가된 이후에는 다시 상기 설정된 압연속도값으로 스탠드의 구동속도를 증가시키는 단계를 구비한다.

Description

초극박 냉간 압연 설비의 통판속도 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING THREADING SPEED IN TANDEM COLD MILL}

본 발명은 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 연속 냉간압연 설비의 스탠드에서 초기압연작업인 통판 작업시에 통판속도(threading speed)를 제어하여 스트립 꼬임과 판파단을 발생시키지 않고 정상적으로 초고속 압연을 수행하기 위한 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 열연 핫코일(hot coil)을 소재로 하여 소재에 열을 가하지 않고 상온상태에서 압연작업을 수행하는 냉간압연에서 스탠드의 롤 교체후나 정수 혹은 계획휴지한 후에는 일단 설비가 정지한 상태에서 첫 코일을 통판하여 가동한다.

도 1은 종래 일반적인 연속 냉각 압연라인의 개략적인 구성도를 도시한 것이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 연속냉각 압연라인에서의 첫 코일의 통판(threading:스레딩)은 소재를 스탠드의 입측에서 1번스탠드에 밀어넣어 압연을 하고 소재의 선단을 2번 스탠드에 치입시켜 압연시키고 하는 작업을 연속적으로 수행하여 3번 스탠드, 4번 스탠드, 5번 스탠드에 치입 및 압연하여 텐션릴(5)에 권취하게 된다.

텐션릴(5)에 권취한 스트립(6)은 라인(line)을 정지시키지 않은 상태에서 통판속도(threading speed)로 작업하여 스트립의 두께나 형상 및 설비상태를 확인하면서 조금씩 통판속도를 올리면서 압연을 수행해야 한다. 이때부터 스트립 두께와 형상은 정상을 유지하게 되고, 그 이후에 통판속도 및 압연속도를 올려 고속으로 압연하게 된다. 한편, 종래의 연속냉간 압연기에서의 초극박 냉간압연에서 첫 가동시 통판스피드는 약 80MPM(meter per minute)~100MPM 정도로써 저속의 압연속도로 구동되게 된다. 다음의 표 1은 소재두께 2.0mm로 제품두께 0.203mm로 압연할 때 통판속도를 나타낸 것이다.

항 목	속도 %	1번 스탠드	2번스탠드	3번스탠드	4번스탠드	5번스탠드
최대압연속도(MPM)	100	309	527	864	1380	1900
초기 통판속도(MPM)	4.2	13	22	36	58	80
통판속도에서 조금씩 가속	5.3	16	28	46	73	100
	6.3	19	33	54	87	120
	7.9	24	42	68	109	150
	9.5	29	50	82	131	180
	10.5	32	55	91	145	200
	11.6	36	84	100	160	220
	13.2	41	70	114	182	250
	15.8	49	83	137	218	300

도 2는 압연속도의 변화에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압연속도와 마찰계수의 관계를 살펴보면 마찰계수는 압연속도에 반비례하게 된다. 즉, 일반적으로 압연속도가 증가하면 마찰계수는 감소하고, 압연속도가 증가하면 마찰계수는 증가하게 된다. 이는 다이나믹 이펙트(dynamic effect) 즉, 롤이 빠르게 회전하면(압연속도가 빠르면) 롤바이트(roll bite)안으로 밀려들어가는 압연유의 량이 증가하여 마찰계수는 감소하게 되고, 롤이 느리게 회전하면(압연속도가 느리면) 롤 바이트안으로 밀려들어가는 압연유의 양이 감소하여 마찰계수는 증가하게 된다.

이와 같은 관계에서 알 수 있듯이 연속냉간압연에서 첫 가동시 통판속도가 250MPM이하의 저속으로 압연되는 경우에는 마찰계수의 변동폭이 아주 심하여 압연하중의 급격한 상승으로 인해 취약한 스트립에지(strip edge)부분을 더욱 취약한 조건으로 만들어 스트립의 양쪽 사이드에 웨이브(wave:양파)를 만들게 된다.

또한, 압연유가 롤(워크롤) 바이트 안으로 들어가기가 더욱 어렵게 되어 더욱 극심한 웨이브(edge wave:양파)를 만들게 되고, 이것이 다음 스탠드에 치입하면서 꼬임발생과 판파단으로 이어지게 된다. 이러한 판파단이 발생하는 경우에는 롤을 교체해야 하고, 롤을 교체한 후에는 다시 통판작업을 수행해야 하는 등 반복적인 작업을 계속해야 한다. 그러나, 만약 첫 가동시 통판속도가 저속이기 때문에 마찰계수가 더욱 증가하여 장력 및 압연하중이 증가하게 되며 가속시에도 정상압연 속도로 되기 위해서는 각 스탠드의 스피드콘(speed cone)범위내에 들어야 하기 때문에 롤의 꼬임이나 판파단이 재발하게 되어 또다시 롤을 교환하고 통판하는 작업의 악순환을 반복하는 문제점이 발생되었다.

또한, 롤에 꼬임이나 판파단이 발생하면 판처리작업시 불량부분을 절단하여 스크랩으로 처리해야 하고, 특히 판파단시에는 텐션릴에 권취된 코일은 외권부가 풀려 제품이 불가하기 때문에 코일의 중량이 많아도 스크랩처리하게 되어 실수율의 막대한 하락을 초래하고, 판파단 조치시간의 지연, 롤교체에 의한 롤의 원단위상승으로 원가상승, 생산성저하와 결함발생 증가, 형상불량, 두께불량에 의한 품질저하를 초래하였다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 초극박 냉간압연에서 첫가동시 통판 속도가 저속임에 따른 마찰계수의 증가로 스트립의 꼬임발생과 판파단이 발생되는 것을 방지하여 작업의 능률향상 및 품질과 생산성을 향상시킬 수 있도록 된 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 일반적인 연속 냉각 압연라인의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

도 2는 압연속도의 변화에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 냉간압연설비의 각 스탠드의 통판 속도 및 압연속도를 그래프로 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 초극박 연속냉간압연설비에서의 통판속도제어방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...스탠드롤, 2...판속도측정기,

3...판두께측정기, 4...로터리셔어,

5...텐션릴, 6...스트립,

7a...작업롤, 7b...중간롤,

7c...백업롤.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법은 연속 냉간압연설비의 스탠드에서 설비의 정지 및 휴지후 재개시된 경우의 초기 압연작업시 첫 스트립을 스탠드의 입측에 치입한 후 소정의 통판속도로 구동시켜 텐션롤에 권취하는 통판작업을 수행하기 위한 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법에 있어서,

상기 각 스탠드에 대한 압연 속도값을 설정하고, 각 스탠드의 기본통판속도를 최후단 스탠드의 기본통판속도의 설정치를 기준으로 하여 각각 설정하는 단계,

상기 설정된 기본통판속도를 기초로 하여 상기 최후단 스탠드의 초기 통판 속도값을 설정한 상태에서 설정된 기본 통판 속도와 초기 통판속도의 비율에 따라 각 스탠드의 초기통판속도를 설정하는 단계,

상기 단계에서 설정된 초기통판속도로 각 스탠드를 구동시켜 첫 스트립을 치입하여 텐션롤에 권취하여 초기통판을 수행하고, 상기 스트립의 권취회수를 기준값과 비교하여 통판완료여부를 판단하는 단계,

상기 판단결과 초기 통판이 완료된 경우 상기 초기통판속도에서 상기 기본통판속도로 각 스탠드의 압연속도를 증가시키고, 기본통판속도로 증가된 이후에는 다시 상기 설정된 압연속도값으로 스탠드의 구동속도를 증가시키는 단계를 구비하여이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법의 구성 및 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 초극박 연속냉간압연라인에서의 각 스탠드의 압하율 계산방법을 설명하면, 먼저 각 스탠드의 압하율은 스트립의 두께와 롤구동속도로 계산된다. 즉, 압하율은 다음의 수학식1과 같다.

압하율 = (입측두께-출측두께)/입측두께 = (출측속도-입측속도)/출측속도

즉, H*T = CONS이고, h1*v1=h2*v2=h3*v3=...=h5*v5=hi*v1이다(h:각 스탠드의 스트립두께, v:스탠드 속도(MPM)).

또한, 연속 냉간 압연시 압연스케쥴(schedule)은 총 압하율과 각 스탠드의 압하율에 따라서 압연속도와 스탠드 사이의 장력으로 크게 양분되어 이루어지는데, 특히 압연 속도는 압하율과 동일하므로 중요한 의미를 갖게 된다. 압연속도는 메인모터(main motor)의 용량과 롤의 직경에 의해서 결정되어 지며 이 관계를 스피드콘(speed con)이라 한다. 스피드콘은 연속냉간압연기에서 각 스탠드에서 낼 수 있는 최대속도와 최저속도를 나타낸 것으로써 이범위를 벗어나면 정상적인 압연이 이루어지지 않는다.

본 발명에서는 통판 속도를 압연의 가장 기본적인 스피드로 설정하고, 이러한 설정근거를 바탕으로 통판속도의 소정 비율 일예로 26.7%에 해당하는 속도 즉,5번 스탠드의 초기통판속도가 80MPM로 설정되도록 하였다. 예를 들어 소재두께 2.0mm인 스트립을 0.203mm로 압연할때의 본 발명에 따른 통판 속도는 아래 표2과 같다. 또한, 도 3은 상기 표 2에 나타난 각 스탠드의 통판 속도 및 압연속도를 그래프로 나타낸 것이다.

항 목	속도 %	1번 스탠드	2번스탠드	3번스탠드	4번스탠드	5번스탠드
최대압연속도(MPM)	100	309	527	864	1380	1900
통판속도(MPM)	100	100	150	200	250	300
초기 통판속도(MPM)	26.7	27	40	54	67	80
통판속도에서 조금씩 가속	33.3	33	50	66	83	100
	40.0	40	60	80	100	120
	50.0	50	75	100	125	150
	60.0	60	90	120	150	180
	66.7	67	100	134	168	200
	73.3	73	110	146	183	220
	83.3	83	125	166	208	250
	100	100	150	200	250	300

한편, 본 발명에 따른 통판속도제어방법에서는 도 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 제어방법에 따라 설정된 통판속도의 26.7%에 해당되는 스피드 즉, 5번 스탠드를 기준으로 80MPM을 초기 통판 속도로 하여 각 스탠드에 대한 초기 통판 속도를 산출하여 각 산출된 초기 통판 속도에 의해 스트립을 통판한다.

또한, 본 발명에 따른 통판속도제어방법에서는 초기의 통판 속도에서 압연속도까지 조금씩 증가시키게 되는 데, 이때 초기 통판 속도에서 압연속도로 직접 증가시키지 않고 두께의 정밀도를 고려하여 통판 속도의 중간통판속도만큼씩 단계적으로 증가하게 한다.

즉, 도 3에서 보는 바와 같이, 통판속도의 증가량은 각 스탠드를 기준으로12a,12b,12c,12d,12e가 된다. 이는 각 스탠드별로 각각 12A★, 12B★, 12C★, 12D★, 12E★만큼 감소된 값에 해당하게 된다.

또한, 5번 스탠드가 300MPM인 중간 통판속도까지 증속된 이후에는 두께와 형상, 운전조건을 확인하고 이상이 없는 경우 정상적인 최대 압연속도로 가속시키게 된다. 이때, 각 스탠드의 증속량은 각각 12A★+12a, 12B★+12b, 12C★+12c, 12D★+12d, 12E★+12e값 만큼에 해당하는 정상적인 최대 압연속도로 변환된다.

본 발명에 따른 기본통판속도 및 초기 통판 속도에 의한 통판속도제어방법에서는 스트립의 선단부 통판 작업시 각 스탠드의 속도차를 완만하게 하여 스트립의통판이 원활하게 하고, 통판이 완료된 후에는 압연속도를 조금씩 증가하여 속도증가에 따라 정상적인 압연스케줄상의 압연속도로 전환되게 하였다. 또한, 통판속도에서 압연속도로 변환되는 것은 가속 버튼을 눌러 조금씩 속도를 올리면 이에 상응하는 속도만큼씩 압연속도로 변환이 가능하도록 하여 최대 정상압연속도까지 압연작업이 실시될 수 있게 한다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 초극박 연속냉간압연설비에서의 통판속도제어방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통판속도 제어방법에서는 먼저 단계(s10)에서 각 압연스탠드의 압연속도값을 설정한다. 일예로 각 스탠드의 압연속도값은 100, 309,527,864,1380,1900[MPM]으로 설정한다.

또한, 단계(s20)에서는 상기 단계(s10)에서 설정된 각 스탠드의 압연속도값에 의해 각 스탠드의 통판 속도를 설정한다. 이때, 설정되는 각 스탠드의 통판속도는 5번 스탠드의 통판 속도를 300MPM으로 설정한다. 또한, 이를 기준으로 각 스탠드의 통판속도는 각각 100,150, 200, 250으로 설정한다.

다음 단계(s22)에서는 상기 단계(s20)에서 설정된 스탠드의 통판 속도설정값을 바탕으로 하여 초기 통판속도값을 설정한다. 즉, 이때 초기 통판 속도값은 마지막 스탠드인 5번스탠드의 초기 통판 속도값을 80MPM으로 설정한 상태에서 기본 통판 속도값 300MPM에 대한 초기 통판속도값 80MPM의 비율을 계산하여 각 스탠드의 기본 통판 속도값에 대해 연산된 비율을 적용하여 각각의 스탠드에 대한 초기 통판 속도값을 연산한다. 이때, 연산된 초기 통판속도값은 각각 27,40,54,67,80으로 설정된다.

한편, 종래의 초기 통판속도값의 설정방법에서는 각 스탠드의 압연속도값과 5번 스탠드의 초기 통판속도값인 80MPM과의 비율에 따라 설정하지만, 본 발명에서는 기본 통판 속도값에 대한 5번 스탠드의 초기 통판속도값의 비율에 따라 타 스탠드에 대한 초기 통판 속도값이 설정되게 된다.

다음 단계(s40)에서는 상기 단계(s30)에서 설정된 초기 통판 속도에 따라 각 스탠드를 구동시켜 첫 가동되는 스트립의 선단부가 1번 스탠드의 입측으로 치입되어 2번,3번,4번,5번 스탠드를 통과하여 텐션롤에 권취되도록 한다. 또한, 단계(s50)에서는 상기의 초기 통판에 의해 텐션롤에 스트립이 3회이상 권취되었는가를 판단하여 통판완료여부를 검출하게 된다. 이때, 스트립이 텐션롤에 3회이상 권취되지 않았으면 초기 통판이 완료되지 않았으므로 상기 단계(s40)을 반복하여 초기 통판을 수행한다. 반면 텐션롤에 스트립이 3회이상 권취된 경우에는 초기 통판이 완료된 것으로 판단하여 다음 단계(s60)에서 1차 속도 증가를 실시한다.

즉, 단계(s60)에서는 초기 통판 속도로부터 기본통판속도까지 1차 속도증가를 수행하게 되고, 이러한 경우 가속시 각 구간에서의 각 스탠드 속도는 5번 스탠드의 1차 증가 속도가 80MPM에서 300MPM까지 변하는 비율%을 연산하여 각 비율만큼씩 환산하여 각 스탠드의 속도를 증가시켜준다.

이때, 다음 단계(s70)에서는 1차 통판 속도 증가에 따라 상기 단계(s20)에서 설정된 기본통판속도에 도달하였는가를 판단하고, 판단결과 기본 통판 속도에 도달하지 못한 경우에는 상기 단계(s60)으로 복귀하여 속도를 증가시키게 된다. 반면 기본 통판 속도에 도달한 경우에는 다음 단계(s80)으로 진행하여 2차 속도증가를 수행한다. 2차 속도 증가는 기본 통판 속도에서 각 스탠드의 압연속도로 증가시키게 된다.

또한, 단계(s90)에서는 압연 속도 설정값의 최대속도에 도달하였는가를 판단하여 최대속도에 도달한 경우에는 통판 작업을 중단하고 단계(s100)에서 압연을 실시하게 되고, 최대속도에 도달하지 못한 경우에는 상기 단계(s80)을 수행하여 2차 속도 증가를 반복수행하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 통판속도제어방법에서는 연속 냉간압연에 있어서 첫 가동시 스트립 통판 속도는 도 3에서 보는 바와 같이, 새로 개발한 통판 속도의 26.7%에 해당되는 속도 즉, 5번 스탠드를 기준으로 80MPM을 초기 통판 속도로 하여 스트립을 통판하고, 초기 통판 속도에서 압연속도까지 조금씩 증가시켜 마찰계수의 변화와 무관한 속도인 5번 스탠드 속도를 기준으로 300MPM인통판 속도까지 가속을 하게 된다. 그러나, 두께의 정밀도를 고려하여 통판 속도의 중간 통판 속도(10b)만큼만 증가시키도록 한다. 또, 초기 통판 속도 80MPM의 저속 압연속도로서 이 구간에서 일어나는 압연하중의 급격한 상승을 제어하여 취약한 스트립 에지부분을 완화시켜 주어 스트립 양 측면 에지에 웨이브를 제거함으로써 압연유가 롤 바이트안으로 용이하게 들어가도록 평탄한 형상을 만들게 한다.

본 발명에 따른 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법에 의해 기본통판속도 및 초기 통판 속도에 의한 통판속도를 제어함으로써 스트립의 선단부 통판 작업시 각 스탠드의 속도차를 완만하게 하여 스트립의통판이 원활하게 하고, 통판이 완료된 후에는 압연속도를 조금씩 증가하여 속도증가에 따라 정상적인 압연스케줄상의 압연속도로 전환되게 하였다. 따라서, 본 발명에 의하여 스트립의 꼬임과 판파단을 방지함으로써 스트립의 실수율을 향상시키고, 롤을 교체하지 않아도 되어 롤원단위를 감소할 수 있어 원가절감의 효과가 있으며 판파단 조치시간의 절감으로 작업률을 향상시켜 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 연속 냉간압연설비의 스탠드에서 설비의 정지 및 휴지후 재개시된 경우의 초기 압연작업시 첫 스트립을 스탠드의 입측에 치입한 후 소정의 통판속도로 구동시켜 텐션롤에 권취하는 통판작업을 수행하기 위한 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법에 있어서,

   상기 각 스탠드에 대한 압연 속도를 설정하고, 각 스탠드의 기본통판속도를 최후단 스탠드의 기본통판속도의 설정값을 기준으로 하여 각각 설정하는 단계,

   상기 설정된 기본통판속도를 기초로 하여 상기 최후단 스탠드의 초기 통판 속도값을 설정한 상태에서 설정된 기본 통판 속도와 초기 통판속도의 비율에 따라 각 스탠드의 초기통판속도를 설정하는 단계,

   상기 단계에서 설정된 초기통판속도로 각 스탠드를 구동시켜 첫 스트립을 치입하여 텐션롤에 권취하여 초기통판을 수행하고, 상기 스트립의 권취회수를 기준값과 비교하여 통판완료여부를 판단하는 단계,

   상기 판단결과 초기 통판이 완료된 경우 상기 초기통판속도에서 상기 기본통판속도로 각 스탠드의 압연속도를 증가시키고, 기본통판속도로 증가된 이후에는 다시 상기 압연속도값으로 스탠드의 구동속도를 증가시켜 압연작업을 수행하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 최후단 스탠드의 기본통판속도는 300MPM으로 설정되고, 그에 따른 최후단 스탠드의 초기통판속도는 80MPM으로 설정되고, 타 스탠드의 초기통판속도는 상기 최후단스탠드의 기본통판속도 및 초기통판속도의 비율에 따라 각 스탠드의 기본통판속도로부터 연산하여 설정하는 것을 특징으로 하는 초극박 냉간압연설비의 통판속도제어방법.