KR20020013269A - 열간 후판 압연에서의 평면형상 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압식 수평압연기를 갖는 열간후판압연 공정에서 압연시 선후단부의 비정상변형에 의한 크롭발생길이와 크롭프로파일을 미리 예측하고 이를 줄이기 위해 폭내기 압연 종료패스시 선후단부와 정상부간 적정 압하변경 두께와 폭을 설정하여 판의 크롭형상 개선과 그 발생길이를 제어하는 열간후판압연에서의 평면형상 제어방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 다수의 실기실험을 통하여 모델링하고 폭방향으로의 회복량과 날판의 크롭형상계수를 도입하여 제어패스시 압하변경 두께와 폭을 도출하고 폭내기 압연시 제어압연으로 인한 폭감소량과 길이내기 압연시 폭변화량을 고려한 폭내기 목표두께를 조정함으로써 날판 목표폭과 선후단부의 크롭량을 저감하는 효과가 있다.

Description

열간 후판 압연에서의 평면형상 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING PLAN VIEW SHAPE IN HOT PLATE MILL}

본 발명은 열간 후판 압연에서의 평면형상제어방법에 관한 것으로써, 특히 유압식 수평압연기를 갖는 열간후판압연 공정에서 압연시 선후단부의 비정상변형에의한 크롭발생길이와 크롭프로파일을 미리 예측하고 이를 줄이기 위해 폭내기 압연 종료패스시 선후단부와 정상부간 적정 압하변경 두께와 폭을 설정하여 판의 크롭형상 개선과 그 발생길이를 제어하는 열간후판압연에서의 평면형상 제어방법에 관한 것이다.

통상 열간후판압연 공정은 도 1에 도시한 바와 같이, 슬라브(1)를 1~2패스의 고르기 압연을 실시하고(또는 고르기 압연을 생략), 90°회전시킨 후 2~6패스의 폭내기 압연을 실시하여 목표로 하는 폭을 만들며 다시 90°회전시켜 본래의 위치로 한 후 6~16패스의 길이내기 압연공정을 거쳐 5.0~100mm두께의 후판제품을 제조하게 된다. 이때 폭내기 압연 후 폭방향으로의 불균일부를 제어하기 위하여 폭내기 패스시 1~2패스의 에징(에저(edger)압연에 의한 폭압하량)을 실시하고, 압연 종료 후판(이하 날판이라 함)의 선후단부 불균일부(이하 크롭이라 함)를 제어하기 위하여 길이내기 압연 패스시 2~4패스의 에징을 실시하게 된다. 폭내기압연 후의 두께가 얇은 사이징 스라브(sizing slab, 슬라브를 일정 두께로 압연한 후 자른 스라브)나 판폭이 넓은 광폭 압연재의 경우는 폭내기 압연 후 판두께가 70~100mm 정도이므로 에징시 좌굴(buckle)발생으로 인하여 적정 에징을 부여할 수 없다. 또한, 스텐레스강과 같은 고강도재의 경우 폭내기 압연시 선단부 판 벤딩(front end bending)현상이 과다하게 발생하여 길이내기 압연공정에서 에징 패스 적용이 곤란하므로 판의 선후단부 평면형상이 혀형상(tongue shape)으로 존재하고 그 발생 길이도 크게 유지된다. 도 2는 압연 종류후 판의 크롭형상을 나타낸 것으로써, 통상 혀형상의 크롭(5)은 피쉬테일형상의 크롭(6)보다 핀폭에 따라 2~5배 정도 더 크다.

에저 압연기를 포함하지 않은 통상압연(수평압연만을 실시하는 열간 후판압연 공정)의 공지 기술은 다수가 있으며, 그중 유압식 수평압연기의 자동롤갭제어장치를 이용하여 제어패스시 선후단부와 정상부간 두께 변화를 주어 압연하는 후판 압연방법 즉, 도그 본 압연법(dog bone rolling)을 나열하면 다음과 같다.

일본 특허(JP59-8443)에 따른 후판 평면형상 제어방법은 제어패스시 선후단부와 중앙부간의 압하변경시기만을 제어한 것으로 구체적인 압하변경 두께를 언급하지 않았으며, 압하변경 폭을 선단부와 후단부의 1/2로 정의하여 특허범위로 규정하였다. 실제 후판 압연 공정에서 판폭의 경우 1000~4500mm 정도로 아주 다양한 조건에서 작업이 이루어지므로 압연 종료 후 날판의 선후단부의 불균일 변형부는 판폭에 따라 차이가 있고 전체 판폭의 1/3~1/10 정도로 광범위한 범위를 가지므로 상기 특허에서 제시한 1/2 압하변경 폭을 적용하는 경우 크롭형상이 혀형상의 크롭에 가깝게 되어 그 저감효과가 아주 미흡하게 된다. 또한, 일본 특허(JP59-34443) 후판 압연 방법은 제어패스시 선후단의 압하변경 패턴을 다르게 부여하기 위하여 제어 패스시 선단부와 하단부의 압하변경 범위를 서로 다르게 주어 날판의 평면형상을 제어하는 방법이나 상기와 같은 방법은 제어패스 후 길이내기 압연 공정을 실시하게 되면 판 중심부를 기준으로 에지부 간 변형의 차이에 의해 캠버(camber) 발생을 유발하여 오히려 전단손실을 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 에저압연으로 평면형상 제어가 불가능한 대상재를 선정하여 혀형상의 크롭을 피쉬테일형상의 크롭으로 전환하고 그 발생길이를 효과적으로 제어할 수 있도록 한 열간 후판 압연에서의 평면형상제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 다수의 실기실험을 통하여 모델링하고 폭방향으로의 회복량과 날판의 크롭형상계수를 도입하여 제어패스시 압하변경 두께와 폭을 도출하고 폭내기 압연시 제어압연으로 인한 폭감소량과 길이내기 압연시 폭변화량을 고려한 폭내기 목표두께를 조정함으로써 날판 목표폭과 선후단부의 크롭량을 저감하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 후판압연 제조공정을 나타내는 개략도이다.

도 2는 선후단부 크롭발생량을 나타내는 모식도이다.

도 3은 압연 종료 후판의 평면형상과 제어패스시 두께 프로파일을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 선후단부와 정상부간의 두께변화량 도출방법을 설명하기 위한 플로우차트를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...슬라브, 4...도그본,

5...혀형상크롭, 6...피쉬테일형상크롭.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열간 후판 압연에서의 평면형상 제어방법은 에저 압연기와 유압식 수평 압연기를 포함하는 스라브의 열간 후판 압연 공정에 있어서,

(a)압연 종료 후판의 선후단부 크롭 프로파일과 크롭길이를 구하는 단계와,

(b)상기 단계(a)에서 구한 크롭 프로파일로부터 크롭형상계수를 도출하여 선후단부 압하변경 두께를 연산하는 단계와,

(c)폭내기 종료패스의 제어패스에서 형성된 도그본 발생부의 폭방향 회복량을 고려하여 압하변경두께를 보정하는 단계와,

(d)압연 종료 후 선후단부 크롭발생부 폭수축량을 보상하기 위한 제어패스의 압하변경폭을 구하는 단계와,

(e)상기 단계(c)를 거쳐 구한 제어패스 압하변경 두께를 소정의 제어패스 압하조건 범위내에서 조정하고 제어압연시 발생하는 폭변화량을 고려하여 폭내기 목표두께를 수정하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 일실시예에 따른 열간후판 압연에서의 평면형상 제어방법의 구성 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 압연 종료 후판의 평면형상과 제어패스시 두께 프로파일을 나타내는 모식도이다. 에저 압연을 실시한 경우의 선후단부 두께압하 변경에 의한 제어 압연은 에저압연을 실시하지 않는 경우와 기본 수식은 동일하나 고르기 압연시 제어압연을 실시하지 않는다는 점과 평균 크롭 길이에 다소 차이가 있다. 제어패스의 시기는 폭내기 압연 종료패스에 실시된다. 도 3(a)는 통상적인 후판압연 종료 후판의 선후단부 크롭 프로파일을 나타낸 것이다. 선후단부 크롭 프로파일은 실기실험을 통하여 다음의 수학식 1과 같은 4차식의 꼴과 근사화하였다.

여기서, △c는 선단부와 후단부의 평균 크롭길이,는 폭내기 종료패스시 압하변경 폭을 나타내며, 평균 크롭길이(△C)는 실기 측정결과로부터 다음의 수학식 2와 같은 꼴로 수식화된다.

여기서, λ₂는 폭내기 압연비, λ₃는 길이내기 압연비를 나타낸다. 압연 종료 후판의 혀형상 프로파일에서 폭 수축 발생부에 해당하는 체적(V1)을 정리하면 다음 수학식 3으로 표현할 수 있다.

여기서, △C*=2△C 이며 선단부와 후단부의 크롭길이를 합한 총 크롭길이이며, H_F는 압연 종료 후의 날판 두께를 나타낸다. 상기의 폭수축 발생부에 대한 체적을 보상하기 위한 제어패스 즉, 폭내기 종료패스시 적용할 제어압연 두께보상 체적(V2)는 도 3(b)에서와 같이 다음의 수학식4로 나타낸다.

여기서 △H_DB는 제어패스시 선후단부와 정상부간의 압하변경 두께, L_B는 제어패스시 스라브 길이를 나타낸다. 상기 수학식 3과 4를 같게 놓으면 제어패스시 적용할 압하변경 두께는 다음의 수학식 5로 표현된다.

여기서, β는 크롭 프로파일을 나타내는 보정계수이며 크롭 프로파일로부터 0.2 값을 구하였다. 그러나, 제어압연시 발생한 선후단부 돌출형상(이하 도그본(dog bone)이라 함)이 그 다음 압연 공정인 길이내기 압연을 실시하게 되면 그 도그본 형상이 압하되면서 일부는 압연 방향인 판 길이방향으로 그리고 일부는 다시 폭방향으로 회복현상을 일으키게 되므로 이를 고려한 압하변경 두께(△H_DB)는 다음 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

여기서, ζ는 압연조건에 따라 결정되는 제어 압연에 의한 수평압연 폭퍼짐량 보정계수로써 모델 실험을 통하여 얻은 결과 입측폭에 따라 1.5~2.0 범위의 값을 도출하였다. 한편, 선후단부와 정상부간의 제어패스시 적용할 압하변경 폭(△W_DB)은 판폭에 따라 차이가 있으며 실기실험을 통하여 하기 수학식 7과 같은 꼴을 구하였다.

여기서, W는 폭내기 압연 종료 후의 판 폭을 나타낸다.

또한, 통상의 폭내기 목표두께(△H) 계산식은 폭내기 압연 전의 입측 두께(H₁), 입측폭(W₁)과 폭내기 압연 종료 후의 판폭(W_B)과 길이내기 공정에서의 판폭 변화량(△W_F)으로 나타내어진다.

그러나, 상기의 수학식8은 제어압연시 통상의 폭내기 목표두께 계산식을 사용하게 되면 선후단부 두께보상에 의한 폭이 감소하기 때문에 압연 종료후 제품 폭에 미달하는 폭 부족현상을 일으키게 된다. 따라서, 폭내기 목표두께 계산식은 하기와 같은 폭변화량을 고려하여 설정하여야 한다. 폭내기 종료 패스시 제어 압연에 의한 폭내기 목표 폭 부족량(-값)과 제어압연 후 발생한 도그본 형상이 차기 패스인 수평압연의 실시에 의한 폭퍼짐량(+값)을 고려하여 엄밀히 계산해야 한다. 첫째로 제어압연에 의한 폭 부족현상에 의한 보정두께(△H₁)는 도그 본 발생부에 대한 면적을 폭내기 목표 폭과 길이내기 압연공정에서의 폭 변화량을 합하여 나눈 값으로 표현되며 이는 수학식 9와 같다.

여기서, S*는 도그본 발생면적/쪽(㎟),W_B는 폭내기 목표폭, △W_F는 길이내기압연 공정에서의 폭변화량을 각각 나타낸다. 둘째로 제어패스 후 형성된 선후단부의 도그본 발생량이 차기 공정인 길이내기 패스를 실시하게 되면 폭 방향의 폭 회복현상이 발생하므로 이와 같은 폭 회복량(△W)을 모델압연 실험을 통하여 수학식11과 같은 식의 꼴로 구하였다.

따라서, 최종 폭내기 목표두께(H*)에 대한 수정식은 상기 수학식 9~11식의 관계로부터 다음의 수학식 12로 정리된다.

상기의 폭내기 종료 패스시 선후단부에 적용되는 압하변경 두께, 폭과 폭내기 목표두께 수정 식으로부터 실기에 적용할 제어범위를 하기와 같은 절차에 의해 최종 결정하게 된다. 도 4는 본 발명에 따른 열간 후판 압연에서의 평면형상 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트를 나타낸 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 제어패스시 적용할 압하범위의 계산은 먼저 단계(s10) 및 단계(s15)에서 압연 조건 중 제어 대상재를 선택한다. 제어 대상 범위는 사이징 슬라브, 스텐레스 슬라브, 광폭 압연재의 경우만 포함하며 여기서 광폭 압연재는 폭내기비(λ₂)가 1.8 이상을 의미한다.

단계(s20)에서는 상기 수학식 2에 의하여 선후단부 평균 크롭 길이(△C)를 구하고 다음 단계(s25)및 단계(s30)에서는 수학식 6에 의해 도그 본 폭 퍼짐 보정계수를 고려하여 제어패스에 적용할 선후단부 압하변경 두께(△H_DB)와 압하변경 폭(△W_DB)을 계산한다.

다음 단계(s35)에서는 상기 단계에서 구한 압하변경 두께를 폭내기 종료패스의 두께 압하량(△H)와 비교하여 최종 압하변경두께를 결정한다. 즉, 폭내기 종료패스 압하량이 제어패스 압하변경 두께를 초과하면 압하변경 두께는 단계(s40)에서 로드셀의 메탈인(metal-in) 신호를 인식하기 위한 최소 압하량을 고려하여 폭내기 종료패스 압하량의 80%범위의 값을 사용한다.

단계(s45)에서 상기 수학식 12를 이용하여 제어패스 적용에 의한 폭내기 패스 폭 감소량(△W_DB)을 계산하고, 단계(s50)에서는 도그본 발생부에 대한 폭방향 회복량(△W_DB)을 계산하고, 그에 따라 단계(s55)에서는 최종 폭내기 목표두께(H*)를 계산한다.

상기한 바와 같은 과정에 의하여 에저 압연을 포함하는 열간 후판 압연 공정에 있어서 에저 압연으로는 선후단부 평면형상 제어가 불가능한 대상재를 선정하여 압연 패스 스케쥴에 의해 압연종료 후 판의 크롭길이와 폭 수축 발생폭을 미리 예측하여 제어패스시 적용할 압하변경 두께와 압하변경 폭으로 환산하고 폭내기 종료 패스시 선후단부와 정상부 간 롤갭 변화를 설정하게 되면 선후단부에 발생하는 크롭형상 개선과 크롭길이를 효과적으로 줄일 수 있어 열간 후판 제품의 실수율 개선효과가 크다.

(실시예)

다음의 표1은 압연 조건별 제어패스시 적용할 압하 변경 두께와 폭을 계산한 오프라인 시뮬레이션 결과예이며 표 2는 본 발명에서 제안한 평면형상 제어방법을 실기에 적용한 후의 크롭형상 개선효과이며 표 3은 총 크롭길이 저감효과를 나타낸 것이다.

스라브두께	스라브폭	판두께	판 폭	폭내기 압연비	길이내기 압연비	크롭길이(선단+후단)	압하변경두께(길이:3500mm)	압하변경폭
120	1600	6	2000	1.25	16	1251	1.07	688
		6	3000	1.87	10.6	778	0.93	514
		10	2000	1.25	9.6	974	1.95	688
		10	3000	1.87	6.4	494	0.7	514
		15	2000	1.25	6.4	713	1.52	688
140		6	2000	1.25	18.6	1270	1.08	688
		6	3000	1.87	12.4	877	0.75	514
		10	2000	1.25	11.2	1074	1.53	688
		10	3000	1.87	7.46	571	0.82	514
		15	2000	1.87	4.97	384	0.82	514
		15	3000	2.5	3.73	203	0.44	341

비교	판폭,mm(판두께:10~15mm)	비고
	2500~3000		3000~3500
적용전 크롭형상	분석매수	39	53	Tongue형 :71%fishtail형:29%
	혀형상크롭	30	35
	피쉬테일 크롭	9	18
적용후 크롭형상	분석매수	100	104	Tongue형 :24%Fishtail형 : 76%
	혀형상크롭	25	25
	피쉬테일크롭	75	79

비 교	길이내기비	분석매수
	2~5		5~8	8~11	11~14	14~17
적용전 크롭 길이	293	546	723	855	993	95매
적용후 크롭길이	263	462	643	798	913	150매

상기 실시예의 결과에서 나타난 바와 같이 본 발명에서 제안하는 방법을 사용하였을 경우 종전의 방법을 적용한 결과보다 크롭 형상의 경우 피쉬테일 크롭이 60% 개선효과가 있었으며, 선단부와 후단부의 크롭길이를 합한 총 크롭길이도 종전 대비 10% 의 감소효과를 얻었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열간 후판 압연에서의 평면형상 제어방법에 따르면 유압식 수평 압연기를 갖는 열간 후판 압연 공정에 있어서 에저 압연기를 사용하여 선후단부 크롭을 개선할 수 없는 두께가 얇은 스라브의 압연조건에 대하여 압연 종료후 판의 선후단부의 크롭발생량을 미리 예측하여 폭내기 압연 종료 패스의 허용가능 범위조건에서 적정 압하변경두께와 폭을 설정하여 크롭량을 효과적으로 제어함으로써 후판제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 에저 압연기와 유압식 수평 압연기를 포함하는 스라브의 열간 후판 압연 공정에 있어서,

   (a)압연 종료 후판의 선후단부 크롭 프로파일과 크롭길이를 구하는 단계와,

   (b)상기 단계(a)에서 구한 크롭 프로파일로부터 크롭형상계수를 도출하여 선후단부 압하변경 두께를 연산하는 단계와,

   (c)폭내기 종료 패스의 제어패스에서 형성된 도그본 발생부의 폭방향 회복량을 고려하여 압하변경두께를 보정하는 단계와,

   (d)압연 종료 후 선후단부 크롭발생부 폭수축량을 보상하기 위한 제어패스의 압하변경폭을 구하는 단계와,

   (e)상기 단계(c)를 거쳐 구한 제어패스 압하변경 두께를 소정의 제어패스 압하조건 범위내에서 조정하고 제어압연시 발생하는 폭변화량을 고려하여 폭내기 목표두께를 수정하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열간 후판 압연에서의 평면형상 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(e)는

   상기 단계(c)에서 구한 압하변경 두께를 폭내기 종료패스의 두께압하량과 비교하는 단계,

   상기 비교결과 폭내기 종료 패스의 두께 압하량이 제어패스시의 압하변경 두께이상인 경우에는 압하변경 두께를 폭내기 종료패스 압하량의 80%범위의 값으로 보정하는 단계,

   상기 제어 패스 적용에 의한 폭내기 패스 폭 감소량 및 도그본 발생부에 대한 폭방향 회복량을 계산한 후 계산된 보정값과 상기 압하변경두께로부터 최종 폭내기 목표두께를 수정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열간 후판 압연에서의 평면형상제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 압연 종료 후판의 폭내기비가 1.8이상인 광폭 압연재인가를 판단하고, 판단결과 압연 종료 후판의 폭내기비가 1.8이상인 경우에만 상기 단계(a)이하를 수행하는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간 후판 압연에서의 평면형상제어방법.