KR20020028348A

KR20020028348A - 냉간압연에서의 판파단 예지방법

Info

Publication number: KR20020028348A
Application number: KR1020000059284A
Authority: KR
Inventors: 송길호; 민광태; 이성진
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-04-17

Abstract

본 발명은 연속 냉간압연과정에서 강판이 끊어지는 판파단 현상을 미리 예지하는 방법에 있어서, 롤에서 발생하는 진동을 측정하여 판파단을 미리 예지하고 판파단 이외의 다른 이상 현상까지도 예지 가능한 연속 냉간압연에서의 판파단 예측방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 압연되는 강판의 상태를 측정하여 강판의 판파단을 예지하는 방법에 있어서, 상기 강판을 압연하는 롤에 설치된 롤초크의 진동을 측정하는 단계(S1)와, 측정된 진동데이터를 이용하여 특성파라메타와 공분산행렬 및 상관행렬 계산을 거쳐 복수의 주성분들을 계산하는 단계(S6)와, 상기 복수의 주성분들에 대하여 상기 진동데이터를 비교하여 상기 복수의 주성분들에서 설정된 안정범위 내에 상기 진동데이터가 포함되는지를 판단하는 단계(S8, S9)를 포함하는 판파단 예지방법이 제공된다.

Description

냉간압연에서의 판파단 예지방법{Diagnosis method of strip breakage in cold rolling}

본 발명은 연속 냉간압연과정에서 판파단이 발생하기 이전에 판파단을 예지하는 방법에 관한 것이며, 특히, 롤초크부위의 진동을 측정하여 계산된 복수의 주성분(principal component)을 이용하여 판파단 발생을 예지하는 판파단 예지방법에 관한 것이다.

강판(strip)은 압연기를 통과하면서 수요자가 원하는 두께로 압연된다. 이런 압연과정을 연속적으로 수행하기 위해 다수 개의 강판들의 선후단을 상호 용접하여 압연기를 통과시키면서 압연하는데, 이런 압연과정 중에 여러 원인으로 인하여 연결된 강판의 중간부가 끊어져 압연조업이 중단되는 사태가 발생하게 된다.

연결된 강판의 중간부가 끊어지는 것을 판파단이라 하며, 이런 판파단이 발생하게 되면, 끊어진 부위를 다시 용접하거나 또는 연결수단을 이용하여 재 연결하는 통판작업을 거친 후에 저속으로 판파단 부위가 압연기를 완전히 벗어나도록 한 후에 다시 압연속도를 올려 압연하게 된다. 따라서, 판파단이 발생하게 되면 생산량이 급격히 떨어지며 통판을 하기 위한 조업자의 많은 인력이 소요된다.

이와 같은 판파단은 다양한 원인에 의해 발생하지만, 그 중에서도 용접부위의 용접불량 및, 강판의 에지(edge)부(강판의 폭방향에서 양 끝단부)에 발생한 크랙(crack) 또는 스캐브(scab)에 의해 자주 발생한다.

한편, 강판의 용접부위는 다른 강종이 용접된 부위로서, 용접부위가 압연기를 통과할 때에는 그 압연속도가 한 강판의 중간부위를 압연하는 속도보다 낮게 압연하거나 또는 압하율을 낮춘다. 그리고, 트랙킹시스템이 용접부위를 감지하고 있으므로 용접부위의 판파단 위치를 쉽게 알 수 있고, 판파단된 강판의 단면이 일직선 이여서 재 용접이 편리하며, 압연속도가 저속 이여서 통판작업을 쉽게 수행할 수 있지만, 강판의 에지부에 형성된 결함 즉, 크랙 또는 스캐브에 의해 발생한 판파단은 고속압연 중에 발생하는 판파단으로서, 강판의 파단면이 롤을 강타하여 롤의 수명을 단축시킬 수 있으며, 고속압연에 의해 판파단된 두 강판의 파단거리가 멀리 떨어지게 되며, 또한, 판파단된 부위의 후(後)판은 진행방향을 이탈하게 되는 경우가 발생한다. 따라서, 불량용접에 의해 발생하는 판파단보다는 크랙 또는 스캐브에 의해 발생한 판파단의 통판작업이 어렵고 소요되는 시간이 오래 걸리게 된다.

이러한 강판의 에지부에서 발생하는 판파단을 예방하기 위한 방법으로서, "일본국 특개평 9-141311호(발명의 명칭 : 냉간압연방법)"에서는 압연시 에지크랙(edge crack) 발생을 감소시켜 에지크랙에 의한 판파단을 예방하기 위한 압연방법에 관하여 기술하고 있다. 그리고, "일본국 특개평9-141311호(발명의 명칭 : 냉간압연방법)"에서 기술한 내용과 비슷한 개념으로서, 냉간압연후의 에지드롭(강판의 중앙부보다 에지부의 두께가 얇아지는 결함)비율이 냉간압연전의 에지드롭 비율보다 크게 되도록 압연하여 판파단을 예방하는 "일본국 특개평10-005838호(발명의 명칭 : 냉간압연공정에서 에지크랙 방지방법)"가 공개되었다.

그러나, 이런 방법들은 에지부 압하율 증가에 의해 에지부 인장응력을 감소시키므로서 에지크랙 발생율을 감소시킬 수 있지만, 이런 방법으로 압연된 강판의 형상은 오히려 에지드롭이 증가하여 폭방향으로 균일한 두께를 가져야 하는 정품의 강판을 얻지 못하게 되어 제품의 품질을 저하시킨다.

한편, "일본국 특개소61-165204호(발명의 명칭 : 냉간압연에서 강판의 파단방지 방법)"에서는 산세공정 후에 열연판 에지부의 결함을 초음파 또는 레이저 등으로 검출하는 방법에 대하여 기술하고 있다. 열연판 에지부에 존재하는 결함을 측정하여 판파단을 예지하는 방법에서는 단지 에지크랙에 의한 판파단 발생을 예지하고 있지만, 앞에서 설명하였듯이, 판파단의 발생에는 불량용접과 크랙 또는 스캐브 외에 롤편심 등과 같은 다른 요소들이 있으나, 이런 다른 요인에 대해서는 예지할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 강판을 압연하는 롤에 설치된 롤초크의 진동을 측정하여 강판의 판파단을 예지하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 6단 압연기를 나타낸 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 작업롤의 롤초크에서 발생하는 진동을 측정하는 측정시스템을 나타낸 개략도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 냉간압연에서의 판파단 예지방법에 따른 흐름도이고,

도 4는 도 3에 도시된 판파단 예지방법에 따른 실제 판파단시의 진동데이터와 정상 압연시의 진동데이터를 수집하여 주성분 분석을 수행한 결과를 나타낸 그래프이며,

도 5는 도 3에 도시된 판파단 예지방법에 따른 분석한 결과에 따라 판파단의 원인이 될 수 있는 롤 편심발생과 베어링 결함 및 베어링 이상 발열을 나타낸 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1, 1', 2, 2', 3, 3' : 롤초크 4, 4' : 작업롤

5, 5' : 중간롤 6, 6' : 보강롤

10 : 6단 압연기 20 : 유압실린더

23 : 진동감지센서 25 : 자석

26 : 솔레노이드 밸브 29 : 공압실린더

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 압연되는 강판의 상태를 측정하여 강판의 판파단을 예지하는 방법에 있어서, 상기 강판을 압연하는 롤에 설치된 롤초크의 진동을 측정하는 단계와, 측정된 진동데이터를 이용하여 특성파라메타와 공분산행렬 및 상관행렬 계산을 거쳐 복수의 주성분들을 계산하는 단계와, 상기 복수의 주성분들에 대하여 상기 진동데이터를 비교하여 상기 복수의 주성분들에서 설정된 안정범위 내에 상기 진동데이터가 포함되는지를 판단하는 단계를 포함하는 판파단 예지방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 상기 복수의 주성분들을 계산하는 단계에서 특성파라메타는 수학식 1과 같이 정의되고, 공분산행렬의 성분은 수학식 2에 의해 계산되고, 상관행렬의 성분은 수학식 3에 의해 계산되며, 각각의 주성분은 수학식 5에 의해 계산된다.

아래에서, 본 발명에 따른 냉간압연에서의 판파단 예지방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 1은 일반적인 6단 압연기를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 작업롤의 롤초크에서 발생하는 진동을 측정하는 측정시스템을 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 냉간압연에서의 판파단 예지방법에 따른 흐름도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 6단 압연기(10)는 강판(15)의 상하에 위치하여 회전하면서 압연하는 두개의 작업롤(work roll)(4, 4')과, 두개의 작업롤(4, 4') 상하에 위치하는 두개의 중간롤(intermediate roll)(5, 5') 및, 두개의 중간롤(5, 5')의 상하부에 위치한 두개의 보강롤(back up roll)(6, 6')이 위치한다. 이런 각각의 롤(4, 4', 5, 5', 6, 6')의 양단부에는 롤초크(1, 1', 2, 2', 3, 3')가 설치되어 롤(4, 4', 5, 5', 6, 6')이 자유로운 회전을 하도록 지지한다. 한편, 상하 작업롤(4, 4')에 설치된 롤초크(1, 1')의 사이에는 롤초크(1, 1')의 거리를 조절하는 유압실린더(20)가 설치되고, 이런 유압실린더(20)의 스트로크 신축에 의해 롤초크(1, 1')의 거리는 제어되며, 이런 유압실린더(20)의 스트로크에 의해 강판(15)의 에지부에 가해지는 압하율이 제어된다.

한편, 이런 유압실린더(20)의 실린더블록(21)에는 공압실린더(29)가 고정되는데, 이 때, 공압실린더(29)의 로드(22)는 하부 작업롤(4')의 롤초크(1')가 위치한 방향을 향하도록 고정된다. 따라서, 공압실린더(29)의 스트로크가 신장되면 로드(22)의 단부는 롤초크(1')방향으로 이동된다. 이런 공압실린더(29)의 로드(22) 단부에는 진동감지센서(23)가 고정되며, 진동감지센서(23)에서 롤초크(1')와 대응하는 면에는 자석(25)이 고정된다. 따라서, 공압실린더(29)의 스트로크가 신장되면 자석(25)이 롤초크(1')에 부착된다.

이런 공압실린더(29)의 스트로크를 제어하는 솔레노이드 밸브(26)는 롤 회전 및 정지를 제어하는 제어부(28)에 연결되어 있어 롤이 회전하게 되면 공압실린더(29)의 스트로크가 신장하여 자석(25)이 롤초크(1')에 부착되고, 롤초크(1')에서 발생되는 진동을 진동감지센서(23)에서 측정한다. 그리고, 롤의 회전이 정지되면 공압실린더(29)의 스트로크가 수축되어 롤초크(1')로부터 진동감지센서(23)는 이격된다.

아래에서는 앞에서 설명한 바와 같이 작동하는 공압실린더의 로드에 고정된 진동감지센서로부터 입력된 진동데이터를 이용하여 판파단을 예지하는 방법에 관하여 상세히 설명하겠다.

진동감지센서(23)에서 측정된 진동데이터는 주성분(principal component) 분석과정을 거쳐 그 결과에 의해 현재 강판의 상태를 진단하게 되는데, 주성분 분석의 개념은 다음과 같다. 주성분 분석이란, p개의 특성값으로부터 다수 개의 주성분들을 추출하고, 다수 차원에서 추출된 다수의 주성분값들을 검토하므로서 어떤 데이터가 가지는 본질적인 정보를 알아내는 한 방법이다.

본 발명의 판파단 예지방법에 적용되는 주성분 분석의 구체적인 절차는 아래에서 상세히 설명하겠다.

측정된 진동데이터의 M개의 측정결과(S1)로부터 각각 p종류의 특성파라메타를 구하게 되는데, 각각의 파라메타인 S_ij(i=1~p, j=1~m)를 벡터형식으로 정의하면 수학식 1과 같다(S2).

수학식 1에서와 같이 정의된 특성파라메타 성분(S_ij)을 이용하여 공분산행렬을 구한다. 이 때, 공분산행렬 C의 성분c_ij는 수학식 2에서와 같이 구한다(S3).

여기에서,은 S_j의 평균값이다.

그리고, 상관행렬 R의 성분 r_ij는 수학식 3에서와 같이, 공분산행렬 C의 성분 c_ij를 S_i의 표준편차(s_i)와 S_j의 표준편차(s_j)로 나누어 계산한다(S4).

다음은 앞에서의 수학식 1, 2, 3을 통해 계산된 상관행렬 R의 고유값과 그에 상응하는 고유벡터를 구하고(S5), 그 고유값과 고유벡터를 이용하여 주성분 분석을 행한다. 이 때, 수학식 4에서와 같이, 상관행렬 R의 고유값과 고유벡터를 각각 λ_i(i=1~p)와 l_i라고 정의하면, m번째에서 데이터의 제 i주성분(z_i)은 수학식 5에서와 같이 구할 수 있다(S6).

여기에서,_rmsS_i는이다.

이와 같이, 주성분들이 구해지면 소수차원에서의 주성분들의 신뢰구간을 결정하고, 결정된 신뢰구간에서 수집 데이터들의 상태를 최종적으로 판정한다.

수학식 6과 수학식 7은 각각 99.8%와 68%의 신뢰구간을 나타낸다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 앞에서 설명한 주성분 분석의 개념을 이용한 본 발명의 판파단 예지하기 위한 과정은 다음과 같다.

먼저, 압연기에 설치된 진동감지센서로부터 수집된 진동데이터를 이용하여 일정개의 특성파라메타를 수학식 1에서 정의한 바와 같이 구하는데, 이 특성파라메타에는 파고율(crest factor), 첨도(kurtosis), 파형률 주파수(shape factor frequency), 파고율 주파수(crest factor frequency), 평균 주파수(average frequency) 등이 있다. 그리고, 구해진 특성파라메타값들은 수학식 2를 통해 공분산행렬로 구해지며, 이는 다시 수학식 3을 통해 상관행렬을 구한다.

다음으로, 고유값(λ_i(i=1~p)) 및 고유벡터(l_i)를 계산하고 구해진 고유값 및 고유벡터를 수학식 5를 통해 주성분(Z_i)을 계산한다. 여기에서, 구해진 p개의 주성분들 중에서 판파단 예지수단으로 사용되는 주성분은 1차 주성분(1st principal component)과 2차 주성분(2nd principal component)이다. 이와 같이, 1차, 2차 주성분 상에서 신뢰구간 68%와 99.8%로 그 결과를 비교하였을 때에(S7), 이상 현상에 따라 정상 데이터 대비 1차, 2차 주성분 상에서의 그 결과값의 위치는 각각 강판의 특성을 나타내게 된다. 본 발명에서는 판파단 예지를 위한 1차, 2차 주성분 값의 범위를 1차 주성분은 -18 이하로 하고, 2차 주성분은 -1 이하로 설정한다. 따라서, 1차 주성분 값이 -18 이하이면서 2차 주성분 값이 -1이하이면, 판파단 발생의 위험이 있는 것으로 판단한다(S8, S9). 이와 같이 판파단의 위험이 판단되면 알람시스템에 의해 경고음을 발생하고, 롤의 회전을 중지시킨다.

도 4는 본 발명에 따른 판파단 예지의 효과를 분석하기 위한 실제 판 파단시의 진동데이터와 정상 압연시의 진동데이터를 수집하여 주성분 분석을 수행한 결과를 그래프로 나타내었다.

도 4에 도시된 바와 같이, 정상 압연시와 판파단 전의 데이터를 1차 주성분과 2차 주성분으로 분석한 결과, 데이터의 위치 상에서 확연히 구분됨을 알 수 있다. 그래프 상에서 1~4까지의 데이터는 정상 압연으로 판단되는 구역(그래프에서 면적이 큰 원)내에 위치하고, 5~8까지의 데이터는 판파단 발생의 위험이 내재한 구역에 위치함을 알 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 판파단 예지의 효과를 분석한 결과에 따라 판파단의 원인이 될 수 있는 롤 편심발생과 베어링 결함 및 베어링 이상 발열을 나타낸 그래프이다.

도 5에서 (a)는 롤편심 발생시에 나타난 결과의 그래프이고, (b)는 베어링 결함 발생시에 나타난 결과의 그래프이며, (c)는 베어링 이상 발열시에 나타난 결과의 그래프이다.

도 5의 (a),(b),(c)에서의 면적이 큰 타원의 구역은 정상적인 압연상태를 나타내고 있다. 따라서, 각각의 그래프에 도시된 데이터 중에서 큰 타원의 내부에 위치한 데이터는 정상적인 데이터를 나타낸다.

따라서, 본 발명의 판파단 예지방법은 수집된 진동데이터를 이용하여 계산된 1차, 2차 주성분들로부터 강판의 상태를 예지하여 판파단의 발생을 알 수 있으며, 그 외에도 판파단의 원인 또는 조업의 불안정 상태의 원인 등을 알 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉간압연에서의 판파단 예지방법은 압연하는 작업롤의 진동상태를 측정하여 강판의 상태를 파악하여 판파단을 예지하는 방법으로서, 판파단의 예지 뿐만 아니라 롤편심 및 베어링의 결함 등을 예지할 수 있어 압연작업에서의 불안정상태를 예지할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 냉간압연에서의 판파단 예지방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

압연되는 강판의 상태를 측정하여 강판의 판파단을 예지하는 방법에 있어서,

상기 강판을 압연하는 롤에 설치된 롤초크의 진동을 측정하는 단계와,

측정된 진동데이터를 이용하여 특성파라메타와 공분산행렬 및 상관행렬 계산을 거쳐 복수의 주성분들을 계산하는 단계와,

상기 복수의 주성분들에 대하여 상기 진동데이터를 비교하여 상기 복수의 주성분들에서 설정된 안정범위 내에 상기 진동데이터가 포함되는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판파단 예지방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 주성분들을 계산하는 단계에서 특성파라메타는 식 1과 같이 정의되고, 공분산행렬의 성분은 식 2에 의해 계산되고, 상관행렬의 성분은 식 3에 의해 계산되며, 각각의 주성분은 식 4에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 판파단 예지방법.

[식 1]

여기에서, S_ij(i=1~p, j=1~m)은 특성파라메타들이다.

[식 2]

여기에서,은 S_j의 평균값이며, M은 측정결과의 개수이다.

[식 3]

여기에서, r_ij는 상관행렬 R의 성분이고, c_ij는 공분산행렬 C의 성분이고, s_i는 S_i의 표준편차이며, s_j는 S_j의 표준편차이다.

[식 4]

여기에서, l_i는 상관행렬 R의 고유벡터이고, z_i는 m번째에서 데이터의 제 i주성분이며,_rmsS_i는이다.