KR20020048485A - 연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서두께제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 냉간압연 공정에서 서로 조건이 다른 열연코일이 용접되어 압연될 때 전, 후 코일에 대한 설정값 변경으로 스탠드간 장력변동이 크게 발생해 자동두께제어장치가 작동되지 않는 무 제어구간에서의 두께 제어시 별도의 추가적인 시스템없이 목표두께를 벗어나는 오프 게이지 길이를 감소시키는 두께제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 두께제어방법은, 1번 스탠드 입측 두께계(1)를 이용하여 열연판 두께편차를 측정하고 이를 이용해 프로그래머블 컨트롤러(5 ; PLC, Programable Logic Controller)레벨에서 수정 롤 갭과 롤 속도를 계산하고 이 계산된 롤 갭과 롤 속도로 수정하는 단계와, 롤 갭과 롤 속도 수정 직후 1번 스탠드에 피이드 포워드 AGC(8 ; Automatic Gauge Controller) 및 피이드 백 AGC(9)를 작동시켜 두께를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서 두께제어방법{Method of thickness control in flying gauge change zone of tandem cold rolling mill}

본 발명은 두께제어방법에 관한 것이며, 특히, 열연코일을 용접하여 연속적으로 압연을 행하는 연속 냉간압연 공정에서 용접된 전, 후 코일의 두께, 폭, 강종 등이 서로 다를 경우 압연이 진행되는 과정에서 후행 코일의 목표두께를 얻기 위해 압연기의 상태(롤 갭, 롤 속도)를 변경시켜 두께를 제어하는 방법에 관한 것이다.

열연코일을 용접하여 연속적으로 압연을 행하는 연속 냉간압연 공정에서 용접되는 전, 후 코일의 조건, 즉 열연코일 두께, 목표 냉연코일 두께, 강종 및 폭의 상태에 따라 두께를 제어하는 방법이 다르기 때문에, 이들 조건에 따라 두께를 제어하는 과정에서 압연되는 코일길이 방향으로 목표두께를 벗어나는 구간에 상당한 차이를 발생시키고 있다.

용접된 전, 후 코일의 조건에 따라 가장 크게 차이를 나타내는 것이 자동두께제어(AGC, Automatic Gauge Controller)시스템의 작동 유, 무이다. 이 자동두께제어 시스템에 있어서, 1번 스탠드에는 피이드 포워드(FF) AGC와, 피이드 백(FB) AGC 및 비스라(BISRA) AGC 등이 있으며, 나머지 스탠드는 각 스탠드 입, 출측에 설치되는 두께계(1) 및 판속계를 이용하는 매스 플로우(mass flow) AGC로 구성되어 있다.

용접된 전, 후 코일의 조건이 동일하면 용접점이 각 스탠드를 통과할 때만 순간적으로 자동두께제어 시스템이 정지되지만, 용접된 전, 후 코일의 조건이 다르면(열연코일두께 및 냉연코일 두께 1mm 이상, 폭 10mm 이상, 강종그룹 1그룹 이상)압연 상태량(스탠드간 장력)이 크게 변동되기 때문에, 용접점이 1번 스탠드 2m 전방 도착시점부터 2번 스탠드를 통과하는 시점까지(통상 8 ~ 9m)는 자동두께제어장치가 작동되지 않고, 후행 코일의 목표두께를 맞추기 위해 기본적인 압연기 셋팅(롤 갭, 롤 속도)값만 변경시키게 된다(도 1 참조).

따라서, 동일 조건의 코일이 용접된 경우에 비해 서로 다른 조건의 코일이 용접된 경우에는 상기와 같은 자동두께제어장치가 작동되지 않는 무 제어구간을 포함하고, 여기에다 용접된 열연코일의 선, 후단부에 발생하는 두께편차(통상 100mm)로 인해 다량의 목표두께를 벗어나는 구간(통상 15m)을 발생시켜 실수율 저하는 물론, 후 공정인 연속 소둔공정의 로 내에서 판파단을 발생시키는 등의 작업성을 저하시키고 있다. 따라서, 이와 같이 자동두께제어장치가 작동되지 않는 무 제어구간에서 두께제어 정도를 향상시키는 방법은 후행 코일에 대한 롤 갭 변경시 설정되는 롤 갭의 정도를 향상시키는 것이다.

정확한 롤 갭을 얻기 위해서는 기본적으로 압연하중이 정확히 예측되어야 하는데, 이러한 압연하중을 정확히 예측하기 위한 방법으로는 압연소재의 변형저항 및 마찰계수 예측의 정도를 향상시키고, 압연하중 계산시 소재와 롤 간의 접촉부에서 발생하는 탄성변형부분까지 고려하여 압연하중을 계산하는 방법["Technology of flying gauge change in fully continuous cold rolling mill for thin gauge steel strip", 1987]이 있다. 하지만, 이 방법은 기본적으로 열연코일의 정상 압연부의 두께를 고려하기 때문에, 용접되는 전, 후 코일의 선, 후단부에서 발생하는 두께편차로 인해 생기는 오프 게이지(off-gauge)에는 대응 능력이 없는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해 다이나믹 셋업(dynamic set-up)방법 ["Development of dynamic set-up system in the tandem cold rolling mill", 1997, NKK]이 사용되고 있는데, 이는 무 제어구간에서 열연판 선, 후단부에서 발생하는 두께편차에 대응하기 위해 각 스탠드의 입측에 설치되어 있는 두께계(1)에서 실측된 두께편차 정보를 이용하는 것이다. 즉, 1차적으로 정상부 열연코일의 두께정보에 의해 계산된 롤 갭을 설정하고, 다음에 각 스탠드 입측에 설치되어 있는 두께계에서 실측된 두께편차를 고려하여 용접점이 각 스탠드를 통과하는 시점에서 1차적으로 설정된 롤 갭을 보정해 주는 것이다(도 2 참조).

그러나, 다이나믹 셋업 방법은 열연판의 선, 후단부에서 발생하는 두께편차 대응에 상당히 효과가 좋은 방법이지만, 시스템 구성상 실측된 열연판의 두께편차, 즉 열연판 두께편차 수집부(3)에 수집된 자료를 통해 보정롤 갭을 계산하는 별도의 계산기 시스템(4)과 복잡한 PLC(5 ; Programmable Logic Controller) 프로그램이 수반되어야 하므로 경제적, 시간적인 추가 비용이 필요하다.

도면에서, 미설명부호 2는 작업롤, 6은 압연기 셋업 계산기 컴퓨터, 7은 롤 갭을 제어하는 유압 실린더를 각각 나타낸다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연속 냉간압연 공정에서 서로 조건이 다른 열연코일이 용접되어 압연될 때 전, 후 코일에 대한 설정값 변경으로 스탠드간 장력변동이 크게 발생해 자동두께제어장치가 작동되지 않는 무 제어구간에서의 두께 제어시 별도의 추가적인 시스템없이 목표두께를 벗어나는 오프 게이지 길이를 감소시키는 두께제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서 동일코일 용접시(a)와 서로 다른 코일 용접시(b)의 자동두께제어 장치의 작동패턴을 도시한 도면이고,

도 2는 다이나믹 셋업 작동 개념도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서 두께제어방법에 대한 개념도이고,

도 4는 도 3에 도시된 두께제어방법에 대한 순서도이며,

도 5는 본 발명의 방법(a))과 종래 방법(b)의 적용시 주행간 두께변경구간에서의 두께제어 정도를 비교한 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 두께계 2 : 작업롤

3 : 열연판 두께편차 수집부 4 : 계산기 시스템

5 : PLC 6 : 압연기 셋업 계산기 컴퓨터

7 : 유압 실린더 8 : 피이드 포워드 AGC

9 : 피이드 백 AGC

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 두께제어방법은, 1번 스탠드 입측 두께계를 이용하여 열연판 두께편차를 측정하고 이를 이용해 프로그래머블 컨트롤러(PLC, Programable Logic Controller)레벨에서 수정 롤 갭과 롤 속도를 계산하고 이 계산된 롤 갭과 롤 속도로 수정하는 단계와, 상기 롤 갭과 롤 속도 수정 직후 1번 스탠드에 피이드 포워드 AGC(Automatic Gauge Controller) 및 피이드 백 AGC를 작동시켜 두께를 제어하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서 두께제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서 두께제어방법에 대한 개념도이고, 도 4는 도 3에 도시된 두께제어방법에 대한 순서도이다.

본 발명은 자동두께제어장치의 무 제어구간에서 목표두께를 벗어나는 오프 게이지 길이를 감소시키기 위한 것으로서, 그 방법은 1번 스탠드 입측에 설치되어 있는 두께계(1)에서 실측한 두께편차 정보를 이용하는 것과, 1번 스탠드에서의 피이드 포워드 AGC(8) 및 피이드 백 AGC(9)를 이용하는 것으로 구성된다.

먼저, 1번 스탠드 입측에 설치되어 있는 두께계(1)를 이용하는 방법은 다음과 같은 단계로 구분된다.

첫째, 용접점이 1번 스탠드 입측 두께계(1)를 통과하고 500msec가 경과한 후 연속 20msec 주기로 10회에 걸쳐 두께편차를 측정한다. 즉, 열연판 두께편차 수집부(3)를 통해 두께편차를 수집한다(S1). 이 때, 용접점이 1번 스탠드 입측 두께계(1)의 통과 후 500msec 동안 대기하는 것은 용접점 인접부에 용접점을 인식하도록 구멍을 가공하는데 두께계(1)에서 이 구멍을 측정했을 때의 데이터를 피하도록 하기 위한 것이다.

둘째, 수집한 두께편차 데이터의 평균값(ΔH)을 계산한다(S2).

셋째, 이와 같이 하여 결정된 두께편차(ΔH)를 이용하여 보정롤 갭을 아래의 수학식 1에 의해 PLC(5)에서 계산한다.

여기서, ΔS는 계산되는 보정롤 갭, ∂P/∂H는 열연판의 두께편차에 의한 압연하중 변화량[상위 계산기 컴퓨터(6)로부터 PLC(5)로 전송 받음(S3)], ΔH는 두께계(1)에서 실측된 두께 편차량, M은 압연기 강성값을 각각 나타낸다. 수학식 1에서 열연판의 두께편차에 의한 압연하중 변화량(∂P/∂H)에 실측 두께 편차량(ΔH)을 곱해주면, 실제 열연판의 두께편차에 의한 압연하중 변화량을 나타내게 된다. 그리고, 이 값을 압연기의 강성(M)으로 나누어 주게 되면 그 때의 롤 갭이 계산된다(S4).

넷째, 용접점이 1번 스탠드를 통과하는 시점에서 원래 변경해야 하는 롤 갭에다 열연판의 두께편차에 의한 계산 보정롤 갭을 더하여 롤 갭을 변경하는데 수학식 2로 표현된다.

여기서, S_new는 새로 설정되는 롤 갭, S_old는 원래 변경해야 되는 롤 갭, ΔS는 보정롤 갭을 각각 나타낸다. 그리고, 두께제어의 주 수단은 롤 갭과 롤 속도인데, 상기와 같이 롤 갭을 보정해 주게 되면 그에 상응하는 롤 속도도 보상해 주어야 한다(S5, S6). 보상 롤 속도 산출을 위한 계산식은 수학식 3과 같다.

여기서 ΔV₁₁은 보상롤 속도, ΔV₁₁ ^*는 두께편차 발생에 의한 롤 속도 변화량, V₁₁은 원래 롤 속도 변경량을 각각 나타내며, V₁₁과 V₁₁ ^*는 아래의 수학식 4, 5와 같이 표현된다.

여기서 Ⅰ,는 용접코일의 전, 후를 나타내고, f₁, f₂는 1, 2번 스탠드의 출측 선진율, h₁, h₂는 1, 2번 스탠드의 출측두께,는 열연판의 두께편차에 의한 1번 스탠드의 출측 선진율과 정상부 두께 고려시의 선진율, V₂₀은 2번 스탠드의 속도를 각각 나타내며,는 수학식 6으로 표현된다.

여기서,는 열연판의 두께편차에 의한 1번 스탠드의 출측 선진율 변화량을 나타내며, 수학식 7로 나타낼 수 있다.

여기서, ∂f/∂H는 열연판의 두께편차에 대한 선진율의 변화량을 나타낸다.

상기에서는 서로 조건이 다른 열연코일이 용접되어 압연될 때 자동두께제어장치가 작동되지 않는 무 제어구간에서 오프 게이지 길이를 감소시키기 위한 방법 중 1번 스탠드 입측 두께계(1)를 이용하는 방법에 대해 설명하였다.

그리고, 여기서 제시한 방법이 앞에서 간단하게 언급했던 종래의 다이나믹셋업 방법과 유사하게 생각할 수 있으나, 1번 스탠드 입측 두께계(1)를 이용한다는 것은 동일하지만 그 이후의 방법에서는 상당히 다르다.

즉, 종래의 다이나믹 셋업 방법은 1번 스탠드 입측의 두께계(1)를 이용하여 열연판의 두께편차를 측정하고, 이 정보를 별도의 계산기 시스템(4)으로 전송해 셋업 프로그램 계산에 의해 롤 갭을 재 산출한다. 그리고, 이 결과를 PLC(5)로 전송하게 되는데, 셋업 계산기 시스템(4)과 PLC(5)간의 복잡한 추가 인터페이스가 필요하게 된다. 반면, 본 발명에서 제시하는 방법은 열연판의 두께편차 정보를 받아 셋업 프로그램을 재계산하는 계산기 시스템(4)이 필요하지 않아, 이 계산기 시스템(4)과 롤 갭 출력용 PLC(5)간의 추가적인 복잡한 인터페이스 작업이 필요하지 않다. 도 3에서 미설명부호 2는 작업롤, 7은 롤 갭을 제어하는 유압 실린더를 각각 나타낸다.

그리고, 무 제어구간에서 오프 게이지를 줄이기 위해 제안하는 두번째 방법은 첫번째 제안한 방법에 의해 열연판의 두께편차에 의한 롤 갭 수정이 이루어진 직 후, 곧바로 피이드 포워드 AGC(8)와 피이드 백 AGC(9)를 작동시키는 방법이다(종래 방법에서는 피이드 포워드 AGC 및 피이드 백 AGC는 용접점이 1번 스탠드 2m 전방 도착시점부터 2번 스탠드 통과 후 까지 작동되지 않음).

이와 같이 롤 갭이 수정된 직후부터 피이드 포워드 AGC(8) 및 피이드 백 AGC(9)를 작동하는 이유는 1번 스탠드 입측 두께계(1)에서 측정된 두께편차량 만큼 롤 갭을 보정하게 되면 열연판의 두께편차의 전체 경향이 보정되기 때문이다. 즉, 두께편차가 특정부분에서 일정한 양을 가지는 것이 아니고, 어떤 프로파일[점점 감소하거나 점점 증가하는 형태, 또는 (+)측에서 (-)측으로 변화하는 형태]을 가지게 되므로, 롤 갭 수정 후 상기 AGC(8, 9)들을 작동시키지 않으면 (-)편차를 가지는 부분은 오히려 (-)측으로 더 큰 편차를 발생시키게 된다. 따라서, 롤 갭 수정 후 바로 목표두께로 수렴시키기 위해 열연판의 두께편차에 대응하고 목표두께로 수렴시키는 역할을 하는 피이드 포워드 AGC(8) 및 피이드 백 AGC(9)를 작동시키게 되는 것이다.

도 5는 주행간 두께 변경구간에서 두께 제어시 본 발명에서 제시한 방법(a)과 종래 적용중인 방법(b)에 대한 효과 비교를 위해 현장 실험을 통해 얻은 두께제어 경향을 나타낸다. 비교에 사용된 전, 후 용접된 코일의 사양은 본 발명의 적용시는 열연두께 2.3mm/2.3mm, 냉연두께 0.328mm/0.428mm, 폭 1129mm/1111mm, 항복강도 27kgf/mm²/27kgf/mm²의 조건을 사용하였으며, 종래 적용중인 방법 검토시는 열연두께 2.3mm/2.3mm, 냉연두께 0.33mm/0.4mm, 폭 1169mm/1151mm, 항복강도 27kgf/mm²/27kgf/mm²의 조건을 사용하였다.

도 5의 그래프는 1번 스탠드 입측 두께편차 즉 열연판 소재 두께편차, 1번 스탠드 출측 두께편차 그리고 마지막인 4번 스탠드 출측 두께편차를 각각 나타내는데, 본 발명에서 제시한 방법 적용시 종래 적용중인 방법에 비해 최종 제품(4번 스탠드 출측 두께편차)의 두께편차 감소는 물론 목표두께를 벗어나는 구간이 상당히 감소함을 알 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 두께제어방법은 자동두께제어장치가 작동되지 않는 무 제어구간에서의 두께 제어시 별도의 추가적인 시스템없이 목표두께를 벗어나는 오프 게이지 길이를 감소시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 두께제어방법에 대한 기술사항을 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 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 연속 냉간압연 공정의 주행간 두께변경구간에서 두께를 제어하는 방법에 있어서,

   1번 스탠드 입측 두께계를 이용하여 열연판 두께편차를 측정하고 이를 이용해 프로그래머블 컨트롤러(PLC, Programable Logic Controller)레벨에서 수정 롤 갭과 롤 속도를 계산하고 이 계산된 롤 갭과 롤 속도로 수정하는 단계와, 상기 롤 갭과 롤 속도 수정 직후 1번 스탠드에 피이드 포워드 AGC(Automatic Gauge Controller) 및 피이드 백 AGC를 작동시켜 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 두께제어방법.
2. 제1항에 있어서, 용접부가 1번 스탠드 입측 두께계를 통과하고 500msec가 경과한 후 연속 20msec 주기로 10회에 걸쳐 두께편차를 측정하는 것을 특징으로 하는 두께제어방법.