KR20020050846A - 압연공정에서의 압연속도 보상장치 및 그 보상방법 - Google Patents

압연공정에서의 압연속도 보상장치 및 그 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간 사상압연에서 압연강판이 작업롤을 통과할 때에 전후단 스탠드 사이의 매스플로우(Mass-Flow) 불균형에 의해 발생하는 압연강판의 불안정 압연 요소를 줄일 수 있는 압연속도 보상장치 및 그 보상방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 강판(3)이 다수 개의 압연스탠드(i,i+1)를 통과하면서 압연되는 압연과정에서 강판(3)의 균형적인 매스플로우(Mass-Flow)를 유지하도록 압연스탠드(i,i+1)의 압연속도 보정하는 방법에 있어서, 전단 압연스탠드(i)에 강판이 진입되었는지를 판단하는 단계(S1)와, 강판의 압연조건을 입력받고 전단 압연스탠드의 하중 및 롤갭을 측정하여 전단 압연스탠드의 입,출측 두께를 연산하는 단계(S3)와, 압연조건과 전(S3)단계에서 연산된 출측 두께를 비교하여 전단 압연스탠드의 출측두께 편차 및 롤 속도 편차를 연산하는 단계(S5)와, 압연조건과 전(S3)단계의 출측두께를 비교하여 후단 압연스탠드의 입측두께 편차 및, 후단 압연스탠드의 롤 속도 실측치로부터 알고리즘을 통해 롤 속도 보상량을 연산하는 단계(S9)와, 롤 속도 보상량으로 후단 스탠드의 롤 속도를 제어하는 단계(S10,S11)를 포함하는 압연 스탠드의 압연속도 제어방법이 제공된다.

Description

압연공정에서의 압연속도 보상장치 및 그 보상방법{Rolling speed compensation apparatus at rolling process and its compensation method}
본 발명은 다수 개의 압연스탠드를 압연강판이 진행하면서 매스플로우(Mass Flow)의 불균형에 의해 발생하는 압연강판의 불안정 압연요소를 줄일 수 있는 압연속도 보상장치 및 그 보상방법에 관한 것이며, 특히, 압연속도를 보상하여 전후단에 위치한 스탠드 사이의 매스플로우가 원활하도록 하는 압연속도 보상장치 및 그 보상방법에 관한 것이다.
제철소에는 소비자가 원하거나, 다음 공정에 적합한 두께의 강판을 제작하기 위해 열연강판을 다수 개의 압연스탠드에 통과시킴으로써, 설정된 두께의 강판으로 압연한다.
압연기로 진입하는 강판은 압연기의 작업롤과 접하여 진행함으로써, 작업롤의 롤갭만큼 압연된다. 이 때, 압연 초기에 진행하는 강판과 작업롤이 부딪치면서 충격이 발생하게 되는데, 이 때에 작업롤의 회전속도는 감소되면서 압연기 압연속도가 떨어지게 된다. 이런 현상을 임팩트 드롭(Impact Drop)이라 하며, 이런 임팩트 드롭에 의해 선단 압연스탠드와 후단 압연스탠드 사이에 위치한 강판에는 루프가 발생하게 되며, 이런 루프의 발생이 크게 되면, 강판의 장력 불균형이 초래되어 강판 선단부의 폭 빠짐, 압연 오작 등이 발생하며, 반대로, 강판이 전후단 스탠드의 작업롤 사이에 위치한 상태에서 전단 스탠드의 작업롤 회전속도보다 후단 스탠드의 작업롤의 회전속도가 빠르게 되면 전후단 스탠드의 사이에 위치한 강판에는 과도한 장력이 발생하게 되고, 강판이 폭방향으로 절단되는 판파단이 발생하게 된다.
따라서, 이런 전후단 스탠드의 작업롤 속도 편차 즉, 압연속도의 편차의 균형을 유지하기 위해 별도의 제어수단이 필요하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 압연공정에서의 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인접한 전단 스탠드(i)와 후단 스탠드(i+1)의 사이에는 강판(3)의 장력을 조절하는 루퍼(7)가 설치되어 있다. 이런 루퍼(7)는 루퍼 롤(7b)과 루퍼 암(7a)을 포함하며, 루퍼 롤(7b)이 강판(3)의 저면에 접하여 위치하고, 루퍼 암(7a)은 상기 루퍼 롤(7b)을 상하방향으로 이동시키면서 강판(3)의 장력을 조절하는데, 이때, 루퍼 암(7a)의 선회는 루퍼 암(7a)의 단부에 설치된 루퍼 구동기(17)에 의해 선회한다.
일반적으로, 루퍼(7)는 루퍼 각도(θ)를 실측하여 목표 각도와의 오차를 줄이기 위하여 전단 스탠드(i)와 후단 스탠드(i+1)의 메인 모터(11i, 11i+1)의 속도를 제어한다. 또한, 전단 스탠드(i)의 작업롤(1)을 구동시키는 메인 모터(11i)의 속도는 아래의 수학식 1과 같이 계산된다.
여기에서, λ= SSVi,I+1+ Mani+ Lpi이고, MRH는 마스터 가변저항기(Master Rheostat)이며 작업롤의 회전속도의 패턴을 나타낸다. 그리고, SSRH는 표준 속도 가변저항기(Stand Speed Rheostat)이며 각 스탠드간의 두께비에 대한 속도비를 %로 나타낸 것이다. 또한, SSV는 전단 스탠드와 후단 스탠드의 일련(successive) 제어량이고, Man은 전단 스탠드에 운전자 수동 개입량이며, LP는 루퍼로부터 전단 스탠드로 피드백되는 보상신호이다.
그러나, 후단 스탠드(i+1)에 강판(3)이 진입될 때에, 속도 변동에 따른 매스플로우가 깨어질 수 있으므로, 후단 스탠드(i+1)의 속도를 보상해 줄 필요가 있다. 그 이유는 열간 사상압연에서 강판(3)이 후단 스탠드(i+1)에 진입(Metal in)하는 순간, 전단과 후단 스탠드(i, i+1)의 롤 속도 편차가 두 스탠드(i, i+1) 사이에 장력 불균형 현상으로 초래되어 루프가 발생하기 때문이다. 따라서, 전후단 스탠드(i, i+1)의 압연속도 즉, 롤 속도를 제어하여야 한다.
종래에 사상압연 속도 제어에 관련된 특허를 살펴보면, "일본국 특개평9-70609호(발명의 명칭 : 연속 열간압연기에 있어서 압연 속도보상제어 방법 및 그 장치)"와, "일본국 특개평7-245975호(발명의 명칭 : 압연기의 속도보상장치)" 및, "대한민국 특허공개번호 제99-47813호(발명의 명칭 : 연속 압연기의 제어장치)"에서 압연기의 롤 속도 편차제어에 관해 설명하고 있다.
그러나, 이들 특허의 특징 및 문제점은 다음과 같다.
"일본국 특개평9-70609호"의 경우에, 유압 실린더에 압연유를 공급하는데 있어서, 압연유의 공급이 중단되었을 때에 그때의 압연하중을 검출하여 마찰계수 변화를 산출하여 메인 모터의 속도를 보상하는 기술에 대하여 설명하고 있으며, "일본국 특개평7-245975호"의 경우에는 강판이 진입할 때 전동기의 목표 전류에 대하여 실측 전류를 측정하여 전류 변화분을 이용하여 전류 변화에 따른 메인 모터 속도를 제어하는 기술에 대하여 소개하고 있으며, "대한민국 특허공개번호 제99-47813호"의 경우에서는 압연기의 속도 변동에 따른 장력과 루퍼 각도를 제어하는 내용에 대하여 기술하고 있다.
그러나, 이들 특허에서는 스탠드의 메인 모터의 회전속도를 제어하여 압연속도를 제어하기는 하지만, 각 스탠드 사이의 매스플로우를 고려하여 속도를 제어하고 있지 않다. 따라서, 종래의 압연기 속도제어의 방식은 압연강판이 스탠드에 진입하기 전에 임팩트 드롭현상이 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있는 임팩트 드롭 보상, 혹은 스탠드 간의 속도편차를 제어하기 위한 운전자의 수동개입 등의 방법이 있었으나, 이는 피드포워드(feedforward)적인 제어이며 운전자의 수동개입의 경우에는 속도제어할 수 없다는 단점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 전단 스탠드의 롤 속도에 대하여 후단 스탠드의 롤 속도의 편차를 제어함으로써 전후단 스탠드 사이에 위치한 강판이 균형적인 매스플로우를 가지도록 하는 압연속도 보상장치 및 그 보상방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 압연공정에서의 시스템을 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압연속도 보상장치의 신호 흐름관계를 나타낸 개념도이며,
도 3은 도 2에 도시된 압연속도 보상장치를 이용하여 압연속도를 보상하기 위한 흐름도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
3 : 강판 5i, 5i+1 : 로드셀
7 : 루퍼 11i, 11i+1 : 메인 모터
15i, 15i+1 : PLC(Programmable Logic Circuit)
17 : 루퍼 구동기 20 : SCC(Supervisory Control Computer)
30 : 데이터 수집부 40 : 강판진입 판단부
50 : 입출측 두께연산부 60 : 롤 속도 보상량 연산부
70 : 출측 두께/롤 속도편차 연산부
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 강판이 다수 개의 압연스탠드(i,i+1)를 통과하면서 압연되는 압연과정에서 강판의 압연조건을 인가하는 SCC(Supervisory Control Computer)를 포함하며 강판의 균형적인 매스플로우(Mass-Flow)를 유지하도록 압연속도를 보정하는 장치에 있어서, 상기 압연스탠드(i,i+1)에 설치된 각각의 로드셀로부터 신호를 입력받아 상기 강판의 진입을감지하는 강판 진입판단부와, 상기 압연스탠드(i,i+1)의 롤 속도 실측치를 수집하는 데이터 수집부와, 전단 압연스탠드(i)의 입출측 두께 연산 및 후단 압연스탠드(i+1)의 입측두께 편차를 연산하는 입출측 두께 연산부와, 상기 후단 압연스탠드(i+1)의 입측 두께 편차 연산과 상기 롤 속도 실측치로부터 후단 스탠드(i+1)의 모터 속도 보상량을 결정하는 출측 두께/롤 속도편차 연산부와, 알고리즘에 의해 롤 속도 보상량을 설정하는 롤 속도 보상량 연산부를 포함하며, 상기 롤 속도 보상량 연산부에서 계산된 롤 속도 보상량으로서 후단 스탠드(i+1)의 롤 속도를 보정하는 압연속도 보정장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 강판이 다수 개의 압연스탠드(i,i+1)를 통과하면서 압연되는 압연과정에서 강판의 균형적인 매스플로우(Mass-Flow)를 유지하도록 상기 압연스탠드의 압연속도 보정하는 방법에 있어서, 전단 압연스탠드에 강판이 진입되었는지를 판단하는 제 1 단계와, 강판의 압연조건을 입력받고 전단 압연스탠드의 하중 및 롤갭을 측정하여 상기 전단 압연스탠드의 입,출측 두께를 연산하는 제 2 단계와, 상기 압연조건과 제 2 단계에서 연산된 상기 출측 두께를 비교하여 전단 압연스탠드의 출측두께 편차 및 롤 속도 편차를 연산하는 제 3 단계와, 상기 압연조건과 제 3 단계의 출측두께를 비교하여 후단 압연스탠드의 입측두께 편차 및, 후단 압연스탠드의 롤 속도 실측치로부터 알고리즘을 통해 롤 속도 보상량을 연산하는 제 4 단계와, 상기 롤 속도 보상량으로 상기 후단 스탠드의 롤 속도를 제어하는 제 5 단계를 포함하는 압연 스탠드의 압연속도 제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 5 단계에서 상기 후단 스탠드의 롤 속도를 제어는 상기전후단 스탠드의 사이에 설치된 루퍼의 작동제어가 시작되는 시각까지 상기 후단 스탠드의 롤 속도를 제어한다.
아래에서, 본 발명에 따른 압연공정에서의 압연속도 보상장치 및 그 보상방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압연속도 보상장치의 신호 흐름관계를 나타낸 개념도이며, 도 3은 도 2에 도시된 압연속도 보상장치를 이용하여 압연속도를 보상하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전후단 스탠드(i,i+1)에 설치된 로드셀(5i, 5i+1)로부터 신호를 입력받아 강판(3)의 진입을 감지하는 강판 진입판단부(40)와, 필요한 목표 두께와 목표 롤 속도와 목표 선진율 및 목표 후진율 등의 명령치를 인가하는 SCC(Supervisory Control Computer)(20)와, 롤 속도 실측치를 수집하는 데이터 수집부(30)와, 전단 스탠드(i)의 입출측 두께 연산 및 후단 스탠드(i+1)의 입측두께 편차를 연산하는 입출측 두께 연산부(50)와, 본 발명에 이용되는 알고리즘을 구성하고 후단 스탠드(i+1)의 입측 두께 편차 연산과 롤 속도 실측치로부터 후단 스탠드(i+1)의 모터 속도 보상량을 결정하는 출측 두께/롤 속도편차 연산부(70)와, 알고리즘에 의해 롤 속도 보상량을 설정하는 롤 속도 보상량 연산부(60) 및, 롤 속도를 제어하는 롤 속도 PLC(Programmable Logic Circuit)(15i, 15i+1)를 포함한다.
이상과 같이 구성된 압연속도 보상방법을 위한 그 흐름관계에 대하여 상세히 설명하겠다.
전단 스탠드(i)에 설치되어 있는 로드셀(5)로부터 전단 스탠드(i)에 강판(3)이 진입(Metal in)되었는지를 판단하여(S1) 강판(3)이 진입되었다면 본 발명에서 제시한 알고리즘이 시작된다. 강판(3)이 전단 스탠드(i)에 진입한 신호가 데이터 수집부(30)로 입력되면, 압연조건에 따라 설정된 각 스탠드(i, i+1)의 입측 및 출측두께, 롤 회전속도, 선진율 및 후진율 등의 셋업(setup) 값을 SCC(Supervisory Control Computer)(20)로부터 읽어 들인다(S2).
그리고, 전단 스탠드(i)의 하중 및 롤갭을 데이터 수집부(30)로부터 측정하여 전단 스탠드(i)의 입측 및 출측두께를 연산한다(S3). 이 때, 두께편차는 하기의 수학식 2와 같은 게이지미터 방식에 의해 계산된다.
여기서에서, Δh는 출측두께 편차이고, Δs는 롤갭 편차이고, ΔP는 하중 편차이며, M은 압연롤 강성이다.
그리고, 데이터 수집부(30)에서는 전단 스탠드(i)의 롤 속도 PLC(15i)로부터 롤 속도 실측치를 수집하고(S4), SCC(20)로부터 입력된 설정값과, 전단 스탠드(i) 입출측 두께연산 및 전단 스탠드(i)의 롤 속도 실측치로부터 수집한 실측치와의 편차를 연산하여 전단 스탠드(i)의 출측 두께 편차 및 롤 속도 편차를 각각 연산한다(S5).
한편, 강판(3)이 계속 진행하여 후단 스탠드(i+1)에 진입하는 지를 판단한다. 이 때, 후단 스탠드(i+1)의 진입여부는 후단 스탠드(i+1)에 설치된 로드셀(5i+1)로부터 신호를 입력받아 판단한다(S6).
이 때, 후단 스탠드(i+1)에 강판(3)이 진입하였을 경우에, 전후단 스탠드(i,i+1)의 사이에는 매스플로우의 변동이 발생하게 된다. 만약, 강판(3)의 선단이 후단 스탠드(i+1)에 진입하지 않았을 경우에는 전단 스탠드(i)의 입출측 두께연산을 수행하는 단계(S3)로 되돌아간다.
한편, 후단 스탠드(i+1)에 강판(3)이 진입하였을 경우에, 입출측 두께 연산부(50)에서는 후단 스탠드(i+1)의 입측두께 편차를 연산한다(S7). 이런 편차는 SCC(20)로부터 입력된 후단 스탠드(i+1)의 입측두께 설정값과 전단 스탠드(i)의 입출측 두께연산으로부터 연산이 가능하다.
이와 같이, 후단 스탠드(i+1)의 입측두께 편차가 연산되면, 데이터 수집부(30)로부터 후단 스탠드(i+1)의 롤 속도 실측치를 입력받고(S8), 후단 스탠드(i+1)의 롤 속도 보상량을 계산하게 되는데, 롤 속도의 보상량은 하기 수학식들로부터 계산된다.
여기에서, vi는 전단 스탠드의 출측 강판속도이고, Vi+1은 후단 스탠드의 입측 강판속도이고, hi는 전단 스탠드의 출측 강판두께이며, Hi+1은 후단 스탠드의 입측 강판두께이다.
수학식 3은 전단 스탠드(i)의 입측두께(Hi)와 전단 스탠드(i)의 입측에서의 강판(3)의 속도(Vi)와의 곱은 전단 스탠드(i)의 출측두께(hi)와 출측 강판의 속도(vi)의 곱과 같다. 즉, Hi×Vi = hi×vi라는 균형적인 매스플로우의 식에서 출발한다.
이런 수학식 3에서 선진율과 후진율을 이용한 각 스탠드의 입측 강판속도와 출측 강판속도는 수학식 4와 같이 롤 속도의 항으로 나타낼 수 있다.
여기에서, f는 각 스탠드의 선진율이고, b는 각 스탠드의 후진율이며, i는 전단 스탠드를, i+1은 후단 스탠드를 나타내며, R은 각 스탠드의 작업롤을 나타낸다.
상기 수학식 3과 4에서 롤 속도 보상량을 구하기 위해 수학식 4의 양변을 미분하면 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
여기에서, 양변을 ΔVRi+1항으로 정리하면, 최종적으로 수학식 6과 같은 결과를 얻을 수 있다.
이와 같이 수학식 3,4,5,6에 의해 계산된 롤 속도 보상량을 구하고(S9), 계산된 롤 속도 보상량을 롤 속도 설정PLC(15i+1)에 결과를 피드백(feedback)한다.
그런 후에, 강판(3)이 후단 스탠드(i+1)에 진입한 후 0.6초의 시간이 경과하면, 알고리즘을 정지시킨다. 여기에서 0.6초는 스탠드(i,i+1) 사이에 루퍼(7) 제어가 작동하는 시간으로서, 반드시 0.6초로 한정하는 것은 아니다.
이렇게 루퍼(7)가 작동하게 되면, 스탠드(i,i+1) 사이의 강판(3)의 장력을 루퍼(7)에 의해 제어된다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 압연공정에서의 압연속도 보상장치 및 그 보상방법은 강판의 선단부가 후단 스탠드의 작업롤로 진입할 때 또는 선단 스탠드와 후단 스탠드의 작업롤 사이에 강판이 위치하여 압연될 때에, 전후단 스탠드의 압연속도를 제어하여 전후단 스탠드 사이에 위치한 강판의 매스플로우를 안정적으로 함으로써, 압연작업의 불량 및 판파단 등의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 압연공정에서의 압연속도 보상장치 및 그 보상방법에 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 (3)

  1. 강판이 다수 개의 압연스탠드(i,i+1)를 통과하면서 압연되는 압연과정에서 강판의 압연조건을 인가하는 SCC(Supervisory Control Computer)를 포함하며 강판의 균형적인 매스플로우(Mass-Flow)를 유지하도록 압연속도를 보정하는 장치에 있어서,
    상기 압연스탠드(i,i+1)에 설치된 각각의 로드셀로부터 신호를 입력받아 상기 강판의 진입을 감지하는 강판 진입판단부와, 상기 압연스탠드(i,i+1)의 롤 속도 실측치를 수집하는 데이터 수집부와, 전단 압연스탠드(i)의 입출측 두께 연산 및 후단 압연스탠드(i+1)의 입측두께 편차를 연산하는 입출측 두께 연산부와, 상기 후단 압연스탠드(i+1)의 입측 두께 편차 연산과 상기 롤 속도 실측치로부터 후단 스탠드(i+1)의 모터 속도 보상량을 결정하는 출측 두께/롤 속도편차 연산부와, 알고리즘에 의해 롤 속도 보상량을 설정하는 롤 속도 보상량 연산부를 포함하며,
    상기 롤 속도 보상량 연산부에서 계산된 롤 속도 보상량으로서 후단 스탠드(i+1)의 롤 속도를 보정하는 것을 특징으로 하는 압연속도 보정장치.
  2. 강판이 다수 개의 압연스탠드(i,i+1)를 통과하면서 압연되는 압연과정에서 강판의 균형적인 매스플로우(Mass-Flow)를 유지하도록 상기 압연스탠드의 압연속도 보정하는 방법에 있어서,
    전단 압연스탠드에 강판이 진입되었는지를 판단하는 제 1 단계와,
    강판의 압연조건을 입력받고 전단 압연스탠드의 하중 및 롤갭을 측정하여 상기 전단 압연스탠드의 입,출측 두께를 연산하는 제 2 단계와,
    상기 압연조건과 제 2 단계에서 연산된 상기 출측 두께를 비교하여 전단 압연스탠드의 출측두께 편차 및 롤 속도 편차를 연산하는 제 3 단계와,
    상기 압연조건과 제 3 단계의 출측두께를 비교하여 후단 압연스탠드의 입측두께 편차 및, 후단 압연스탠드의 롤 속도 실측치로부터 알고리즘을 통해 롤 속도 보상량을 연산하는 제 4 단계와,
    상기 롤 속도 보상량으로 상기 후단 스탠드의 롤 속도를 제어하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 스탠드의 압연속도 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 5 단계에서 상기 후단 스탠드의 롤 속도를 제어는 상기 전후단 스탠드의 사이에 설치된 루퍼의 작동제어가 시작되는 시각까지 상기 후단 스탠드의 롤 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 압연 스탠드의 압연속도 제어방법.
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