KR20030017105A - 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐 압하 및 위치 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐 압하 및 위치 제어방법에 관한 것으로, 본 발명은 주조시작 초기에, 연속해서 검출되는 압하력 검출값(f)과 사전에 설정된 압하력 목표값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 압하력을 피드백 제어하는 제1 단계; 연속해서 검출되는 용강높이 검출값이 사전에 설정된 용강높이 기준값에 도달하고, 연속해서 검출되는 롤갭 검출값이 사전에 설정된 롤갭 기준값에 도달하면, 상기 압하력 제어모드를 위치제어모드로 변환하는 제2 단계; 연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따른 목표값 증가율을 계산하는 제3 단계; 연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따라 목표값 증가여부를 판단하여, 목표값 증가로 판단되면, 증가비율로 사전에 설정된 위치목표값을 보정하여 최종 위치목표값을 결정하고, 목표값 비증가로 판단되면 이전의 위치목표값을 최종 위치목표값으로 결정하는 제4 단계; 및 상기 결정된 최종 위치목표값과 위치 검출값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 위치를 피드백 제어하는 제5 단계를 구비한다.

Description

쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐 압하 및 위치 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING POSITION AND LOAD OF EDGE DAM IN STRIP CASTING PROCESS LINE}

본 발명은 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐 압하 및 위치 제어방법에 관한 것으로, 특히 쌍롤형 박판 제조공정에서 일정한 위치제어를 실시함과 동시에 에지댐의 각 위치(MCR_UPPER, FCR_UPPER및 LOWER)의 압하력도 일정하게 유지하도록 함으로써 에지댐의 평행도를 유지할 수 있고, 이에 따라 에지댐의 균일마모를 효율적으로 유도하여 우수한 품질의 박판을 제조할 수 있는 에지댐 압하 및 위치 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 박판 주조의 중요한 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 롤(1-1, 1-2) 사이에 있는 섬프(Sump)(1-7)에서 일어난다. 턴디쉬(1-3)로부터 용강이 노즐(1-4)을 통해서 두 개의 롤 사이의 섬프로 공급되면 이는 0.2초 내에 두 롤 사이에서 응고되어서 박판(1-10)으로 압하된다. 이때 응고되는 박판은 롤 반발력(RSF)을 발생시키는데, 이 반발력(RSF)은 롤 뒤편에 장착된 로드 셀(1-10)로 감지한다. 당시 두 롤의 측면은 세라믹 사이드 댐으로막혀있으며 이는 용강이 롤의 측면으로 유출되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 용강의 응고 능력은 주조 롤의 냉각능력에 비례하고, 또한, 응고 능력은 두 롤 사이의 거리, 즉 롤 갭, 롤의 주조 속도(회전 속도), 섬프내의 용강의 높이에 영향을 받는데, 여기서, 용강의 높이는 탕면 높이 검출 센서(1-8)를 이용해서 측정한다. 만약, 용강이 응고되면 이는 롤 사이에서 반발력(RSF)을 발생시키며, 그리고 응고 압하율은 롤 갭(1-12) 및 주조 속도에 영향을 받고, 롤 갭은 거리 측정 장치(1-11)를 이용해서 측정한다.

예를 들어, 롤 갭이 너무 크거나 혹은 주조 속도가 너무 빠르면 응고점이 롤 닙(1-13)의 중심선보다 더 밑으로 내려가게 되어 반발력(RSF)이 점점 작아지게 되고, 이에 따라 용강의 미응고 및 판 파단을 발생시키며, 반대의 경우에는 응고점이 위로 상승하게 되고 높은 반발력(RSF)을 발생시킨다. 그러므로 롤 갭, 주조 속도, 반발력(RSF)은 박판의 응고 성을 나타내는 대표적인 주조 파라메터 들이다. 기본적으로 용강의 높이 제어는 고도의 정밀성과 안정성을 요구한다. 그러므로 용강의 높이는 주조 시작 직후부터 목표 값을 유지하는 것으로 간주한다. 따라서 반발력(RSF)은 롤 갭과 주조 속도 사이의 상호 관계에서 나타나는 결과로 볼 수 있다.

일단, 주조가 시작되면, 용강이 섬프로 유입되면 회전하는 두 롤의 측면은용강이 유출되는 것을 방지하기 위하여 세라믹 에지 댐으로 막혀있고 이 상태를 유지하기 위하여 에지댐을 압하력 제어를 이용해서 롤의 측면과 밀착시키는 것이 일반적인 방법이다. 그러나 이러한 경우에는 높은 압하력으로 인해서 세라믹 재질의 에지댐이 과도하게 마모되며 당시 발생한 마모분이 에지댐과 롤 측면의 사이에 적체되어서 불필요한 높은 압하력을 발생시키는 등, 에지댐 시스템을 불안정하게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 쌍롤형 박판 제조공정에서 에지댐 제어에 있어서는 주조 초기에는 안전성(stability)이 우선이고, 이 때문에 에지댐의 압하력 제어(Load Control)를 실시하고, 이러한 주조 초기의 천이 상태가 지나면 에지댐 위치제어(position control)를 하게 되며, 이러한 제어과정을 통해서, 에지댐의 평면이 경제성을 고려한 마모율을 유지하면서 이상적으로 마모되는 것이 바람직하다.

그러나, 마모가 적게되거나, 마모가루가 제대로 해소되지 못해서 에지댐과 롤 측면(roll endface)사이에 적체되면 압하력이 증가하는 경우가 있으며, 이러한 경우를 대비하여 위치제어 시행시 압하력의 피드백을 모니터링하면서 적정한 압하력을 유지하는 것이 필요하다.

도 2는 에지댐의 개략도로서, 도 2를 참조하면, 롤의 양쪽면을 막는 두개의 에지댐은 DS_에지댐(drive side) NDS_에지댐(non drive side)으로 표현되며 각각의에지댐은 구성상 역 삼각형으로 이루어진(제2도) FCR_UPPER (FCR : Fixed casting Roll), MCR_UPPER(Moving Casting Roll), LOWER로 구분된다. 그러나 여기에서는 대표적으로 이러한 구분 없이 일반적으로 표현하기로 한다.

그러나, 이러한 종래 방법에서는 주조가 정상 상태에 도달한 경우에도 단순하게 압하력 제어만을 수행한다면 높은 압하력으로 인해서 세라믹 재질의 에지댐이 과도하게 마모되며 당시 발생한 마모분이 에지댐과 롤 측면의 사이에 적체되어서 불필요한 높은 압하력을 발생시키는 등 에지댐 시스템을 불안정하게 만들 소지가 있고 더 나아가 롤의 손상을 초래할 위험성을 갖고 있다.

또한, 주조가 시작된 후 용강이 유출되는 것을 방지하기 위하여 압하력 제어를 이용해서 에지댐을 롤의 측면과 밀착시키는 경우에는 높은 압하력으로 인해서 세라믹 재질의 에지댐이 과도하게 마모되며 당시 발생한 마모분이 에지댐과 롤 측면의 사이에 적체되어서 불필요한 높은 압하력을 발생시키는 등 에지댐 시스템을 불안정하게 만들고 롤의 측면을 손상시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 쌍롤형 박판 제조공정에서 일정한 위치제어를 실시함과 동시에 에지댐의 각 위치(MCR_UPPER, FCR_UPPER및 LOWER)의 압하력도 일정하게 유지하도록 함으로써 에지댐의 평행도를 유지할 수 있고, 이에 따라 에지댐의 균일마모를 효율적으로 유도하여 우수한 품질의 박판을 제조할 수 있는 에지댐 압하 및 위치 제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 박판 주조공정의 개략도이다.

도 2는 에지댐의 개략도이다.

도 3은 본 발명을 수행하기 위한 에지댐 압하 및 위치 제어 시스템 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 에지댐 압하 및 위치 제어방법을 보이는 플로우챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1-1 : 고정 롤(fixed roll)1-2 : 이동 가능한 롤 (moving roll)

1-3 : 턴디쉬(Tundish)1-4 : 센(SEN)

1-5 : 스토퍼(stopper)1-6 : 턴디쉬 홀(hole)

1-7 : 용탕1-8 : 탕면 높이 검출센서

1-9 : 롤 갭 (roll gap)1-10 : 박판

1-11 : 디스챠지 라인1-12 : 코일러(coiler)

1-13 : 루프 피트(loop pit)2-1 : FCR_UPPER (Fixed Roll Upper)

2-2 : MCR_UPPER (Moving Roll Upper)2-3 : Lower

3-1 : 압하력 제어 시스템3-2 : 위치 제어 시스템

3-3 : 위치 목표값 변화량 생성기3-4 : 압하력 피드백 측정 시스템

3-5 : 위치 목표값 판단부

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 방법은 주조시작 초기에, 연속해서 검출되는 압하력 검출값(f)과 사전에 설정된 압하력 목표값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 압하력을 피드백 제어하는 제1 단계; 연속해서 검출되는 용강높이 검출값이 사전에 설정된 용강높이 기준값에 도달하고, 연속해서 검출되는 롤갭 검출값이 사전에 설정된 롤갭 기준값에 도달하면, 상기 압하력 제어모드를 위치제어모드로 변환하는 제2 단계; 연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따른 목표값 증가율을 계산하는 제3 단계; 연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따라 목표값 증가여부를 판단하여, 목표값 증가로 판단되면, 증가비율로 사전에 설정된 위치목표값을 보정하여 최종 위치목표값을 결정하고, 목표값 비증가로 판단되면 이전의 위치목표값을 최종 위치목표값으로 결정하는 제4 단계; 및 상기 결정된 최종 위치목표값과 위치 검출값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 위치를 피드백 제어하는 제5 단계를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 수행하기 위한 에지댐 압하 및 위치 제어 시스템의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명을 수행하기 위한 에지댐 압하 및 위치 제어 시스템 구성도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 에지댐 압하 및 위치 제어 시스템은 압하력 제어 시스템(3-1), 위치 제어 시스템(3-2), 위치목표값 변화량 생성기(3-3), 압하력 피드백 측정 시스템 (3-4) 및 위치목표값 판단부(3-5)로 구성되어 있다.

상기 압하력 제어 시스템(3-1)은 주조시 에지댐에 발생하는 압하력을 검출하는 로드셀과, 이 로드셀의 검출값과 사전에 설정된 목표값을 비교한후, 이 비교결과에 따라 압하력 제어를 수행하는 압하력 제어기와, 이 압하력 제어기의 제어에 따라 연속 동작하여 에지댐의 압하력을 조절하는 서보밸브 및 실린더를 포함한다.

상기 위치 제어 시스템(3-2)은 에지댐 제어시 변화하는 위치 변화를 DS, NDS 각각의 에지댐 시스템에 장착된 거리 측정 장치로 감지하는 위치검출기와, 이 위치검출기의 검출값들을 사전에 설정된 목표 위치와 비교한 후, 이 비교결과에 따라 위치제어를 수행하는 위치제어기와, 이 위치제어기의 제어에 따라 연속 동작하여 에지댐의 위치를 조절하는 서보밸브 및 실린더를 포함한다.

상기 위치목표값 변화량 생성기(3-3)는 연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따른 목표값 증가율을 계산하는데, 즉 위치 증가율을 1회당 일정비율(aμm/1회전)로 설정한다. 즉, 에지댐 시스템에 장착되어 있는 로드셀을 이용하여 당시 발생하는 압하력 (fd, fn, flow)을 모니터링한다. 당시 모니터링되는 압하력을 이용하여 위치제어에 사용되는 목표값의 증가 비율을 판단한다.

상기 압하력 피드백 측정 시스템(3-4)은 상기 압하력 제어 시스템(3-1)의 로드셀의 검출값을 측정하여 전송한다. 상기 위치목표값 판단부(3-5)는 상기 압하력 피드백 측정 시스템(3-4)로부터의 로드셀 검출값으로 에지댐의 위치 제어시 압하력이 균일하게 분포될 수 있는 위치목표값을 판단한다.

도 4는 본 발명에 따른 에지댐 압하 및 위치 제어방법을 보이는 플로우챠트이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 에지댐 압하 및 위치 제어방법에 대해서 설명하면, 먼저, 제1 단계(S41)에서는 주조시작 초기에, 연속해서 검출되는 압하력 검출값(f)과 사전에 설정된 압하력 목표값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 압하력을 피드백 제어하는데, 즉 주조가 시작되어서 용강이 섬프로 주입되면 기본적인 압하력 제어가 시작되며, 주조가 시작되면 가장 기본적인 압하력 제어기를 통하여 각각의 부분에 해당하는 압하력 목표치(fdref, fnref, flowref)를목표로 압하력 제어를 시작한다. 이는 상기 압하력 제어 시스템(3-1)에 의해 이루어지며, 먼저, 주조시 에지댐에 발생하는 압하력을 로드셀이 검출하여 압하력 제어기로 제공하고, 상기 압하력 제어기는 상기 로드셀의 검출값과 사전에 설정된 목표값을 비교한후, 이 비교결과에 따라 압하력 제어하며, 상기 압하력 제어기의 제어에 따라 서보밸브 및 실린더의 연속동작으로 에지댐의 압하력을 조절하는 를 포함한다.

그 다음, 제2 단계(S42)에서는 연속해서 검출되는 용강높이 검출값이 사전에 설정된 용강높이 기준값에 도달하고, 연속해서 검출되는 롤갭 검출값이 사전에 설정된 롤갭 기준값에 도달하면, 상기 압하력 제어모드를 위치제어모드로 변환한다.

즉, 주조공정이 정상 상태에 도달하면, 에지댐의 제어모드는 압하력 제어에서 위치제어로 전환되는데, 즉, 용강이 응고되어 두개의 회전하는 롤 사이로 압하되어 빠져나가고, 섬프 내 용강의 높이가 목표치에 도달하고 주조되는 박판의 두께가 정상 값에 도달하는 등 주조공정이 정상 상태에 이르면 에지댐의 제어모드는 압하력 제어에서 위치제어로 전환된다.

이에 따라, 제조공정에서, 주조가 시작되면 주조 특성상 정상 상태에 도달하기까지의 천이 기간동안에는 압하력 제어를 이용하여 에지댐에 가해지는 압하력을 일정하게 제어함으로써 주조 초기에 용강이 유출되지않고 안정적으로 정상상태로천이할 수 있도록 하고 있다.

그 다음, 제3 단계(S43)에서는 위치 목표값 변화량 생성기(3-3)에서는 연속적으로 검출되는 압하력 검출값에 따른 목표값 증가율을 계산하는데, 구체적으로는 위치 증가율을 1회당 일정비율(aμm/1회전)로 설정한다. 즉, 에지댐 시스템에 장착되어 있는 로드셀을 이용하여 당시 발생하는 압하력 (fd, fn, flow)을 모니터링한다. 당시 모니터링되는 압하력을 이용하여 3)항의 위치제어에 사용되는 목표값의 증가 비율을 판단하게 된다.

그 다음, 제4 단계(S44)에서는 위치 목표값 판단부(3-5)에서는 압하력 피드백 측정 시스템(3-4)에 의해 연속적으로 검출되는 압하력 검출값을 전송받고, 이 압하력 검출값에 따라 목표값 증가여부를 판단하여, 목표값 증가로 판단되면, 증가비율로 사전에 설정된 위치목표값을 보정하여 최종 위치목표값을 결정하는데, 즉 당시의 위치 제어기에 사용되는 목표값은 압하력 제어에서 위치 제어 모드로 전환되는 시점의 위치 피드백을 기본 목표 값으로 한 후 여기에 일정한 비율의 값이 가산되어가는 형식이며, 이때, 적용식은 하기 수학식1과 같다.

여기서, 위치 제어에서는 순수한 위치제어가 아니고 위치의 목표 값이 롤 1 회전당 aμm의 비율로 증가하게 된다. 이는 순수한 위치제어 모드에서는 혹시라도 용강이 에지댐과 롤의 측면 사이로 침투되어서 응고됨으로 해서 주조에 치명적인 결과를 초래할 수 있기 때문이다. 당시 aμm는 사용되는 에지댐의 재질, 주조 속도등 여러 가지 주조 파라메터에 의해서 결정되는 변수이다.

반면에, 상기 제4 단계에서는 목표값 비증가로 판단되면 이전의 위치목표값을 최종 위치목표값으로 결정하는데, 이는 드라이브측 압하력(fd)과 비드라이브측 압하력(fn) 및 하부측 압하력(flower)을 이용하여 하기 수학식2와 같이 판단한다.

마지막으로, 제5 단계(S45,S46)에서는 상기 결정된 최종 위치목표값과 위치 검출값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 위치를 피드백 제어하는데, 이는 위치 제어 시스템(3-2)은 도 2의 점선 부분에 도시하였으며, 여기서, 위치 제어기의 특징은 에지댐 제어시 변화하는 위치 변화를 DS, NDS 각각의 에지댐 시스템에 장착된 거리 측정 장치로 감지한 후 이 값들을 제어기에서 목표 위치와 비교한 후 제어기의 출력을 DS, NDS 각각의 서보밸브(Servo Valve)로 인가하여 이서보밸브(Servo Valve)를 움직임으로 실린더(Cylinder)를 독립적으로 작동시키는 것이다.

한편, 상기 제5 단계는 계속해서 검출되는 압하력 검출값과 사전에 설정된 압하력 최대값을 넘어가게 되면, 즉 하기 수학식 3과 같이 판단하여, 최대값을 넘어기가면 즉시 압하력 제어모드인 제1단계로 복귀시킨다.

이는, 당시 안전 장치로서 혹시라도 제어하는 부분의 한 부분이라도 미리 설정된 압하력의 최대값(Fmax)을 넘어가게 되면 에지댐이 파손될 우려를 방지하기 위하여 4)항에서 밝혔듯이 즉시 모든 부분을 압하력 제어(load control)로 복귀시킨다. 그리고 일정 시간이 지난 다음에 상기한 과정을 다시 반복한다.

이상과 같은 다섯 단계로 이루어지는 제어시스템을 이용하여 에지댐의 평행도를 유지하면서 원하는 압하력을 얻을 수 있는 제어 방법의 구체적인 발명의 원리는 다음과 같다.

상기 수학식에 관련되는 제어방법에 해당하는 알고리즘을 정리하면 다음과 같으며, 이는 압하력의 피드백(Feedback)을 이용하여 에지댐의 위치 제어시 압하력이 균일하게 분포될 수 있도록 판단하는 알고리즘이다.

If (fd + fn)/2 > Fupper_limit or flower > Flower_limit)

pos_ref = pos_ref_old;

else If (fd>Fmax or fn>Fmax or flower>Fmax))

return to load control;

else

pos_ref = pos_ref_old + aμm/1회전;

end if

상기한 본 발명은 일정한 압하력을 제어함과 동시에 에지댐의 두께도 일정하게 유지할 필요가 있으며, 이에 따라 에지댐의 평행도를 유지하도록 하여 에지댐이 균일하게 마모되고 최소로 마모되어서 안정된 주조를 도모하고, 경제적으로도 에지댐의 소모량을 최소화시킬 수 있는 에지댐의 위치 제어시 압하력 모니터링을 이용하는 제어방법이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 용탕으로 부터 직접 박판을 주조하는쌍롤형 박판 제조장치중 에지댐의 제어시 에지댐의 위치 및 압하력을 일정하게 유지하여 에지댐의 평면과 주조 롤의 측면이 서로 평행할 수 있도록 함으로써, 위치 제어시에 에지댐의 마모되는 두께를 일정하게 유지함은 물론 당시 에지댐에 걸리는 압하력을 가능한 한 일정하게 유지시키고, 에지댐의 소모량을 최소화시킬수 있는 특별한 효과가 있다.

또한 본 발명은 압하력의 피드백(Feedback)제어를 이용하여 에지댐의 위치 제어시 압하력이 균일하게 분포될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims (3)

1. 주조시작 초기에, 연속해서 검출되는 압하력 검출값(f)과 사전에 설정된 압하력 목표값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 압하력을 피드백 제어하는 제1 단계;

   연속해서 검출되는 용강높이 검출값이 사전에 설정된 용강높이 기준값에 도달하고, 연속해서 검출되는 롤갭 검출값이 사전에 설정된 롤갭 기준값에 도달하면, 상기 압하력 제어모드를 위치제어모드로 변환하는 제2 단계;

   연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따른 목표값 증가율을 계산하는 제3 단계;

   연속해서 검출되는 압하력 검출값에 따라 목표값 증가여부를 판단하여, 목표값 증가로 판단되면, 증가비율로 사전에 설정된 위치목표값을 보정하여 최종 위치목표값을 결정하고, 목표값 비증가로 판단되면 이전의 위치목표값을 최종 위치목표값으로 결정하는 제4 단계; 및

   상기 결정된 최종 위치목표값과 위치 검출값을 비교하고, 이 비교결과에 따라 에지댐의 위치를 피드백 제어하는 제5 단계를 구비함을 특징으로 하는 에지댐 압하 및 위치 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계는

   위치 증가율을 1회당 일정비율(aμm/1회전)로 증가시키는 것을 특징으로 하는 에지댐 압하 및 위치 제어방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제5 단계는

   계속해서 검출되는 압하력 검출값과 사전에 설정된 압하력 최대값을 넘어가게 되면, 즉시 압하력 제어모드인 제1단계로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 에지댐 압하 및 위치 제어방법.