KR20030052334A - 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조가 시작되는 시점에서 롤 갭이 급작스런 피크없이 빠른 시간에 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 안정되게 찾아갈 수 있도록 하는 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법에 관한 것으로, 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 램핑하는 그래프에 의해서 가변 롤 갭 리퍼런스를 설정하고, 설정된 가변 롤 갭 리퍼런스와 실제 롤 갭과의 오차가 줄도록 주조 속도의 변화율을 산출하고, 상기 주조 속도 변화율값을 PID 제어기에 입력시켜 주조속도제어값을 출력하고, 이 주조속도 제어값을 주조 롤의 회전 속도 피드백과 곱하여 이를 최종의 주조 속도 조정값으로 산출한 후 주조 속도 제어 루프에 인가하여 주조롤의 회전속도를 제어하는 것이다.

Description

쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING ROLL-GAP/ROLL-SPEED DURING STARTUP BY THE STRIP CASTING PROCESS}

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 주조하는 쌍롤형 박판 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주조가 시작되는 시점에서 주조가 안정되는 정상운행시점까지 가변 갭리퍼런스를 적용하여 보다 신속하게 안정상태에 도달하도록 제어하는 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법에 관한 것이다.

쌍롤형 박판 제조장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 두개의 주조롤(1),(2)을 소정 간격(이하, 두 주조롤(1),(2)사이의 간격을 갭이라고 한다)을 유지시키면서 소정 속도로 회전시키면 두 주조롤(1),(2)사이에 고인 용탕이 소정 속도로 냉각되면서 주조롤(1),(2)의 압하력에 의해 박판으로 제조시키는 장치이다.

이때, 상기 주조롤(1),(2)의 갭은 주조하고자 하는 박판의 두께에 따라서 결정되고, 상기 주조롤(1),(2)의 회전속도는 용탕의 냉각속도에 맞춰 설정된다.

그리고, 상기와 같은 주조 설비에서는 주조가 시작되고 일정 시간동안 주조 특성상 불안정한 천이상태가 나타나며, 이 천이기간 동안은 안정적인 공정 제어를 위해서 주조되는 주편의 압하력 제어를 실시하게 된다.

그리고, 이러한 압하력 제어 기간에는 압하력 목표치를 유지하기 위해서 롤 갭을 변화시키게 된다.

그러나, 이러한 롤 갭의 급격한 변화는 에지댐에 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 주조가 시작되는 시점에서 롤 갭이 급작스런 피크없이 빠른 시간에 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 안정되게 찾아갈 수 있도록 하는 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 주조 시작 기간 이후의 압하력 제어동안에는 목표 압하력과 목표 롤 갭을 유지하기 위한 주조 속도로 찾아갈 수 있도록 한 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 박판 주조 공정의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 주조 초기 롤 갭 목표치 프로파일의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 의한 롤 갭/주조 속도 제어과정을 보인 플로우챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

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

3 : 턴디쉬(Tundish)4 : 센(SEN)

5 : 스토퍼(stopper)6 : 턴디쉬 홀(hole)

7 : 용탕8 : 탕면 높이 검출센서

9 : 롤 갭 (roll gap)10 : 박판

11 : 디스챠지 라인(discharge line)

12 : 코일러(coiler)

13 : 루프 피트(loop pit)

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법에 있어서,

가) 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 램핑하는 그래프에 의해서 가변 롤 갭 리퍼런스를 설정하는 단계;

나) 설정된 가변 롤 갭 리퍼런스와 실제 롤 갭과의 오차가 줄도록 주조 속도의 변화율을 산출하는 단계;

3) 상기 주조 속도 변화율값을 PID 제어기에 입력시켜 주조속도제어값을 출력하는 단계; 및

4) 상기 단계에서 산출된 주조속도 제어값을 주조 롤의 회전 속도 피드백과 곱하여 이를 최종의 주조 속도 조정값으로 산출한 후 주조 속도 제어 루프에 인가하여 주조롤의 회전속도를 제어하는 단계로 구현하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법을 나타내는 블럭처리도이다.

먼저, 본 발명에 따른 제어 방법의 기본 원리에 대하여 설명한다.

박판 주조 과정은 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조롤(1, 2) 사이에 있는 섬프(Sump)(7)에서 일어난다.

즉, 턴디쉬(3)로부터 용강이 노즐(4)을 통해서 두 개의 롤(1),(2) 사이의 섬프(7)로 공급되면, 용탕이 형성되고, 이는 수초(대략 0.2초) 내에 두 롤(1),(2) 사이에서 응고되면서 롤(1),(2)의 회전력에 밀려 박판(10)으로 압하 된다.

이때, 응고되는 박판에 의하여 주조롤(1),(2)에 롤 반발력(RSF)을 발생시킨다. 이러한 롤반발력은 롤(1),(2) 뒤편에 장착된 로드 셀(14)로 감지한다. 상기에서 두 롤(1),(2)의 측면은 세라믹으로 이루어진 사이드 댐(도시생략)으로 막혀있는데, 이는 용강이 롤의 측면으로 유출되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 용탕에서, 용강의 응고 능력은 주조 롤(1),(2)의 냉각능력에 비례하며, 두 롤(1),(2) 사이의 거리, 즉 롤 갭, 롤의 주조 속도(회전 속도), 섬프(7)내의 용강의 높이에 영향을 받는다. 용강의 높이는 탕면 높이 검출 센서(8)를 이용해서 측정한다.

그리고, 응고 압하율은 롤 갭(12) 및 주조 속도에 영향을 받는다. 예를 들어서, 롤 갭이 너무 크거나 혹은 주조 속도가 너무 빠르면 응고점이 롤 닙의 중심선보다 더 밑으로 내려가게 되어 롤반발력이 점점 작아지고, 결과적으로 이는 용강의 미 응고 및 판 파단을 발생시킨다. 반대로 롤갭이 너무 작거나 주조속도가 너무느리면, 응고점이 롭닙보다 위로 상승하게 되고 이는 높은 롤반발력을 발생시킨다.

이상과 같이 롤 갭, 주조 속도, 롤반발력은 박판의 응고 성을 나타내는 대표적인 주조 파라메터 들이다.

박판주조장치에서, 기본적으로 용강의 높이 제어는 고도의 정밀성과 안정성을 요구한다. 그러므로 용강의 높이는 주조 시작 직후부터 목표 값을 유지하는 것으로 간주한다.

따라서 롤반발력은 롤 갭과 주조 속도 사이의 상호 관계에서 나타나는 결과로 볼 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 주조가 시작되어 용강이 섬프(7)로 유입되면 회전하는 두 롤(1,2) 사이로 용강이 응고되어 주편(10)으로 제조된다. 당시 두 롤(1,2)의 양 측면은 용강이 유출되는 것을 방지하기 위하여 세라믹 에지 댐으로 막혀있다.

이때, 주조가 시작되는 공정 초기에는 안전성(stability)이 우선이 된다.

따라서 공정이 정상 상태에 도달할 때까지는 제조되는 주편의 압하력 제어를 실시하는 것이 통상적인 방법이다.

그리고 이러한 압하력 제어 기간에는 압하력 목표치를 유지하기 위해서 롤 갭을 변화시키는데, 이때, 롤 갭 리퍼런스값을 변화시키고, 롤갭 변화에 따라 주조 속도를 조정하여 가능한 한 롤 갭이 큰 변화없이 롤갭리퍼런스를 추종하여 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 안정되게 찾아갈 수 있도록 하는 동시에, 주조 시작 기간 이후의 압하력 제어동안에는 목표 압하력과 목표 롤 갭을 유지하기 위한 주조 속도로 찾아갈 수 있도록 하여 우수한 품질의 박판을 제조하도록 공정의 초기 조건을 효율적으로 제어한 것이다.

그 기본적인 과정은 다음과 같이 이루어진다.

1) 주조가 시작되어서 용강이 섬프로 주입되면 기본적인 주편의 압하력 제어가 시작된다.

2) 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭까지 추종하는 그래프에 따라서 변화하는 롤갭 리퍼런스를 설정한다. 이렇게 변화하는 롤갭 리퍼런스는 도 2의 그래프에 나타낸 바와 같다. 도 2의 그래프에서 x축은 주조시간을 나타내고, y축은 롤갭 리퍼런스를 나타낸다.

3) 그 다음, 압하력 제어가 진행되는 동안 상기 2)에 의해서 설정된 주조시간별 롤 갭 리퍼런스 및 롤 갭 에러를 이용하여 주조 속도의 변화율을 계산한다.

4) 상기 3)에서 계산한 주조 속도 변화율을 PID 제어기에 입력하여, 주조 속도 제어값을 출력한다.

5) 상기 4)에서 얻어진 PID 제어의 출력값을 주조 롤(1,2)의 실제 회전 속도 피드백과 곱하여 최종의 주조 속도 조정값을 산출하고, 이를 주조 속도 제어 루프에 인가 시킨다.

6) 상기 1) 내지 5)의 과정을 통해 주편의 압하력 제어와 롤갭 및 속도제어가 끝나면 주조롤(1,2)의 롤 갭은 정상 상태의 롤 갭으로 수렴하게 되고, 이때부터 주조공정의 두께 제어가 시작되고, 마찬가지로 주조 속도도 목표 속도에 도달하여 일정한 주조 속도를 유지하게 된다.

도 3은 상술한 본 발명이 적용된 박판 주조 제어 기를 나타낸 도면으로서,주조시간별 가변 롤갭 리퍼런스와 실제 롤갭의 오차를 이용하여 주조속도의 변화율을 산출하는 주조속도 변화율 계산부(100)와, 상기 주조속도변화율계산부(100)에서 계산된 주조속도 변화율을 이용하여 PID 제어기를 통한 효율적인 튜닝 및 주조 속도 트리밍값을 계산하는 주조속도계산부(200)와, 상기 주조속도계산부(200)에 산출된 주조속도로 주조롤(1,2)이 회전하도록 피드백제어하는 주조 속도 제어부(300)로 이루어진다.

상기 장치에 의한 동작은 다음과 같이 이루어진다.

용강이 섬프로 주입되면 기본적인 주편의 압하력 제어가 시작되면, 주조 시작시의 주조롤(1,2) 사이의 롤 갭에서 주조박판의 목표두께에 의해 설정된 정상 상태의 롤갭 목표치까지 램핑(ramping)하는 그래프에 의해서, 가변 롤갭 리퍼런스(gap_reference)를 설정한다.

그리고, 압하력 제어가 진행되는 동안 상기에서 설정된 가변 롤 갭 리퍼런스(gap_reference)와 롤갭 피드백값(avg_gap_feedback)의 편차(130)로 롤갭 피드백(avg_gap_feedback)값을 나누고(140), 여기에 기설정된 갭 편차에 대한 주조속도변화율을 나타내는 게인(gap_speed_gain)을 곱하여(150), 주조속도변화율을 계산한다. 상기 주조 속도의 변화율(speed_trim_rate)은 로우패스필터(160)를 통해 주조속도계산부(200)로 전달된다.

상기에서. 주조 속도의 변화율은 다음의 알고리즘에 의해 계산한다.

speed_trim_rate = (gap_ref - avg_gap_fbk)/avg_gap_fbk * gap_speed_gain;

gap_speed_gain = predefined gain;

avg_gap_fbk = average gap feedback;

그리고, 상기 롤갭편차(gap_error)와 주조속도변화율(speed_trim_rate)를 연결하는 기본적인 개념은 다음과 같다.

If(avg_gap_fbk > gap_ref)

speed_trim increment;

Else if((avg_gap_fbk < gap_ref)

speed_trim decrement;

Endif

즉, 롤갭 피드백이 가변 리퍼런스보다 크면 주조속도 조정값을 증가시키고 , 롤갭 피드백이 가변 리퍼런스보다 작으면 주조속도 조정값을 감소시킨다.

상기와 같은 제어를 실행시키기 위해서는 우선 주조 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 변화하는 동안의 가변 롤 갭 리퍼런스가 필요하다.

본 발명의 실시예에서는 상기 롤 갭 리퍼런스의 램핑시간(ramping time)을 임의의 값인 10초로 지정한다. 그러나 이 값은 고정된 값이 아니고 변경 가능하다.

상기와 같이, 주조속도변화율계산부(100)에서 산출된 주조 속도의 변화율은 다음의 주조속도계산부(200)로 인가된다. 상기 주조속도계산부(200)는 PID 제어기에 상기 주조속도 변화율을 입력하여, 주조속도제어값을 출력한다. 상기를 통해서p_, i_gain을 이용한 시스템 튜닝의 가능성이 추가된다. 이 주조속도계산부(200)의 동작은 일반적인 PID 제어기와 같다.

그리고, 상기 주조속도계산부(200)로부터 얻어진 PID 제어기의 출력값은 주조속도제어부(300)로 인가되어, 주조 롤의 회전 속도 피드백(speed_feedback)과 곱해져 최종의 주조 속도 조정값이 되고, 이는 주조 속도 제어 루프에 인가되어, 주조롤(1,2)의 속도조정이 이루어지게 된다.

따라서, 주편의 압하력 제어와 상술한 가변 롤갭 리퍼런스를 추종을 위한 주조속도제어가 끝나면, 롤 갭은 정상 상태의 롤 갭으로 수렴하여 두께 제어가 시작되고, 주조 속도 역시 목표 속도에 도달하여 일정한 주조 속도를 유지하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용탕으로 부터 직접 박판을 주조하는 쌍롤형 박판 제조 장치중 주조가 시작되는 시점의 공정이 불안정한 천이 상태에서 주편의 압하력 제어 모드동안 압하력 제어시의 롤 갭 변화를 이용하여 주조 속도의 Trim을 제어함으로써 가능한 한 롤 갭이 큰 변동 없이 목표값을 유지하도록 하여 주조 초기 제조되는 주편의 성공적인 압하력 제어를 도모하는 효과가 있으며, 더하여, 이와 같이 함으로써 주조가 시작되는 시점에서 롤 갭이 급작스런 피크를 나타내지 않고도 빠른 시간에 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 안정되게 찾아가게 하여 주조 초기의 안정적인 공정을 이룩하고 정상 상태에 빨리, 안정적으로 도달시킬 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법에 있어서,

   가) 주조 시작시의 초기 롤 갭에서 정상 상태의 롤 갭으로 램핑하는 그래프에 의해서 가변 롤 갭 리퍼런스를 설정하는 단계;

   나) 설정된 가변 롤 갭 리퍼런스와 실제 롤 갭과의 오차가 줄도록 주조 속도의 변화율을 산출하는 단계;

   3) 상기 주조 속도 변화율값을 PID 제어기에 입력시켜 주조속도제어값을 출력하는 단계; 및

   4) 상기 단계에서 산출된 주조속도 제어값을 주조 롤의 회전 속도 피드백과 곱하여 이를 최종의 주조 속도 조정값으로 산출한 후 주조 속도 제어 루프에 인가하여 주조롤의 회전속도를 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 제조 장치에서 롤 갭/주조 속도 제어 방법.