KR20030053621A - 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목표온도 대비 "-"제어시 목표온도와 실측온도의 차이를 PI 콘트롤러를 통해 권취목표온도를 변경하여 수냉필요량을 재계산함으로서 권취온도 적중율을 향상시키고 고부가가치강 생산이 가능하도록 하는 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법에 관한 것으로, 이 제어방법은 마무리압연기, 런아웃 테이블 및 권취기 순으로 배열되고, 상기 열간마무리압연기의 후단, 런아웃 테이블상의 8번뱅크와 9번뱅크 사이 및 권취기의 전단에 제1,2,3온도계가 설치된 열간압연설비에 있어서, 강판의 두께, 폭, 속도, 실측 마무리압연온도(FDT), 실측 중간목표냉각온도(MCT), 목표권취온도(CT), 실측 권취온도 및 학습계수를 이용하여 피드포워드제어를 위한 수냉필요량을 계산하고, 강판의 실측 권취온도와 목표 권취온도와의 차이를 제어주기별로 산출하여 온도차에 따라 CT목표온도를 수정하고, 그에 따라 수냉필요량을 재계산하며, 보정된 수냉필요량을 전단 피드포워드 제어에 활용하여 전단 주수뱅크를 결정하고, 학습 포인트마다 학습계수를 재계산하여 적용하는 것이다.

Description

권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법{HOT STRIP COOLING CONTROL MOTHODE FOR CHAGE TARGET TEMPERATURE}

본 발명은 열연강판의 냉각제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연된 강판의 최종 목표온도를 적중시키기 위하여 권취목표온도와 실적온도를 비교하여 그 차이만큼 권취목표온도를 변경하여 수냉필요량을 재계산함으로서 목표권취온도 적중도를 높힌 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법에 관한 것이다.

열간압연시 열연강재인 강판은 압연후 목표온도로 냉각되어 권취기에 감김으로서 일반 코일로 제조된다. 이렇게 열연강판을 코일로 제조하는데 있어서, 권취된 코일은 적합한 온도로 냉각되어져야 한다.

현재의 열간압연 시스템에서는 도 1에 도시된 바와 같이 냉각시스템을 구성하여 권취된 코일이 목표온도에 도달되도록 열연강판(1)을 냉각시키고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열간압연 시스템에서는 마무리 압연기(3)에서 강판이 압연된 후, 런아우트 테이블(run out table)위를 통해 권취기(9)에 의해 감기도록 되어 있다.

이때, 냉각시스템은 런아우트 테이블을 따라 배치된 다수의 피드포워드뱅크(#1~#14)(5)로 이루어진다.

또한, 상기 냉각제어를 위해서, #1피드포워드뱅크의 입구에 열연강판의 온도를 측정하기 위한 제1온도계(4)가 설치되고, 상기 다수 피드포워드뱅크(5)의 중간부분에 설치되어 중간온도를 측정하는 제2온도계(6)와, 최종에 위치한 피드백뱅크(#15)(17)의 출측에서 냉각된 후의 강판의 온도를 측정하기 위한 제3온도계(8)가 설치된다.

상기 냉각시스템은 런아우트 테이블을 사이에 두고 상하로 배치된다.

각각의 피드포워드뱅크(#1~#14)는 강판에 물을 뿌려 냉각시키는 수냉부와, 공기로 강판을 냉각시키는 공냉부로 구성된다.

냉각시스템의 상부와 하부에 배치되어 있는 수냉부와 공냉부는 각각 냉각뱅크로 분할된다. 냉각뱅크는 강판을 냉각하기 위한 냉각능력을 각각 제어할 수 있다.

한편, 기존의 냉각제어방법은 강종에 따라 목표 마무리압연온도(또는 냉각입측온도)(이하, 'FDT'라고 함), 중간목표냉각온도(이하, 'MCT'라고 함), 및 목표 냉각출측온도(또는 권취온도)(이하, 'CT'라고 함)를 설정하고, 그에 따라 FDT 및 CT를 적중시키도록 각각의 뱅크(#1~#15)의 수냉량을 조정하는 방식으로 이루어졌다.

그리고, 일부 강종(열연고급강)에 대하여는 제2온도계(6)를 기준으로 하여 중간목표냉각온도(MCT)를 적중 시키기 위한 1차 피드포워드 제어, 및 권취온도(CT)를 맞추기 위한 2차 피드포워드제어 수행하며, 최종적으로 목표CT와 실적CT의 차이 만큼을 피드백제어방식으로 보상하고 있다.

이를 위해서, 먼저 설정된 목표 FDT, 목표 MCT, 목표 CT 및 목표 통판속도(v)를 이용하여, 공랭량을 계산하고 필요 수냉량을 산출한 후, 주수 뱅크 수를 결정한다.

이때, 강판이 마무리압연대(3)를 빠져나온 후 FDT와 통판속도가 측정되면 목표 FDT와 목표 통판속도 대신 실적 FDT와 실적 통판속도를 이용하여 일정 주기마다 수냉량을 재계산하여 주수뱅크 수를 재설정한다.

그리고, 상기와 같은 피드포워드제어에서 FDT, MCT, CT, 판속도, 판두께로주수뱅크를 계산하여 설정이 내려가나, 설정이 잘못되어 목표대비 "+"제어를 하게 되면 피드백뱅크(7)에서 주수를 하여, 목표온도를 맞추고 있다.

그러나, 목표대비 "-" 제어를 하게 되면, 목표온도와 실측온도와의 차이를 제어주기별로 수냉필요량 계산에 반영하여 수냉필요량을 재계산하여 보상하는 방법을 적용하여, 목표대비 "-"제어에 대하여 어느 정도 제어정도를 확보할 수 있었으나 여전히 학습의 한계를 가지고 있다.

일반적인 수냉필요량(T_N)은 다음의 수학식 1와 같다.

여기서, FDT는 FDT실적치를 나타내고, CT_air는 공냉시 온도강하량, CT는 권취온도 목표치를 나타낸다.

수냉강하량은 각 뱅크의 사용여부에 따라 뱅크당 수냉에 의한 온도강하량을 계산하여 전 뱅크에 대한 합을 구함으로써 구해진다. 이때, 런아우트 테이블에서의 수냉강하량(Tw)은 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2에서, lbank는 i번째 뱅크의 길이이고, Hf는 코일두께이고, v는 통판속도이고, Cp는 강판의 비열이고, r은 강판의 밀도이며, Qiu는 i번째 상부뱅크의 열유속이고, Qid는 i번째 하부뱅크의 열유속을 나타낸다.

상기 수학식 2 에서 사용되는 뱅크별 상하 열유속값은 아래의 수학식 3과 같이 표시된다.

상기 수식에서, fo는 기본 열유속계수이고, f2i는 i번째 뱅크의 열유속계수이고, Tiu는 상부 뱅크의 수온 보정계수이고, Tid는 하부 뱅크의 수온 보정계수이며, fv는 통판속도 보정계수이다.

열유속을 계산하기 위한 인자 fo는 다음의 수학식 4 에 나타낸 것과 같이 C0에서 C8의 계수값과 학습계수인 f1로 표현된다.

여기서, Tw는 수온, Wf는 강판의 폭이다.

상기 기존의 냉각모델에서의 학습계수 f1은 한 개의 강판에 대한 작업이 끝나면 저장되었다가 동일한 세트의 다음 장이 작업될 때 그대로 사용된다.

그러나, 기존의 피드포워드제어의 설정모델에서는 목표온도대비 "-"제어에 대하여 목표온도와 실측온도와의 차이를 마무리 압연온도에 보상하여 i+1번째 수냉필요량(T_N+1)을 다음의 수학식 5와 같이 재계산하여 적용함으로써, 목표대비 "-"제어에 의한 제어정도 하락을 어느 정도 방지 할 수 있었다. 다음 장에 적용하는 학습로직은 수학식 6과 같이 적용되고 있으나, 당해재에 대한 전체 에러를 반영하지 못하고 편차를 유발 하는 경우가 많다.

여기서, CT_T는 목표 CT이고, CT_A는 실적 CT이고, k는 보정계수(0~1)이고, k_p, k_i는 비례 게인(gain), 적분 게인(gain)이다.

상기와 같이 보정게수 k 는 0에서 1사이의 값을 가진다. 만일 i번째 제어주기에서 실측된 CT가 목표 CT에 비해 작은 값을 가지면 T_N+1은 T_N에 비해 큰 값으로 계산됨으로 상기 수학식 1,2,3,4에 의해 주수량를 줄이도록 계산된다.

,(목표온도< 실측온도 일때)

,(목표온도≥실측온도 일때)

여기서, FDT_L은 학습점의 FDT이고, CT_L은 학습점의 CT이며, avgu은 u의 평균값이고,는 피드백 뱅크(#15)(7)의 수냉강하량이고,은 피드포워드뱅크(#1~#15)(5)의 수냉강하량이고,는 기본열유속계수 학습계수(학습전,학습후)이고, k는 학습보정 게인(0~1)이다.

또한, 일부강종(열연고급강)에 대하여는 중간온도계를 기준으로 하여 중간목표냉각온도를 적중 시키기 위한 1차 피드포워드제어 및 권취온도를 맞추기 위한 2차 피드포워드제어를 수행하면서, 최종적으로 목표CT와 실적CT의 차이 만큼을 피드백제어를 통해 보상하고 있으나, 목표대비 "-"제어에 여전히 학습에 의존하고 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 목표온도 대비 "-"제어시 목표온도와 실측온도의 차이를 PI 콘트롤러를 통해 권취목표온도를 변경하여 수냉필요량을 재계산함으로서 권취온도 적중율을 향상시키고 고부가가치강 생산이 가능하도록 하는 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 열연공정에서 런아우트 테이블 냉각시스템을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도 2는 본 발명에 의한 냉각제어방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 3은 종래의 냉각제어시 목표온도적중도와 본 발명에 따른 냉각 제어시 권취온도의 목표값 적중도를 비교한 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 강판2 : 사상압연기(F1)

3 : 사상압연기(Fn)4 : 제1온도계

5 : 피드포워드뱅크(#1~#14)6 : 제2온도계

7 : 피드백뱅크(#15)8 : 제3온도계

9 : 권취기

상기의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 마무리압연기, 런아웃 테이블 및 권취기 순으로 배열되고, 상기 열간마무리압연기의 후단, 런아웃 테이블상의 8번뱅크와 9번뱅크 사이 및 권취기의 전단에 제1,2,3온도계가 설치된 열간압연설비에서 열연강판의 온도를 제어하는 방법에 있어서,

가) 강판의 두께, 폭, 속도, 실측 마무리압연온도(FDT), 실측 중간목표냉각온도(MCT), 목표권취온도(CT), 실측 권취온도 및 학습계수를 이용하여 피드포워드제어를 위한 수냉필요량을 계산하는 단계;

나) 강판의 실측 권취온도와 목표 권취온도와의 차이를 제어주기별로 산출하여 온도차에 따라 CT목표온도를 수정하고, 그에 따라 수냉필요량을 재계산하는 단계;

다) 보정된 수냉필요량을 전단 피드포워드 제어에 활용하여 전단 주수뱅크를 결정하는 단계; 및

라) 학습 포인트마다 최종적으로 적용된 학습계수를 적용하는 단계로 구성된다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 냉간압연방법을 나타낸 플로우챠트로서, 압연이 실시되면 학습계수를 입력하여 수냉필요량을 계산하고(101), 그리고, 실측된 권취온도와 상기 학습계수에 의해서 산출된 목표온도를 비교하여 온도편차를 산출한다(102).

이때, 온도편차가 20도씩 이상 차이가 나게되면, 권취목표온도를 수정한다(103). 그리고, 수정된 권취목표온도에 따라 수냉필요량을 재계산한다(104).

상기에서, 온도편차가 20도 이내라면, 권취목표온도를 수정하지 않는다.

그 다음, 설정된 권취목표온도 및 수냉필요량에 따라 주수뱅크수를 계산하여(105), 계산된 량만큼 주수를 실시한다(106). 이때 사용된 학습계수를 저장하여(107), 다음 제어주기때 이용한다.

상기 단계100 부터 단계107은 냉각제어주기마다 반복실행된다.

본 발명은 마무리압연기(3), 런 아웃 테이블(10) 및 권취기(9) 순으로 배열되고, 상기 마무리압연기(3)의 후단, 런아웃 테이블(10)상의 8번뱅크(#8)와 9번뱅크(#9) 사이 및 권취기(9)의 전단에 제1~제3온도계(4,6,8)가 설치된 열간압연설비에서 적용된다.

상기, 기존 냉각제어 냉각수식모델에서 학습계수 f1는 한 개의 강판에 대한 작업이 끝나면 저장되었다가 동일한 세트의 다음 장이 작업될 때 그대로 사용된다.

그러나, 본 발명에서는 동일한 강판내에서 한번 수냉필요량이 수학식 1 에 의해 계산되면 목표대비 "-"제어시 다음의 수학식 7 에 의해 CT목표온도를 변경하고, 그 다음 수학식 8 에 의해 학습계수를 변경하여 수냉필요량을 재계산한 후 적용한다. 이에, 권취온도제어정도가 향상되고, 다음 작업에 대한 적정 학습으로 장대장 편차 감소로 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

i+1번째 제어주기의 수정 목표온도는 다음의 수학식 7과 같이 구해진다.

여기서, CT_aim(i)는 i 번째 제어주기에서의 수정된 CT목표온도이고, CT_aim(i-1)은 i-1 번째 주기에서의 수정된 CT 목표온도이고, CT_a(i)는 CT목표온도이고, CT_m(i)는 CT실측온도이고, α는 게인( 0 ~ 1 )이다.

그리고, 다음 장에 대한 학습은 아래의 수학식 8과 같이 구해진다.

여기서, f2_i+1은 학습후 학습계수이고, f2_i는 학습전 학습계수이고, MCT_m(i)는 중간온도계 실측값이고, k 는 보정계수이다.

만일 i번째 제어주기에서 실측된 CT가 목표 CT에 비해 작은 값을 가지면 CT_aim(i)가 큰 값으로 계산되므로, 상기 수학식 1,2,3,4에 의해 주수량를 줄이도록 계산된다. 반대로 실측CT가 목표대비 "-"제어가 될 때 수냉필요량계산은수학식 7에 의해 새롭게 구해지고, 피드포워드 제어에 이용됨으로서 전단부 주수량을 계산하는데 반영되며, 또한 수학식 8 에 의해 자동적으로 다음 소재에 대한 적정 학습계수를 가지게 된다. 이하 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예

도 1과 같이 마무리압연기(3), 런아우트 테이블(10) 및 권취기(9) 순으로 배열되고, 상기 마무리압연기(3)의 후단, 권취기(9)의 전단 사이에 온도계(4,8)가 설치된 열간압연설비에서 두께가 2.6mm이고 목표 FDT는 870^oC, 목표 CT는 380^oC인 TRIP강을 압연하였을 때, 실측 CT의 변화를 기존방법과 본 발명의 냉각제어모델에 의해 각각 제어하였다. 도 3은 상기와 같이 냉각제어결과를 나타낸 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이 본 발명의 제어기법을 이용한 냉각제어방법이 CT의 적중정도를 증가시키는데 매우 효과적임을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존 방법과는 달리 동일한 강판내에서 목표CT 대비 실측CT가 제어주기별로 "-"제어가 되는 경우 CT의 적중율을 보장하기 위해, CT목표온도를 변경하고, 이에 따라 수냉필요량을 재계산하여 제어주기마다 보정함으로서, CT 적중율을 향상시키고, 각각 학습계수를 보정함으로서, 학습에 의해 발생하는 여러 가지 문제점을 해결하여 고부가 가치강생산이 가능하게 한 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 마무리압연기, 런아웃 테이블 및 권취기 순으로 배열되고, 상기 열간마무리압연기의 후단, 런아웃 테이블상의 8번뱅크와 9번뱅크 사이 및 권취기의 전단에 제1,2,3온도계가 설치된 열간압연설비에서 열연강판의 온도를 제어하는 방법에 있어서,

   가) 강판의 두께, 폭, 속도, 실측 마무리압연온도(FDT), 실측 중간목표냉각온도(MCT), 목표권취온도(CT), 실측 권취온도 및 학습계수를 이용하여 피드포워드제어를 위한 수냉필요량을 계산하는 단계;

   나) 강판의 실측 권취온도와 목표 권취온도와의 차이를 제어주기별로 산출하여 온도차에 따라 CT목표온도를 수정하고, 그에 따라 수냉필요량을 재계산하는 단계;

   다) 보정된 수냉필요량을 전단 피드포워드 제어에 활용하여 전단 주수뱅크를 결정하는 단계; 및

   라) 학습 포인트마다 최종적으로 적용된 학습계수를 적용하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 나)단계에서

   i+1번째 제어주기의 수정 목표온도를

   (여기서, CT_aim(i)는 i 번째 제어주기에서의 수정된 CT목표온도이고, CT_aim(i-1)은 i-1 번째 주기에서의 수정된 CT 목표온도이고, CT_a(i)는 CT목표온도이고, CT_m(i)는 CT실측온도이고, α는 게인( 0 ~ 1 )이다.)

   에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 라)단계에서 다음 장에 대한 학습계수를

   (여기서, f2_i+1은 학습후 학습계수이고, f2_i는 학습전 학습계수이고, MCT_m(i)는 중간온도계 실측값이고, k 는 보정계수이다)에 의하여 계산하는 것을 특징으로 하는 권취목표온도 변경을 통한 열연강판의 냉각제어방법.