KR20030054325A

KR20030054325A - 냉연 연속소둔라인의 조질압연 센터마크 방지를 위한제어방법

Info

Publication number: KR20030054325A
Application number: KR1020010084466A
Authority: KR
Inventors: 전현철; 이훈휘
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2003-07-02
Also published as: KR100838842B1

Abstract

본 발명은 연속소둔라인(Continuous Annealing Line)의 조질압연공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조질압연공정에서 전후 코일소재를 연결하는 용접부에 의해 발생되는 센터마크(center mark)를 방지하면서, 코일 용접부 선, 후단부의 재질불량을 방지하기 위해, 용접부가 조질압연기에 접근할 때 조질압연기의 속도와 압연하중을 연동제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

냉연 연속소둔라인의 조질압연 센터마크 방지를 위한 제어방법{Control method for preventing center mark in skin pass mill of continuous annealing line}

본 발명은 연속소둔라인(Continuous Annealing Line)의 조질압연공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조질압연공정에서 전후 코일소재를 연결하는 용접부에의해 발생되는 센터마크(center mark)를 방지하면서, 코일 용접부 선, 후단부의 재질불량을 방지하기 위해, 용접부가 조질압연기에 접근할 때 조질압연기의 속도와 압연하중을 연동제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉연공정중 연속소둔라인(Continuous Annealing Line)에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 입측 페이오프릴(pay off reel)(1)에 장입된 냉간압연 코일을 용접기(2)에서 용접하여, 로(5)내에 연속적으로 통과시켜 열처리하고, 조질압연기(skin pass mill)(7)에서 압연하여, 냉연제품에 적정한 기계적성질을 부여하게 된다.

도 2는 소둔된 냉간압연판을 인장시험시 나타나는 응력과 변형율의 관계를 보여준다.

이를 참조하면, 초기 인장시는 상부항복점(A)에서 하부항복점으로 떨어지면서 항복점연신현상이 나타나고, 항복점연신이 끝나는 점(B)에서 인장이 계속되면, 응력이 점차적으로 증가되면서, C점에 이르러 파단이 일어나게 된다.

조질압연의 목적은 도 2에 나타낸 바와 같이, 소둔된 냉간압연판에 0.5~1.5% 정도의 연신율(EL : elongation)을 부여하여, 항복점연신에 의해 제품가공시 발생되는 스트레쳐 스트레인(stretch strain)의 표면결함을 방지하고, 소둔된 강판의 형상을 교정하며, 강판표면에 적정한 조도를 부여하여 용도에 맞는 도장성을 확보하는 것이다.

이때의 연신율(EL : elongation)은 강판의 초기두께와 압연된 후의 강판두께를 각각 T, t라고 할 때, 다음식으로 결정될 수 있다.

El = {(T-t)/T} X 100(%)

한편, 연속소둔라인 출측에 설치된 조질압연공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 조질압연기는 도 3에 나타낸 바과 같이, 6단 압연기로 구성되어 있다.

하부 보강롤(back up roll)(11)의 작업축과 구동축에 각각 압하실린더가 있어 롤갭(roll gap)을 제어하고, 작업롤(work roll)(10)과 중간롤(intermediate roll)(13)의 쵸크(choke)의 실린더로서 벤더(bender)제어를 하고, 중간롤(13)은 좌우로 시프팅(shifting)할 수 있다.

상부 보강롤(12)의 작업축과 구동축에 각각 로드셀(load cell)(14)을 설치하여 압연하중을 측정할 수 있으며, 조질압연기의 전후에는 입측 텐션 브라이들 롤(entry tension bridle roll)(15)과 출측 텐션 브라이들 롤(exit tension bridle roll)(16)을 설치하여, 압연기 입출측에 적정장력을 부여하고, 그 사이에 장력측정기(미도시)가 설치되어 있다.

종래의 조업방법에서는 조업관리컴퓨터(BC : Business Computer)(17)에서 작업될 소재정보(두께, 폭, 강종, 목표연신율)가 전송되면, 공정관리컴퓨터(SCC : Supervisor Control Computer)(18)에서 목표연신율을 확보하기 위하여, 적정 압연하중과 입출측 장력을 계산한다.

계산된 압연하중치는 압연하중 조절기(roll force controller)(19)에서 유압실린더(hydraulic cylinder)(20)를 제어하여, 상응하는 적정 압연하중을 부여한다.

그런데, 선행소재의 작업이 마무리되고, 후행소재가 진행해 오면, 선행소재와 후행소재를 연결하는 용접부가 조질압연기를 통과할 경우, 압연하중에 의해 작업롤(13)에 용접부 센터마크(center mark)가 생기게 되고, 작업롤(13)에 생긴 용접부마크는 회전하면서 소재표면에 용접부마크를 계속 전사시키게 되어, 표면품질을 악화시키게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래의 방법으로는 용접부 통과시 압연하중을 감소시키는 릴리프 모드(relief mode)시스템을 도입하여, 작업롤(13) 표면에 생기는 용접부마크를 감소시켰다.

이러한 제어공정은 도 4에서 보여지는 바와 같이, 일예로, 중저탄소강(두께 : 1.0㎜, 폭 : 1,100㎜)을 소재로 작업할 경우, 다음과 같은 단계로 설명될 수 있다.

1단계 : 용접부가 용접부 탐지기(welder detector)에 의해 감지되면, 조질압연기속도는 중앙속도 300mpm에서 30mpm으로 감속된다.

2단계 : 용접부가 조질압연기를 통과하기 2초전부터 압연하중이 릴리프(relief)되어 250톤에서 150톤으로 감소되고, 용접부가 조질압연기의 롤을 통과하고 난 뒤, 2초후 다시 압연하중이 250톤으로 원상회복되어, 압연하중 감소로 용접부에 의해 발생되는 센터마크를 방지한다.

3단계 : 그런데, 용접부가 조질압연기를 통과할 때 연신율의 변화를 보면, 출측속도 300mpm에서는 1.0%를 유지하다가, 출측속도가 감소됨에 따라 1.3%까지 증가하고, 압연하중이 릴리프(relief)되는 구간에서는 1.0%로 원상회복되었다가, 릴리프가 끝나는 지점에서는 1.3%로 다시 증가한다.

4단계 : 용접부가 조질압연기를 통과하고 난후, 조질압연기 감속에 따라 입측루퍼(entry looper)에 저장된 저장량을 비우기 위해, 중앙속도 300mpm보다도 높은 400mpm으로 가속하게 되고, 이때는 연신율이 0.9%를 유지하다가, 중앙속도 300mpm으로 등속운전하게 되면, 기준연신율 1.0%로 수렴하게 된다.

이러한 방법에 의해 센터마크를 방지할 수 있으나, 용접부가 조질압연기를 통과하면서 감속됨에 따라, 릴리프모드(relief mode)영향을 받지 않는 용접부 전후에서 압연하중증가에 의해, 연신율이 기준치를 초과함에 따라, 코일의 선단부와 후단부에서 재질불량이 발생되는 단점이 있었다.

도 5를 살펴 보면, 소재의 선단부에서 감속 및 저속운전에 따른 압연하중상승으로 소재의 선단부와 후단부에서 항복강도(yield strength)가 기춘치 280㎫를 초과하여 실제 300㎫를 나타냄으로써, 재질불량이 발생되고 있음을 보여주고 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 조질압연시 용접부에 의해 발생되는 센터마크와 소재의 선후단부의 항복강도상승에 따른 재질불량을 방지하기 위하여, 조질압연공정에서 가감속할 때나 저속운전도중 소재통판속도와 압연하중를 연동시켜 피드백제어하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

도 1은 냉연 연속소둔라인의 구성을 보여주는 개략도.

도 2는 냉연제품 인장시험시의 응력과 변형율의 관계를 도시한 그래프.

도 3은 종래의 조질압연 설비 및 제어기의 구성도.

도 4는 종래의 제어방식에 따른 제어특성 변화를 보여주는 그래프.

도 5는 종래의 제어방식에 따른 제품위치별 기계적성질 변화를 보여주는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 조질압연 설비 및 제어기 구성도.

도 7은 본 발명의 제어방식에 따른 제어특성 변화를 보여주는 그래프.

도 8은 본 발명의 제어방식에 따른 제품별 항복강도의 기계적성질 변화를 보여주는 그래프.

도 9은 본 발명의 제어방식에 따른 제품위치별 기계적성질의 변화를 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 페이오프릴(pay off reel) 2 : 용접기(welder)

3 : 전해청정기(electrolytic cleaner) 4 : 입측저장기(entry looper tower)

5 : 소둔로(furnace) 6 : 출측저장기(exit looper tower)

7 : 조질압연기(skin pass mill) 8 : 도유기(oiler)

9 : 텐션릴(tension reel) 10 : 작업롤(work roll)

11, 12 : 하부, 상부 보강롤(back up roll)

13 : 중간롤(intermediate roll) 14, 26 : 로드셀(load cell)

15, 16 : 입측, 출측 텐션 블라이들 롤(entry, exit tension bridle roll)

17, 21 : 조업관리컴퓨터(BC : Business Computer)

18, 25 : 공정관리컴퓨터(SCC : Supervisor Control Computer)

19, 27 : 압연하중조절기(roll force controller)

20, 28 : 유압실린더(hydraulic cylinder)

22, 23 : 펄스제너레이터(pulse generator)

24 : 입측속도측정치(actual entry speed)

29 : 압연하중기준치(roll force reference)

30 : 연신율측정치(elongation measurement)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉연 연속소둔라인의 조질압연 센터마크 방지를 위한 제어방법은, 냉연 연속소둔라인 조질압연기에서 선행소재와 후행소재를 연결하는 용접부가 작업롤(13)을 통과하면서 롤에 전사되고 롤이 회전하면서 작업되는 소재표면에 주기적으로 발생시키는 센터마크(center mark)를 방지하기 위한 방법으로서, 소재강종, 두께, 목표연신율과 같은 소재정보를 제공하는 조업관리컴퓨터(21)와 상기 조업관리컴퓨터(21)로부터 제공된 소재정보 및 상기 조질압연기 입측에 부착된 펄스제너레이터(22)에서 감지측정되어 입력되는 조질압연기 입측속도에 따라 압연하중을 계산하는 공정관리컴퓨터(25)를 구성하고, 상기 공정관리컴퓨터(25)로 측정된 상기 조질압연기 입측속도가 피드백되어 입력되면, 센터마크를 방지하고, 소재 선후단부 재질불량을 방지하기 위한 적정 압연하중치가 실시간으로 계산되어 압연하중조절기(27)로 입력되며, 상기 입력된 적정압연하중에 따라 상기 압연하중조절기(27)가 압하용 유압실린더(28)를 제어하여 상기 조질압연기의 하부 보강롤에 부과되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 조질압연 설비 및 제어기의 구성을 보여준다.

이를 참조하면, 강종, 소재두께, 폭, 기준연신율 등의 소재정보를 실시간으로 제공하는 조업관리컴퓨터(BC : Business Computer)(21)와 소재의 연신율을 측정하기 위하여 조질압연기의 입출측 텐션 브라이들 롤(tension bridle roll)에 설치되어 소재통판속도를 모니터링(monitoring)하는 펄스제너레이터(pulse generator)(22,23)에서 측정된 속도에 의해 계산된 실연신율과 입측속도(24)변화에 따라 압연하중을 계산하는 공정관리컴퓨터(SCC : Supervisor Control Computer)(25)와 작업롤의 압연하중을 실시간으로 계측하는 로드셀(load cell)(26)과 로드셀에서 계측된 압연하중을 기준압연하중과 비교하여 그 차이를 보상하여 실압연하중을 기준압연하중으로 일치시키는 압연하중조절기(roll force controller)(27)와 압연하중조절기(27)의 지시치에 의해 압연하중이 제어되는 유압실린더(28)로 구성된다.

조업관리컴퓨터(BC)(21)로부터 소재정보에 관한 데이터 즉, 강종, 소재두께, 폭 및 목표연신율이 포함된 데이터가 조업관리컴퓨터(SCC)(25)로 입력되면, 소재강판별로 설정된 조질압연기의 입출측의 장력에 따라 목표연신율을 내기 위한 압연하중은 다음과 같이 계산된다.

압연작업조건에서 압하력을 구하는 이론은 많이 연구되어 왔으며, 오로완(Orowan)의 이론은 미끄럼마찰이나 압연중의 일정한 항복응력을 가정하지 않은 이론으로서, 가장 엄밀한 해석이나 그 해석이 복잡하기 때문에, 근사식인 브랜드 포드(Bland Ford)의 이론식을 적용한다.

한편, 롤편평은 히치콕(Hitchcock)의 식을 사용한다.

R′= R[1+2Co{P/(b*Δh)}]

Co = 8(1-m*m)/(πE)

여기서, R´: 편평 롤반지름, P : 압연하중, Δh : 판두께차이값(입측-출측), R : 롤반지름, Co : 탄성계수, b : 평균판두께이다.

그리고, 히치콕의 식을 적용하여, 목표연신율을 내기 위한 압연하중은 다음과 같이 계산된다.

P = K(1-σi/K)*{R´(Hi-Ho)｝^1/2* f5(arb)

여기서, P : 압연하중, K : 재료의 평균항복응력, σi : 롤 입구장력, Hi : 입측 판두께, Ho : 출측 판두께, f5(arb) : 압하력 함수이다.

계산된 압연하중(29)은 압연하중조절기(27)에서 유압실린더(28)를 작동시켜백업롤에 부과된다.

선행소재의 작업이 끝나고, 후행소재가 통과할 때, 선행소재와 후행소재를 연결하는 용접부가 진입하면서, 조질압연기를 통과하는 소재의 속도가 감소됨에 따라서, 조질압연기 입측에 부착된 펄스제너레이터(22)에서 감지된 속도와 조질압연기 입출측에서 감지된 속도의 차이에 의해 계산된 연신율(30)이 조업관리컴퓨터(SCC)(25)로 피드백되면, 상기 [수학식4]에 의해 스트립속도의 변화에 따른 순간압연하중치(29)가 계산되고, 계산된 압연하중은 압연하중조절기(27)에서 유압실린더(28)를 제어하여 적정압연하중을 부과한다.

실시예

도 7은 1개월동안 실제라인에서 중저탄소강(두께 : 0.8~1.2㎜, 폭 : 1,100㎜)을 소재로 생산할 때의 실시간별 조업조건을 나타낸 것이다.

처음 중앙속도 250~350mpm의 범위에서 정속작업되던 선행소재가 작업이 끝날 시점에 30mpm으로 감속됨에 따라서, 압연하중도 조질압연기 압연속도와 연동되어 감소되고, 감속에 따른 압연하중의 감소에 따라, 용접부에 의한 센터마크의 발생도 감소시키고, 0.8~1.2%의 일정연신율을 유지함으로써, 용접부전후의 재질불량을 방지할 수 있다.

용접부가 조질압연기를 통과하고 나면, 조질압연기속도는 가속되고, 감속도중에 입측루프(looper)에 저장된 소재를 감소시키기 위해, 중앙속도 250~350mpm을 넘어서 350~450mpm까지 증속되고, 출측루프(looper)에 저장된 소재가 소진되면, 다시 중앙속도250~350mpm의 정속으로 되돌아간다.

이때, 조질압연기의 속도는 펄스제너레이터에서 계측되어 공정관리컴퓨터(SCC)(18)로 피드백(feedback)되어, 적정압연하중을 제어한다.

도 8은 제품두께에 따른 항복강도(YS : Yield Strength)의 분포를 나타낸다.

이를 참조하면, 소재의 선단부 및 후단부에서도 항복강도가 기준치 280㎫보다도 낮게 분포됨으로서, 양호한 재질실적을 보여주고 있다.

또한, 제품위치에 따른 기계적성질의 변화를 나타낸 도 9를 참조하면, 동일한 연신율(1.0%)하에서 소재의 선단부 및 후단부에서도 기준치 280㎫이하로 양호한실적을 나타내고 있으며, 소재중심부와 10㎫의 차이를 보여주고 있는 것은 투입되는 소재 핫코일(hot coil)의 위치별 재질편차에 기인하는 것으로 판단된다.

여기서, 인장강도(TS : Tensile Strength)를 보면 기준범위(270≤TS≤400㎫)내에서 320~340㎫를 나타냄으로써, 안정된 실적을 보여주고 있고, 연신율도 기준치 28%를 초과하여 40~42%를 나타냄으로써, 양호한 실적을 보여주고 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 선행소재와 후행소재를 연결하는 용접부가 조질압연기를 통과할 경우, 조질압연속도변화를 펄스제너레이터에서 감지하여 조업관리컴퓨터에서 압연하중을 연동제어함으로써, 용접부가 작업롤에 전사되어 발생되는 센터마크와 가감속 및 저속운전에 따른 압연하중증가에 의해, 소재 선후단부의 재질불량을 방지할 수 있어, 불량부 제거에 필요되었던 각종 비용을 절감하고, 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

냉연 연속소둔라인 조질압연기에서 선행소재와 후행소재를 연결하는 용접부가 작업롤(13)을 통과하면서 롤에 전사되고 롤이 회전하면서 작업되는 소재표면에 주기적으로 발생시키는 센터마크(center mark)를 방지하기 위한 방법으로서,

소재강종, 두께, 목표연신율과 같은 소재정보를 제공하는 조업관리컴퓨터(21)와 상기 조업관리컴퓨터(21)로부터 제공된 소재정보 및 상기 조질압연기 입측에 부착된 펄스제너레이터(22)에서 감지측정되어 입력되는 조질압연기 입측속도에 따라 압연하중을 계산하는 공정관리컴퓨터(25)를 구성하고,

상기 공정관리컴퓨터(25)로 측정된 상기 조질압연기 입측속도가 피드백되어 입력되면, 센터마크를 방지하고, 소재 선후단부 재질불량을 방지하기 위한 적정 압연하중치가 실시간으로 계산되어 압연하중조절기(27)로 입력되며, 상기 입력된 적정압연하중에 따라 상기 압연하중조절기(27)가 압하용 유압실린더(28)를 제어하여 상기 조질압연기의 하부 보강롤에 부과되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉연 연속소둔라인의 조질압연 센터마크 방지를 위한 제어방법.[