KR20040050937A

KR20040050937A - 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치

Info

Publication number: KR20040050937A
Application number: KR1020020078734A
Authority: KR
Inventors: 선판우; 이점수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-06-18

Abstract

본 발명은 연속 용융도금라인에서 강판의 진동을 억제하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은, 아연 도금욕조의 후방에서 강판의 일측에 위치되어 강판의 진동량을 측정하는 센서와, 상기 센서에 전기적으로 연결되어 측정량을 받고, 이를 사전에 설정된 기준량에 비교하여 그 오차를 산출하여 제어신호를 송출하는 진동 제어기및, 상기 아연 도금욕조의 후방에서 강판이 그 사이를 통과하는 한쌍의 접촉롤들을 갖고, 상기 접촉롤들을 강판의 진동방향으로 이동시키는 이동수단을 구비하여 상기 진동 제어기의 제어 신호에 의해서 상기 접촉롤들이 강판에 접촉되어 강판 진동을 감쇠시키는 진동 억제부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 연속 용융도금라인에서 강판의 진동을 억제시켜 강판의 상,하면의 아연 도금량 분포를 균일하게 하고, 그에 따라서 후속 공정인 합금화 가열로에서의 합금화를 균일하게 하여 아연 도금 강판의 제조 원가를 절감하며, 아연 도금 강판의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 얻어진다.

Description

연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치{A CONTROL APPARATUS FOR SUPPRESSING STRIP VIBRATION AT A CONTINUOUS GALVANIZING LINE}

본 발명은 연속 용융도금라인에서 강판의 진동을 억제하는 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 강판의 장력과 위치를 측정하여 외란에 의해서 발생되는 강판의 진동이 제거되도록 강판에 접촉하고 있는 롤의 위치를 제어하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속 용융도금라인에서 도금 욕조(100)를 거쳐 나온 강판(S)은 도 5에 도시된 바와 같이, 아연 도금욕조(100)로 부터 상부에 설치된 이송롤(110)까지 수직으로 이송된다. 이러한 과정에서 아연 도금욕조(100)내에 있는 싱크롤(120)이 회전하면서 베어링(미도시)의 간격에 의해 편심 회전이 이루어지고, 이러한 싱크롤(120)의 편심회전은 이를 통과하여 진행하는 강판(S)에 가해진 장력의 변화가 생긴다. 이러한 현상에 의해 강판(S)은 아연도금작업 후 진행되는 과정에서 지속적으로 진동이 발생한다.

이러한 진동은 강판 표면의 도금량 분포를 불균일하게 하고, 후속공정인 합금화 가열로(미도시)에서의 합금화 불량을 야기시킨다.

따라서, 종래에는 강판(S)의 진동을 제거하기 위하여 연속적으로 진행하는 강판(S)이 통과하도록 강판이송라인의 중간에 댐핑롤(Damping Roll)(미도시)을 설치하고, 강판(S)의 속도, 두께, 폭과 장력에 따라 댐핑롤의 위치를 강판(S)의 이송 방향과 동일한 방향으로, 혹은 반대 방향으로 이동시켜 진동을 억제하는 방법이 있다(일본 특허 공개공보 평성 11-350098호, 1999년 참조).

또 다른 종래의 방법은 강판(S)의 좌우측에 여러 개의 전자석을 설치하고 전자석을 온-오프(ON-OFF)하여 강판(S)의 공진 주파수를 변화시켜 진동을 억제하는 방법이 있다.(일본 특허 공개공보 평성11-315361호, 1999년 참조).

그러나 상기와 같은 종래의 두 가지 방법은 실시간으로 진동을 측정하여 피드백 제어시키지 못하는 단점을 가지고 있어서 진동을 억제하는 효과가 작고, 강판(S)의 종류에 따라서는 아무런 효과가 없는 경우도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 강판의 장력과 위치를 측정하여 외란에 의해서 발생되는 강판의 진동이 제거되도록 강판에 접촉하고 있는 롤의 위치를 제어하여 강판의 상,하면의 아연 도금량 분포를 균일하게 하고, 합금화 가열로에서의 합금화를 균일하게 하여 아연 도금 강판의 제조 원가를 절감하며, 아연 도금 강판의 표면 품질을 향상시킬 수 있도록 개선된 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치를 제공함에 있다.

제 1도는 본 발명에 따른 강판진동 제어장치가 연속아연 도금라인에 장착되어 강판의 진동을 억제하는 상태를 도시한 개략 구성도;

제 2도는 본 발명에 따른 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치에 갖춰진 진동 억제부의 구성을 도시한 사시도;

제 3도는 본 발명에 따른 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치에 갖춰진 진동 억제부의 구성을 도시한 측면도;

제 4도는 본 발명에 따른 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치에 갖춰진 진동 억제부의 또 다른 변형 구조를 도시한 사시도;

제 5도는 종래의 기술에 따른 연속 아연 도금라인에서 아연 도금욕조의 후단에서 강판에 진동이 발생되는 상태를 도시한 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5..... 센서 10.... 진동 제어기

20.... 진동 억제부 22.... 서보모터

25.... 접촉롤 30.... 이동수단

32.... 베어링 블럭 34.... 회전축

36.... 이동 베이스 38.... 회전 레버

40.... 회동 실린더 42.... 로드

50.... 직선 이동 베드 52.... 비틀림 축

52a... 베어링 60.... 고정 프레임

62.... 가이드 레일 66.... 스크류 축

70.... 너트블럭 73.... 엔코더

100.... 아연 도금욕조 110.... 이송롤

120... 싱크롤 S.... 강판

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 강판이 아연도금욕조를 통과하여 도금작업이 이루어지는 연속 용융도금라인에서 강판의 진동을 억제하기 위한 제어장치에 있어서,

상기 아연 도금욕조의 후방에서 강판의 일측에 위치되어 강판의 진동량을 측정하는 센서;

상기 센서에 전기적으로 연결되어 측정량을 받고, 이를 사전에 설정된 기준량에 비교하여 그 오차를 산출하여 제어신호를 송출하는 진동 제어기;및

상기 아연 도금욕조의 후방에서 강판이 그 사이를 통과하는 한쌍의 접촉롤들을 갖고, 상기 접촉롤들을 강판의 진동방향으로 이동시키는 이동수단을 구비하여 상기 진동 제어기의 제어 신호에 의해서 상기 접촉롤들이 강판에 접촉되어 강판 진동을 감쇠시키는 진동 억제부;를 포함함을 특징으로 하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 강판(S)이 연속도금라인의 도금욕조(100)를 거쳐 수직으로 이송될 때 이송방향에 수직으로 발생하는 진동을 억제하기 위해, 진동에 의한 강판(S)의 위치변화량을 센서(5)로 검출하고, 각각의 변화량으로부터 제어시스템의 오차를 구하고이를 보정하는 것이다.

본 발명은 이를 위하여, 아연 도금욕조(100)의 후방에서 강판(S)의 일측에 위치되어 강판(S)의 진동량을 측정하는 센서(5)를 구비한다. 상기 센서(5)는 강판(S)과 일정한 거리 만큼 떨어져 설치되어 강판(S)이 진동할 때, 강판(S)의 거리를 측정함으로서 강판(S)의 진폭을 검출하는 것이다. 상기 강판 위치센서(5)에 의해 측정된 거리는 진동 제어기(10)에 입력된다.

그리고, 상기 센서(5)에 전기적으로 연결되어 측정량을 받고, 이를 사전에 설정된 기준량에 비교하여 그 오차를 산출하여 제어신호를 송출하는 진동 제어기(10)를 구비한다. 상기 진동 제어기(10)는 강판 위치센서(5)에서 검출한 실측치와 미리 진동 제어기(10)에 입력되어 있는 거리센서(5)에서 강판(S)의 진행기준선 까지의 거리(설정치)로부터 강판(S)의 기준선 이탈량(d)을 아래의 식으로 구한다.

d = Xt - X

여기서, Xt 는 거리센서(5)에서 강판(S)의 기준선까지의 설정 거리이고, X 는 측정된 강판(S)까지의 거리이다. 이와 같이 강판(S)이 진동하게 되면, 강판(S)의 기준선 이탈량(d)이 필연적으로 발생한다. 상기 강판(S)의 기준선 이탈량(d)는 피드백 제어에 의해 제로(0)로 되어야 하는 물리량으로서 진동 제어기(10)의 제어오차이며 다음의 식으로 표현 가능하다.

e = K_dd

여기서, e 는 진동 제어기(10)의 제어 오차이고, K_d는 각각 기준선 이탈량(d)의 게인이다. 상기 강판(S)의 기준선 이탈량(d)을 동시에 없애기 위해서는 진동 제어기(10)의 제어 오차(e)를 0으로 수렴시키는 제어 조작량을 결정해야 한다. 상기 제어 조작량은 진동 제어기(10)에 구비된 제어 필터와 상기 제어 오차(e)의 곱에 의해 결정되고, 제어 필터는 PID 제어 필터가 적용된다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

u = G(s)e

여기서, u 는 진동 제어기(10)에서 출력되는 조작량이고, G(s)는 제어 필터의 일반적 표현이다. 상기 진동 제어기(10)에서 출력된 제어 조작량은 이하에서 설명되어지는 바와 같이, 진동을 줄이는 방향으로 진동 억제부(20)의 서보모터(22)를 회전시키게 된다.

그리고, 본 발명은 상기 아연 도금욕조(100)의 후방에서 강판(S)이 그 사이를 통과하는 한쌍의 접촉롤(25)들을 갖고, 상기 접촉롤(25)들의 양측에서 각각 강판(S)의 진동방향으로 이동시키는 이동수단(30)을 구비하여 상기 진동 제어기(10)의 제어 신호에 의해서 상기 접촉롤(25)들이 강판(S)에 접촉되어 강판 진동을 감쇠시키는 진동 억제부(20)를 구성한다.

상기 진동 억제부(20)는 도 2및 도 3에 상세히 도시된 바와 같이, 아연 도금욕조(100)의 후방에서 한쌍의 대향한 접촉롤(25)들의 사이로 강판(S)이 진행하도록 배치되고, 상기 접촉롤(25)들의 양단은 베어링 블럭(32)에 각각 회전가능하도록 장착된다. 그리고, 상기 베어링 블럭(32)들은 각각 그 양측으로 회전축(34)들이 돌출되며, 그 회전축(34)들은 이동 베이스(36)를 내장된 베어링(36a)을 통하여 회전가능하도록 관통하여 양측으로 돌출되고, 회전 레버(38)를 각각 장착하고 있다.

그리고, 상기 이동 베이스(36)의 일측에는 각각 회동 실린더(40)들이 장착되며, 그 로드(42)들은 상기 회전 레버(38)의 선단에 회전가능하도록 연결됨으로서 상기 회동 실린더(40)의 작동으로 회전 레버(38)를 통하여 상기 베어링 블럭(32)들을 회전시킬 수 있고, 이들 베어링 블럭(32)에 평행으로 나란하게 배치된 한쌍의 접촉롤(25)들을 회전시킬 수 있다.

그리고, 상기 이동 베이스(36)들은 각각 직선 이동 베드(50)상에서 비틀림회전이 가능하도록 장착되는 바, 이는 평편한 직선 이동베드(50)의 상부측으로 비틀림 축(52)이 돌출 형성되고, 상기 비틀림 축(52)에 베어링(52a)을 매개로 상기 이동 베이스(36)의 하단이 회전가능하도록 각각 장착된 것이다. 이는 이후에 설명되는 바와 같이, 상기 직선 이동베드(50)들이 서로 다른 길이로 변위되는 경우, 그 차이값을 보상하기 위함이다.

또한, 상기 직선 이동베드(50)는 그 하부면이 아연 도금설비의 고정 프레임(60)에 마련된 가이드 레일(62)상에서 전,후로 이동가능하도록 배치된 것으로서, 상기 이동수단(30)에 의해 고정 프레임(60)상에서 강판(S)의 진행방향에 수직한 방향으로 이동가능하도록 배치된다.

그리고, 상기 이동수단(30)은 상기 고정 프레임(60)에 장착된 서보모터(22)를 포함하고, 상기 서보 모터(22)의 회전축(22a)은 고정 프레임(60)에 장착된 베어링(64)을 통과하여 스크류 축(66)을 연결하고, 상기 스크류 축(66)은 직선 이동베드(50)의 일측에 마련된 너트블럭(70)에 나사결합되어 상기 서보 모터(22)의 정,역회전으로 스크류 축(66)이 정,역회전되면 이는 너트블럭(70)을 통하여 직선 이동베드(50)가 고정 프레임(60)상에서 전,후이동을 하도록 된 것이다.

결과적으로는 상기 이동수단(30)에 의해서 상기 직선 이동베드(50)상에 장착된 이동 베이스(36)를 통하여 한쌍의 접촉롤(25)들이 이동가능한 것이다.

한편, 상기 서보모터(22)에는 그 회전수를 측정하여 전기적인 신호를 진동 제어기(10)로 송출하는 엔코더(73)가 마련되고, 이러한 엔코더(73)의 신호에 의해서 서보 모터(22)의 회전수가 검출되어 접촉롤(25)들의 정확한 직선이동거리의 확보가 가능하도록 구성되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 아연도금욕조(100)를 거쳐서 나온 강판(S)이 수직으로 올라가서 상부에 설치된 한쌍의 접촉롤(25)들 사이와 이송롤(110)을 거쳐서 후 공정으로 이송되는 과정에서, 상기 아연도금욕조(100)내의 싱크롤(120)은 그 회전 베어링부(미도시)가 마모되면서 롤 축수와 저널부 사이의 간격이 커지고 이에 따라 싱크롤(120)이 편심된다.

이와 같은 편심에 의해 강판(S)은 좌우로 진동하게 된다. 이러한 경우 본 발명에 갖춰진 센서(5)는 강판(S)의 진동폭을 측정하게 되고, 상기 센서(5)에 전기적으로 연결되어 측정량을 받은 진동제어기(10)는 상기 측정값을 사전에 설정된 기준량에 비교하여 그 오차를 산출하여 제어신호를 송출한다.

즉, 상기 진동 제어기(10)는 상기 수식들, 즉 d = Xt - X, e = K_dd, u = G(s)e 들을 통하여 제어 조작량을 산출하고, 진동 억제부(20)의 복수의 서보모터(22)를 회전시키게 된다.

따라서, 진동 억제부(20)는 서보 모터(22)의 작동으로 한쌍의 접촉롤(25)들은 강판(S)에 접촉하면서 강판(S)에 장력을 가하고, 강판(S)의 진동을 감쇠시키면서 위치를 변화시키는 기능을 가진다.

즉, 상기 서보모터(22)가 회전하면 이송 베이스(36)가 직선 이송베드(50)위에서 움직이게 되어 한쌍의 접촉롤(25)들이 움직이게 되고, 한쌍의 접촉롤(25)들이 강판(S)이 진동하는 반대방향으로 강판(S)을 움직여서 강판(S)의 진동량을 줄이게 된다.

상기 진동 제어기(10)에서 출력되는 조작량인 u 는 롤의 위치를 결정하는 수치를 가지고 있으며, 이 수치는 거리의 차원을 가진다. 상기 조작량인 u 에 의해서 서보모터(22)는 그 회전수를 측정하는 엔코더(73)의 신호를 피드백 받아 직선 이송베드(50)와 이송 베이스(36)를 위치 제어한다.

이와 같이 위치이동 된 한쌍의 접촉롤(25)은 강판(S)에 각각 접촉되면서, 강판(S)의 진동 주파수보다 더 빠른 주파수 대역을 가지면서 강판의 진동량을 상쇄시키는 기능을 가진다. 그리고, 상기 진동 제어기(10)는 지속적으로 강판(S)의 기준선 이탈량(d)을 센서(5)로 부터 피드백 받아 강판(S)의 기준선 이탈량(d)이 제로(0)에 도달하도록 제어를 수행한다.

상기 한쌍의 접촉롤(25)이 강판(S)에 접촉하는 접촉깊이는 베어링 블럭(32)의 회전축(34)을 중심으로 하여 한쌍의 접촉롤(25)이 회전하는 각도에 의해 결정된다. 이를 위하여 상기 접촉롤(25)의 양측에 구비된 회동 실린더(40)는 베어링 블럭(32)의회전축(34)을 중심으로 하여 한쌍의 접촉롤(25)를 회전시키는 기능을 가진다.

즉 상기 회동 실린더(40)의 작동은 그 로드(42)의 전,후진으로 인하여 회전 레버(38)를 통하여 회전축(34)들을 이동 베이스(36)에 대하여 회전시킴으로서, 상기 회전축(34)에 베어링 블럭(32)들을 통하여 장착된 접촉롤(25)들을 회전시켜 강판(S)의 진행방향에 대하여 일정각도(θ) 경사지도록 하고 강판과의 접촉 깊이를 조절하는 것이다.

상기 한쌍의 접촉롤(25)은 그 좌측과 우측에 설치된 직선 이송베드(50)의 상부에서 이송 운동을 하는 이송 베이스(36)의 위치에 의해 한쌍의 접촉롤(25)의 위치가 결정되므로, 강판(S)의 좌측과 우측에서의 이송 베이스(36)의 위치가 서로 다르게 되면, 한쌍의 접촉롤(25)의 좌,우측이 서로에 대하여 비틀림 회전운동을 하게 된다. 이러한 비틀림 회전운동이 가능하도록 직선 이송베드(50)의 상부에는 비틀림 축(52)이 마련되어 상기 접촉롤(25)의 좌,우측을 각각 지지하는 이송 베이스(36)의 비틀림이 가능하게 되는 것이다.

따라서, 상기 접촉롤(25)들은 그 사이를 통과하는 강판(S)에 대해서 서보 모터(22)의 작동으로 강판(S)에 접촉하고, 회동 실린더(40)의 작동으로 강판(S)에 경사져서 그 접촉 깊이가 조절되는 상태에서 실시간으로 강판(S)의 진동을 억제하게 되는 것이다.

한편, 도 4에는 본 발명에 부가하여 추가적인 접촉롤(80)들을 아연도금설비의 고정 프레임(60)에 구비할 수 있다. 이들 접촉롤(80)들은 본 발명에 구비된 진동 억제부(20)의 서보모터(22)나 회동 실린더(40)의 오동작이 발생되면, 이들을 대체하여 사용가능한 것으로서, 이들 접촉롤(80)들은 별도의 이동 실린더(미도시)나 모터(미도시)들에 의해서 이동되어 강판(S)의 진동을 감쇠시킬 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 연속 용융도금라인에서 강판(S)의 진동을 억제시켜 강판(S)의 상,하면의 아연 도금량 분포를 균일하게 하고, 그에 따라서 후속 공정인 합금화 가열로에서의 합금화를 균일하게 하여 아연 도금 강판(S)의 제조 원가를 절감하며, 아연 도금 강판(S)의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 얻어진다.

Claims

강판(S)이 아연도금욕조(100)를 통과하여 도금작업이 이루어지는 연속 용융도금라인에서 강판(S)의 진동을 억제하기 위한 제어장치에 있어서,

상기 아연 도금욕조(100)의 후방에서 강판(S)의 일측에 위치되어 강판(S)의 진동량을 측정하는 센서(5);

상기 센서(5)에 전기적으로 연결되어 측정량을 받고, 이를 사전에 설정된 기준량에 비교하여 그 오차를 산출하여 제어신호를 송출하는 진동 제어기(10);및

상기 아연 도금욕조(100)의 후방에서 강판(S)이 그 사이를 통과하는 한쌍의 접촉롤(25)들을 갖고, 상기 접촉롤(25)들을 강판(S)의 진동방향으로 이동시키는 이동수단(30)을 구비하여 상기 진동 제어기(10)의 제어 신호에 의해서 상기 접촉롤(25)들이 강판(S)에 접촉되어 강판 진동을 감쇠시키는 진동 억제부(20);를 포함함을 특징으로 하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 진동 억제부(20)의 이동수단(30)은 아연도금 설비의 고정 프레임(60)에 장착된 서보모터(22)를 포함하고, 상기 서보 모터(22)의 회전축(22a)은 스크류 축(66)을 연결하고, 상기 스크류 축(66)은 직선 이동베드(50)의 일측에 마련된 너트블럭(70)에 나사결합되어 상기 서보 모터(22)의 정,역회전으로 스크류 축(66)이 정,역회전되면 이는 너트블럭(70)을 통하여 직선 이동베드(50)가 상기 고정 프레임(60)상에서 전,후이동을 하며, 상기 직선 이동베드(50)상에 장착된 이동 베이스(36)를 통하여 한쌍의 접촉롤(25)들이 이동가능한 구조임을 특징으로 하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 진동 억제부(20)의 접촉롤(25)들의 양단은 베어링 블럭(32)에 각각 회전가능하도록 장착되고, 상기 베어링 블럭(32)들은 각각 그 양측으로 회전축(34)들이 돌출되며, 그 회전축(34)들은 이동 베이스(36)를 통하여 회전가능하도록 관통하여 양측으로 돌출되고, 회전 레버(38)를 각각 장착하며, 상기 이동 베이스(36)의 일측에는 각각 회동 실린더(40)들이 장착되어 그 로드(42)들이 상기 회전 레버(38)의 선단에 회전가능하도록 연결됨으로서 상기 회동 실린더(40)의 작동으로 회전 레버(38)를 통하여 상기 베어링 블럭(32)들을 회전시킬 수 있고, 이들 베어링 블럭(32)에 평행으로 나란하게 배치된 한쌍의 접촉롤(25)들을 강판의 진행방향에 대하여 일정각도(θ)로 경사 회전시키도록 구성됨을 특징으로 하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치.
제3항에 있어서, 상기 이동 베이스(36)들은 평편한 직선 이동베드(50)의 상부측에 돌출 형성되는 비틀림 축(52)에 베어링(52a)을 매개로 그 하단이 회전가능하도록 각각 장착되어 상기 서보 모터(40)들에 의해서 상기 접촉롤(25) 좌우의 직선 이동베드(50)들이 서로 다른 길이로 변위되는 경우, 그 차이값을 보상하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 서보모터(22)에는 그 회전수를 측정하여 전기적인 신호를 진동 제어기(10)로 송출하는 엔코더(73)가 마련된 것임을 특징으로 하는 연속아연 도금라인의 강판진동 제어장치.