KR20040056055A - 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법 - Google Patents

압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압연실적 데이터를 이용하여 소성계수를 최적으로 보정하는 계수를 구하고 이를 이용하여 예측압연하중과 소성계수를 보정함으로써, 롤갭설정을 고도화하고 두께제어 응답성을 높일 수 있는 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법은, 소성계수 보정계수와 코일번호와 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 초기화하는 제 1 단계와; 상기 코일번호에 해당하는 코일 압연실적데이터(압연하중, 롤갭, 두께)를 읽고 각 스탠드별 소성계수에 상기 소성계수 보정계수를 곱하여 상기 각 스탠드별 소성계수를 보정하는 제 2 단계와; 상기 각 스탠드별 두께오차 발생인자(입측소재 두께 변동, 운전자 롤갭 조정, 압연기 설정오차)에 의한 각 스탠드별 압연하중 변동량과 각 스탠드별 출측 두께 변동량과 최종 스탠드의 두께 변동량을 계산하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 구한 각 두께오차 발생인자에 의한 최종 스탠드의 두께 변동량의 합을 계산하는 제 4 단계와; 상기 계산된 최종 스탠드의 두께 변동량의 합과 실측된 최종 스탠드의 두께 변동량과의 오차가 임계치보다 작으면 상기 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 1 증가시키는 제 5 단계와; 모든 코일에 대해 상기 제 2 단계 내지 제 5 단계를 반복 수행하는 제 6 단계와; 상기 제 6 단계 수행 후 소성계수 보정계수와 상기 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 저장하는 제 7 단계와; 상기 소성계수 보정계수가 0이 될 때까지 상기 소성계수 보정계수에서 일정 상수를 감산하면서 상기 제 2 단계 내지 제 7 단계를 반복 수행하는 제 8 단계와; 상기 제 8 단계 수행 후 최적의 소성계수 보정계수를 선정하고, 상기 소성계수 보정계수를 이용하여 예측압연하중과 소성계수를 보정하는 제 9 단계를 포함한다.

Description

압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법{Material Plastic Coefficient Correction and Rolling Force Prediction in Rolling Mill}
본 발명은 압연실적 데이터를 이용하여 소성계수를 최적으로 보정하는 계수를 구하고 이를 이용하여 예측압연하중과 소성계수를 보정함으로써, 롤갭설정을 고도화하고 두께제어 응답성을 높일 수 있는 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법에 관한 것이다.
연속압연공정에서는 압연재의 압연 전 특성(두께, 폭, 온도, 재질)과 압연사양(압연 후 제품의 폭, 두께, 재질)에 따라 직렬식 복수 스탠드의 압연조건(즉, 압하력, 압연속도, 롤갭, 냉각패턴)을 계산하고, 각 압연 조건을 압연 전에 미리 설정한다. 이렇게 설정된 각 스탠드의 압연조건이 적절하면 판의 두께 정도가 우수한 제품을 얻을 수가 있다. 한편, 압연재가 스탠드에 물리고 난 후에는 실시간 피드백 제어에 의해 압연속도와 롤갭 등이 제어된다. 따라서 미리 설정된 압연조건에 어느 정도의 오차가 포함되어 있더라도 이러한 실시간 피드백 제어에 의해 각 스탠드에서의 압연조건이 최적화로 조정된다.
그러나, 설정 오차가 큰 경우, 실시간 피드백 제어를 하면 판의 앞 부분의 두께편차가 크게 발생하게 되는 등 압연조건을 최적화하기 곤란하다. 이렇게 판 두께편차가 관리 공차를 벗어나면 제품으로 이용할 수 없기 때문에 실수율 저하의 큰 요인으로 작용한다. 설정 오차가 더 큰 경우에는, 판이 파단되거나 판 겹침 등의 치명적인 오류가 발생하며 이로 인해 작업 진행이 불가능하게 되는 경우도 발생한다. 따라서, 각 스탠드의 압연 조건을 적절하게 설정하는 것이 매우 중요하다. 압연 조건을 정확하게 설정하려면, 압연력 예측, 롤갭 설정, 그리고 압연속도 설정 등이 정확하게 이루어져야 한다.
연속압연기에서 압연 조건을 설정하는 과정을 설명한다.
우선, 각 스탠드마다의 출측판두께를 결정하고 이 출측판두께에 따라 아래의 수학식 1을 이용하여 각 스탠드의 예측압연하중(Pi)을 계산한다.
여기서, Pi는 예측압연하중이고, Ki는 압연재의 변형저항이고, Bi는 판폭이고, Ri는 롤편평반경이고, Hi는 입측판두께이고, hi는 출측판두께이고, Qpi는 압연하중 보정함수이고, i는 스탠드 번호이다.
다음, 각 스탠드마다의 밀연신량을 고려하기 위해 예측압연하중(Pi)을 기초로 각 스탠드의 롤갭(Sdi)을 설정한다. 이 롤갭(Sdi)은 아래의 수학식 2와 같은 게이지미터 오차를 이용하여 설정한다.
여기서, Sdi는 롤갭이고, hi는 출측판두께이고, Pi는 예측압연하중이고, Mi는 밀상수이고, GME는 게이지미터 오차이고, i는 스탠드 번호이다.
수학식 2에서 알 수 있듯이, 롤갭(Sdi)은 예측압연하중(Pi)과 밀상수(Mi)와 게이지미터 오차(GME)에 의해 결정된다. 따라서, 롤갭을 설정할 때 압연하중의 예측정도는 매우 중요하다. 그런데, 압연하중은 압연재의 변형저항과 압하율과 롤경에 따라 달라지고, 압연재의 변형저항은 압연재의 강종과 온도에 의해 변하므로,압연하중을 예측하기 곤란하다. 또한, 압연하중 보정함수(Qpi)는 압연하중 예측오차를 최소화하기 위한 함수이지만, 압연조건이 매우 다양하기 때문에 압연하중 보정함수를 적절하게 조정하기 쉽지 않다.
도 1에는 실측 압연하중과 예측 압연하중을 비교한 그래프이다. 실측 압연하중과 예측 압연하중을 비교하면, 압연하중 예측오차가 10% 이상인 경우가 많이 발생함을 알 수 있으며, 현재의 압연하중 예측정도가 매우 저조하다는 것을 알 수 있다.
한편, 실시간 피드백 제어방법으로서, 롤포스 AGC(Roll Force Automatic Gauge Control)와, 모니터 AGC(Monitor Automatic Gauge Control)가 있다.
롤포스 AGC는 기동시점의 예측 두께를 기준치로 하여 제어하는 방법이다. 다시 말하면, 아래의 수학식 3과 수학식 4와 같이 기동 시점과 현 시점에서의 두께를 계산하여, 수학식 5와 같이 두께편차(△hci)를 계산하여 이 값이 영이 되도록 제어한다.
여기서, h0ci는 롤포스 AGC 기동시점에서의 예측두께이고, Sd0ai는 롤포스 AGC 기동시점에서의 실측롤갭이고, P0ai는 롤포스 AGC 기동시점에서의 실측압연하중이다. 그리고, hci는 현 시점에서의 예측두께이고, Sdai는 현 시점에서의 실측롤갭이고, Pai는 현 시점에서의 실측압연하중이다.
모니터 AGC는 스탠드 출측에서 측정된 두께편차(△hai)가 영이 되도록 제어하는 방법이다. 즉, 롤포스 AGC와 모니터 AGC는 △hci와 △hai를 제어하기 위해 수학식 6과 수학식 7과 같이 롤갭조정량을 계산하여 롤갭을 제어한다.
여기서, Sdrfi는 롤포스 AGC 롤갭 조정량이고, Sdmoni는 모니터 AGC 롤갭 조정량이다.
수학식 6과 수학식 7을 살펴보면, 롤갭을 조정할 때 밀상수(Mi)와 함께 소성계수(Qi)가 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 이 소성계수(Qi)는 수학식 1에 의한 예측압연하중과 스탠드 입출측두께를 이용하여 아래의 수학식 8과 같이 구할 수 있다. 이와 같이 압연하중의 예측정도는 소성계수의 정도에 직결됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 압연기의 설정 오차가 크면 두께 편차가 커져서 실수율을 떨어뜨리고, 심할 경우에는 판 파단 또는 판 겹침 등이 발생하여 작업진행이 불가능하게 되는 일도 발생한다. 따라서, 각 스탠드의 압연조건을 적절하게 설정하는 것은 매우 중요하다. 압연조건을 설정함에 있어서, 롤갭 설정정도는 압연하중 예측정도에 크게 의존한다. 그런데, 압연하중은 압연재의 변형저항, 압하율, 롤경 등에 따라 다르고, 변형저항은 압연재의 강종과 온도에 의해 변하므로 압연하중을 정확하게 예측하는데 어려움이 많다.
압연하중 예측정도를 높이려면, 동일한 압연조건에서의 반복 실험 데이터를 얻어서 이를 바탕으로 예측식을 구축해야 하는데, 동일한 압연조건을 만드는 일도 어려울 뿐만 아니라 상당히 다양한 압연조건이 존재하기 때문에, 동일한 압연조건에서 반복 실험을 하는 것은 매우 곤란하며, 따라서 정확한 압연하중 예측식 도출이 곤란하다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 목적은, 압연실적 데이터(압연하중, 롤갭, 두께)를 고려하여 소성계수 보정계수를 구하고, 이 소성계수 보정계수를 이용하여 소성계수와 예측압연하중을 정확하게 보정함으로써, 두께제어 응답성을 높이고 두께제어 정도를 향상시키는 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 예측 압연하중과 실측 압연하중을 비교한 그래프이고,
도 2는 본 발명이 적용되는 연속압연기의 전체적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 압연재 소성계수 보정에 의한 압연기 제어방법을 도시한 동작 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
210 ∼ 270 : 스탠드 280 : 판두께측정기
290 : 연속압연기제어시스템 211 : 구동롤
212 : 백업롤 213 : 압연제어기
214 : 속도검출기
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법은, 소성계수 보정계수와 코일번호와 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 초기화하는 제 1 단계와; 상기 코일번호에 해당하는 코일 압연실적데이터(압연하중, 롤갭, 두께)를 읽고 각 스탠드별 소성계수에 상기 소성계수 보정계수를 곱하여 상기 각 스탠드별 소성계수를 보정하는 제 2 단계와; 상기 각 스탠드별 두께오차 발생인자(입측소재 두께 변동, 운전자 롤갭 조정, 압연기 설정오차)에 의한 각 스탠드별 압연하중 변동량과 각 스탠드별 출측 두께 변동량과 최종 스탠드의 두께 변동량을 계산하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 구한 각 두께오차 발생인자에 의한 최종 스탠드의 두께 변동량의 합을 계산하는 제 4 단계와; 상기 계산된 최종 스탠드의 두께 변동량의 합과 실측된 최종 스탠드의 두께 변동량과의 오차가 임계치보다 작으면 상기 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 1 증가시키는 제 5 단계와; 모든 코일에 대해 상기 제 2 단계 내지 제 5 단계를 반복 수행하는 제 6 단계와; 상기 제 6 단계 수행 후 소성계수 보정계수와 상기 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 저장하는 제 7 단계와; 상기 소성계수 보정계수가 0이 될 때까지 상기 소성계수 보정계수에서 일정 상수를 감산하면서 상기 제 2 단계 내지 제 7 단계를 반복 수행하는 제 8 단계와; 상기 제 8 단계 수행 후 최적의 소성계수 보정계수를 선정하고, 상기 소성계수 보정계수를 이용하여 예측압연하중과 소성계수를 보정하는 제 9 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법"을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 연속압연기의 구성 블록도이다. 여기서, 연속압연기는 직렬로 배치된 7단의 스탠드(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270)로 이루어지고, 각 스탠드는 각각 압연롤(Work Roll)(211)과 백업롤(Backup Roll)(212)로 구성되고, 로드셀, 위치검출기, 회전수측정기가 부착되어 있어 압연하중, 롤갭, 압연롤주속도을 실측한다. 그리고, 압연제어기(213)에 의해 압연제어가 이루어진다.
압연재(W)가 스탠드 1(210)로부터 스탠드 7(270)에 걸쳐 순차 연속적으로 압연되어, 스탠드 7(270)의 출측에서 원하는 사양의 제품을 얻는다. 각 스탠드 출측에는 속도검출기(214)가 설치되어 해당 스탠드의 출측판속도를 측정하고, 스탠드 7(270)의 출측에는 판두께측정기(280)가 설치된다. 연속압연기제어시스템(290)은 마이크로프로세서 등의 계산기를 주체로 해서 구성된 제어시스템으로서, 압연기설정 및 압연제어를 총괄한다.
연속압연기제어시스템(290)은 본 발명에 따른 소성계수 보정에 의한 압연기 제어방법을 실행하고, 이 연속압연기제어시스템(290)에서 보정된 소성계수는 각 스탠드(210 ∼ 270)의 압연제어기(213)에 보내져서 두께제어를 위해 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 압연재 소성계수 보정계수 산출방법을 도시한 동작 흐름도이다. 스탠드별 실측 하중편차는 입측소재 두께변동, 운전자 롤갭조정, 압연기 설정오차(온도영향 포함) 등이 원인이 되어 발생하기 때문에, 본 발명은 실측압연하중편차를 각각의 원인별로 발생된 하중편차로 분리한 후, 원인별 X-ray 두께편차(최종 스탠드 출측 두께편차)에 기여한 정도(두께 변동량)를 예측하고, 그 합을 구한 다음 실측된 두께편차와의 차를 근거로 하여 소성계수(Qi)의 보정계수를 결정한다. 그리고, 이 소성계수 보정계수를 이용하여 소성계수와 예측압연하중을 보정한다.
아래에서는 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 소성계수 보정계수(α)를 1.5, 코일번호(ii)를 1, 두께변동량 예측이 양호한 코일수(Ngood)를 0으로 초기화한다(S301).
다음, ii번 코일의 압연실적 데이터를 읽고 스탠드별 소성계수에 소성계수 보정계수를 곱하여 각 스탠드별 소성계수를 수학식 9와 같이 보정한다(S302).
여기서, Qi는 i번째 스탠드의 소성계수이다.
다음, 스탠드별 두께오차 발생인자(입측소재 두께변동, 운전자 롤갭조정, 압연기 설정오차)에 의한 스탠드별 압연하중 변동량을 계산한다(S303).
각 스탠드별 입측소재 두께변동에 의한 압연하중 변동량은 아래의 수학식 10을 이용하여 구한다.
여기서,는 입측소재 두께변동에 의한 압연하중 변동량이고,는 i번째 스탠드의 입측소재 두께변동량이고, Mi는 i번째 스탠드의 밀정수이다.
그리고, 스탠드별 운전자 롤갭조정에 의한 압연하중 변동량은 아래의 수학식 11을 이용하여 구한다.
여기서,는 운전자 롤갭 조정에 의한 압연하중 변동량이고,는 i번째 스탠드의 운전자 롤갭 조정량이다.
그리고, 스탠드별 압연기 설정오차에 의한 압연하중 변동량은, 스탠드별 압연하중 평형식(수학식 12)으로부터 얻은 수학식 13을 이용하여 구한다.
여기서,()는 i번째 스탠드의 총 압연하중 변동량(실적하중-설정하중)이고,는 i번째 스탠드의 압연기 설정오차에 의한 압연하중 변화량이다.
다음, 스탠드별 두께오차 발생인자(입측소재 두께변동, 운전자 롤갭조정, 압연기 설정오차)에 의한 스탠드별 출측두께 변동량을 계산한다(S304).
스탠드별 입측소재 두께변동에 의한 출측두께 변동량()은 수학식 14에 의해 구한다.
스탠드별 운전자 롤갭조정량에 의한 출측두께 변동량()은 아래의 수학식 15에 의해 구한다.
스탠드별 압연기 설정오차에 의한 출측두께 변동량()은 수학식 16에 의해 구한다.
다음, 스탠드별 두께오차 발생인자(입측소재 두께변동, 운전자 롤갭조정, 압연기 설정오차)에 의한 최종 스탠드 출측 두께(x-ray 두께) 변동량을 계산한다(S305).
i번째 스탠드별 운전자 롤갭 조정량에 의한 X-ray 두께 변동량()은 아래의 수학식 17과 수학식 18에 의해 구한다. 최종 스탠드에 대해서는 수학식 18을 적용하고, 나머지 스탠드에 대해서는 수학식 17을 적용한다.
i번째 스탠드별 압연기 설정오차에 의한 X-ray 두께 변동량()은 아래의 수학식 19와 수학식 20에 의해 구한다. 최종 스탠드에 대해서는 수학식 20을 적용하고, 나머지 스탠드에 대해서는 수학식 19를 적용한다.
다음, 스탠드별 두께오차 발생인자(운전자 롤갭조정, 압연기 설정오차)에 의한 최종 스탠드 출측 두께(X-ray 두께) 변동량의 합()을 아래의 수학식 21에 의해 구한다(S306).
다음, 계산된 총 X-ray 두께 변동량의 합()과 실측된 X-ray 두께오차()의 관계가 수학식 22를 만족하는 지 판단하여(S307), 만족하면 수학식 23과 같이 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 나타내는 변수(Ngood)의 값을 1 증가시킨다(S308). 단계 S307의 식을 만족하지 않으면 바로 단계 S309로 진행한다.
다음, 코일번호(ii)가 총 코일수보다 작으면(S309), 코일번호(ii)를 1 증가시킨 후(S311) 단계 S302로 진행한다. 코일번호(ii)가 총 코일수보다 작지 않으면(S309), 소성계수 보정계수(α)와 두께변동량 예측이 양호한 코일수(Ngood)를 저장한 후 Ngood을 0으로 초기화한다(S310).
다음, 소성계수 보정계수(α)가 0보다 큰 지를 판단하여(S312), 소성계수 보정계수(α)가 0보다 크면 수학식 24를 이용하여 소성계수 보정계수(α)를 갱신하고(S314), 단계 S302로 진행한다. 소성계수 보정계수(α)가 0보다 크지 않으면(S312), 저장된 소성계수 보정계수(α)와 두께변동량 예측이 양호한 코일수(Ngood)로부터 최적의 소성계수 보정계수(αbest)를 선정한다(S313).
다음, 최적의 소성계수 보정계수(αbest)를 수학식 25와 수학식 26에 적용하여 예측압연하중과 소성계수를 보정하여, 압연기 설정 및 두께 제어에 이용한다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 본 발명은 압연실적 데이터(압연하중,롤갭,두께)를 이용하여 소성계수 보정계수를 도출한 다음 이를 이용하여 압연하중 예측식과 소성계수를 보정한 후 롤갭설정과 실시간 두께에 사용하는 방법으로, 보다 더 정확한 롤갭설정을 할 수 있고 두께제어기의 빠른 응답성을 얻을 수 있어, 두께정도를 향상시킬 뿐만 아니라 원활한 압연성이 확보되어 트러블(Trouble)발생에 의한 생산성 감소 및 품질저하를 방지하는 데 크게 기여할 수 있다.

Claims (2)

  1. 소성계수 보정계수와 코일번호와 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 초기화하는 제 1 단계와;
    상기 코일번호에 해당하는 코일 압연실적데이터(압연하중, 롤갭, 두께)를 읽고 각 스탠드별 소성계수에 상기 소성계수 보정계수를 곱하여 상기 각 스탠드별 소성계수를 보정하는 제 2 단계와;
    상기 각 스탠드별 두께오차 발생인자(입측소재 두께 변동, 운전자 롤갭 조정, 압연기 설정오차)에 의한 각 스탠드별 압연하중 변동량과 각 스탠드별 출측 두께 변동량과 최종 스탠드의 두께 변동량을 계산하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계에서 구한 각 두께오차 발생인자에 의한 최종 스탠드의 두께 변동량의 합을 계산하는 제 4 단계와;
    상기 계산된 최종 스탠드의 두께 변동량의 합과 실측된 최종 스탠드의 두께 변동량과의 오차가 임계치보다 작으면 상기 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 1 증가시키는 제 5 단계와;
    모든 코일에 대해 상기 제 2 단계 내지 제 5 단계를 반복 수행하는 제 6 단계와;
    상기 제 6 단계 수행 후 소성계수 보정계수와 상기 두께변동량 예측이 양호한 코일수를 저장하는 제 7 단계와;
    상기 소성계수 보정계수가 0이 될 때까지 상기 소성계수 보정계수에서 일정상수를 감산하면서 상기 제 2 단계 내지 제 7 단계를 반복 수행하는 제 8 단계와;
    상기 제 8 단계 수행 후 최적의 소성계수 보정계수를 선정하고, 상기 소성계수 보정계수를 이용하여 예측압연하중과 소성계수를 보정하는 제 9 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 9 단계는,
    상기 예측압연하중을 아래의 수식 1과 같이 보정하고, 상기 소성계수는 아래의 수식 2와 같이 보정하는 것을 특징으로 하는 압연재 소성계수 보정에 의한 예측압연하중 보정방법.
    [수식 1]
    [수식 2]
    여기서, Pi는 예측압연하중, Ki는 압연재의 변형저항, Bi는 판폭, Ri는 롤편평반경, Hi는 입측판두께, hi는 출측판두께, Qpi는 압연하중 보정함수, Qi는 소성계수, αbest는 최적의 소성계수 보정계수, i는 스탠드 번호이다.
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