KR20040056060A - 열간압연롤 냉각장치 및 그의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열간 압연에서 사용되는 압연기의 압연롤을 균일한 냉각속도로 압연롤의 열 형상 변화가 종료될 때까지 자동으로 냉각하는 장치와, 그 냉각장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 압연롤의 냉각장치는, 상부압연롤과 하부압연롤을 각각 구동하는 모터와; 상기 상부압연롤과 하부압연롤에 각각 냉매를 분사하는 다수개의 냉매분사노즐과; 상기 냉매를 일정한 압력으로 상기 다수의 냉매분사노즐에게 공급하는 냉매펌프와; 상기 냉매펌프로부터 상기 냉매분사노즐로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 밸브와; 상기 압연롤들의 형상을 측정하는 형상측정센서와; 상기 압연롤들의 표면온도를 측정하는 온도측정센서와; 상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 측정된 압연롤들의 형상 정보와 표면온도 정보로부터 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 결정하여 상기 밸브와 모터를 제어하여, 상기 냉매분사노즐로부터 상기 모터에 의해 회전하는 압연롤들에게 냉매가 분사되도록 하는 제어기를 구비한다.
Description
본 발명은 열간압연기의 압연롤을 냉각하는 장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도를 측정하는 센서를 이용하여 열간압연롤을 균일한 냉각속도로 냉각하고, 압연롤 표면 형상과 온도를 측정하여 냉각 종료시기를 판단하는 열간압연롤 냉각장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 열간압연롤의 냉각장치는 도 1에 도시된 것과 같이, 하부에 설치된 냉매분사노즐(11)이 냉매를 상부 압연롤(12) 위로 분사하고, 이 분사된 냉매가 상부 압연롤(12)에서 하부 압연롤(13)로 흘러내리면서 압연롤(12, 13)을 냉각한다.
이러한 종래 기술에 따른 열간압연롤의 냉각장치는, 각 압연롤의 냉각온도 및 냉각속도가 상, 하부 압연롤에 따라 다르고, 원주방향에 대하여서도 균일하지 않다는 문제점이 있다. 특히, 하부 압연롤(13)은 상부 압연롤(12)의 냉각에 사용된 냉매를 이용하므로 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있다. 그리고, 압연롤 냉각의 완료를 판단할 수 있는 정확한 수단이 없으므로 냉각종료시기를 조업자의 경험에 의해 임의대로 설정해야 하기 때문에, 비경험자가 냉각종료시기를 정확하게 판단하는 것은 곤란하다. 또한, 압연롤의 냉각속도가 상, 하부 압연롤 및 원주방향으로 차이가 나기 때문에 압연롤 표면에 과도한 잔류응력이 발생하고, 이 압연롤 표면에 발생한 잔류응력으로 인하여 냉각 후 미세균열이 생성되어 표면 가공시 롤의 절삭량을 증가시키며, 이는 압연롤의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 목적은, 열간압연롤의 표면온도와 형상을 측정하면서 열간압연롤을 냉각함으로써, 열간압연롤의 냉각속도와 냉각온도를 보다 균일하게 유지하여 냉각시 발생하는 잔류응력과 냉각후 발생하는 미세균열을 효과적으로 제거하며, 냉각시간을 단축하고 압연롤의 냉각완료시기를 정확하게 판단하는 열간압연롤 냉각장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래기술에 따른 열간압연롤 냉각장치를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 열간압연롤 냉각장치를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 열간압연롤 냉각장치를 제어하는 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
20 : 상부압연롤 21 : 하부압연롤
22 : 모터 23 : 냉매분사노즐
24 : 와이퍼 25 : 형상측정센서
26 : 온도측정센서 27 : 제어기
28 : 냉매펌프 29 : 밸브
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열간압연롤 냉각장치는, 상부압연롤과 하부압연롤을 각각 구동하는 모터와; 상기 상부압연롤과 하부압연롤에 각각 냉매를 분사하는 다수개의 냉매분사노즐과; 상기 냉매를 일정한 압력으로 상기 다수의 냉매분사노즐에게 공급하는 냉매펌프와; 상기 냉매펌프로부터 상기 냉매분사노즐로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 밸브와; 상기 압연롤들의 형상을 측정하는 형상측정센서와; 상기 압연롤들의 표면온도를 측정하는 온도측정센서와; 상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 측정된 압연롤들의 형상 정보와 표면온도 정보로부터 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 결정하여 상기 밸브와 모터를 제어하여, 상기 냉매분사노즐로부터 상기 모터에 의해 회전하는 압연롤들에게 냉매가 분사되도록 하는 제어기를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 열간압연롤 냉각장치의 제어방법은, 압연롤들을 구동하는 모터와, 상기 압연롤들에게 분사되는 냉매의 유량을 조절하는 밸브와, 상기 압연롤들의 형상을 측정하는 형상측정센서와, 상기 압연롤들의 표면온도를 측정하는 온도측정센서를 구비한 열간압연롤의 냉각장치를 제어하는 방법에 있어서, 설정 냉각속도와 설정 표면온도와 설정 형상변화정도 및 냉각요청신호가 입력되면, 상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 상기 압연롤의 형상과 표면온도를 측정하는 제 1 단계와; 상기 압연롤의 측정 표면온도 데이터를 이용하여 상기 설정 냉각속도를 유지하기 위한 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 계산하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 계산된 냉매 분사량으로 냉매를 분사하도록 상기 밸브를 제어하고 상기 제 2 단계에서 계산된 압연롤 회전속도로 상기 압연롤을 구동하도록 상기 모터를 제어하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계가 진행되는 동안에, 주기적으로 상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 압연롤의 형상과 표면온도를 측정하여, 상기 압연롤의 형상변화정도를 계산하는 제 4 단계와; 상기 제 4 단계에서 계산된 압연롤의 형상변화정도가 상기 제 1 단계에서 입력된 설정 형상변화정도보다 작고 상기 제 4 단계에서 측정된 압연롤의 표면온도가 상기 제 1 단계에서 입력된 설정 표면온도보다 낮아지면 상기 열간압연롤 냉각장치의 구동을 정지시키고, 상기 계산된 압연롤의 형상변화정도가 상기 설정 형상변화정도보다 작지 않거나 상기 측정된 압연롤의 표면온도가 상기 설정 표면온도보다 낮지 않으면 상기 제 2 단계로 되돌아가는 제 5 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 열간압연롤 냉각장치 및 그의 제어방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간압연롤 냉각장치의 구성도이다. 이는 상부압연롤(20)과 하부압연롤(21)을 각각 구동하는 모터(22), 상부압연롤(20)과하부압연롤(21)에 골고루 냉매를 분사하는 다수개의 냉매분사노즐(23), 상기 냉매를 일정한 압력으로 상기 다수의 냉매분사노즐(23)에게 공급하는 냉매펌프(28)와, 상기 냉매펌프(28)로부터 상기 냉매분사노즐(23)로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 밸브(29)와, 압연롤(21, 22)의 표면에 분사된 냉매를 압연롤(20, 21)의 표면으로부터 제거하는 와이퍼(24), 압연롤(20, 21)의 형상을 측정하는 형상측정센서(25), 압연롤(20, 21)의 표면온도를 측정하는 온도측정센서(26), 상기 형상측정센서(25)와 온도측정센서(26)로부터 측정된 압연롤의 형상데이터와 온도데이터로부터 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 결정하여, 밸브(29)와 모터(22)를 제어하는 제어기(27)를 구비한다.
형상측정센서(25)는 압연롤(20, 21)의 형상을 측정하고, 온도측정센서(26)는 압연롤(20, 21) 표면의 온도를 측정하여 제어기(27)에게 제공한다. 제어기(27)는 두 측정센서(25, 26)로부터 입력되는 형상데이터와 온도데이터를 이용하여 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 결정하여 밸브(29)와 모터(22)를 제어한다. 그러면 냉매펌프(28)로부터 공급되는 냉매가 밸브(29)를 통과하여 냉매분사노즐(23)을 통해 상부압연롤(20)과 하부압연롤(21)에 분사된다. 이때, 모터(22)에 의해 상부압연롤(20)과 하부압연롤(21)은 각각 회전하는데, 이러면 상부압연롤(20)과 하부압연롤(21)의 모든 표면에 냉매가 골고루 분사된 후 와이퍼(24)에 의해 제거되며, 이로써 압연롤(20, 21)이 원주방향으로도 균일하게 냉각된다.
냉각이 이루어지는 동안에도, 형상측정센서(25)와 온도측정센서(26)는 각각 압연롤(20, 21)의 형상과 표면온도를 측정하여 제어기(27)에게 제공한다.제어기(27)는 입력되는 형상데이터와 온도데이터로부터 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 지속적으로 조정하여 밸브(29)와 모터(22)에 제공하고, 냉각완료가 감지되면 밸브(29)와 모터(22)를 제어하여 압연롤의 냉각작업을 종료한다.
도 3은 본 발명에 따른 제어기의 냉각 제어방법을 도시한 동작 흐름도이다.
먼저, 설정 냉각속도와 설정 표면온도, 및 설정 형상변화정도를 입력받는다(S31). 초기 압연롤 표면온도와 형상을 측정하고(S32), 측정된 압연롤 표면온도데이터와 형상데이터를 이용하여 설정 냉각속도를 위한 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 계산한다(S33). 이때, 설정 냉각속도에 따른 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 계산하는 과정은 다음과 같다. 압연롤의 냉각속도(C)는 온도측정주기(Δt)와 이전에 측정된 표면온도(Ti) 및 현재 측정된 표면온도(Ti+1)를 이용하여 아래의 수학식 1과 같이 계산한다.
위의 수학식 1에서 계산된 냉각속도(Cm)와 단계 S31에서 입력된 설정 냉각속도(Cs)가 같지 않으면, 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 조절하여 압연롤의 냉각속도를 제어하는데, 냉매 분사량과 압연롤 회전속도는 아래의 수학식 2를 이용하여 계산한다.
여기서, C는 예측 냉각속도, Q는 냉매 분사량, v는 압연롤 회전속도, Q0는 기준 냉매 분사량, v0는 기준 압연롤 회전속도이다.
설정 냉각속도(Cs)와 측정 냉각속도(Cm)의 차이가 있는 경우, 위의 수학식 2에 (Cm/Cs)를 곱하여, 설정 냉각속도를 만족하는 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 결정하고, 밸브와 모터를 제어한다(S34).
한편, 제어기는 압연롤을 냉각하는 동안에 주기적으로 압연롤의 표면온도와 형상을 측정하는데(S35), 이 측정된 압연롤의 표면온도와 형상을 이용하여 열간압연롤 냉각 종료여부를 판단한다. 먼저, 이전에 측정된 압연롤 형상과 현재 측정된 압연롤의 형상을 비교하여 압연롤의 형상변화정도(D)를 계산한다(S36). 압연롤의 형상변화정도(D)는 아래의 수학식 3을 이용하여 계산한다.
여기서, 위첨자는 측정시점, 아래첨자는 측정지점, n은 측정 개수, x는 기준위치와 압연롤 표면사이의 거리다.
위에서 계산한 압연롤의 형상변화정도가 단계 S31에서 입력된 설정 형상변화정도(Cr)보다 작고, 현재 압연롤의 표면온도가 단계 S31에서 입력된 설정 표면온도 이하이면(S37, S38), 압연롤 냉각장치의 구동을 정지시킨다.
그러나, 단계 S37과 단계 S38 중 어느 하나의 조건을 만족하지 않으면 단계 S33으로 진행하여 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 다시 계산하여 냉각작업을 계속한다.
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, 압연롤 냉각속도를 효율적으로 제어하여 냉각시 발생하는 잔류응력과 미세균열을 최소화시킬 수 있고, 압연롤의 냉각정도에 따라 냉각장치 구동 종료시기를 정확하게 판단할 수 있다. 아울러, 압연롤에 발생하는 잔류응력과 미세균열의 감소로 인하여 압연롤 가공시 불필요한 절삭량이 감소하므로 압연롤의 수명이 연장되는 효과가 있다.
Claims (4)
- 상부압연롤과 하부압연롤을 각각 구동하는 모터와;상기 상부압연롤과 하부압연롤에 각각 냉매를 분사하는 다수개의 냉매분사노즐과;상기 냉매를 일정한 압력으로 상기 다수의 냉매분사노즐에게 공급하는 냉매펌프와;상기 냉매펌프로부터 상기 냉매분사노즐로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 밸브와;상기 압연롤들의 형상을 측정하는 형상측정센서와;상기 압연롤들의 표면온도를 측정하는 온도측정센서와;상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 측정된 압연롤들의 형상 정보와 표면온도 정보로부터 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 결정하여 상기 밸브와 모터를 제어하여, 상기 냉매분사노즐로부터 상기 모터에 의해 회전하는 압연롤들에게 냉매가 분사되도록 하는 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 열간압연롤의 냉각장치.
- 제1항에 있어서, 상기 냉매분사노즐에 의해 상기 압연롤들에게 분사된 상기 냉매를 상기 압연롤들로부터 제거하는 와이퍼를 더 포함한 것을 특징으로 하는 열간압연롤의 냉각장치.
- 압연롤들을 구동하는 모터와, 상기 압연롤들에게 분사되는 냉매의 유량을 조절하는 밸브와, 상기 압연롤들의 형상을 측정하는 형상측정센서와, 상기 압연롤들의 표면온도를 측정하는 온도측정센서를 구비한 열간압연롤의 냉각장치를 제어하는 방법에 있어서,설정 냉각속도와 설정 표면온도와 설정 형상변화정도 및 냉각요청신호가 입력되면, 상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 상기 압연롤의 형상과 표면온도를 측정하는 제 1 단계와;상기 압연롤의 측정 표면온도 데이터를 이용하여 상기 설정 냉각속도를 유지하기 위한 냉매 분사량과 압연롤 회전속도를 계산하는 제 2 단계와;상기 제 2 단계에서 계산된 냉매 분사량으로 냉매를 분사하도록 상기 밸브를 제어하고 상기 제 2 단계에서 계산된 압연롤 회전속도로 상기 압연롤을 구동하도록 상기 모터를 제어하는 제 3 단계와;상기 제 3 단계가 진행되는 동안에, 주기적으로 상기 형상측정센서와 온도측정센서로부터 압연롤의 형상과 표면온도를 측정하여, 상기 압연롤의 형상변화정도를 계산하는 제 4 단계와;상기 제 4 단계에서 계산된 압연롤의 형상변화정도가 상기 제 1 단계에서 입력된 설정 형상변화정도보다 작고 상기 제 4 단계에서 측정된 압연롤의 표면온도가 상기 제 1 단계에서 입력된 설정 표면온도보다 낮아지면 상기 열간압연롤 냉각장치의 구동을 정지시키고, 상기 계산된 압연롤의 형상변화정도가 상기 설정 형상변화정도보다 작지 않거나 상기 측정된 압연롤의 표면온도가 상기 설정 표면온도보다낮지 않으면 상기 제 2 단계로 되돌아가는 제 5 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 열간압연롤 냉각장치의 제어방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 4 단계의 상기 압연롤의 형상변화정도는 아래의 수식을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 열간압연롤 냉각장치의 제어방법.[수식]여기서, 위첨자는 측정시점, 아래첨자는 측정지점, n은 측정 개수, x는 기준위치와 압연롤 표면사이의 거리다.
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| KR100711401B1 (ko) * | 2005-12-23 | 2007-04-30 | 주식회사 포스코 | 열간 압연기용 압연롤 냉각장치 |
| KR20210078749A (ko) * | 2019-12-19 | 2021-06-29 | 주식회사 포스코 | 압연롤 온도 측정 장치 |
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