KR20040056825A - 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 파라미터를 이용한 판파단 예지 방법 및 장치 - Google Patents

냉간 압연기에서의 판 파단 예지 파라미터를 이용한 판파단 예지 방법 및 장치 Download PDF

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본 발명은 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 강판에서 발생하는 진동신호를 측정하여 판 파단 예지 파라미터를 도출한 뒤, 판 파단 징후를 예지하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 방법에 있어서, 정상 압연조건에서의 진동신호에 대한 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하여 저장하는 제1 단계; 압연 주행 중, 압연시간동안의 진동신호를 계산한 뒤, 상기 진동신호를 이용하여 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도의 파라미터와 정상 압연 조건에서의 파라미터를 각각 비교하는 제3 단계; 및 상기 제3 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도 중에서 어느 하나의 파라미터가 정상 압연조건에서의 대응되는 파라미터보다 50% 이상 증가한 경우에는, 판 파단 징후를 출력하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판 파단 예지 방법을 제공한다.

Description

냉간 압연기에서의 판 파단 예지 파라미터를 이용한 판 파단 예지 방법 및 장치{A foreknowledge method which is a strip party in cold tandem rolling mill}
본 발명은 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 강판에서 발생하는 진동신호를 측정하여 판 파단 예지 파라미터를 도출한 뒤, 판 파단 징후를 예지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
냉간 압연판은 가구, 자동차, 음료수용 캔 등에 사용되는 중요한 산업용 철강소재이다. 상기 냉간 압연판을 만드는 공정은 용접, 산세, 냉간 압연, 권취 등의 연속작업으로 이루어지는데, 상기 냉간 압연 공정은 강판을 적절한 두께의 제품으로 소성 가공하는 핵심적인 공정이다.
상기 압연공정에서는 통상 4 ~ 5개의 스탠드로 구성된 냉간압연기를 이용하여 1~2mm의 열연 강판을 0.5~0.9mm로 냉간 압연하여 제품을 생산하는데, 여러 공정이 연속으로 이루어지는 작업 공정에서는 어느 한 공정에서 문제가 발생하면 이 후, 다른 공정에도 영향을 미치게 되어 제품의 품질을 저하시킨다.
한편, 냉간 압연공정에서 판파단, 즉 판이 찢어지는 사고가 발생하게 되면, 해당 제품을 사용할 수 없음은 물론 설비를 정상화 시키는 데 따른 비용과 많은 시간이 소요되어, 제품의 생산성을 크게 떨어뜨리고 있다.
냉간 압연공정에서 발생되는 판 파단의 원인은 대단히 많다. 판 파단의 발생원인으로는 소재 결함, 제어신호의 이상, 기계적인 이상 등 많은 원인이 있을 수 있다.
예를 들어, 압연 중 과부하에 의해 판의 가장자리가 중심부에 비해 많이 변형이 되어 두께가 얇아지게 되면, 판 파단이 일어날 가능성이 높다. 또한, 압연기의 롤이 부적절하게 연마되어 사용되면, 롤이 회전할 때마다 압연하중에 변화를 주게 되고, 이로 인해, 압연기의 진동 발생에 의해 판 파단이 발생하기도 한다.
따라서, 냉간 압연에 종사하는 기술자들은 판 파단을 줄이기 위해 여러가지 장치 및 방법을 제안하고 있으나, 아직까지 완성된 기술은 없는 것으로 알려져 있다. 만약, 판 파단이 일어나기 전에 미리 그 징후를 알아내고, 그에 대한 적절한 조치를 취한다면 판 파단을 미연에 막을 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 5개의 스탠드로 구성된 냉간 압연기의 구성도이다.
도 1에서, 냉간 압연기는 5개의 스탠드(100 내지 500)로 구성되고, 상기 각각의 스탠드는 보강롤(10a)과 작업롤(10b)로 구성된다. 또한, 상기 각각의 스탠드의 출측에는 판 형상 측정기(10c), 판 두께 측정기(10d) 등과 같은 측정장치가 구성된다.
상기 도 1에서의 연속 압연공정에서, 압연 도중에 판 파단이 발생하게 되면 강판을 압연기의 사이에서 분리, 제거하기 위해서는 많은 어려움을 겪게 되며, 판 파단에 의한 압연기의 고장은 물론 안전사고도 발생할 가능성이 높다.
판 파단을 미리 막기 위한 방법은 크게 두 가지를 들 수 있다.
첫째, 사전에 판 파단을 일으킬 수 있는 요인을 제거하는 것이다. 예를 들면, 작업롤 가공 불량에 의한 판 파단이 많이 발생하는 경우에는, 롤 가공작업에서의 표준 작업관리를 지속적으로 하고, 작업롤을 압연기 본체로 결합할 때에 많은주의를 기울여 편심이 발생하지 않도록 하는 것이다.
둘째, 압연 도중에 판 파단이 발생될 가능성이 있는 징후를 미리 파악하여 사전에 적절한 조치를 취하는 것이다.
일본국 특개평 제2002-192208호에는 센서를 이용하여 진동에 의한 강판의 높이 변화를 감지한 뒤, 압연 롤의 스핀들의 유압을 제어함으로써, 압연기에서의 진동 발생을 억제하는 방법이 게시되어 있다. 또한, 일본국 특개평 제2002-205107호에는 스탠드의 출측에서의 판 장력을 측정한 뒤, 압연 스탠드의 수평 분력과 압하력을 제어함으로써, 판두께 정밀도를 개선하는 방법이 게시되어 있다. 이러한 공지 기술들은 사전에 판 파단 요인들을 억제, 제거하는 방법들이다.
실제로 판 파단을 일으키는 원인은 대단히 많기 때문에, 앞서 언급한 사전에 판 파단을 일으키는 요인을 모두 제거 하는 것은 사실상 불가능하다. 따라서, 적절한 방법에 의해 압연을 하는 도중에 판 파단의 징후를 파악하여 조치를 취하는 방법이 보다 실질적인 대처 방법이 될 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉간 압연기에서 판 파단 현상을 줄이기 위해, 진동측정 센서를 이용하여 강판에서의 진동신호를 측정하고, 상기 진동신호를 이용하여 판 파단 예지 파라미터를 도출한 뒤,판 파단 징후를 예지하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 5개의 스탠드로 구성된 냉간 압연 설비의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 판 파단 예지 장치의 구성도
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 신호를 나타낸 그래프
도 4a 내지 도 4d는 도 3a 내지 도 3d에서의 진동 신호에 대한 판 파단 예지 파라미터를 나타낸 그래프
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
20a, 20b : 진동측정 센서
30 : 신호 증폭기
40 : 데이터 해석기
50 : 판파단 예지 모니터링 시스템
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 방법에 있어서, 정상 압연조건에서의 진동신호에 대한 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하여 저장하는 제1 단계; 압연 주행 중, 압연시간동안의 진동신호를 계산한 뒤, 상기 진동신호를 이용하여 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도의 파라미터와 정상 압연 조건에서의 파라미터를 각각 비교하는 제3 단계; 및 상기 제3 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도 중에서 어느 하나의 파라미터가 정상 압연조건에서의 대응되는 파라미터보다 50% 이상 증가한 경우에는, 판 파단 징후를 출력하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판 파단 예지 방법을 제공한다.
또한, 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 장치에 있어서, 각각의 스탠드 입측의 압연롤에 인접한 강판의 상부와 스탠드 출측의 압연롤에 인접한 강판의 하부에 구성되어, 강판에서 발생하는 진동신호를 측정하는 진동측정 센서; 상기 진동측정 센서로부터 진동신호를 입력받아, 신호 증폭하는 신호 증폭기; 상기 신호 증폭기로부터 진동신호를 입력받아, 압연시간동안의 진동신호를 해석하는 데이터 해석기; 및 상기 데이터 해석기로부터 출력 데이터신호를 입력받아, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하고, 상기 각각의 파라미터의 수치와 정상 압연조건에서의 파라미터의 수치를 비교하여 판 파단 징후를 예지하여 출력하는 판 파단 예지 모니터링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 판 파단 예지 장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 방법 및 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 판 파단 예지 장치의 구성도이다.
상기 도 1과 같은 냉간 압연기의 본체인 하우징(housing)의 각각의 스탠드(100)에서의 압연롤에 가까운 장소에 2개 이상의 진동측정 센서(20a, 20b)를 구성하여, 강판에서 발생되는 진동신호를 측정한다. 각 스탠드의 입측에는 강판의 위에 하나의 진동측정 센서(20a)를 구성하고, 스탠드의 출측에는 강판의 아래에 하나의 진동측정 센서(20b)를 구성하여, 보다 정밀한 진동신호를 측정한다.
그리고, 상기 진동측정 센서에서 측정한 진동신호를 처리하여 판 파단 예지 파라미터를 도출하기 위해, 신호 증폭기(30), 데이터 해석기(40) 및 판 파단 예지 모니터링 시스템(50)을 구성한다.
상기 신호 증폭기(30)는 상기 진동측정 센서(20a, 20b)로부터 진동신호를 입력받아 증폭한다. 보다 정밀한 데이터 분석 수행을 위해, 신호 증폭기를 이용하여 미세한 진동신호를 증폭하는게 바람직하다.
상기 데이터 해석기(40)는 상기 신호 증폭기로부터 증폭된 신호를 입력받아, 시간역 분석을 수행한다. 즉, 압연 진행 중, 각 시간대에서 발생한 진동의 진폭 크기를 계산한다.
판 파단 예지 모니터링 시스템(50)은 상기 데이터 해석기로부터 시간역 데이터 분석 결과를 입력받아, 상기 진동신호의 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도 등과 같은 판 파단 예지 파라미터를 도출한다. 그리고, 상기 판 파단 예지 파라미터를 분석하여 판 파단의 징후를 감지하는데, 만약, 판 파단의 징후가 포착되면 이를 작업자 전면에 설치된 모니터 등을 통해 츨력하여 상기 판 파단의 징후를 사용자에게 알린다.
일반적으로, 판 파단은 800mpm(meter per minutes)이 넘는 고속 압연 중에 발생하므로, 만일 판 파단의 징후가 감지되면 작업자는 압연속도를 100mpm 이하로 낮추고, 압연기 전후의 장력을 낮추는 등의 조치를 취할 수 있으므로, 판 파단을 미연에 방지할 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 신호를 나타낸 그래프이다. 이하, 냉간 압연 중에서 측정한 진동신호를 통해, 판 파단의 근거를 찾아내는 과정을 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 3번 스탠드와 4번 스탠드 사이에서 측정한 진동신호 데이터로서, 각각, 정상 상태, 정상인 상태에서 강판의 진행속도를 높인 상태, 롤을 교체한 상태, 판 파단 직전 상태에서의 진동신호를 나타낸다.
각 상태에 따라, 3번 스탠드에서의 1초의 시간동안 발생된 진동신호는 각 시점에서의 압연 현상을 대표한다. 기준이 되는 정상적인 압연 데이터(도 3a)로부터 약 30분 내지는 1시간 간격으로 측정한 데이터들로 구성하는데, 각각의 상태는 샘플링 주파수가 4000Hz이다.
정상적인 상태(도 3a, 3b)의 진동신호는 그다지 특징적인 상태를 알 수 없으나, 롤 교체 직후(도 3c)에 검출된 진동신호에는 강도가 큰 주기적인 이상 신호가나타나고 있고, 그 강도는 판 파단 직전(도 3d)까지 계속되고 있음을 알 수 있다.
다음으로, 상기 진동측정 센서에 의해 측정한 정상상태에서의 진동신호와 판 파단 직전의 진동신호를 이용하여 판 파단 예지 파라미터를 도출하고, 상기 판 파단 예지 파라미터를 통해 판 파단 징후를 예지하는 방법에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 상기 도 3a 내지 도 3d에서의 진동 신호에 대한 판 파단 예지 파라미터를 나타낸 그래프이다.
먼저, 상기 판 파단 예지 파라미터를 설명하면 다음과 같다.
(1) CREST FACTOR(파고율)
대부분의 경우 파형은 일그러진 상태인데, 상기 파형을 정확하게 측정하기 위해서는 파고율이 중요한 포인트가 된다. 진동신호가 갑자기 커지거나 작아지는 것과 같이 기울기가 급격해질 때 파고율은 크게 나타난다.
여기서, xp는 신호의 최고치와 최저치의 차이를 의미하며, 범위가 클수록 진동신호가 평균에서 멀어지고 있음을 나타낸다.
여기서, xrms는 신호의 실효치를 나타내며, RMS값이라고 하고도 부른다. 아래, 수학식 3은 RMS값을 나타낸다.
여기서, n은 신호의 개수, xi는 개별 신호의 크기이다.
(2) SKEWNESS(왜도)
이 값은 확률분포의 비대칭성 정도를 표현한다. 이러한 왜도값은 표준편차로 나뉘어지는 특성으로 인해 무차원화한 값이 된다.
여기서,는 평균치, s는 표준편차로서 다음과 같이 계산된다.
왜도가 양의 값이면 피크(peak)의 모양이 전반적으로 x의 양의방향으로 쏠리는 모양을 하며, 왜도가 음의 값이면, x의 음의 방향으로 쏠리는 모양을 이룬다.
(3) K-FACTOR
신호의 피크값에 RMS값을 곱한 값이다. 이 파라미터는 신호 전체 레벨크기를나타내는 지표이다.
(4) KURTOSIS(첨도)
이 값은 확률분포의 뾰족성 정도를 표현한다.
첨도가 양의 값이면 피크의 모양이 정규분포(normal distribution)에 비해 뾰족하며, 음의 값이면 평평함을 나타낸다. 상기 수학식 7에서 3을 뺀 것은 정규분포인 경우에는 첨도가 0이 되도록 하기 위함이다.
도 4a 내지 도 4d에서, 파고율을 제외한 나머지 3개의 파라미터 값은 판 파단이 발생되기 직전의 시간에 근접할수록 점점 커짐을 알 수 있다. 따라서, 상기 4개의 파라미터에 대해 압연 도중 실시간으로 연속적으로 분석하여, 그 특성치가 지나치게 상승하게 되면 판파단이 발생될 수 있을 것으로 판단한다. 특히, 정상적인 압연상태로부터 각 파라미터의 값이 50%이상 증가하게 되면 판파단이 일어날 가능성이 매우 높은 것으로 에지한다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는이 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, 진동측정 센서를 이용하여 진동신호를 측정하고, 판 파단 예지 파라미터를 도출하여 판 파단의 징후를 사전에 예지함으로써, 판 파단을 미연에 방지하여 제품의 품질향상, 설비고장의 방지, 생산성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 방법에 있어서,
    정상 압연조건에서의 진동신호에 대한 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하여 저장하는 제1 단계;
    압연 주행 중, 압연시간동안의 진동신호를 계산한 뒤, 상기 진동신호를 이용하여 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하는 제2 단계;
    상기 제2 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도의 파라미터와 정상 압연 조건에서의 파라미터를 각각 비교하는 제3 단계; 및
    상기 제3 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도 중에서 어느 하나의 파라미터가 정상 압연조건에서의 대응되는 파라미터보다 50% 이상 증가한 경우에는, 판 파단 징후를 출력하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판 파단 예지 방법.
  2. 컴퓨터에서,
    정상 압연조건에서의 진동신호에 대한 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하여 저장하는 제1 단계;
    압연 주행 중, 압연시간동안의 진동신호를 계산한 뒤, 상기 진동신호를 이용하여 파고율, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하는 제2 단계;
    상기 제2 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도의 파라미터와 정상 압연 조건에서의 파라미터를 각각 비교하는 제3 단계; 및
    상기 제3 단계에서의 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도 중에서 어느 하나의 파라미터가 정상 압연조건에서의 대응되는 파라미터보다 50% 이상 증가한 경우에는, 판 파단 징후를 출력하는 제4 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  3. 냉간 압연기에서의 판 파단 예지 장치에 있어서,
    각각의 스탠드 입측의 압연롤에 인접한 강판의 상부와 스탠드 출측의 압연롤에 인접한 강판의 하부에 구성되어, 강판에서 발생하는 진동신호를 측정하는 진동측정 센서;
    상기 진동측정 센서로부터 진동신호를 입력받아, 신호 증폭하는 신호 증폭기;
    상기 신호 증폭기로부터 진동신호를 입력받아, 압연시간동안의 진동신호를 해석하는 데이터 해석기; 및
    상기 데이터 해석기로부터 출력 데이터신호를 입력받아, 왜도, 전체 레벨 크기 및 첨도를 계산하고, 상기 각각의 파라미터의 수치와 정상 압연조건에서의 파라미터의 수치를 비교하여 판 파단 징후를 예지하여 출력하는 판 파단 예지 모니터링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 판 파단 예지 장치.
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