KR20050005066A - 열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법 - Google Patents

열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간 압연 공정에서 판 꼬임을 자동으로 검출 및 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열간 다듬질 연속 압연기에서 열연 강판의 끝 부분이 각각의 압연기에서 빠져 나올 때 장력 불균일 및 하중차에 의해 열연 판이 한쪽으로 밀리면서 찢어져 압연 롤에 손상을 입히는 판 꼬임 현상을 전후방 압연기의 롤갭 검출 및 비교를 통해 미리 확인하고, 자동으로 최적의 롤갭량을 압연기에 부여함으로써 판 꼬임 발생을 방지할 수 있는 열간 압연에서의 판 꼬임 검출 및 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열간 다듬질 연속 압연에서 압연조건 불안정에 의해 옆면이 찢어 지거나 떨어져 나가면서 압연롤에 손상을 주어 후속 압연 소재의 표면 요철 불량을 발생시키며, 제품의 표면풀질 저하 및 압연 롤 교체 또는 사용불능을 유발시키는 스트립(10c) 미단부 판 꼬임 현상이 해결된다.

Description

열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법{A method for detecting and controlling plate twist in the hot strip rolling process}
본 발명은 열간 압연 공정에서 판 꼬임을 자동으로 검출 및 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열간 다듬질 연속 압연기에서 열연 강판의 끝 부분이 각각의 압연기에서 빠져 나올 때 장력 불균일 및 하중차에 의해 열연 판이 한쪽으로 밀리면서 찢어져 압연 롤에 손상을 입히는 판 꼬임 현상을 전후방 압연기의 롤갭 검출 및 비교를 통해 미리 확인하고, 자동으로 최적의 롤갭량을 압연기에 부여함으로써 판 꼬임 발생을 방지할 수 있는 열간 압연에서의 판 꼬임 검출 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열간 압연 설비는 도1 에 도시 된 바와 같이 압연의 소재가 되는 슬래브(10a)를 가열하는 가열로(10), 다듬질 연속 압연기(12)에 중간소재 바(bar)(10b)를 공급하는 조압연기(11), 상기 조압연기를 거친 바(10b)를 최종 제품으로 만드는 다듬질 연속 압연기(12) 및 최종 제품인 스트립(10c)을 둥글게 감는 권취기(13)로 구성되어 있다.
그런데, 도2 에 도시한 바와 같이, 조압연기(11)를 거친 중간 소재인 바(10b)는 폭 방향의 온도편차(21), 좌우 두께편차(22), 캠버(CAMBER; 길이 방향으로 똑바르지 않고 굽어져 들어오는 것)(23) 등 통상 여러 가지 불완전 요인이 발생된 상태에서 다듬질 연속 압연기(12)에 공급되어 최종 제품인 스트립(10c)으로 압연 된다. 이로 인해, 상기 다듬질 연속 압연기(12)가 불완전 요인이 있는 중간 소재 바(10b)를 연속적으로 압연하는 과정에서 좌우 압연 하중차가 발생하게 되어, 스트립(10c)이 편측으로 밀리게 되는 트러스트력(THRUST)이 발생한다.
이 경우, 다듬질 연속 압연기(12)에서 압연 소재(10c)가 전후 양측의 압연기에 구속되어 있는 정상 압연상태(즉, 압연 중간 부위에 있는 상태)에서는 스트립(10c)이 옆으로 밀리지 못하게 하는 구속력이 크기 때문에 스트립(10c)이 옆으로 밀리지 않으나, 구속력이 없어지는 압연 종료시점에는 도3 에 도시한 바와 같이 스트립(10c) 미단부가 압연기(12)에서 나올 때, 상술한 불완전 요인(예컨대, 폭 방향 온도편차(도2(a)), 좌우 두께편차(도2(c)), 캠버(도2(a)) 등)에 의해 판이 한쪽으로 쏠리게 되면서 압연기 좌우에 하중차(28)를 유발시킨다. 이로 인해, 스트립(10c)의 길이 방향 중심선과 압연기(12)의 정렬 중심선이 달라지고(도3(a)) 상기 스트립(10c)이 폭 방향으로 더욱 큰 두께 편차를 발생시키게 되어 쇄기 모양(10d)으로 변하면서(도3(b)), 스트립(10c)의 옆면이 사이드 가이드(26) 등과 같은 주변 설비와 접촉되어 찢어지거나, 겹침 등으로 떨어져 나가면서 압연롤(27)에 손상을 입히는 꼬임 현상을 발생시킨다(도3(c)).
꼬임 현상의 발생으로 인해 압연롤(27)을 즉시 교체할 경우 운영 효율이 저하되는 문제가 있으며, 만약 이를 무시하고 계속 사용할 경우에는 압연 롤 손상 부위가 다음 압연 소재(10c)에 그대로 전사되어 스트립(10c)에 요철모양의 롤 마크를유발시킴으로써 제품 불량을 유발시키는 문제가 있다.
또한, 도4 에 도시한 바와 같이, 공급 소재인 바(10b)가 극히 정상인 경우에도, 다듬질 연속 압연기(12) 자체의 정렬 불량으로 인한 중심선 불일치 및 압연기 자체의 좌우 롤 갭(30) 편차 발생으로 인해 하중차가 발생하여 스트립(10c)이 한쪽으로 밀리도록 하는 트러스트력(25)이 생겨 스트립(10c)이 중심선을 이탈하면서 꼬임이 발생하게 된다.
또한, 각각의 압연기와 압연기 사이에서 소재에 걸리는 좌우 장력(31)에 대한 제어가 부적절하여 스트립(10c)이 압연기에서 빠지면서 좌우 장력차에 의한 스트립 중심선의 이탈을 발생시키면, 주변 가이드 설비와 접촉 판이 찢어지면서 압연롤(27)에 손상을 입히는 꼬임 등 압연 미단부에서 판 꼬임 형태가 여러 가지 요인에 의해 다양한 형태로 발생되어 압연 롤 손상을 유발시키며, 판 꼬임 현상이 심하게 발생하면 압연 롤(27)이 절단되거나 사용 불가능한 지경에 이르러 고가의 압연 롤을 폐기하는 경우가 발생한다.
이에 따라, 열간 압연 과정 중, 조압연기(11)에서는 최종 다듬질 연속압연기(12)에 진입하는 중간 소재인 바(BAR)(10b)의 온도 편차, 좌우 두께편차 및 소재의 길이방향 휨 정도(캠버) 등을 관리하고, 다듬질 연속 압연기(12)에서는 자체의 설비 관리 등을 통해 압연 미단부의 꼬임 발생 저감 활동을 행하고 있으나 압연기의 설비 구조가 복잡하고, 고온의 중간 소재 온도 관리가 어려우며, 꼬임 발생 메커니즘이 복잡하고 발생 형태가 다양해 발생 원인을 모두 제거하기는 힘들다.
또한, 판 꼬임이 발생하면 해당 압연기의 압연롤을 교체 하여야 하는데, 상기 판 꼬임의 발생을 검출하는 방법으로서 지금까지는 운전자의 감각에 의존하여 판정하는 방법을 사용하여 왔으나, 판 꼬임이 매우 짧은(0.5초) 시간 사이에 발생하기 때문에 운전자가 몇 번째 압연기에서 판 꼬임이 발생하였는지 판단하기가 쉽지 않은 문제가 있다.
또한, 각각의 다듬질 연속압연기(12)에서 스트립(10c)이 빠지기 직전에 압연 스트립의 중심선 이탈 정도를 운전자가 육안으로 판정하여 이를 기준으로 압연 좌우 롤 갭을 강제로 조절함으로써, 이탈된 스트립을 설비 중심선으로 이동시키거나 가이드(26) 설비와 접촉이 되지 않도록 레벨링 운전을 실시하고 있으나 운전자의 숙련도에 따라 결과가 크게 달라 압연 스트립(10c) 미단부의 판 꼬임 현상을 근본적으로 해결하기는 매우 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 판 꼬임 방지를 위한 제어방법으로는, 도5 에 도시한 흐름도와 같이, 중간 소재 바(BAR)(10b)가 제일 마지막에 있는 다듬질 연속 압연기에 진입된 후 약 5~10초가 경과되면(S10), 각 압연기의 좌/우 압연하중 편차량을 수집(S20)하여 메모리에 기억하고 있다가(S30), 이후 압연을 하는 동안 주기적으로 압연 하중 편차량을 수집하여(S40) 상기 메모리에 기억된 편차량과 현재의 압연하중 편차량이 상이하게 될 경우, 초기에 기억된 편차량으로 되돌리도록 하는 하중차를 이용한 롤갭 레벨링 산출 보상하는 방법을 사용하였다.
그러나 이러한 방법은 연속 압연기(12)에 진입하는 중간 소재 바(10b)의 상태가 선단부에서 미단부까지 모두 동일하다는 조건 아래에서 제어방법을 설계한 것으로, 실제 압연에서는 중간 소재 바(10b)가 길이 방향의 두께편차 및 온도 편차,캠버 등 불완전한 형태로 들어오는 경우가 많기 때문에 선단부의 조건만 가지고 압연을 하게 되면 미단부에서는 오히려 압연 조건이 악화되어 판 꼬임을 유발시키는 문제가 있으며 압연기 롤갭의 변동량을 고려하지 않고 롤갭 레벨링 수정량을 산출 함에 따라 압연 변동 조건을 충분히 반영하지 않음으로 인한 제어 불량을 일으키는 요인으로 작용하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열간 다듬질 연속 압연에서 압연조건의 불안정에 의해 옆면이 찢어지거나 떨어져 나가면서 압연롤에 손상을 주어 후속 압연 소재의 표면 요철 불량을 발생시키거나, 제품의 표면풀질 저하 및 압연 롤 교체 또는 사용불능을 유발시키는 스트립(10c) 미단부 판 꼬임 현상을 방지하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명의 목적은, 스트립이 전방 압연기에서 빠지기 직전 압연기의 좌우 하중편차 및 롤갭 편차를 수집하고 이로부터 좌우 두께 편차로 계산 및 기억하는 꼬임 검출 방법과, 상기 검출 방법을 사용해 스트립(10c) 미단부가 압연기(27)에서 빠지지 직전 압연롤의 좌우 롤갭을 자동 레벨링 하는 방법을 사용해 연속 압연기에서 스트립의 판 꼬임 현상을 방지하는 열간 압연에서의 판 꼬임 검출 및 제어방법을 제공하는 것이다.
도1 은 열간압연 설비를 도시하는 구성도.
도2 는 조압연기를 거친 중간소재 바(BAR)의 편차 발생을 도시하는 개념도.
도3 은 압연 종료시점에서 소재의 불완전 요인에 의한 판 꼬임 발생을 도시하는 개념도.
도4 는 다듬질 연속압연기의 자체 요인에 의한 판 꼬임 발생을 도시하는 개념도.
도5 는 종래 방법에 의한 판 꼬임 제어를 나타내는 흐름도.
도6 은 본 발명에 의한 판 꼬임 제어 설비를 도시하는 구성도.
도7 은 본 발명에 따른 판 꼬임 판정 방법으로 검출한 압연 하중편차를 도시하는 실적도.
도8 은 본 발명에 의한 판 꼬임 제어를 나타내는 흐름도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
11 : 조압연기 12 : 다듬질 탄뎀압연기
10 : 바(Bar) 23 : 바(BAR) 캠버(CAMBER)
25 : 트러스트(THRUST) 26 : 사이드 가이드
27 : 압연 롤 30 : 롤 갭 (ROLL GAP)
31 : 압연장력 50 : 하중 검출기
51 : 롤갭 검출기 53 : 롤갭 제어 장치
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 복수 개의 다듬질 연속 압연기가 스트립을 연속 압연하는 열간 압연 공정에서 판 꼬임을 검출 및 제어하는 본 발명은, I-1 번째 압연기(여기서, I는 2 이상이고 압연기 전체 개수 이하인 정수)에서 스트립이빠지기 직전에 I 번째 압연기의 좌우 압연 하중편차량(A) 및 좌우 롤갭 편차량(B)을 검출하여 메모리에 기억하는 단계; I 번째 압연기에서 스트립이 빠질 때까지 일정한 주기로 I 번째 압연기의 좌우 압연 하중편차량(C) 및 좌우 롤갭 편차량(D)을 검출하는 단계; 상기 검출된 현재의 좌우 압연 하중 편차량(C) 및 좌우 롤갭 편차량(D)과 최초 검출된 좌우 압연 하중 편차량(A) 및 좌우 롤갭 편차량(B)으로부터 압연 하중 편차(E=C-A) 및 압연 롤갭 편차(F=D-B)를 각각 계산하는 단계; 상기 압연 하중 편차 및 압연 롤갭 편차로부터 두께 변동량 및 좌우 압연 두께 편차를 계산하는 단계; 및 상기 압연 하중 편차 및 압연 롤갭 편차로부터 롤갭 레벨링 수정량을 계산하고, 상기 수정량에 따라 좌우 압연 두께 편차가 동일하게 유지되도록 롤갭을 제어함으로써 압연 조건이 항상 스트립이 빠지기 직전의 조건으로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도6 은 본 발명에 따른 판 꼬임 제어 설비를 도시하는 구성도이다. 도6 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 판 꼬임 제어 설비는 다듬질 연속 압연기의 좌/우 압연 하중을 검출하는 하중 검출기(50)와 실제 스트립의 두께를 얇게 압연하는 압연롤(27), 롤 갭(30)을 검출하는 롤 갭 검출기(51), 압연 두께의 목표치와 현재치와의 편차로부터 롤갭을 수정제어 하여 목표 두께가 되도록 제어하는 롤 갭 제어장치(53) 및 판 꼬임 경향을 판정 관리하는 피시에스(PCS) 컴퓨터(54)를 구비한다. 본 발명에 따르면, 전방 압연기(12a)에서 스트립(10c)이 빠지기 직전에 하중 검출기(50)로부터 검출된 하중 좌우 편차량(A)과 롤갭 검출기(51)로부터 검출된 롤갭좌우 편차량(B)을 롤갭 제어 장치(53)에 기억한다. 상기 전방 압연기(12a)에서 스트립(10c)이 빠진 이후에는 일정한 주기(예컨대, 약 5~25m/sec)로 롤갭 편차량(D) 및 압연 하중 편차량(C)을 수집하고, 첫번째 압연기 판 빠짐 시점에 이미 기억된 값(A,B)과 현재 수집된 값(C,D)과의 편차, 즉 압연 하중 편차(E=C-A) 및 압연 롤갭 편차(F=D-B)로부터 다음의 계산식1을 사용하여 좌우 두께 변동량을 계산한 다음, 롤갭 제어장치(53)가 롤갭을 레벨링 제어하여 그 변동이 최소화 되도록 한다. 이때 PCS 컴퓨터(54)는 판 꼬임 발생 경향을 관리하는 기능을 가진다.
[두께 편차 계산식1]
우측(구동측) 두께 변동량 = 구동측 압연 하중 편차/구동측 밀상수 + 구동측 압연 롤갭 편차
좌측(작업측) 두께 변동량 = 작업측 압연 하중 편차/작업측 밀상수 + 작업측 압연 롤갭 편차
두께 편차 = 작업측 두께 변동량 - 구동측 두께 변동량
이제, 본 발명에 따른 판 꼬임 제어 설비의 작용 및 효과에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따라 검출한 꼬임 판정 방법으로부터 판 꼬임 현상이 발생한 소재의 길이방향 압연 하중편차 상태를 살펴보면, 도7 에 도시한 바와 같이, 직전 압연기에서 판이 빠진 후 압연 하중이 급격하게 흔들리거나(56), 압연기의 좌측(작업측) 또는 우측(구동측)의 압연 하중이 급격하게 증가 됨을 알 수 있다.
전방 압연기에서 스트립이 빠져 나오면서 상기 기술한 요인에 의해 스트립이 편측으로 쏠리면 편측 압연 하중이 증가 되는데, 상기 제시한 계산식1로부터 스트립의 좌우 두께 편차를 계산할 경우 좌우 두께 편차가 약 100㎛ 이상의 경우 트러스트력의 구속 한계치를 초과하여 판 꼬임이 발생하였음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 제 8 도에 도시한 흐름도와 같이, 판 꼬임 방지를 위해 다듬질 연속 압연기(12) 중 현재 압연기(I 번째)의 전방 압연기(I-1 번째)에서 스트립이 빠지기 직전에 현재 압연기(I 번째)의 좌우 압연 하중편차 및 롤 갭 편차를 수집하여(S800) 메모리에 기억하고(S815), 이후 현재 압연기에서 스트립이 빠질 때까지 주기적으로 현재의 압연 하중 편차 및 압연 롤갭 편차를 수집하고 이로부터 롤갭 레벨링 수정량을 다음의 계산식2를 이용하여 산출 제어함으로써, 현재 압연기(I 번째)의 압연 조건이 항상 스트립(10c)이 빠지기 직전의 조건으로 유지되도록 한다.
[롤갭 레벨링 수정량 계산식2]
레벨 수정량 = 하중편차(E)/밀상수 + 롤갭 편차(F) - 전회 수정량
이러한 방법은 압연 조건이 전혀 다를 수 있는 선단부의 압연 실적을 사용하여 제어하던 종래의 제어 방법에 비해 진보된 것으로, 항상 가장 최근의 안정 시점을 기준으로 제어 할 수 있어 효과적이며, 특히, 현재의 압연기에서 롤 갭 레벨링 제어를 실행하면 다음 압연기 실적에도 영향을 주게 되므로 전방 압연기의 압연 종료 직전의 조건을 다음 압연기의 압연 조건으로 기억토록 하여 현재(I 번째) 압연기의 전방(I-1 번째) 압연기에서 제어된 결과가 현재(I 번째) 압연기에서 실시간 반영 될 수 있도록 한 것이다.
또한, 연속 압연기 중 판 꼬임이 발생된 압연기를 명확하게 검출하기 위해서 앞서 기술한 도8 의 흐름도에서 좌우 하중편차 및 롤갭 편차 수집 결과로부터 계산식1을 사용하여 두께 편차를 산출하고, 전방 압연기의 압연 종료 시점부터 현재 압연기의 압연 종료 시점까지 사이에서 최대 두께 편차가 발생한 값을 각각의 압연기에 대해 계산하여, 두번째 압연기에서부터 최종 압연기까지 순차적으로 두께 편차 값이 100㎛ 초과하는 최초 값이 발생한 해당 압연기에서 판 꼬임이 발생된 것으로 추정하고, 두께 편차 값이 200㎛를 초과하는 압연기가 발생시에는 꼬임 발생 정도가 매우 심한 것으로 추정하는 방법을 사용함으로써 꼬임 발생 압연기에 대한 조치를 신속하게 할 수 있도록 하였다.
상기와 같은 방법을 통하여 열간 다듬질 연속 압연에서 압연조건 불안정에 의해 옆면이 찢어 지거나 떨어져 나가면서 압연롤에 손상을 주어 후속 압연 소재의 표면 요철 불량을 발생시키며, 제품의 표면풀질 저하 및 압연 롤 교체 또는 사용불능을 유발시키는 스트립(10c) 미단부 판 꼬임 현상을 본 발명의 실시간 반영하는 제어 방법을 통해 해결하였다.

Claims (4)

  1. 복수 개의 다듬질 연속 압연기가 스트립을 연속 압연하는 열간 압연 공정에서 판 꼬임을 검출 및 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    I-1 번째 압연기(여기서, I는 2 이상이고 압연기 전체 개수 이하인 정수)에서 스트립이 빠지기 직전에 I 번째 압연기의 좌우 압연 하중편차량(A) 및 좌우 롤갭 편차량(B)을 검출하여 메모리에 기억하는 단계;
    I 번째 압연기에서 스트립이 빠질 때까지 일정한 주기로 I 번째 압연기의 좌우 압연 하중편차량(C) 및 좌우 롤갭 편차량(D)을 검출하는 단계;
    상기 검출된 현재의 좌우 압연 하중 편차량(C) 및 좌우 롤갭 편차량(D)과 최초 검출된 좌우 압연 하중 편차량(A) 및 좌우 롤갭 편차량(B)으로부터 압연 하중 편차(E=C-A) 및 압연 롤갭 편차(F=D-B)를 각각 계산하는 단계;
    상기 압연 하중 편차 및 압연 롤갭 편차로부터 두께 변동량 및 좌우 압연 두께 편차를 계산하는 단계; 및
    상기 압연 하중 편차 및 압연 롤갭 편차로부터 롤갭 레벨링 수정량을 계산하고, 상기 수정량에 따라 좌우 압연 두께 편차가 동일하게 유지되도록 롤갭을 제어함으로써 압연 조건이 항상 스트립이 빠지기 직전의 조건으로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌우 압연 두께 편차의 최대값이 일정량 이상일 경우 I 번째 압연기에서 판 꼬임이 발생한 것으로 판정하는 열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 좌우 압연 두께 편차의 최대값이 100㎛ 이상일 경우 I 번째 압연기에서 판 꼬임이 발생한 것으로 판정하는 열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤갭 레벨 수정량은 다음의 수식:
    레벨 수정량 = 하중편차(E)/밀상수 + 롤갭 편차(F) - 전회 수정량
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 열간 압연 공정에서의 판 꼬임 검출 및 제어 방법.
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