KR20070030752A - 판 두께 제어 장치 - Google Patents

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KR20070030752A
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다카히로 오노다
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 주파수 분석에 의해 분석할 수 없는 변동 성분을 제어할 수 있고, 또한 판 두께계가 필요하지 않고, 트래킹 오차에 의한 정밀도 저하도 발생하지 않는 고정밀한 판 두께 제어 장치를 제공하는 것이다.
금속 재료를 압연하기 위한 압연 스탠드에 매립된 압연 롤 또는 지지 롤의 회전 위치에 관련하여 발생되고, 롤 편심 등에 기인하는 판 두께 변동을 제어하는 판 두께 제어 장치에 있어서, 상기 롤(3, 4)의 압연 하중 및 회전 위치로부터, 상기 롤의 회전 위치에 관련하여 발생되는 압연 하중의 변동 성분을 산출하고, 산출된 압연 하중의 변동 성분을 상기 롤의 회전 위치마다 가산·기록하는 압연 하중 변동 산출 수단(11)과, 상기 압연 하중 변동 산출 수단으로부터 주어지는 상기 롤의 회전 위치마다의 압연 하중의 변동 성분을 이용하여, 판 두께 변동을 저감하는 것 같은 압연 롤 갭 지령 값을 연산하고, 상기 롤의 회전에 따라 선택한 타이밍에서 압연 롤 갭 지령 값을 출력하는 조작량 연산 수단(12)과, 상기 조작량 연산 수단으로부터의 압연 롤 갭 지령 값에 의거하여, 상기 압연 스탠드의 압연 롤 갭을 조작하는 롤 갭 조작 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치이다.
판 두께계, 압연 롤, 롤 편심, 롤 갭 조작 수단, 압연 하중 변동 산출 수단

Description

판 두께 제어 장치{GAGE CONTROL APPARATUS}
본 발명은 금속 재료의 압연기에서의 판 두께 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 압연(壓延) 롤 등의 회전 위치에 관련하여 발생되는 소위 롤 편심 등에 기인하는 판 두께 변동을 제어하는 판 두께 제어 장치에 관한 것이다.
박판(薄板) 압연이나 후판(厚板) 압연에서의 품질 제어 중 하나로서, 압연재의 폭방향 중앙부의 판 두께를 제어하는 판 두께 제어(Automatic Gage Control: AGC)가 있다. 판 두께 제어 방법으로서는, 압연기 출측(出側)에 설치한 판 두께계(計)의 측정값을 피드백하는 모니터 AGC, 압연 하중이나 롤 갭으로부터 추정한 게이지 미터 판 두께를 이용하는 게이지 미터 AGC(Gage meter AGC: GM-AGC), 압연 하중에 의한 밀상수 가변 제어(Mill Modulus Control: MMC) 등이 있다.
판 두께 정밀도의 향상을 저해하는 외란(外亂)으로서는, 몇 가지가 있다. 열간(熱間) 압연에서는 압연재의 온도 변동이고, 열간 압연 및 냉간(冷間) 압연에 공통인 외란으로서는, 다른 제어 예를 들어 장력 제어의 열화(劣化)에 의한 장력 변동, 오퍼레이터의 수동 개입에 의한 속도나 롤 갭의 변경, 롤의 구조나 롤 연마의 정밀도 불량에 의한 롤 편심 등이 있다.
여기서는, 롤 편심을 채택한다. 롤 편심은 주로 지지 롤의 오일 베어링에서 의 기름 주입을 위한 키홈이 2000∼3000톤의 압연 하중을 받았을 때에 축진동을 일으키는 원인으로 되고, 롤의 회전에 맞추어 롤 갭 변동이 발생하는 것이다. 그러나, 키홈이 없는 롤에서도, 다른 어떠한 원인에 의해 롤 회전에 의존한 롤 갭 변동은 발생한다.
또한, 압연 롤이 상하 2개, 지지 롤이 상하 2개인 4롤에 의해 구성되는 소위 4Hi밀의 경우에서도, 또한 압연 롤이 상하 2개, 중간 롤이 상하 2개, 지지 롤이 상하 2개인 6롤에 의해 구성되는 소위 6Hi밀의 경우에서도, 또는 그 이외의 경우에서도 이하는 동일하게 생각할 수 있다. 표현상 압연 롤을 워크 롤(Work Roll: WR), 지지 롤을 압연 롤 이외의 롤로 하여, 백업 롤(Back Up Roll: BUR)이라고 부르기로 한다.
롤 편심 등의 롤 축진동에 의존한 외란은 롤 갭 검출기에 의해 검출할 수는 없지만, 압연 하중에는 나타난다. 이 때문에, 상기 MMC, GM-AGC 등의 큰 외란으로 된다.
이 롤 편심 등의 롤 축진동에 의존한 외란을 저감하기 위해, 롤 편심 제어가 종래부터 실행되고 있다. 롤 편심 제어는 주로 다음의 2가지 방법이 알려져 있다.
(A) 압연하기 전에 상하 압연 롤을 접촉시키고, 일정한 하중을 인가하여(키스롤(Kiss-roll) 상태에서) 롤을 회전시키며, 검출 하중을 고속 푸리에 변환하거나 하여 롤 편심 주파수를 분석한다. 압연 중에는 분석한 주파수의 롤 편심이 발생하는 것으로 하여, 이것을 저감하는 롤 갭 조작량을 출력한다(특허문헌 1, 2).
(B) 압연기 출측에 판 두께계가 설치되어 있을 경우, 판 두께 변동은 판 두 께계에 의해 측정할 수 있다. 이 때문에, 판 두께계에 의해 측정한 값이 롤의 어느 회전 위치에서 압연되었는지를 관련시켜 판 두께 편차에 따라 롤 갭을 조작하면, 롤 편심에 의한 판 두께 변동을 저감할 수 있다(특허문헌 3).
[특허문헌 1] 특허 제1596084호(일본국 특허공보평2-18170호) 공보
[특허문헌 2] 특허 제1814074호(일본국 특허공보평5-21651호) 공보
[특허문헌 3] 일본국 공개특허2002-282917호 공보
상술한 (A) 및 (B)의 제어 방법에서는 다음의 결점이 있다.
[방법 (A)의 경우]
상술한 바와 같이, 롤 편심이라고 하여도 원인을 특정할 수 없는 경우가 있다. 일반적으로, 롤 편심은 지지 롤이 원인인 경우가 많지만, 압연 롤의 연마 상태 등에 의해서도 발생할 수 있다. 또한, 롤 회전 위치에 관련하여 발생되는 하중의 변동 성분은 정현파(正弦波)라고 가정하고 있다. 가장 저차(低次)의 주파수 소위 기본 주파수의 2배 또는 3배 이상의 주파수 성분이 나타나는 경우가 있으며, 어느 주파수의 외란을 저감할지가 어렵다. 또한, 일반적으로 키스롤 상태에서 검출되는 하중 변동량의 진폭(振幅)은 압연 시에 검출되는 하중 변동량의 진폭과는 상이하다.
[방법 (B)의 경우]
방법 (B)의 제어를 적용할 수 있는 압연기는 출측에 판 두께계가 설치되어 있을 필요가 있다. 예를 들어 7스탠드로 구성되는 열간 박판 탠덤 압연기는 후단(後段)인 5, 6, 7스탠드의 롤 편심에 의한 판 두께 변동이 제품 판 두께 변동으로서 나타나기 쉽지만, 일반적으로는 판 두께계는 7스탠드 출측에만 설치된다.
이 때문에, 5, 6스탠드의 롤 편심은 제어할 수 없다. 또한, 압연 스탠드로부터 그 출측의 판 두께계까지 압연재의 트래킹(tracking)을 정확히 행할 필요가 있고, 압연재 속도를 정확히 채취(採取)할 필요가 있다. 압연재 속도는 롤 주속(周速)에 선진률을 고려하여 계산할 수 있지만, 실측할 수 있는 롤 주속에 대하여 선진률은 예측값이며 오차가 포함된다. 이 때문에, 압연재 속도에는 오차가 포함되어 트래킹 오차가 생기기 쉽다.
또한, 롤 편심 등 롤 회전 위치에 관련하여 압연 하중이 변화될 경우, 다음과 같은 문제가 있다. 일반적으로, AGC에서는 게이지 미터 판 두께를 연산하여 상기 압연 스탠드의 출측 판 두께를 추정하고, 이 판 두께가 목표값 등과 일치하도록 제어한다.
그런데, 롤 편심 등이 있을 경우, 이 게이지 미터 판 두께가 정확히 연산되지 않는다. 그 이유는 다음과 같다. 예를 들어 롤 편심 등에 의해 롤 갭이 생겼다고 하면, 실제의 출측 판 두께는 두꺼워지지만, 롤 갭 개방이기 때문에, 압연 하중은 작아진다. 이 때문에, 게이지 미터 판 두께의 연산 상에는 밀 신장이 작아지고, 게이지 미터 판 두께는 작아진다. 이것을 아래의 게이지 미터 식 (1)에서 설명한다.
[수식 1]
Figure 112006064132219-PCT00001
(1)
여기서,
Figure 112006064132219-PCT00002
: 롤 편심 등에 의한 게이지 미터 판 두께의 변화[mm]
Figure 112006064132219-PCT00003
: 롤 편심 등에 의한 롤 갭의 변화[mm]
Figure 112006064132219-PCT00004
: 롤 편심 등에 의한 압연 하중의 변화[kN]
Figure 112006064132219-PCT00005
: 밀상수[mm/kN]
그러나, 연산 상에서는 ΔSRE는 검출 불가이고, ΔSRE=0이지만, 진(眞)의 ΔSRE는 개방 방향, 즉 +의 값이기 때문에 압연 하중의 변화는 ΔPRE<0이다. 따라서, 게이지 미터 판 두께의 변화는 아래의 식 (2)와 같다.
[수식 2]
Figure 112006064132219-PCT00006
(2)
즉, 계산되는 게이지 미터 두께에는 롤 편심 등 롤 회전 위치에 관련하여 압연 하중이 변화하는 것의 영향이 완전히 정반대에 견적되어 있게 된다.
그러나, 롤 편심 등에 의한 롤 갭의 변화를 검출하는 것은 불가능하고, 이 이상으로 정밀도가 양호한 연산은 요망되지 않는다.
본 발명은 상술한 점을 고려하여 안출된 것으로서, 주파수 분석에 의해 분석할 수 없는 변동 성분을 제어할 수 있고, 또한 판 두께계가 필요하지 않아 트래킹 오차에 의한 정밀도 저하도 발생하지 않고, 고정밀한 판 두께 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는,
금속 재료를 압연하기 위한 압연 스탠드에 일체로 구성된 압연 롤 또는 지지 롤의 회전 위치에 관련하여 발생되는, 롤 편심 등에 기인하는 판 두께 변동을 제어하는 판 두께 제어 장치에 있어서,
상기 롤의 압연 하중 및 회전 위치로부터, 상기 롤의 회전 위치에 관련하여 발생되는 압연 하중의 변동 성분을 산출하고, 산출된 압연 하중의 변동 성분을 상기 롤의 회전 위치마다 가산·기록하는 압연 하중 변동 산출 수단과,
상기 압연 하중 변동 산출 수단으로부터 주어지는 상기 롤의 회전 위치마다의 압연 하중의 변동 성분을 이용하여, 판 두께 변동을 저감하는 압연 롤 갭 지령(指令) 값을 연산하고, 상기 롤의 회전에 따라 선택한 타이밍에서 압연 롤 갭 지령 값을 출력하는 조작량 연산 수단과,
상기 조작량 연산 수단으로부터의 압연 롤 갭 지령 값에 의거하여, 상기 압연 스탠드의 압연 롤 갭을 조작하는 롤 갭 조작 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같이, 압연 롤 또는 지지 롤의 회전 위치와 압연 하중의 변동 성분을 관련지어 기록하여 두고, 롤의 회전 위치마다의 압연 하중의 변동 성분을 이용하여, 판 두께 변동을 저감하는 압연 롤 갭 지령 값을 구하고, 이 압연 롤 갭에 의해 압연 롤 갭을 조작하기 때문에, 종래부터 실행되고 있던 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동의 제어 방식보다, 고정밀한 제어 결과를 얻을 수 있다. 즉, 주파수 분석에 의해 분석할 수 없는 변동 성분도 산출하고, 제어할 수 있고, 설비 구조상, 판 두께계도 필요하지 않으며, 트래킹 오차에 의한 정밀도 저하도 발생하지 않는 제어를 실현할 수 있다.
또한, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동이 있을 경우에 부정확했던 게이지 미터 판 두께의 연산에서도, 본 발명에 의한 보정을 행함으로써 정확한 게이지 미터 판 두께를 얻을 수 있다. 이 때문에, 게이지 미터 판 두께를 사용하는 AGC 기능이 보다 고정밀하게 되고, 판 두께 정밀도도 향상된다.
또한, 롤 회전 위치에 관련하여 발생되는 압연 하중의 영향이 정반대에 견적되어 있던 연산을, 본 발명에 의한 판 두께 제어를 행함으로써 적정하게 연산하고, 그 이외의 판 두께 제어 기능이 적절하게 동작하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 전체 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예 중에서의 압연 하중의 개념을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에서 이용하는 지지 롤의 둘레 길이 분할과 압연 롤과의 관계를 나타낸 도면.
도 4는 동일하게 지지 롤에서의 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동분을 산출하는 방법의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 동일하게 지지 롤에서의 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동분을 산출하는 방법의 다른 일례를 나타낸 도면.
도 6은 도 1에 나타낸 실시예의 구성을 상세하게 나타낸 블록선도.
도 7은 본 발명에 의한 제어의 결과를 실측한 특성도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 압연재(壓延材) 2 : 압연기 하우징
3 : 압연 롤 4 : 지지 롤
5 : 압하(壓下) 장치 6 : 압연 하중 검출기
7 : 롤 회전수 검출기 8 : 롤 기준 위치 검출기
9 : 롤 갭(gap) 검출기 11 : 압연 하중 변동 산출 수단
12 : 조작량 연산 수단 13 : 롤 갭 조작 수단
111 : 압연 하중 유지 수단 112 : 평균 값 산출 수단
113 : 감산기(減算器) LM : 리미터
SS, SW : 스위치 Σ : 가산기
P : 압연 하중 ΔPA : 압연 하중의 편차
ΔS : 롤 갭 수정량
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 전체 구성을 나타내고 있다. 이 도 1에서, 압연재(壓延材)(1)는 압연기 하우징(2)의 중앙부에 배치되고, 갭 및 속도가 적절하게 조정된 상하의 압연 롤(3)에 의해 압연되고, 출측에서 원하는 판 두께로 된다.
압연 롤(3)은 배후에 설치된 지지 롤(4)에 지지되고, 롤 폭 방향의 휨이 작아지게 하고 있다. 지지 롤(4)은 압연기 하우징(2)에 지지되고, 압연재(1)를 압연하기 위한 압연 하중에 견딜 수 있는 구조로 되어 있다.
상하의 압연 롤(3) 사이의 갭은 압하 장치(5)에 의해 조정된다. 압하 장치(5)는 전동기 제어에 의한 것(전동 압하라고 함)과, 유압 제어에 의한 것(유압 압하라고 함)의 2종류가 있는데, 후자 쪽이 고속 응답을 얻기 쉽다. 일반적으로, 롤 편심 등의 외란을 제어하기 위해서는 고속 응답이 필요하고 유압 압하가 채용되기 때문에, 이하에서는 유압 압하의 예를 설명한다.
그리고, 압연 하중을 압연 하중 검출기(6)에 의해 검출한다. 압연 하중 검출기(6)는 압연기 하우징(2)과 압하 장치(5)와의 사이에 매립되고, 압연 반력을 직접적으로 측정하는 로드셀(LC)이나, 유압 압하에서의 압력 검출로부터 역산(逆算)한 하중이 이용된다.
압연 롤(3)의 회전은 롤 회전수 검출기(7)에 의해 검출된다. 롤 회전수 검출기(7)는 압연 롤(3) 또는 압연 롤(3)을 구동하는 전동기(도시 생략)의 축에 부착되어, 압연 롤(3)의 회전수를 검출한다.
압연 롤(3)의 배후에 설치된 지지 롤(4)에는 롤 기준 위치 검출기(8)가 설치되어 있고, 지지 롤(4)이 1회전할 때마다, 근접 스위치 등에 의해 기준 위치를 검 출한다. 또한, 지지 롤(4)과 압하 장치(5)와의 사이에는 롤 갭 검출기(9)가 설치되어 있고, 간접적으로 압연 롤(3)의 갭을 검출한다.
도 2는 측정되는 압연 하중의 개념을 나타낸 도면이고, 이 도 2를 사용하여 압연 하중 변동을 산출하는 방법에 대해서 설명한다. 롤 편심 등이 있을 경우, 롤 편심 등 이외의 압연 하중 변동, 예를 들어 온도 변화, 판 두께 변화에 의해 발생하는 압연 하중 변동에, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동 성분이 중첩되게 된다.
이 2개를 분리하고, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동을 본 발명에 따른 제어 장치에 의해 제어하고, 롤 편심 등 이외의 압연 하중 변동을 MMC, GM-AGC 등에 의해 제어한다.
도 3은 지지 롤(4)(BUR)의 둘레 길이 분할과 압연 롤(3)(WR)과의 관계를 나타내고 있다. 이 도 3에서는 압연 롤(3)과 지지 롤(4)과의 관계에서 지지 롤(4)의 전체 둘레 길이를 n등분하고, 지지 롤(4)의 가장 가까운 외측에 회전하지 않는 위치 눈금이 있다고 상정하여, 그 기준 위치를 O이라고 하고, 제 (n-1)번째의 위치까지 번호를 붙인다.
예를 들어 지지 롤(4)의 분할 위치(3)의 위치 θ B는
θ B3 = 3×360/n[도]
이다. 그리고, 도 3에서의 압연 롤(3)의 위치는 θwo가 지지 롤(4)의 기준 위치에 상당하는 압연 롤 위치이고, θw가 압연 롤(3) 및 지지 롤(4)이 동시에 회전한 후의 지지 롤(4)의 위치 θ B에 대응하는 위치이다.
이 검출을 행하기 위해서는, 지지 롤(4)의 1개소에 근접 스위치 등의 센서를 매립하고, 회전하지 않는 위치 눈금의 기준 위치에, 롤 기준 위치 검출기(8)를 설치한다. 그리고, 지지 롤(4)의 1개소에 설치된 근접 스위치 등의 센서가 회전하지 않는 위치 눈금의 기준 위치에 도달했을 때에, 지지 롤(4)이 기준 위치를 통과했다고 인식할 수 있다.
지지 롤(4)의 둘레 위에서의 기준 위치(0)에서부터 위치(n-1)까지의 분할 위치에서 압연 하중을 각별히 구분하여 기록한다. 일반적으로, n=30∼40 정도의 값이 이용된다.
도 4는 지지 롤의 회전 위치의 변화에 따라 압연 하중(P)이 변화하는 모양 및 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동분을 산출하는 방법의 일례를 나타내고 있다.
도 4는 가로 축에 시간의 경과와 함께 변화하는 지지 롤(BUR)의 위치를 취하고, 세로 축에 압연 하중을 취하고 있다. 그리고, 지지 롤(BUR)이 2회전하는 사이에서의 압연 하중의 변화가 산(山) 및 곡(谷)이 2개씩 나타나고 있다.
즉, 최초의 1회전에서는 기준 위치(O)(시점(T10))에서 압연 하중(P10)이고, 지지 롤의 위치(1)(시점(T11))에서는 압연 하중(P11)이며, 지지 롤 위치(2)(시점(T12))에서는 압연 하중(P12)이고, 지지 롤 위치(3)(시점(T13))에서는 압연 하중(P13)이다. 다음 1회전에서도 동일하게, 지지 롤의 위치에 따라 압연 하중이 변화한다.
이와 같이, 지지 롤 기준 위치(O)에서는 압연 하중이 P10이고, 지지 롤의 위치가 1, 2, 3으로 진행됨에 따라, 압연 하중이 P11, P12, P13,… 으로 변화되어 간다. 지지 롤 위치가 n-1, 또한 1회전한 위치에서의 압연 하중도 P20을 채취할 수 있었던 시점에서, P10, P20을 직선으로 연결하고, 이 직선을 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동을 제외한 압연 하중으로 간주할 수 있다.
따라서, 지지 롤의 회전에 따른 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동분은, 측정한 압연 하중 P10, P11, P12, P13,…,P20 각각과 이 직선과의 차(差), 즉, O, ΔP11, ΔP12, ΔPij, ΔP1n -1로 계산할 수 있다.
도 5는 지지 롤의 회전 위치의 변화에 따라 압연 하중(P)이 변화하는 모양과, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동분을 산출하는 방법의 별도의 일례를 나타내고 있다.
실제의 압연 하중 값의 변화에는, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동, 온도 변동·판 두께 변동·장력 변동 등에 의한 압연 하중 변동에 더하여, 노이즈가 실린 결과인 경우가 많다. 이 때문에, 도 4에 나타낸 방법에서 시점(始點)의 압연 하중(P10) 및 종점(終點)의 압연 하중(P20)이 불명확하게 되고, 특정하는 것이 어려운 경우가 있다.
이러한 경우에 대응하기 위해, 지지 롤의 1회전 시간이 길지 않은 것으로서, P10 및 P20의 변화가 거의 크지 않은 것으로 가정한다. 그렇게 하면, P10, P11,…, P1n-1의 n개의 평균 값을 취하여, 측정한 압연 하중(P10, P11, P12, P13,…, P20)과, 이들 값의 평균 값과의 차를 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동분으로 간주할 수 있다.
이 방법의 이점은 압연 하중의 실적(實績) 값을 (n-1)구분째까지 채취하면 되고, 노이즈 등에 의한 변동에 강한 것이다. 또한, 압연 하중의 실적 값은 노이즈의 영향을 더욱 저감하기 위해 필터링 처리를 실시할 수도 있다.
도 6은 압연 하중 변동 산출 수단(11)(도 1)에 의해 산출된 지지 롤의 각 위치에서의 압연 하중의 값을 이용하여, 롤 갭 조작량을 연산하여 조작량을 결정하는 롤 갭 조작 수단(12)(도 1)을 구비한 판 두께 제어 장치의 구성을 나타낸 것이다.
우선, 도 6의 구성의 개요를 설명한다. 압연 하중 변동 산출 수단(11)에서는 하중 검출 신호(P)가 지지 롤의 각 위치 0, 1, 2,…, n-1마다 압연 하중 유지 수단(111)에서 P0, P1, P2,…, Pj,…, Pn -2, Pn -1로서 유지되고, 감산기(減算器)(113)에 주어진다. 감산기(113)에서는 평균 값 산출 수단(112)에 의해 산출된 평균 값 (1/nΣPj(j=1, 2,…,(n-1)))과의 차가 각별하게 산출되고, 리미터(LM1)에 주어진다.
리미터(LM1)에서는, 감산기(113)의 출력이 주어지고, 상하한의 체크를 행하고, 스위치(SS)를 통하여 가산기(Σ)에 송출한다. 가산기(Σ)의 출력은 스위치(SW) 및 게이트(G)를 통하여 압연 하중의 편차(ΔPA)로서, 롤 갭 조작 수단(12)에 송출된다.
롤 갭 조작 수단(12)에서는, 주어진 편차(ΔPA)에 의거하여 롤 갭 수정량(ΔS)을 요구하고 압하 장치(5)(도 1)에 송출하고, MMC나 GM-AGC에 의한 롤 갭량에 더하여 조작량의 가감을 행한다.
다음으로, 도 6의 구성의 상세를 설명한다. 이 도 6에서는, 도 5에 개념을 나타낸 평균 값을 사용하는 장치 구성을 나타내고 있고, 이 장치는 도 4에 나타낸 시점과 종점과의 사이의 직선 보간을 이용하여, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동을 계산하는 방법에도 간단하게 적용할 수 있다.
그리고, 도 6에서는 압연 하중 유지 수단(111)이 지지 롤의 각 위치(0, 1, 2,…,n-l)에서의 압연 하중(P0, P1, P2,…, Pj,…,Pn -2, Pn -1)을, 지지 롤이 1회전하는 사이 유지하고, 위치(n-1)에 도달한 시점에서, 평균 값, 즉, 1/nΣPj(j=1, 2,…, (n-1))을 계산한다. 이 지지 롤의 각 위치(0, 1, 2,…, n-1)에서의 압연 하중(P0, P1, P2,…, Pj,…,Pn -2, Pn -1)과, 그들의 평균 값(1/nΣPj(j=1, 2,…,(n-1)))과의 차를 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동이라고 한다.
이 경우에서, 평균 값(1/nΣPj(j=1, 2,…,(n-1)))과의 차를 구하는 대신에, 시점에서의 P0과 종점에서의 Pn으로부터 직선의 식을 연산하고, 그 직선과 각 위치에서의 압연 하중(P0, P1, P2,…, Pj,…, Pn -2, Pn -1)과의 차를 계산해도 된다.
지지 롤의 각 위치에서의 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동은, 리미터(1)에 서 상하한이 체크되고, 평균 값(1/nΣPj(j=1, 2,…,(n-1)))의 연산이 종료된 시점에서 스위치(SW)를 동시에 온(on)하여 압연 하중의 편차(ΔP0, ΔP1,…, ΔPn -1)를 일제히 가산기(Σ0, Σ1, Σ2,…, Σj,…, Pn -2, Pn -1)에 송출하고, 아래의 식 (3)에 의해 가산한다.
Figure 112006064132219-PCT00007
(3)
여기서,
Z : 가산
k : 가산 회수
j : 1∼n-1
가산기(Σ)는 상기 압연재가 압연되기 전에 제로 클리어되고, 지지 롤이 1회전한 평균 값의 연산이 종료될 때마다, 그 때마다 압연 하중의 편차를 가산한다. 이 순서가 리미터(LM1), 스위치(SS) 및 가산기(Σ)에 의해 실시된다.
또한, 아래의 식 (4)에 나타낸 바와 같이 망각 계수(b)를 도입하여 과거에 적산한 값의 영향을 축소하고, 현 시점에 가까운 압연 하중 변동의 영향을 크게 평가하는 것도 유효하다.
Figure 112006064132219-PCT00008
(4)
스위치(SW)는 가산기(Σ)로부터 지지 롤의 회전 위치에 대응하여 가산된 압연 하중의 편차를 1개씩 취출한다. 예를 들어, 기준 위치(0)를 보면 지지 롤이 기 준 위치(O)를 통과한 시점에서, 스위치(SW0)만이 온이 되고 가산기(Σ0)로부터 압연 하중의 편차(ΔPA0)가 취출된다.
지지 롤이 위치(1)에 도달한 시점에서, 스위치(SW1)만이 온이 되고, 가산기(Σ1)로부터 ΔPA1이 취출된다. 이 동작을 지지 롤의 위치에 대응한 롤 편심 등에 의해 압연 하중 변동 값의 취출 스위치(SW)에서 반복하여 행한다.
또한, 각 위치에서 가산을 행하는 것은 일반적인 제어 측으로부터 간단하게 인도할 수 있다. 즉, 본 발명의 제어 대상과 같이, 제어 대상에 적분계가 없을 경우, 제어기 측에 적분기를 넣어 정상 편차를 제거하는 것은 제어 측의 위로부터 타당하다. 제어 대상이 연속계가 아니라, 이산 값계이기 때문에 적분기가 아니라 가산기로서 필요한 것이다.
조작량인 롤 갭 수정량은 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동 값을 보상하는 롤 갭 조작 수단(13)(도 1)에서 아래의 식 (5)에서 계산한다.
[수식 3]
Figure 112006064132219-PCT00009
(5)
여기서,
M : 밀상수[ton/mm]
Q : 압연재의 소성(塑性) 계수[ton/mm]
KT : 조정 계수
ΔS : 롤 갭 수정량[mm]
ΔPA : 압연 하중의 편차(롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동)[mm]
롤 갭 조작 수단(13)은 상기 식 (5)에 의한 롤 갭 수정량(ΔS)을, 리미터(LM2)에 의해 상하한 체크한 다음에, MMC나 GM-AGC 등의 롤 갭량에 더하고, 압하 장치(5)(도 1)에 준다.
이 경우, 압하 장치(5)의 응답에 따라서는 시간 지연을 무시할 수 없을 경우가 있다. 예를 들어, 유압 압하의 응답이 차단 주파수가 60rad/sec에서는 응답 완료를 100%라고 하면, 95%에 도달하는 시간은 0.05sec이다.
또한, 이것에 연산 시간 지연 등이 더해지는 경우도 있다. 지지 롤의 1회전은, 0.5∼1초 전후일 경우도 있고, 0.05초의 시간 지연은 그 1/10∼1/20에 해당하기 때문에, 큰 영향이 있는 경우도 있다.
그래서, 조작량 연산 수단(12)에서 롤 갭 수정량을 산출하는 타이밍을 빠르게 함으로써 이 과제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 분할수 n이 40이고, 지지 롤의 1회전이 0.8초일 경우, 1개의 위치에서부터 다음 위치로 진행되는 시간은 0.02초이다. 이 때, 0.05초의 시간 지연이 있다고 하면, 2.5회전분을 앞서 롤 갭 수정량을 롤 갭 조작 수단(13)에 준다.
도 7은 본 발명에 의한 압하 제어의 효과를 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 제어가 온일 때는 압연 하중의 변동이 작고, 또한 오프한 후에는 변동이 커지고 있 는 모양을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 지지 롤의 회전을 기준으로 하고 있지만, 압연 롤을 기준으로 할 수도 있다.
다음으로, 게이지 미터 판 두께 연산의 보정 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 제어가 행해졌을 경우의 게이지 미터 판 두께 계산에 대해서, 진의 판 두께가 아래의 식 (6)에 의해 계산되고, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동에 의한 영향 분을 분리할 수 있다고 한다.
[수식 4]
Figure 112006064132219-PCT00010
(6)
여기서,
Figure 112006064132219-PCT00011
: 진의 판 두께[mm]
Figure 112006064132219-PCT00012
: 진의 롤 갭[mm]
Figure 112006064132219-PCT00013
: 압연 하중 실적 값[kN]
Figure 112006064132219-PCT00014
: 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동에 의한 것 이외의 롤 갭(측정 가능)[mm]
Figure 112006064132219-PCT00015
: 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동 이외의 압연 하중[mm]
Figure 112006064132219-PCT00016
: 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동에 의한 롤 갭의 변화[mm]
Figure 112006064132219-PCT00017
: 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동[kN]
Figure 112006064132219-PCT00018
: 밀상수[mm/kN]
그리고, 롤 갭은 개방 방향에서 + 또는 값이 크다라고 하고, 압연 하중은 값의 대소는 그대로이다. 이 때, 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동이 없다고 하면, 진의 판 두께는
[수식 5]
Figure 112006064132219-PCT00019
(7)
이고, 한편 게이지 미터 판 두께는 아래의 식 (8)에 나타낸 바와 같이,
[수식 6]
Figure 112006064132219-PCT00020
(8)
이다.
본 발명에 의해 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동을 10O% 보상했다(보상량을 ΔSRE C=ΔSRE)고 하면, ΔPRE=0으로 된다. 그리고, 게이지 미터 판 두께는 아래의 식 (9)에 나타낸 바와 같이,
[수식 7]
Figure 112006064132219-PCT00021
(9)
로 된다. 따라서, 게이지 미터 판 두께를 진의 판 두께와 일치시키기 위해서는 게이지 미터 판 두께에 보상량(ΔSRE C)을 인가할 필요가 있다.
다음으로, 본 발명에 의해 롤 편심 등에 의한 압연 하중 변동을, r(O<r<1)분을 보상했다고 한다. 즉, 아래의 식 (10), (11)에 나타낸 바와 같이,
[수식 8]
Figure 112006064132219-PCT00022
(10)
Figure 112006064132219-PCT00023
(11)
로 놓으면, 진의 판 두께는 아래의 식 (12)에서 나타낼 수 있다.
[수식 9]
Figure 112006064132219-PCT00024
(12)
Figure 112006064132219-PCT00025
여기서, 압연 하중은 검출할 수 있기 때문에, 1개의 변수(PACT)로 정리했다.
한편, 게이지 미터 판 두께에서는,
[수식 10]
Figure 112006064132219-PCT00026
(13)
이다. 이 식 (13)을 식 (12)에 일치시키기 위해서는 식 (13)의 우변에
[수식 11]
Figure 112006064132219-PCT00027
(14)
를 더할 필요가 있다.
즉, 본 발명을 실시했을 경우 게이지 미터 판 두께를 연산하기 위해서는, 본 발명에 의해 보상한 롤 갭(지령 값 또는 실적 값)에, 본 발명의 효과를 나타내는 지표(r)를 고려하고, 상기 식 (14)의 형태에서 나타낼 수 있는 항을 게이지 미터 판 두께 연산식에 더함으로써, 진의 판 두께에 보다 가까운 정밀도의 양호한 판 두께가 얻어진다.
본 발명의 효과를 나타내는 지표(r)에 대해서는 본 발명을 몇번 실시하여, 그 효과를 정량적으로 파악하여 r의 값을 정할 수 있다.
본 발명은 압연기의 판 두께 제어를 행함에 대해, 주파수 분석에 의해 분석할 수 없는 변동 성분을 제어할 수 있고, 또한 판 두께계가 필요하지 않고, 트래킹 오차에 의한 정밀도 저하도 발생하지 않는 고정밀한 판 두께 제어 장치를 제공한 다.

Claims (8)

  1. 금속 재료를 압연(壓延)하기 위한 압연 스탠드에 매립된 압연 롤 또는 지지 롤의 회전 위치에 관련하여 발생되고, 롤 편심 등에 기인하는 판 두께 변동을 제어하는 판 두께 제어 장치에 있어서,
    상기 롤의 압연 하중 및 회전 위치로부터, 상기 롤의 회전 위치에 관련하여 발생되는 압연 하중의 변동 성분을 산출하고, 산출된 압연 하중의 변동 성분을 상기 롤의 회전 위치마다 가산·기록하는 압연 하중 변동 산출 수단과,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단으로부터 주어지는 상기 롤의 회전 위치마다의 압연 하중의 변동 성분을 이용하여, 판 두께 변동을 저감하는 압연 롤 갭(gap) 지령 값을 연산하고, 상기 롤의 회전에 따라 선택한 타이밍에서 압연 롤 갭 지령 값을 출력하는 조작량 연산 수단과,
    상기 조작량 연산 수단으로부터의 압연 롤 갭 지령 값에 의거하여, 상기 압연 스탠드의 압연 롤 갭을 조작하는 롤 갭 조작 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단은 상기 롤의 회전 위치를 검출할 때, 상기 롤의 1회전마다 기준 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단은 상기 롤의 1회전당의 하중을 회전 위치마다 기록하고, 1회전 완료 후에 1회전의 개시 시점 및 종료 시점의 각 압연 하중을 직선 보간하고, 그 직선 보간된 압연 하중 값과 회전 위치마다의 압연 하중을 비교하여, 회전 위치에 관련하여 발생되는 압연 하중의 변동 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단은 상기 롤의 1회전당의 하중을 회전 위치마다 기록하고, 1회전 완료 후에, 1회전 사이의 압연 하중의 평균 값과 회전 위치마다의 압연 하중을 비교하여, 회전 위치에 관련하여 발생되는 압연 하중의 변동 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단은 상기 롤의 회전 위치마다, 산출한 압연 하중의 변동 성분을 적산(積算)하고, 현재의 제어 시각에서의 상기 롤의 회전 위치에 일치하는 압연 하중의 적산 값을 구하고,
    상기 조작량 연산 수단은 이 압연 하중의 적산 값에 의해 발생하는 판 두께 변동을 억제하도록 상기 압연 롤의 갭 지령 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단은 상기 롤 갭 조작량에 시간 지연이 있을 경우, 현재의 제어 시각에서의 롤의 회전 위치에 일치하는 압연 하중 적산 값으로부터, 상기 지연 시간에 상당하는 롤의 회전 위치 분을 거슬러 올라가 압연 하중의 적산 값을 구하는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 압연 하중 변동 산출 수단은 상기 압연 하중의 변동 성분을 적산할 경우, 최초로 적산한 값의 영향을 작게하도록 적산하여 가는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조작량 연산 수단은 판 두께 변동을 저감하는 비율과, 압연 롤 갭 지령 값, 또는 그 지령 값에 의거한 롤 갭을 이용하여, 게이지 미터 판 두께를 보정하는 것을 특징으로 하는 판 두께 제어 장치.
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