KR20080061835A - 압연소재의 워핑 제어시스템 장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

압연소재의 워핑 제어시스템 장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압연소재의 워핑현상을 제어하는 제어시스템으로서, 압연소재를 압연기가 통과할 때 상향 또는 하향되는 워핑(Warping)현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 특정방식으로 제어되는 주제어기에 의해 상부 압연롤과 하부 압연롤에 배타적으로 오일을 분사시킴으로써 압연소재와 각 압연롤 사이의 마찰계수를 다르게 하여 워핑현상을 제어하는 것을 특징으로 한다.
압연소재, 압연기, 워핑, 제어

Description

압연소재의 워핑 제어시스템{Control System of Warping in Matter for Rolling Mill}
도 1a, 및 도 1b는 일반적인 압연소재의 워핑현상을 설명하는 설명도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑 제어시스템의 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑 제어시스템의 블럭도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑 제어시스템의 제어방법에 대한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 :압연기 110 : 상부압연롤
120 : 하부압연롤 124, 125 : 윤활장치
130 : 테이블롤러 200 : 압연소재
310 : 주제어기 320 : 오일제어기
331 : 상부오일분사노즐 332 : 하부 오일분사노즐
350 : 롤러회전속도 측정센서 355 : HMD
361 : 상부 온도계 362 : 하부온도계
본 발명은 압연공정시 압연소재의 굽힘(Warping)을 방지하는 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
압연소재를 원하는 두께의 코일로 만들기 위해 열간 압연기를 이용함에 있어서, 압연 롤은 고온의 압연소재(스트립)과 접촉하면서 압연작업을 한다. 이 때 압연소재는 두께가 다르게 입력되므로 매번 패스라인(pass line)의 변동요인이 발생하게 된다.
또한, 가열로에서 압연소재를 가열한 후 압연공정이 연속적으로 이루어지며 롤러 테이블을 타고 이송되기 때문에 소재의 상부와 하부의 냉각정도가 다르게 나타날 수 밖에 없다. 따라서, 압연소재가 압연기에 치입후 소성변형을 할 때 상하부가 다르게 변형되어, 소재의 비대칭 현상이 발생할 수 있다. 또한, 압연소재의 비대칭현상은 압연소재를 압연할 때 압연 롤의 상, 하부 냉각 불균일에 의해서도 발생할 수 있다.
특히 고강도의 압연소재일 경우, 선단부와 미단부에서 이러한 요인들은 압연소재의 상, 하향을 크게 유발할 수 있다(Warping 현상). 도 1a, 및 도 1b는 각각 압연소재가 상, 하향되는 상태를 도시한 것이다. 1, 2는 각각 압연롤이다.
또한, 압연소재가 다운스트림(down stream)의 압연기에 치입될 때, 원할히 치입되지 못하게 하는 요인으로 작용하게 되어, 설비의 이상동작이나 긴급정지 상황을 유발하여 생산성 하락에 큰 영향을 미치고 있다.
한편 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로써, 대한민국 특허공개공보 제 10-1996-0021211에는 압연소재의 소재정보 및 압연정보로부터 상, 하향이 얼마나 발생할 것인지를 미리 예측하고, 이 양을 압연기의 상, 하부의 롤 속도변화로 환산하여 미리 압연기의 상 하부속도를 다르게 제어하므로써 압연 후, 판의 상, 하향을 조절하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이 경우 상부롤과 하부롤에 압연소재가 물려있는 상황이므로 각 롤에 서로 다른 주속을 인가한다 해도, 실제 워핑(Warping)현상을 방지하기는 어렵다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 압연공정에서 압연롤과 압연소재에 윤활을 통한 마찰계수를 조정하여 상하부의 비대칭성 유발인자를 제거하여 압연소재가 굽어지는 것을 방지하는 제어시스템 및 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑현상을 제어하는 제어시스템은 압연소재의 두께, 패스라인의 높이(롤러테이블에서 상부롤 및 하부롤 간격의 중간지점까지의 거리), 압연소재의 압연후의 두께, 그리고 압연기 입측에서의 상하부 온도를 입력받아, 수학식
Figure 112006097893309-PAT00001
에 따라 분사노즐을 선택하고 및 분사시간을 설정하는 주제어기;
(이 때, t(s)는 오일노즐 분사시간이고, 분사노즐은 t의 부호에 의해 결정되는데, t>0이면, 상부오일노즐이 분사되고, t<0이면, 하부오일노즐이 분사된다.
△T(℃)는 상하부 온도차를 나타내고, Tave (℃)는 상하부 온도평균을 나타내고, △H(℃)는 상하부 온도평균(0.5*(Ttop - Tbottom))을 나타내고, △Hp(mm)는 패스라인과 소재중심과의 높이차(Hp-0.5H), Hp(mm)는 패스라인의 높이, H(mm)는 압연소재의 두께, △H(mm)는 압연량(H-h), h는 압연후의 소재의 두께, α, β, γ는 모델 튜닝(tuning) 계수, K(1/s)는 워프(Warp) 튜닝(Tuning)계수를 나타낸다.)
상기 주제어기로부터의 분사노즐 및 분사시간 신호에 따라 오일분사를 제어하는 오일제어기;
상기 오일제어기의 신호에 따라 서로 배타적으로 선택되어, 압연소재에 오일을 정해진 시간동안 분사하는 상부 및 하부 오일분사노즐;
압연기의 후단에 위치하고, 카메라를 포함하여 구성되어 압연소재의 상하향을 측정하여 이를 주제어기로 피드백하는 워프(Warp)검출센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주제어기에 압연소재의 위치정보를 전달하는 위치센서를 더 구비하여 상기 오일분사노즐의 분사시점을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 위치센서는 테이블 롤러는 압연소재를 이송하는 구동모터에 부착되는 테이블 롤러의 회전속도 측정센서 및, 압연소재의 이동 구간별로 설치된 HMD(Hot Metal Dector)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 측면은, 압연소재의 워핑 제어시스템의 제어방법으로서, 위치센서에서 압연소재에 대한 압연소재에 대한 위치정보를 트래킹(tracking)하는 단계; 상기 압연소재 위치 측정단계에서 얻어진 신호정보로 노즐분사시점을 선택하고, 압연소재의 두께, 패스라인의 높이, 압연되는 양(두께), 및 압연기 상하부 입측의 상하부 온도를 이용하여 주제어기에서 상하부 노즐의 분사노즐 및 시간을 선정하는 단계; 주제어기로부터 지령받은 분사시점, 분사노즐 및 분사시간에 따라 오일제어기가 선택된 노즐을 제어하여 실제 오일을 분사하는 단계; 및 압연기를 통과한 압연소재의 워프상태를 워핑검출센서로 측정하여 주제어기로 입력하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑 제어시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑 제어시스템의 블럭도이다.
먼저, 워핑 제어시스템이 작용하는 압연기에 대해 간략히 설명한다. 압연기(100; 110, 120, 130)는 상부 압연롤(110), 하부압연롤(120), 및 테이블롤러(130)를 포함하여 구성된다. 이 때, 압연소재(200)는 상부압연롤(120)과 하부압연롤(130) 사이를 통과하여 압연되며, 압연소재(200)는 테이블롤러(130)의 외전에 의해 이동된다. 본 도면에서 압연기는 설명의 용이성을 위해 하나의 한쌍의 롤러로 구성되어 있으나, 이에 한정되지 않음을 당업자는 주지할 것이다.
이 때, 압연기(100) 주변의 일측에는 상하부압연롤에 각각 윤활제를 도포하는 윤활장치(115, 125)가 구비된다. 압연롤에 윤활제를 일정하게 도포함으로써, 우수한 품질의 압연재가 얻어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압연소재의 워핑제어시스템은 전술한 압연기에 구비된다. 압연소재(200)의 워핑 제어시스템은 주제어기(310), 오일제어기(320), 상하부 오일분사노즐(331, 332), 웝(Warp)검출센서(340), 및 각종 센서(350, 355, 361, 362)를 포함하여 구성된다.
주제어기(310)는 각종 센서 및 입력으로부터 신호를 전달받아, 오일분사 시간, 및 분사노즐을 예측하여, 해당 오일분사노즐에 신호를 송신한다. 본 실시예에서 단위시간당 분사되는 오일량은 일정한 것으로 설정하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 때, 주제어기(310)에 전달되는 정보는 다양하게 구성된다. 분사노즐 및 분사시간을 선택하기 위해 입력되는 정보로서, 압연소재의 두께, 패스라인의 높이(롤러테이블에서 상부롤 및 하부롤 간격의 중간지점까지의 거리), 압연소재(200)의 압연후의 두께, 그리고 압연기 입측에서의 상하부 온도등이 있다. 압연기(100) 입측에서의 상하부 온도는 상하부 온도계(361, 362)에 의해 측정된다.
또한, 분사노즐(331, 332)의 분사시점을 위해 측정되는 정보로서 테이블 롤러 회전속도, 압연소재의 위치등이 있다. 이 때, 테이블 롤러의 회전속도는 압연소 재를 이송하는 구동모터에 부착되는 롤러회전속도 측정센서(350)로부터 인가받고, 압연소재(200)의 위치는 압연소재(200)의 이동 구간별로 설치된 HMD(Hot Metal Dectector;355)로부터 인가받는다. HMD(355)는 소정온도 이상의 물체가 측정될 경우 ON 또는 OFF되는 장치이다.
주제어기(310)에서 예측되는 오일분사 시간, 및 노즐은 다음 수학식 1에 의해 표시된다. 수학식 1은 압연기(100) 입측에서 측정되는 압연소재(200)의 상, 하향 온도차이를 평균 온도로 무차원화하고, 소재 두께와 Pass Line 높이 차이를 소재두께로, 소재 압연량을 소재 두께로 각각 무차원화한 변수들의 조합으로 형성하였다.
Figure 112006097893309-PAT00002
이 때, t(s)는 오일노즐 분사시간이고, 분사노즐은 t의 부호에 의해 결정되는데, t>0이면, 상부오일노즐이 분사되고, t<0이면, 하부오일노즐이 분사된다.
△T(℃)는 상하부 온도차를 나타내고, Tave (℃)는 상하부 온도평균을 나타내고, △H(℃)는 상하부 온도평균(0.5*(Ttop - Tbottom))을 나타내고, △Hp(mm)는 패스라인과 소재중심과의 높이차(Hp-0.5H), Hp(mm)는 패스라인의 높이, H(mm)는 소재의 두께, △H(mm)는 압연량(H-h), h는 압연후의 소재의 두께, α, β, γ는 모델 튜 닝(tuning) 계수, K(1/s)는 워프(Warp) 튜닝(Tuning)계수를 나타낸다.
오일제어기(320)는 주제어기(310)로부터 분사시간 및 분사노즐에 대한 신호를 인가받아 상하부의 오일분사노즐(331, 332)을 제어한다.
상하부 오일분사노즐(331, 332)은 각각 상부 압연롤(110) 및 하부 압연롤(120)에 마찰계수를 조절하기 위해 구비된다. 즉, 압연소재(200) 선단부의 상향이 예상될 경우에는 상부압연롤(110) 측에 있는 상부 오일분사노즐(331)을 개방하여 상부압연롤(110)에 오일을 분사하고, 하부압연롤측(120)에 있는 하부 오일분사노즐(125)을 차단한다. 또한, 압연소재(200) 선단부의 하향이 예상될 경우에는 하부압연롤(120)측에 있는 하부 오일분사노즐(332)을 개방하고 상부압연롤(110)측에 있는 상부 오일분사노즐(331)을 차단한다. 이로써, 압연롤과 압연소재 사이의 마찰계수가 상, 하부 압연롤(110, 120)에 다르게 작용하여 압연소재의 워프현상을 방지할 수 있게 된다.
워프(Warp)검출센서(340)는 압연기의 후단에 위치하고, 카메라를 포함하여 구성되어 압연소재의 상하향을 측정하여 이를 주제어기(310)로 피드백한다. 주제어기(310)는 이후 워프검출센서로(340)부터 입력된 값으로, 오차를 보정하고, 분사예측 모델의 수학식에서 K를 학습시켜 정밀도를 향상시키며, 다음 압연기 패스 시에 상, 하향 값을 개선한다.
다음에는 도 4를 참조하면서 본 발명의 일실시예에 따른 압연소재의 워핑 제어시스템의 제어방법에 대해 설명한다. 이에 따르면, 워핑제어시스템은 압연소재 위치 추적단계, 오일분사노즐 및 시간을 설정하는 단계, 오일을 분사하는 단계, 및 오일 분사결과를 피드백하는 단계를 포함하여 구성된다.
먼저, 압연소재 정보 추적단계는 각종 센서에서 압연소재에 대한 압연소재에 대한 위치정보를 트래킹(tracking)하는 단계이다.(ST100)
위치정보는 압연소재의 이동속도는 압연소재를 이송하는 구동모터에 부착되는 롤러회전속도 측정센서로부터 인가받고, 압연소재의 위치는 압연소재의 이동 구간별로 설치된 HMD(Hot Metal Dectector)로부터 인가받는다.
다음으로, 오일분사노즐 및 시간을 설정하는 단계는 압연소재 위치 측정단계에서 얻어진 신호정보로 노즐분사시점을 선택하고, 압연소재에 대해 입력되는 정보즉, 압연소재의 두께(H), 패스라인의 높이(롤러테이블에서 상부롤 및 하부롤 간격의 중간지점까지의 거리; Hp), 압연소재의 압연후의 두께(h), 그리고 압연기 입측에서의 상하부 온도를 바탕으로 전술한 수학식 1에 따라 주제어기에서 상하부 노즐의 분사노즐 및 시간을 선정하는 단계이다.(ST200)
다음으로, 오일을 분사하는 단계는 주제어기로부터 지령받은 분사노즐 및 시간에 따라 오일제어기가 노즐을 제어하여 실제 오일을 분사하는 단계이다.(ST300)
위프측정결과를 피드백하는 단계는 워프검출센서가 압연소재의 워프상태를 측정하여 주제어기로 입력하며, 주제어기는 이를 입력받아 분사예측 모델의 수학식에서 K를 학습하게 되는 단계이다.(ST400)
본 발명은 상기 실시예들을 기준으로 주로 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 예컨데, 상하부 오일분사노즐의 개수, 위치, 형상의 변경등이 그러할 것이다.
본 발명에 압연소재의 워프 제어시스템은 상, 하부 압연롤에 오일분사를 달리함으로써, 압연소재의 상대속도 변화에 따른 압연롤 표면의 마모발생 저감 및 에너지 소모를 저감하는 효과가 있다. 또한, 압연조건 및 소재조건에 따른 압연소재의 상, 하향 발생에 대응함으로써, 후 공정에서 조업정지가 발생되지 않아 생산성이 향상되는 효과가 있다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims (4)

  1. 압연소재의 워핑현상을 제어하는 제어시스템으로서,
    압연소재의 두께, 패스라인의 높이, 압연소재의 압연 후의 두께, 그리고 압연기 입측에서의 상하부 온도를 입력받아, 하기 수학식 1에 따라 분사노즐을 선택하고 및 분사시간을 설정하는 주제어기;
    (수학식 1)
    Figure 112006097893309-PAT00003
    (이 때, t(s)는 오일노즐 분사시간이고, 분사노즐은 t의 부호에 의해 결정되는데, t>0이면, 상부오일노즐이 분사되고, t<0이면, 하부오일노즐이 분사된다.
    △T(℃)는 상하부 온도차를 나타내고, Tave (℃)는 상하부 온도평균을 나타내고, △H(℃)는 상하부 온도평균(0.5*(Ttop - Tbottom))을 나타내고, △Hp(mm)는 패스라인과 소재중심과의 높이차(Hp-0.5H), Hp(mm)는 패스라인의 높이, H(mm)는 압연소재의 두께, △H(mm)는 압연량(H-h), h는 압연후의 소재의 두께, α, β, γ는 모델 튜닝(tuning) 계수, K(1/s)는 워프(Warp) 튜닝(Tuning)계수를 나타낸다.)
    상기 주제어기로부터의 분사노즐 및 분사시간 신호에 따라 오일분사를 제어하는 오일제어기;
    상기 오일제어기의 신호에 따라 서로 배타적으로 선택되어, 압연소재에 오일을 정해진 시간동안 분사하는 상부 및 하부 오일분사노즐; 및
    압연기의 후단에 위치하고, 카메라를 포함하여 구성되어 압연소재의 상하향을 측정하여 이를 주제어기로 피드백하는 워프(Warp)검출센서를 포함하는 압연소재의 워핑 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주제어기에 압연소재의 위치정보를 전달하는 위치센서를 더 구비하여 상기 오일분사노즐의 분사시점을 결정하는 압연소재의 워핑 제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치센서는 테이블 롤러는 압연소재를 이송하는 구동모터에 부착되는 테이블 롤러의 회전속도 측정센서 및, 압연소재의 이동 구간별로 설치된 HMD(Hot Metal Dector)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연소재의 워핑 제어시스템.
  4. 제 2 항 내지 제3 항의 압연소재의 워핑 제어시스템의 제어방법으로서,
    위치센서에서 압연소재에 대한 압연소재에 대한 위치정보를 트리킹(tricking)하는 단계;
    상기 압연소재 위치 측정단계에서 얻어진 신호정보로 노즐분사시점을 선택하고, 압연소재의 두께, 패스라인의 높이, 압연되는 양(두께), 및 압연기 상하부 입 측의 상하부 온도를 이용하여 주제어기에서 상하부 노즐의 분사노즐 및 시간을 선정하는 단계;
    주제어기로부터 지령받은 분사시점, 분사노즐 및 분사시간에 따라 오일제어기가 선택된 노즐을 제어하여 실제 오일을 분사하는 단계; 및
    압연기를 통과한 압연소재의 워프상태를 워핑검출센서로 측정하여 주제어기로 입력하는 단계를 포함하는 압연소재의 워핑 제어시스템의 제어방법.
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