KR20080083097A - 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

강재를 압연, 단조 또는 교정 가공하는 라인에 강판의 가열처리에 의해, 소망하는 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것으로서, 온도 제어뿐만 아니라, 재질을 유도가열장치의 가열 조건으로 하여 가열 제어를 행하는 것이 가능해진다.

강판을 압연, 단조 또는 교정 가공한 처리와 강판을 가열하는 가열 처리에 의해, 소망하는 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인에 있어서, 강판의 가열 처리로서, 강판 폭방향 전체에 걸쳐서 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와, 강판 재질을 측정하는 재질 센서를 배치하고, 재질 센서에 의해 강판 재료의 재질(입경)을 측정하고, 그 측정치에 의거하여 가열 조건을 제어하여, 강판을 가열하는 것을 특징으로 하는 것이다.

강판 제조, 가열 제어

Description

강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치{heat controlling method and apparatus for manufacturing line of steel sheet}

본 발명은, 강재를 압연, 단조 또는 교정 가공하는 라인에 강판의 가열 처리에 의해, 소망하는 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 강판 제조 라인에서는, 피가열재(압연재)를 가열로에서 압연 가능한 온도까지 가열하고, 압연기에서, 소망하는 판두께나 판폭을 갖는 제품을 얻고 있다.

이와 같은 강판 제조 라인에서는, 근래, 강판의 온도 강하에 의한 압연기의 부하 경감 및 승온이나 균열(均熱) 목적으로서 강판 제조 라인에 유도 가열 장치를 설치하는 일이 일반적인 수단으로 되어 있다.

종래, 가열 조건에 대해, 가열 온도 목표치는 제품 사양마다 오랜 기간에 걸치는 경험에 의거하여 결정되고, 이것을 달성하도록, 온도 제어를 행하는 방법이 일반적이었다. 그런데, 근래, 제품 사양에의 요구의 고도화, 다양화가 현저하여, 경험에 의거한 결정 방법으로는 목표치를 반드시 적정하게 결정할 수 없고, 나아가서는 강판의 승온이나 균열만으로는 소망하는 재질을 얻을 수 없는 케이스가 생겨 왔다.

승온이나 균열을 목적으로 하여, 라인상에 배치된 온도계에 의해 측정된 온도를 이용하여, 유도가열장치의 공급 전력을 제어하여, 목표 온도를 유지하는 것을 목적으로 한 것도 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조).

또한, 재질 측정 센서에 의한 측정 결과에 의해 소망하는 재질로 제어하는 것을 특징으로 한 재질 모델에 의거한 제어를 목적으로 한 것도 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

특허 문헌 1 : 일본국 특개평09-314216호 공보

특허 문헌 2 : 일본국 특개평10-202311호 공보

특허 문헌 3 : 일본국 특개평05-171258호 공보

종래의 온도계에 의한 온도 제어에서는, 가열 조건과 강판의 재질과 그 강판 내면 온도로서의 목표치 설정과, 온도계의 검출 정밀도가 중요해진다. 그런데, 온도계의 검출은 어디까지나 표면 온도의 측정인 것과, 수증기나 스케일 등의 영향에 의한 측정 오차도 생겨서, 다이내믹한 제어를 행하는 것은 곤란하고, 사전에 측정한 제품 온도를 기초로 한 온도 설정에 의한 가열밖에 할 수 없었다.

또한, 재질 모델에 의거한 제어 방법에서는, 재질 모델의 예측 정밀도가 제품의 재질을 목표치에 일치시키기 위해 중요해진다. 그런데, 가열 조건과 제품의 재질의 관계는 극히 복잡하고, 그 예측 정밀도는 반드시는 충분하지가 않았다. 특히 재질 모델 동정(同定)의 대상 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 정밀도의 악화가 현저하였다. 또한, 재질 모델을 구성하는 다수에 걸치는 모델식(式)의 개개의 정밀도는 양호하여도, 그들의 오차가 겹쳐지기 때문에, 토탈의 정밀도를 양호하게 유지하는 것은 곤란하였다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 온도 설정에 의한 온도 제어는 그대로 구비하는 것이지만, 또한 재질 모델의 예측 정밀도가 충분히 양호하지 않는 경우에도, 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에서의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법은, 강판을 압연, 단조 또는 교정 가공하는 처리와 강판을 가열한 가열 처리에 의해, 소망하는 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인에 있어서, 강판의 가열 처리로서, 강판 폭방향 전체에 걸쳐서 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와, 강판 재질(입경)을 측정하는 재질 센서를 배치하고, 재질 센서에 의해 강판 재료의 재질을 측정하고, 그 측정치에 의거하여 가열 조건을 제어하고, 강판을 가열하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 강판의 가열 처리로서, 강판 폭방향 전체에 걸쳐서 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와, 강판 재질(입경)을 측정하는 재질 센서를 배치하고, 재질 센서에 의해 강판 재료의 재질을 측정하고, 계산기에 의해, 그 재질 센서보다 하류의 임의 위치에 마련된 재질 관리 포인트에서의 재질이 목표치에 일치하도록 계산된 값을, 재질 센서보다 하류에 배치되는 유도가열장치에의 가열 조건의 수정치로서 제어하고, 강판을 가열하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서의 강판 제조 라인의 가열 제어장치에서는, 강판 재료를 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와, 강재의 재질(입경)을 측정하는 재료 센서와, 소망하는 치수 형상의 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인에 접속되고, 상위 계산기로부터 주어지는 강판 재료의 치수 형상, 제품의 목표 치수 형상 및 강판 재료의 조성 등의 정보에 의거하여, 유도가열장치의 설정치를 계산하고 출력하는 설정 계산 수단 및 재질 센서로부터의 측정치에 의한 수정 계산 수단의 기능을 갖는 계산기와, 계산기로부터 주어진 가열 조건과 수정치에 의거하여 유도가열장치를 제어하는 유도가열장치용 제어장치를 구비한 것이다.

본 발명에 의하면, 온도 제어뿐만 아니라, 재질(입경)을 유도가열장치의 가열 조건으로 하여 가열 제어를 행하는 것이 가능해진다. 이로서, 재질을 재질 센서의 측정 위치에서의 목표치에 일치하도록 가열 제어하여, 재질을 일정하게 유지하도록 제어를 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치의 기본 구성을 도시하는 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치의 구체적 구성을 도시하는 구성도.

도 3은 본 발명의 전제가 되는 종래의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치를 도시하는 구성도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1. 솔레노이드식 유도가열장치

2. 유도가열장치용 제어장치

3. 계산기

4. 상위 계산기

5. 입측 재질 센서

6. 출측 재질 센서

7. 입측 온도계

8. 출측 온도계

9. 강판

10. 압연기

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관해 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 이 실시예에서는 강판 재료의 압연 라인을 들지만, 강판 재료에 대해, 가열 공정을 적어도 1회 실시하여, 소망하는 제품을 제조하는 단조 또는 교정 등의 제조 라인에 관해서도 마찬가지로, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

도 3은, 본 발명의 전제가 되는 종래의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치를 도시하는 구성도이다. 도 3에서 도시하는 바와 같이, 강판(9)은, 솔레노이드식 유도가열장치(1)에서 가열된 후, 압연기(10)에 의해 가공되어 소망하는 제품으로 된다. 또한, 솔레노이드식 유도가열장치(1)는, 복수 있어도 좋다. 솔레노이드식 유도가열장치(1)는 인버터를 전원 장치로서 갖고 있다. 이 인버터에의 가열 전력 기준 출력과 그 제어를 행하는 장치로서, 가열 전력 제어 수단과 가열 전력 수정 수단으로서의 기능을 갖고 유도가열장치용 제어장치(2)를 마련한다. 또한, 제품 치수, 재질, 온도 조건 등으로부터 설정치를 계산하고 유도가열장치용 제어장치(2)에 전력 설정치를 출력하는 설정 계산 수단으로서의 기능 및 솔레노이드식 유도가열장치(1)의 입측 온도계(7) 또는 출측 온도계(8)로부터의 측정치에 의한 수정 계산 수단으로서의 기능을 갖는 계산기(3)가 있다. 계산기(3)는 전력 설정치를 결정하기 위해 필요한 제품 치수 등의 정보를 상위 계산기(4)로부터 부여받는다.

이와 같은 장치에 있어서, 유도가열장치용 제어장치(2)에 의한 가열 제어는, 계산기(3)에 의해 기본이 되는 가열 설정 모델 계산과, 입측 온도계(7) 또는 출측 온도계(8)로부터의 온도 측정치에 의해 수정을 가한 것을 전력 설정치의 기준이 되는 온도 설정치로서 정하고, 그 전력 설정치에 의거하여, 유도가열장치용 제어장치(2)가 솔레노이드식 유도가열장치(1)의 가열 전력 제어를 행하는 것이 일반적이었다.

실시예 1

도 1은, 본 발명의 실시예 1에서의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치의 기본 구성을 도시하는 구성도이다.

솔레노이드식 유도가열장치(1), 유도가열장치 제어용 제어장치(2), 계산기(3), 상위 계산기(4), 입측 온도계(7), 출측 온도계(8)의 작용은, 본 발명의 전제가 되는 종래의 것과 마찬가지이다.

강판 제조 라인 내의 솔레노이드식 유도가열장치(1)의 상류측의 임의의 위치에 입측 재질 센서(5)를 설치한다. 또한, 라인 내의 솔레노이드식 유도가열장치(1) 의 하류측의 임의의 위치에 출측 재질 센서(6)를 설치한다. 이들의 재질 센서(5, 6)는, 상류측의 입측 재료, 하류측의 출측 재료의 재질(입경)을 검출하기 위한 것이지만, 양쪽 또는 어느 한쪽에 설치하여도 좋다. 이 재질 센서(5, 6)는, 내구성 등의 관점에서 비접촉, 비파괴의 것이 바람직하고, 투자율 등의 재질을 직접 측정하는 것 외에, 전기 저항, 초음파의 전파 특성, 방사선의 산란 특성 등 재질과 강한 상관을 나타내는 물리량을 검출하고, 결정 입경, 성형성 등의 재질로 환산함으로써 간접적으로 측정하는 것을 이용할 수 있다. 이와 같은 재질 센서(5, 6)는 다양한 것이 있고, 예를 들면, 일본국 특개소57―57255호에는, 재료 내에 타입(打入)한 초음파의 강도 변화 또는 전파 속도의 검출치에 의거하여 재료의 결정 입경 또는 집합(集合) 조직을 측정한 방법이 개시되어 있다. 또한, 초음파의 송수신에는 근래 개발된 레이저 초음파 장치, 또는 전자 초음파 장치 등을 이용할 수 있고, 예를 들면, 일본국 특개2001-255306호에는, 레이저 초음파 장치의 한 예가 개시되어 있다. 레이저 초음파 장치는 재료 표면부터 재질 센서까지의 거리를 길게 취할 수 있는 특징이 있고, 특히 열간 측정, 및, 온라인 측정을 행할 필요가 있는 경우에는 이용 가치가 높다. 또한, 일본국 특개소56-82443호에는, 자속 검출기로 검출되는 자속 강도로부터 강재의 변태량을 측정하는 장치가 개시되어 있다.

상위 계산기(4)로부터 계산기(3)에 대해서는, 강 소재의 치수 형상, 제품의 목표 치수 형상, 금속 소재의 조성(합금성분의 함유율) 등의 목표치에 더하여, 재질 센서(5, 6)에 의한 재질 측정 위치에서 달성하여야 할 재질의 목표치가 주어진다. 이 재질이란, 예를 들면, 인장강도, 내력, 인성, 및, 연성 등의 기계적 특성, 투자율 등의 전자기적 특성, 또는, 그것들과 강한 상관을 갖는 결정 입경, 결정 방위의 배향성, 각종의 결정 조직의 존재 비율중의 몇가지이다.

도 2는, 본 발명의 실시예 1에서의 강판 제조 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치의 구체적 구성을 도시하는 구성도이다.

솔레노이드식 유도가열장치(1), 유도가열장치용 제어장치(2), 계산기(3), 상위 계산기(4), 입측 온도계(7)(도시 생략), 출측 온도계(8)(도시 생략)의 작용은, 본 발명의 전제가 되는 종래의 것과 마찬가지이다. 해당 강판 재료의 재질 모델을 계산한 해당 측정 위치의 재질의 측정치와 비교하고, 그 비교 결과에 의거하여 구해진 수정치를 유도가열장치용 제어장치(2)에서 수정을 가한 것이다. 이것은 예를 들면 다음 식에 의해 행한다.

[수학식 1]

여기서,

T^SET는 보정 후의 가열온도 설정치(℃),

T^CAL는 보정 전의 가열온도 설정치(=설정 계산치)(℃),

X^ACT는 재질 센서의 설정치,

X^AIM는 재질 목표치,

(δX/δT)는 영향 계수,

K₁는 게인(·),

W₁는 무게계수(·)이다.

또한, 게인(K₁)은 유도가열장치의 응답성을 고려하여 정한다. 또한, 무계 계수(W₁)는, 조업의 안정성을 감안하여 정한다. 영향 계수(δX/δT)는 다음의 재질 모델을 수치미분함에 의해 얻어진다.

[수학식 2]

여기서,

ΔT₁은 미소변화량(℃),

X⁺는 가열온도를 △T 크게 한 경우에 관해, 재질 모델에 의해 계산한, 재질 센서 위치 도달시의 재질,

X^-는 가 열온도를 △T 작게 한 경우에 관해, 재질 모델에 의해 계산한, 재질 센서 위치 도달시의 재질이다.

이 영향 계수의 계산은 실제의 조업 조건(재료 온도 등)에 의거하여 사용하 고, 온라인에서 계산하는 것이 바람직하지만, 게인(K1)을 낮게 하면, 표준적인 조업 조건에 의거하여 미리 오프라인에서 계산하여 둔 값을 이용하는 것도 가능하다.

전력 제어치는, 강재의 치수, 특성(비중, 비열) 및 반송 속도의 값을 이용하여 처리량과 승온 열량으로부터 필요 승온량에 대한 전력치를 전력 제어 모델로서 정한다. 예를 들면 다음 식에 의해 행한다.

[수학식 3]

여기서,

P^SET는 전력 제어치(KW),

W_S는 강재폭(㎜),

T_S는 강재두께(㎜),

SPD는 강재의 반송속도(㎜/sec),

G는 강재의 재질(g/㎟),

ΔT₂는 필요 승온량(℃),

C는 강재의 비열(cal/g·℃)이다.

계산기(3)에 의해 계산된 위의 식을 강판의 승온에 필요한 기준 전력치로서 유도가열장치용 제어장치(2)에 주는 것으로 한다. 유도가열장치의 전원 장치인 인 버터에는, 유도가열장치용 제어장치(2)에 의해, 상기한 전력 제어치(P^SET)에 유도가열장치의 가열 효율을 가미한 값을 출력하고 있다.

전력 제어의 수정 계산은 상기 식 3과 동등식을 이용하여, 재질 센서(5, 6)의 측정치로부터의 가열 온도의 수정 계산에서 얻어진 가열 온도 설정치(T^SET)를 대입함에 의해 행한다. 예를 들면 다음 식에 의해 행한다.

[수학식 4]

여기에서,

P^SET1는 보정 후의 전력 제어치(KW)이다.

여기서 보정 후의 전력 제어치(P^SET1)를 수정치로 하여 유도가열용 제어장치(2)에서 수정을 가하는 것이다.

또한, 유도가열장치(1)의 전원에 사용하는 인버터는 반도체 소자 회로에 의해 유도가열 코일에 공급하는 전력을 임의로 또한 신속하게 조정할 수 있기 때문에, 이 경우에는 상기 식 1로 표시되는 게인(K1)을 높인다. 유도가열장치용 제어장치(2)는, 계산기로부터 출력되는 전력 제어치에, 해당 강판 재료의 재질 모델 계산한 해당 측정 위치의 재질의 측정치와 비교하고, 그 비교 결과에 의거하여 구해진 수정치를 가함에 의해 강판 길이 방향 전체에 걸쳐서, 보다 정밀도가 높은 다이내믹한 제어가 가능해진다. 보다 고품질의 제품을 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 온도 제어뿐만 아니라, 강판의 재질(입경)을 측정함에 의해, 보다 고품질의 강재의 제조가 가능해진다. 또한, 유도가열장치의 가열 제어를 담당하는 유도가열장치용 제어장치에 의해, 계산기로부터 주어진 전력 설정치 및 수정치로, 보다 다이내믹한 제어를 행하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의, 강재를 압연, 단조 또는 교정 라인의 가열 제어 방법 및 그 장치는, 특히 유도가열장치와 레이저 초음파에 의한 결정 입경 센서를 이용한 철강 후판(厚板) 라인이나 열간압연 라인의 가열 제어에 적용할 수 있다.

Claims (3)

1. 강판을 압연, 단조 또는 교정 가공한 처리와 강판을 가열하는 가열 처리에 의해, 소망하는 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인에 있어서,

   상기 강판의 가열 처리로서, 강판 폭방향 전체에 걸쳐서 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와, 강판 재질을 측정하는 재질 센서를 배치하고, 상기 재질 센서에 의해 강판 재료의 재질을 측정하고, 그 측정치에 의거하여 가열 조건을 제어하여, 상기 강판을 가열하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 라인의 가열 제어 방법.
2. 강판을 압연, 단조 또는 교정 가공하는 처리와 강판을 가열하는 가열 처리에 의해, 소망하는 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인에 있어서,

   상기 강판의 가열 처리로서, 강판 폭방향 전체에 걸쳐서 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와, 강판 재질을 측정하는 재질 센서를 배치하고, 상기 재질 센서에 의해 강판 재료의 재질을 측정하고, 계산기에 의해, 그 재질 센서보다 하류의 임의 위치에 마련된 재질 관리 포인트에서의 재질이 목표치에 일치하도록 계산된 값을, 상기 재질 센서보다 하류에 배치되는 상기 유도가열장치에의 가열 조건의 수정치로서 제어하여, 상기 강판을 가열하는 것을 특징으로 하는 강판 제조 라인의 가열 제어 방법.
3. 강판 재료를 가열하는 솔레노이드식 유도가열장치와,

   강재의 재질을 측정하는 재료 센서와,

   소망하는 치수 형상의 강판 제품을 제조하는 강판 제조 라인에 접속되고, 상위 계산기로부터 주어지는 강판 재료의 치수 형상, 제품의 목표 치수 형상 및 강판 재료의 조성 등의 정보에 의거하여, 상기 유도가열장치의 설정치를 계산하고 출력하는 설정 계산 수단 및 상기 재질 센서로부터의 측정치에 의한 수정 계산 수단의 기능을 갖는 계산기와,

   상기 계산기로부터 주어진 가열 조건과 수정치에 의거하여 상기 유도가열장치를 제어하는 유도가열장치용 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 강판 제조 라인의 가열 제어장치.

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