KR20080100849A - 스트립 평탄도 및 스트립 프로파일의 통합된 모니터링 및 제어 방법과 플랜트 - Google Patents

스트립 평탄도 및 스트립 프로파일의 통합된 모니터링 및 제어 방법과 플랜트 Download PDF

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Abstract

압연기를 가지는 주조용 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 장치 및 방법이다. 타겟 두께 프로파일이 프로파일 및 평탄도 운영 요건들을 만족하면서 스트립의 측정된 입구 두께 프로파일의 함수로서 계산된다. 출구 두께 프로파일과 타겟 두께 프로파일을 비교하는 것에 의해 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드백이 제어 시스템에 의해 계산되며, 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 제어하기 위한 제어신호가 발생된다. 또한 피드-포워드 제어 참조 및/또는 감도 벡터가 타겟 두께 프로파일의 함수로 계산될 수 있으며, 제어 디바이스로 보내지는 제어 신호를 발생하는데 사용된다. 제어 디바이스는 벤딩 콘트롤러, 갭 콘트롤러 및 냉각제 콘트롤러로 이루어지는 그룹으로부터 하나 또는 그 이상 선택될 수 있다.
Figure P1020087024652
압연기, 스트립, 주조, 지오메트리, 프로파일.

Description

스트립 평탄도 및 스트립 프로파일의 통합된 모니터링 및 제어 방법과 플랜트{METHOD AND PLANT FOR INTEGRATED MONITORING AND CONTROL OF STRIP FLATNESS AND STRIP PROFILE}
본 발명은 박막 강철 스트립(thin steel strip)의 연속적인 주조에 관한 것이다.
박막 강철 스트립의 연속적인 주조에 있어서, 용융 금속(molten metal)은 주조 롤(casting roll)들에 의해 박막 스트립으로 직접 주조된다. 박막 주조 스트립의 형상은, 여러 가지 중에 특히, 주조 롤들의 주조 표면의 외양에 의해 결정된다.
쌍 롤 주조기(twin roll caster)에서, 용융 금속은 옆에 위치되어 서로 반대방향으로 회전하며 내부적으로 냉각되는 한 쌍의 주조 롤들사이에 넣어지고, 움직이는 주조 롤 표면에서 금속 외피들이 응고되고 주조 롤들 사이의 닙(nip)에서 모아져 박막 주조 스트립 제품이 생산된다. 상기 "닙"이란 용어는 본 명세서에서 주조 롤들이 서로 가장 근접하게 되는 영역 전반을 의미한다. 용융 금속을 레이들(ladle)로부터 움직일 수 있는 턴디시(tundish)와 닙 위에 위치한 코어 노 즐(core nozzle)로 구성되는 금속 전달 시스템(metal delivery system)을 통해 부어, 닙 위의 롤들의 주조면 상에 지지되며 닙의 길이방향을 따라 신장된 용융 금속의 주조용 풀(casting pool)을 형성한다. 이러한 주조용 풀은, 주조용 풀의 양쪽 단부를 막도록 보통 주조 롤들의 끝 표면(end surfaces)과 슬라이드 결속된 내화성의 측판(side plate)들 또는 댐(dam)들 사이로 제한된다.
박막 주조 스트립은 주조 롤들 사이의 닙을 통해 아래쪽으로 지나서 가이드 테이블(guide table)을 가로질러 핀치 롤 스탠드(pinch roll stand)에 이르는 전이 경로(transient path)를 지난다.
핀치 롤 스탠드를 빠져 나온 뒤에, 박막 주조 스트립은 열간 압연기(hot rolling mill)로 들어가 통과하는데, 여기서 스트립의 지오메트리(geometry)(즉, 두께, 프로파일, 평탄도)가 제어된 방식(controlled manner)으로 수정될 수 있다.
열간 압연기의 디바이스 다운스트림(downstream)에서 측정되는 "측정된" 스트립 평탄도와 장력 프로파일(tension profile)은, 냉 압연기(cold mill)와 달리(여기서 스트립의 측정된 다운스트림 평탄도 또는 장력 프로파일은 압연기에서 분리되어 만들어진 평탄도 또는 장력 프로파일과 거의 비슷하다.), 평탄도 또는 장력 프로파일이 크리프(creep) 작용으로 인해 다를 수 있기 때문에, 열간 압연기를 실제로 제어하는데 충분치 않다. 높은 온도에서, 강철은 압연기의 입구 및 출구에서 인장 응력(tension stress)에 따라 크리프의 형태로 소성 변형(plastic deformation)을 겪는다. 스트립이 압연기에 들어오고 나가는 영역에서 바깥쪽의 롤 갭(roll gap)을 일으키는 소성 변형은 스트립 프로파일 뿐만 아니라 입구 및 출구 에서 인장 응력 프로파일(tension stress profile), 스트립 평탄도의 변화를 일으킨다.
또한 강철 열 압연기의 출구에서 높은 스트립 온도는 직접 접촉에 의한 스트립 평탄도 또는 인장 응력 프로파일의 측정을 어렵게 한다. 평탄도 측정을 위해 비접촉 광학적 방법이 사용되어 왔다. 그러나 어떤 주어진 시간에서 스트립의 일부는 측정된 평탄도 결함들을 보일 뿐이기 때문에 그러한 비접촉 평탄도 측정의 결과는 부분적인 평탄도 측정일 뿐이다. 게다가 스트립에서의 크리프는 롤 스탠드(roll stand) 출구에서의 스트립의 평탄도가 실제의 평탄도 게이지 위치에서 측정된 다운스트림보다 상당히 나쁘게 되는 결과를 가져온다.
박막 스트립의 쌍 롤 주조(twin roll casting)에 있어서, 주조 스트립은 열 압연기에서의 전통적인 스트립에서의 전형적인 것보다 얇다. 쌍 롤 주조에 있어서 전형적으로 박막 스트립은 1.8 내지 1. 6㎜ 정도의 두께로 주조되며 1.4 및 0.8㎜사이의 두께로 압연된다. 열 압연기에의 스트립 입구 온도는 전형적인 열 압연기의 최종 스탠드에서의 온도보다 높은데, 거의 1100℃이다. 박막 스트립 고온 및 주조 프로세스의 중요성은 스트립 입구 장력이 낮다는 것이며, 그러므로 열 압연기에 들어가기 전에 버클링(buckling) 및 크리프에 더 영향을 받을 수 있다. 게다가 박막 스트립 주조에 있어서, 제품은 냉 압연 대체물로 사용될 수 있기 때문에, 용인할 수 있는 평탄도를 유지하면서 원하는 스트립 프로파일의 스트립을 생산하는 것이 바람직하다. 스트립 지오메트리는 주로 주조기에 의해 제어된다. 열간 압연기에 채용된 낮은 장력은 스트립 폭을 가로지르는 점에서 작은 로컬 롤 갭(roll-gap) 에러 들과 인장 응력의 손실을 가져오며, 스트립 버클(buckle) 및 나쁜 스트립 평탄도를 초래한다. 우리는 인장 응력이 스트립 평탄도를 제어하는 방법을 제공하는 것을 발견하였다.
열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하기 위해 개시된 방법은,
인커밍(incoming) 금속 스트립의 입구 두께 프로파일(entry thickness profile)을 금속 스트립이 열간 압연기에 들어가기 전에 측정하는 단계;
프로파일 및 평탄도 운용 요건(operating requirement)들을 만족하는 측정된 입구 두께 프로파일의 함수로서 타겟 두께 프로파일(target thickness profile)을 계산하는 단계;
금속 스트립이 열간 압연기를 나온 후에 금속 스트립의 출구 두께 프로파일을 측정하는 단계;
출구 두께 프로파일을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 스트립에서의 세로 변형(longitudinal strain)으로부터 차분 변형율 피드 백(differential strain feed back)을 계산하는 단계; 및
열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 적어도 차분 변형율 피드-백에 응답하여 제어하는 단계를 포함한다.
열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법은,
열간 압연기의 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산하는 단계;
주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 타겟 두께 프로파일 및 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 피드-포워드 제어 기준(feed-forward control reference) 및/또는 감도 벡터(sensitivity vector)를 계산하는 단계;
열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 계산된 피드-포워드 제어 기준 및/또는 계산된 감도 벡터에 응답하여 더 제어하는 단계를 더 포함한다.
프로파일 및 평탄도 운영 요건들은 타겟 두께 프로파일이 스트립 버클링을 억제하도록 선택될 수 있다.
열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩(bending) 콘트롤러, 갭 콘트롤러, 냉각제(coolant) 콘트롤러, 및 열간 압연기의 로드된(Loaded) 롤 갭을 수정할 수 있는 다른 디바이스들로 이루어지는 하나 또는 그 이상의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법은 측정된 출구 두께 프로파일로부터 적응적 롤 갭 에러 벡터를 발생하며 적응적 롤 갭 에러 벡터를 사용하여 피드-포워드 제어 기준과 감도 벡터 중에 적어도 하나를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법은 시간 필터링(time filtering)과 공간 주파수 필터링(spatial frequency filtering) 중에 적어도 하나를 수행하여 타겟 두께 프로파일을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법은 또한 벤딩 콘트롤러 및 갭 콘트롤러의 대칭 피드-백 제어 및 비대칭 피드-백 제어를 수행하는 것을 포함하는 제어 단계를 가질 수 있다.
제어 단계는, 양자택일적으로 또는 부가적으로, 압연기가 엔게이지(engage)된 때 차분 변형율 피드백으로부터 계통(systematic) 측정 에러들을 감산하는 것을 포함하며, 계통 측정 에러들은 압연기가 디스엔게이지(disengage)된 때 입구 및 출구 두께 프로파일의 비교를 통해 발생된다.
제어 단계는 또한 온도 보상 및 버클 검출, 또는 오퍼레이터에 의한(operator-induced) 냉각제 트리밍(trimming) 및 오퍼레이터에 의한 벤딩 트리밍(bending trimming) 중에 적어도 하나를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
더욱 특별히, 열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법은 다음의 단계들을 포함하는 쌍 롤 주조기에 의해 연속적인 주조를 하는데 사용될 수 있다.
(a) 그 사이에 닙을 가지는 한 쌍의 주조 롤들을 가지는 박막 스트립 주조기를 조립하는 단계;
(b) 주조용 풀을 제한하도록 닙의 단부에 인접한 측면 댐들을 가지는 닙 위의 주조 롤들 사이에 주조용 풀을 형성할 수 있는 금속 전달 시스템을 조립하는 단계;
(c) 인커밍되는 뜨거운 스트립이 압연되는 것을 통해 그들 간에 롤 갭을 형성하는 워크 표면을 가지며 워크 롤들을 가로질러 원하는 형상에 관련된 워크 롤 표면을 가지는 워크 롤들을 가지는 열간 압연기를, 박막 스트립 주조기에 인접되게, 조립하는 단계;
(d) 제어 신호에 응답하여 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 조립하는 단계;
(e) 출구 두께 프로파일을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드-백을 계산하고, 계산된 차분 변형율 피드-백에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있는 제어 시스템을 조립하는 단계;
(f) 제어 시스템으로부터 발생된 제어 신호들에 응답하여 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스에 제어 시스템을 연결하는 단계.
쌍 롤 주조기에서 상기 방법을 수행하기 위해 용융 금속은 측면 댐들에 의해 제한되는 주조 롤들의 주조용 표면들에 지지되는 주조용 풀을 형성하는 주조 롤들 쌍 사이에 넣어질 수 있으며, 주조 롤들은 서로 반대 방향으로 회전하여 주조 롤들의 표면에 응고된 금속 외피들을 형성하고 응고된 외피들로부터 주조 롤들 사이의 닙을 통해 박막 강철 스트립을 주조한다.
열간 압연기에 의해 처리되는 스트립의 지오메트리에 영향을 주는 디바이스는 제어신호들 중 적어도 하나에 응답하여 워크 롤들의 롤 갭, 워크 롤들에 의한 벤딩, 및/또는 워크 롤들에 공급되는 냉각제를 변화시켜 열간 압연기를 나오는 뜨거운 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있다.
또한 열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하기 위한 제어 구조는,
인커밍되는 금속 스트립의 입구 두께 프로파일을 압연기에 금속 스트립이 들어가기 전에 측정할 수 있는 입구 게이지(gauge) 장치;
프로파일 및 평탄도 운용 요건들을 만족하는 측정된 입구 두께 프로파일의 함수로서 타겟 두께 프로파일을 계산하는 타겟 두께 프로파일 모델(model);
금속 스트립이 열간 압연기를 나온 후에 금속 스트립의 출구 두께 프로파일을 측정할 수 있는 출구 게이지 장치;
출구 두께 프로파일을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드 백을 계산할 수 있는 차분 변형율 피드 백 모델; 및
열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 차분 변형율 피드 백에 응답하여 제어할 수 있는 제어 모델을 포함하는 것을 개시한다.
타겟 두께 프로파일 모델은 스트립 버클링을 억제할 수 있다.
차분 변형율 피드 백 모델은 또한 온도 보상 능력 및 버클 검출 능력을 포함할 수 있다.
차분 변형율 피드 백 모델은 압연기가 엔게이지된 때 차분 변형율 피드백으로부터 계통 측정 에러들을 감산할 수 있는 자동 널링(nulling) 능력을 더 포함할 수 있으며, 계통 측정 에러들은 압연기가 디스엔게이지된 때 입구 및 출구 두께 프로파일의 비교를 통해 발생된다.
또한 열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하기 위한 제어 구조는,
열간 압연기의 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산할 수 있는 롤-갭 모델;
주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 타겟 두께 프로파일 및 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 피드-포워드 제어 기준 및/또는 감도 벡터를 계산할 수 있는 피드-포워드 롤 스택 디플렉션(feed-forward roll stack deflection) 모델을 더 포함할 수 있다.
적응적 롤 스택 디플렉션 모델은 측정된 출구 두께 프로파일로부터 적응적 롤 갭 에러 벡터를 발생하며 적응적 롤 갭 에러 벡터를 사용하여 피드-포워드 제어 기준과 감도 벡터 중에 적어도 하나를 계산할 수 있다.
타겟 두께 프로파일 모델은 타겟 두께 프로파일 계산의 일부로서 시간 필터링 능력과 공간 주파수 필터링 능력 중에 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제어 모델은 벤딩 콘트롤러 및 갭 콘트롤러를 제어하기 위한 대칭 피드 백 능력과 비대칭 피드 백 능력을 포함할 수 있다.
또, 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩 콘트롤러, 갭 콘트롤러, 냉각제 콘트롤러로 이루어지는 하나 또는 그 이상의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
제어 구조는 또한 오퍼레이터에 의한 냉각제 트리밍 및 오퍼레이터에 의한 벤딩 트리밍 중에 적어도 하나를 지원할 수 있다.
제어 구조는 제어된 스트립 지오메트리로 박막 스트립을 연속적으로 생산하기 위한 다음을 포함하는 박막 스트립 주조 플랜트를 제공할 수 있다.
(a) 그 사이에 닙을 가지는 한 쌍의 주조 롤들을 가지는 박막 스트립 주조기;
(b) 주조용 풀을 제한하도록 닙의 단부에 인접한 측면 댐들을 가지는 닙 위의 주조 롤들 사이에 주조용 풀을 형성할 수 있는 금속 전달 시스템;
(c) 주조 롤들을 서로 반대 방향으로 회전시켜 주조 롤들의 표면에 응고된 금속 외피들을 형성하고 응고된 외피들로부터 주조 롤들 사이의 닙을 통해 박막 강철 스트립을 주조할 수 있는 드라이브;
(d) 박막 주조기로부터 스트립이 압연되어 주조되는 것을 통해 그들 간에 롤 갭을 형성하는 워크 표면을 가지는 워크 롤들을 가지는 열간 압연기;
(e) 제어 신호들에 응답하여 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 열간 압연기에 연결되는 디바이스;
(f) 출구 두께 프로파일을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드-백을 계산할 수 있고, 차분 변형율 피드-백에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있으며, 제어신호들에 응답하여 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 디바이스가 영향을 주도록 디바이스에 연결되는 제어 시스템.
연속적인 주조에 의해 제어된 스트립 지오메트리로 박막 주조 스트립을 생산하는 박막 스트립 주조 플랜트에 있어서, 제어 시스템은 피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터를 계산하는 것을 더 할 수 있고, 피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터에 응답하여 제어신호들을 발생하는 것을 더 할 수 있다.
피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터는 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일, 그리고 주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하기 위한 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 계산된다.
예시된 상세한 실시 예들 뿐만 아니라, 본 발명의 이들 및 다른 이점들과 신규한 특징들은, 다음의 설명 및 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 압연기와 제어 구조를 가지는 박막 스트립 주조 플랜트를 보인 도면.
도 2는 도 1의 압연기와 인터페이스하는 도 1의 제어 구조의 블록도.
도 3은 도 1 및 도 2의 압연기와 인터페이스하는 도 1 및 도 2의 제어 구조의 보다 상세한 블록도.
도 4는 열간 압연기를 가지는 스트립 주조에 있어서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법의 실시 예를 보인 흐름도.
도 5는 연속적인 주조에 의해 제어된 스트립 지오메트리를 가지는 박막 주조 스트립을 생산하는 방법의 흐름도.
도 6은 어떻게 감도 벡터가 얻어지는가를 예시한 그래프.
도 1은 압연기(15)와 제어 구조(200)를 가지는 박막 스트립 주조 플랜트(100)를 도시한 도면이다. 도시된 주조 및 압연 장치는 참조부호 11로 표시한 쌍-롤 주조기(twin-roll caster)를 포함하는데, 쌍-롤 주조기(11)는 박막 주조 강철 스트립(12)을 생산하며 주조 롤들(22) 및 측면 댐들(26)을 포함한다. 동작 중에, 주조 롤들은 드라이브(도시하지 않았음)에 의해 서로 반대방향으로 회전한다. 금속 전달 시스템은 움직일 수 있는 턴디시(tendish)(23), 큰 턴디시(25), 그리고 코어 노즐(core nozzle)(24)을 적어도 포함하여, 쌍 롤 주조기(11)에 용융 강철을 공급한다. 박막 주조 강철 스트립(12)은 주조 롤들(22) 사이의 닙(27)을 통해 아래쪽으로 나아가고 다음에 가이드 테이블(guide table)(13)을 가로질러 핀치 롤 스탠드(pinch roll stand)(14)에 이르는 전이 경로(transient path)를 지난다. 핀치 롤 스탠드(14)에서 나온 후, 박막 주조 스트립(12)은 백업(back up) 롤들(16)과 상부 및 하부 워크 롤들(16A 및 16B)을 포함하는 열간 압연기(15)를 지나는데, 여기서 스트립의 지오메트리(geometry)(즉, 두께, 프로파일, 및/또는 평탄도)가 제어된 방식(controlled manner)으로 수정될 수 있다. 스트립(12)은, 압연기(15)에서 나와서 런 아웃 테이블(run out table)(17)을 지나는데, 워터 제트(water jet)들(18)에 의해 강제로 냉각될 수 있으며, 다음에 핀치 롤들(20A 및 20B)을 포함하는 핀치 롤 스탠드(20)를 통과하고, 권취기(coiler)(19)로 나가는데, 여기서 스트립(12)은, 예를 들어 20톤 코일로 감겨진다. 제어 구조(200)는 압연기(15)와, 취사 선택적으로, 강철 스트립(12)의 지오메트리(즉, 두께, 프로파일, 및/또는 평탄도)를 제어하기 위해 주조기 피드백 콘트롤러(301)(도 3 참조)와 인터페이스한다.
본 발명에 있어서, 합성된 피드백 신호(차분 변형율 피드-백)가 연속적인 쌍 롤 주조 시스템의 압연기에서 스트립 평탄도 및 프로파일을 더 양호하게 제어하기 위해, 본 명세서에서 설명되는 것처럼, 발생된다. 평탄도 결함들은 스트립의 다른 일반적인 진동 및 바디 병진 운동(body translational motion)들과 구별될 수 있다. 구별되지 않는다면, 스트립에서 비대칭 결함을 전형적으로 가리키는 양성 오류(false positive)가 생길 수 있고 차분 벤딩 제어 및 냉각제 제어 문제들을 끌어들일 수도 있다. 또한, 피드백 제어로서 평탄도 측정만을 사용하는 것은, 다운스트림 게이지 위치(downstream gauge location)에서 어떠한 명백한 검출가능한 평탄도 문제들없이, 충분한 크기의 압연기 입구 및 출구에서의 버클 결함이 스트립의 핀칭(pinching) 및 인열(tearing)의 위험을 초래하도록 할 수 있다.
도 2는 도 1의 압연기(15)에 대해 인터페이스하는 도 1의 제어 구조(200)의 블록도이다. 제어 구조(200)는 출구 평탄도 측정과 관련하여 압연기(15)의 입구 및 출구에서 정확한 스트립 두께 프로파일 측정을 제공하며 통합된 피드-포워드 및 피드-백 프로파일, 변형, 및 평탄도 제어 스킴(scheme)을 형성하기 위한 다른 수단을 제공한다.
제어 구조(200)는 압연기(15)에 금속 스트립(12)이 들어가기 전에 인커밍 금 속 스트립(12)의 입구 두께 프로파일(211)을 측정할 수 있는 입구 게이지 장치(210)를 포함한다. 입구 게이지 장치(210)는 인커밍되는 금속 스트립(12)의 두께 프로파일을 측정할 수 있는 엑스선(X-ray), 레이저(laser), 적외선, 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 입구 게이지 장치(210)로부터 입구 측정치들(211)이 제어 구조(200)의 타겟 두께 프로파일 모델(220)로 전달된다. 타겟 두께 프로파일 모델(220)은 측정된 입구 두께 프로파일(211)의 함수로서 타겟 두께 프로파일(221)을 계산할 수 있어 타겟 두께 프로파일(221)을 얻기 위해 요구되는 지오메트리에서의 변경은 스트립 버클링을 일으키기에 충분치 않다. 타겟 두께 프로파일(221)은 스트립 프로파일 및 평탄도 운영 요건들을 만족한다.
타겟 두께 프로파일 모델(220)은 프로세서-기반 플랫폼(processor-based platform)(즉, PC) 상에 소프트웨어로 구현된 수학적 모델을 포함할 수 있다. 이 대신에, 타겟 두께 프로파일 모델(220)은, 예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit)에 펌웨어(firmware)로 구현된 수학적 모델을 포함할 수도 있다. 타겟 두께 프로파일 모델(220)은 또한 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려된 다른 방식들로 구현될 수도 있다. 이와 유사하게, 본 명세서에서 설명되는 다른 모델들도 여러가지 방식으로 구현될 수 있는 수학적 모델들이다.
타겟 두께 프로파일 모델(220)은 또한 제어 구조(200)의 롤-갭 모델(230)에 대해 운영상으로 인터페이스한다. 현재의 입구 두께 프로파일(211)에서 타겟 두께 프로파일(221)을 유지하기 위해 필요한 지오메트리(211')에서의 변경은 타겟 두께 프로파일 모델(220)로부터 롤 갭 모델(230)로 전달된다. 롤-갭 모델(230)은 적어도 입구 지오메트리(211')의 변경의 함수로서 압연기(15)의 워크 롤들(16A 및 16B) 사이의 롤 갭 압력에 대응하는 롤 갭 압력 프로파일(231)을 발생할 수 있다. 롤-갭 모델(230)은 또한 타겟 두께 프로파일을 이루기 위해 필요한 롤 갭 압력 프로파일을 발생하기 위해, 압연 하중 외란(roll force disturbance)들(216), 장력들, 입구 두께 프로파일(211)의 측정에 따른 압연기의 물리적 치수와 특성들을 사용할 수 있다.
타겟 두께 프로파일 모델(220)과 롤-갭 모델(230)은 또한 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델(240)에 대해 운영상으로 인터페이스한다. 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델은 피드-포워드 평탄도 제어와 피드-포워드 프로파일 제어를 제공한다. 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델(240)은 적어도 타겟 두께 프로파일(221) 및 롤 갭 압력 프로파일(231)의 함수로서 액추에이터(actuator) 프로파일 및 평탄도 제어 감도 벡터들(241)과 피드-포워드 제어 기준들(242)을 발생할 수 있다. 액추에이터 프로파일 및 평탄도 제어 감도 벡터들(241)과 피드-포워드 제어 기준들(242)은 압연기(15) 내의 입구 스트립 두께 프로파일(211) 및 압연 하중 외란(216)에서의 동요에 응답하여 벤딩 콘트롤러(250)와 롤 갭 콘트롤러(255)(또는 압연기(15)의 로드(load)된 워크 롤 갭에 영향을 미치는 어떤 다른 적당한 디바이스)를 제어하는데 사용된다. 워킹 롤들(16A 및/또는 16B)에 의한 벤딩은 벤딩 콘트롤러(250)에 의해 제어된다. 워킹 롤들(16A 및 16B) 사이의 롤 갭은 롤 갭 콘트롤러(255)에 의해 제어된다.
감도 벡터는 액추에이터 세팅의 변경에 의해 생성되는 트래버스(traverse) 스트립 두께 프로파일 또는 스트립 평탄도의 영향을 의미한다. 예를 들어 압연기가 특정 운전 상태에 있는 동안에 벤딩의 변경은 스트립 프로파일 또는 평탄도를 도 6의 그래프(600)에 보인 것처럼 원 상태 A로부터 다른 상태 B로 변경하게 될 것이다. 감도 벡터는 상태 A 및 상태 B의 차를 상태 A로부터 상태 B로 변경하게 된 액추에이터 세팅의 변경으로 나누어 얻어지는 벡터이다.
피드-포워드 제어 기준은 압연기에 스트립의 특정한 섹션이 들어가기 전에 가용한 정보에 기초하여 계산된 것으로, 개선된 평탄도 또는 프로파일과 같이, 스트립의 특정한 섹션에 대해 어떤 제어를 하는데 필요한 액추에이터 제어, 벤딩 제어를 위한 기준들이다. 대부분의 공통된 형태는 압연기에 들어가기 전에 측정된 입구 프로파일에 기초하여, 현재 압연 하중 및 롤 스택 지오메트리(롤 사이즈들, 폭들 등)에서, 개선된 벤딩 세팅의 계산일 것이다. 그러한 계산은 여기서 롤 스택 디플렉션 모델(240)로서 알려진 수학적 모델에 의해 쉽게 된다.
제어 구조(200)는 또한 금속 스트립(12)이 압연기(15)를 나온후에 금속 스트립(12)의 출구 특징(feature)들(217)을 측정할 수 있는 출구 게이지 장치(215)를 포함한다. 출구 게이지 장치(215)는 출구 두께 프로파일(217A) 및/또는 나오는 금속 스트립(12)의 다른 특성들(즉, 스트립 온도 및 스트립 평탄도)을 측정할 수 있는 엑스선, 레이저, 적외선, 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 출구 게이지 장치(215)로부터 측정치는 출구 게이지 장치(215)에 대해 운영상으로 인터페이스하는 제어 구조(200)의 차분 변형율 피드백 모델(260)로 전달된다. 차분 변형율 피드백 모델(260)은 또한 타겟 두께 프로파일 모델(220)에 대해 운영상으로 인터페이스 하며 적어도 계산된 타겟 두께 프로파일(221), 측정된 출구 두께 프로파일(217A), 도 3과 관련하여 아래에서 더 상세히 논의되는 타겟 변형 프로파일(360)(도 3 참조)의 함수로서 차분 변형율 피드-백(261)을 계산할 수 있다.
출구 게이지 장치(215)로부터 측정치는 또한 적어도 출구 두께 프로파일(217A)에 응답하여 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델 (240)의 적응을 위해 적응적 롤 갭 에러 벡터(271)를 발생할 수 있는 적응적 롤 스택 디플렉션 모델(270)로 전달된다. 적응적 롤 스택 디플렉션 모델(270)은 또한 압연기(15)로부터 적응적 롤 갭 에러 벡터(271)를 발생하는데 사용될 수 있는 압연 하중 파라미터(216)를 받는다.
제어 구조(200)는 또한 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델(240) 및 차분 변형율 피드백 모델(260)에 대해 운영상으로 인터페이스하는 제어 모델(280)을 포함할 수 있다. 제어 모델(280)은 적어도 차분 변형율 피드-백(261)과 액추에이터 프로파일 및 평탄도 제어 감도 벡터들(241)에 응답하여, 벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 냉각제 콘트롤러(290), 그리고 압연기(15)의 로드된 워크 롤 갭의 형성에 영향을 주는 다른 적당한 디바이스들 중에 적어도 하나를 제어하기 위해 제어신호들(281~283)을 발생할 수 있다. 냉각제 제어기(290)는 제어된 방식으로 워크 롤들(16A 및 16B)에 냉각제를 공급한다. 벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 및 냉각제 콘트롤러(290)는 각각 관련된 압연 액추에이터 파라미터들(291~293)을 금속 스트립(12)의 형태(shape)에 적합하게 상술한 바와 같이 압연기(15)의 여러가지 양상을 처리하도록 압연기(15)에 제공한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 압연기(15)에 대해 인터페이스하는 도 1 및 도 2의 제어 구조(200)의 보다 상세한 블록도이다. 도 3은 또한 주조기 롤들(22)을 나와 입구 게이지(210)를 지나 압연기(15)에 들어가고, 압연기(15)를 나와 출구 게이지(215)를 통과하는 금속 스트립(12)을 보인다. 옵션(option)으로서, 제어 구조(200)는 측정된 입구 두께 프로파일(211)의 처리된 버전(211'')을 주조기 롤들(22)의 동작에 적합하게 사용하는 주조기 피드백 지오메트리 제어기(301)를 포함한다. 그러한 주조기 피드백 지오메트리 제어기(301)는 금속 스트립(12)의 입구 두께 프로파일(211)이 원하는 명목상의 주조 타겟 스트립 프로파일(302)과 일치하도록 하는데 소용이 된다.
타겟 두께 프로파일(221)은 단위 두께 프로파일 당 타겟일 수 있으며, 스트립(12)에서 받아들일 수 없는 버클들을 생기게 함이 없이, 인커밍된 입구 두께 프로파일(211)에서 두께 프로파일의 실질적인 개선에 기초할 것이다. 그러한 타겟 두께 프로파일(221)은 후술하는 바와 같이, 단지 실제의 입구 두께 프로파일(211) 대신에 출구 두께 프로파일과 비교하여 피드백 에러(차분 변형율 피드-백)를 만들어내는데 사용된다. 그러므로 압연기 콘트롤러들은 스트립의 버클링 특성에 의해 세트된 제한 제약(limit constraint)들에 관련되게 출구 두께 프로파일이 타겟 두께 프로파일과 일치하도록 구동시킨다. 버클링 제한 제약들을 초과하지 않는 어떤 조건은 제어 응답 수율 프로파일 및 평탄도 개선들을 생기게 할 것이다.
측정된 입구 두께 프로파일(211)은 타겟 두께 프로파일 모델(220)로 입력되어 모델(220)내의 시간 필터링 능력(222)과 공간 주파수 필터링 능력(223)을 사용 한 시간 필터링 및 공간 주파수 필터링 수행에 의해 처리된다. 타겟 두께 프로파일 모델(220)은 버클 제한 제약들 및/또는 프로파일 변경 제한 제약들을 모델(220)에 의해 발생되는 타겟 두께 프로파일(221)과 결합하는 스트립 모델(225)을 포함한다. 그러한 제한들은 박막 스트립 주조 플랜트(100)를 통해 처리되는 중에 금속 스트립(12)에 버클을 일으킬 수 있는 어프로칭 파라미터(approaching parameter)들로부터 금속 스트립(12)의 지오메트리 변경을 유지한다. 즉, 타겟 두께 프로파일(221)은 스트립 버클링 제한들과 양립하는 인커밍된 입구 두께 프로파일(211)에 대해 개선과 합쳐진다. 그 결과, 주조기로부터의 비정상적인 지오메트리들에 직면하여, 타겟 두께 프로파일(221)은 주조 지오메트리에서의 변동을 자동으로 추적할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따라, 타겟 두께 프로파일 모델(220)은 다음의 수학적 알고리즘을 구현한다.
H(x)* = H^mill(x) + dHhfspill(x); 타겟 두께 프로파일(221)
여기서 H^mill(x) = LSFF(LPF(H(x)); 저역 공간 및 시간 주파수 필터된 인커밍 스트립 두께 프로파일(211'')이고,
여기서 LSFF()은 저차 다항식들의 최적합의 최소 제곱에 의한 저역 공간 주파수(223)이며,
LPF()는 1~10 정도의 주조기 롤 회전수로 시정수를 세트한 저역 통과 필터(222)이며,
H(x)는 입구 두께 프로파일(211)이며,
dHhfspill(x) = sHerror(x) - dHerrorLimited(x); 로컬 버클링을 피하기 위 한 타겟에 대한 고주파 스필오버(spillover)이며,
dHerrorLimited(x) = minimum(dHerror(x), Limit_dh(x)); 버클 제한 후 로컬 지오메트리 변경(225)이며,
Limit_dh(x)는 limit_dh(x) = H*(K*Cs*(H/Wc(x))**2 + 버클링을 피하기 위해 최대 로컬 지오메트리 변경을 주는, 전체 변형 및 인가된 장력을 평균하기 위한 정정이며,
H = 평균 입구 두께,
Wc(x) = 로컬 압축 영역 폭(local compressive region width),
Cs = pi**2*E/(12(1-mu**2)) 탄성 상수(elastic constant),
K = 제약 스케일 팩터.
그러므로, 타겟 두께 프로파일 모델(220)은 입구 지오메트리, 스트립 장력, 전체 롤링 변형, 그리고 시간 및 공간 필터링 상수들의 선택의 함수이다. 그 결과로 생긴 타겟 두께 프로파일(221)은 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델(240) 및 차분 변형율 피드백 모델(260)로 전달된다.
롤 갭 모델(230)은 또한 현재 입구 두께 프로파일에 있어서 타겟 두께 프로파일을 달성하기 위해 필요한 두께 프로파일의 변경을 표시하는 처리된 버전(211')을 받는다. 스트립 모델(225) 및 롤 갭 모델(230)은 롤 갭의 외측으로 발생할 수 있는 크리프, 버클링, 및 관련된 지오메트리와 응력을 변경하며, 압연기(15)의 롤 갭의 내측으로 발생할 수 있는 압력을 변경한다.
양자택일적으로, 제어 구조(200)의 입구 게이지(210)는 존재하지 않거나 또 는 결과 타겟 두께 프로파일(221)이 실제 측정된 입구 두께 프로파일 정보(211) 대신에 추정된 입구 두께 프로파일 정보에 기초하는 것이 억제될 수 있다. 그러므로, 타겟 두께 프로파일(221)은 그러한 택일적 구현들에서 실제의 입구 두께 프로파일(211)에 독립적이다.
피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델(240)은 완전한 유한 차분 롤 스택 디플렉션 모델(complete finite difference roll stack deflection model) 또는 양자택일적으로, 로드된 롤 갭을 원하는 스트립 두께 프로파일과 일치하도록 개선하기 위해 요구된 프로파일 액추에이터 세팅들을 예측하는 단순화된 모델일 수 있다. 상기 모델에 대한 입력들은 압연기(15)의 지오메트리, 인커밍 스트립 지오메트리, 스트립 및 롤들 사이의 롤 갭 압력 프로파일(231), 및 원하는 또는 현재의 압연 하중(216)을 포함한다. 상기 모델의 출력들은 피드-포워드 제어를 위한 최적화된 액추에이터 제어 기준들(242)과 액추에어터 프로파일과 피드백 제어 스킴에 사용되는 평탄도 감도 벡터들(241)이다.
차분 변형율 피드백 모델(260)은 출구 게이지(215)로부터 출구 두께 프로파일(217A)의 측정치, 스트립 온도(217B), 및 스트립 평탄도(217C)를 받아들인다. 출구 게이지 장치(215)로부터 평탄도 측정치(217C)는 차분 변형율 피드백 모델(260)내의 신호 처리 단계(330)를 통과하여 바디 운동 성분(body motion component)들이 제거된다. 그러므로, 스트립 회전, 스트립 바운싱(bouncing), 또는 세로축에 대한 스트립 진동을 일으키는 측정치들이 제거될 수 있다. 그러한 신호 처리는 비-평탄도의 양성 오류를 감소시킨다. 처리된 출구 두께 프로파일(217A)은 변형 에러 추정 기(strain error estimator)(305)에서, 롤링 변형 프로파일(310)의 초기 추정(inintal estimate)을 형성하기 위해 타겟 두께 프로파일(221)과 비교된다. 롤링 변형 프로파일(310)의 raw 추정은 압연기가 엔게이지된 때 자동 널링(nulling) 능력(320)을 사용하여 롤링 변형 프로파일(310)로부터 계통(systematic) 측정 에러들을 빼는 것에 의해 추가로 처리된다. 계통 측정 에러들은 압연기가 디스엔게이지된 때 입구 및 출구 두께 프로파일들의 비교를 통해 발생된다. 이상적으로, 계통 측정 에러들은 스트립 주조 플랜트(100)에 존재하지 않으며, 측정 입구 및 출구 두께 플로파일들은 압연기가 엔게이지됨없이 스트립 주조 플랜트(100)가 동작될 때와 같을 것이다. 그러나 계통 측정 에러들이 존재할지라도 이것은 드물다. 그러므로 계통 측정 에러들은 무의미하다(롤링 변형 프로파일(310)의 추정치에서 빠진다.)
또한, 다른 출구 게이지 정보는 롤링 변형 프로파일의 추정치와 통합될 것이다. 버클된 섹션들 검출을 위한 신호 처리(330)와 온도 보상 능력(340)(트래버스 온도 프로파일의 영향을 보상하는)은 스트립 평탄도들(217C) 및 스트립 온도(217B)측정치들에 기초하여 실행될 수 있으며 그 결과는 롤링 변형 프로파일(310)의 추정치와 통합된다. 그 결과로서, 전폭(full width) 롤링 변형 프로파일(350)은 압연 중에 발생할 수 있는 프로파일 측정 특성들 간에 다른 변화에 기초한 어떤 시간에도 강건하게 형성된다. 롤링 변형 프로파일(350)은 제어 모델(280)로 피드백된 차분 변형율 피드-백(261)(에러)을 형성하기 위해 원하는 타겟 변형 프로파일(360)과 비교된다.
차분 변형율 피드백 모델(260)로부터의 차분 변형율 피드-백(261)은 벤딩 콘 트롤러(250), 롤 갭 콘트롤러(255), 및 피드백 냉각제 콘트롤러(290)에 대한 제어신호들(281~283)을 발생하는데 제어 모델(280)에 의해 액추에이터 프로파일 및 평탄도 제어 감도 벡터들(241)과 함께 사용된다. 평탄도 제어 감도 벡터들(241)은 차분 변형율 피드-백(261)과 수학적 내적 연산(mathematical dot product operation)을 실행하는데 사용되며, 그 결과는 제어 스킴에 사용된 여러가지 액추에이터들에 대한 스칼라(scalar) 엑추에이터 에러들이다. 평탄도 제어 감도 벡터들(241)은 온라인 계산으로부터 가용하지 않는데, 그들은 오프라인 계산 또는 실험적 관찰을 통해 도달한 수동 근사와 같은 비 실시간 소스로부터 제공될 수 있다. 평탄도 제어 감도 벡터들의 소스와 관계없이, 그 결과인 스칼라 액추에어터 에러들은 피드백 콘트롤러들(370 및 380)에 의해 그들의 함수를 실행하기 위해 사용된다. 제어 모델(280) 내에, 대칭 피드백 제어 능력(370) 및 비대칭 피드-백 제어 능력(380)이 벤딩 콘트롤러(250) 및 롤 갭 콘트롤러(255)에 대해 제어신호들(281 및 282)을 발생하기 위해 작동된다.
버클에 대한 스트립의 특정 영역의 포텐셜(potential)은 스트립의 평균 상태에 대해 보다는 스트립의 로컬 영역에서 응력 및 변형과 관련된다. 그러므로 로컬 버클 검출(390)은 또한 제어 모델(280)내에서 피드백 냉각제 제어(290)에 대해 제어신호(283)를 발생하기 위해 작동된다. 제어신호들(281~283) 및 피드-포워드 제어 기준들(242)은 스트립 버클링과 같이 부닥치는 문제들없이 압연기(15)를 나오는 금속 스트립의 원하는 스트립 지오메트리(즉, 프로파일 및 평탄도)를 달성하기 위해 자동으로 제어되어야 하는 압연기(15)의 여러가지 양상들을 허용한다.
게다가, 벤딩 콘트롤러(250)는 오퍼레이터에 의한 벤딩 트림 능력(operator-induced bending trim capability)(395)에 의해 수동으로 더 적합하게 될 수 있으며, 냉각제 콘트롤러(290)는 제어 구조(200)에 의해 지지되는 오퍼레이터에 의한 스프레이 트림 능력(operator-induced spray trim capability)(399)에 의해 수동으로 더 적합하게 될 수 있다. 일반적으로, 이용할 수 있는 것으로서, 스프레이 헤더(spray header)들, 롤 벤딩(roll bending), 롤 틸팅(roll tilting), 및 다른 롤 크라운 조작 액추에이터(roll crown manipulation actuator)들을 사용한 피드백 제어는 관찰된 롤링 변형 프로파일에서의 에러 최소화를 달성할 수 있다.
벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 및 냉각제 콘트롤러(290)는 제어신호들(281~283), 피드-포워드 제어 기준들(242)과, 원하는 스트립 지오메트리 결과를 달성하기 위한 오퍼페이터 트림 입력에 응답하여 압연기로 밀링 액추에이터(mill actuator) 파라미터들(291~293)을 제공한다. 벤딩 콘트롤러(250)는 압연기(15)의 워크 롤들(16A 및 16B) 사이의 벤딩을 제어한다. 갭 콘트롤러(255)는 워크 롤들(16A 및 16B) 사이의 롤 갭을 제어한다. 냉각제 콘트롤러(290)는 워크 롤들(16A 및 16B)에 공급되는 냉각제의 양을 제어한다.
그러한 연속적인 쌍 롤 주조는 설명된 특징들을 가지는 플랜트(100)가 많은 처리 동요들에 대해, 열 압연기의 롤 바이트(roll bite)의 입구 또는 출구에서 스트립의 버클링을 피하면서, 현재의 스트립 주조 조건에서 실질적으로 개선된 출구 두께 프로파일을 가지는 스트립을 생산하도록 한다. 인커밍 두께 프로파일 정보의 사용과 인커밍 및 아웃고잉(outgoing) 두께 프로파일 정보 간의 차의 정정 사용은 프로파일 및 평탄도 제어의 기술을 위한 중요한 단계의 진보를 의미한다.
도 4는 열간 압연기를 가지는 스트립 주조에 있어서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법의 실시 예를 보인 흐름도이다. (410)단계에서, 금속 스트립(12)이 열간 압연기(15)에 들어가기 전에 인커밍 금속 스트립(12)의 입구 두께 프로파일(211)이 측정된다. (420)단계에서, 프로파일 및 평탄도 운영 요건들을 만족하는 측정된 입구 두께 프로파일(211)의 함수로서 타겟 두께 프로파일(221)이 계산된다. (430)단계에서, 금속 스트립(12)이 열간 압연기(15)를 나온 후에 금속 스트립(12)의 출구 두께 프로파일(217A)이 측정된다. (440)단계에서, 출구 두께 프로파일(217A)을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일(221)과 비교하는 것에 의해 스트립의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드백(261)이 계산된다. (450)단계에서, 열간 압연기(15)를 나오는 스트립(12)의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스가 차분 변형율 피드백(261), 압연기(15)의 상태, 인커밍 두께 프로파일(211)에 응답하여 제어된다.
열간 압연기(15)를 가지는 스트립 주조에 있어서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법(400)에 있어서, 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 및 냉각제 콘트롤러(293) 중에 어떤 것이든지 될 수 있다.
상기 방법(400)은 입구 두께 프로파일(211)과 열간 압연의 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일(231)을 계산하며, 주조 스트립(12)에서 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 하는 타겟 두께 프로파일(221) 및 롤 갭 압력 프로파 일(231)의 함수로서 피드-포워드 제어 기준(242) 및/또는 감도 벡터(241)를 계산하는 것을 더 포함할 수 있다. 열간 압연기(15)를 나오는 스트립의 지오메트리에 영항을 줄 수 있는 디바이스는 계산된 피드-포워드 제어 기준(242) 및/또는 계산된 감도 벡터(241)에 응답하여 더 제어될 수 있다. 더욱이 적응적 롤 갭 에러 벡터(271)는 측정된 출구 두께 프로파일로부터 발생되어 피드-포워드 제어 기준(242) 및 감도 벡터(241) 중 적어도 하나의 계산에 사용될 수 있다.
도 5는 연속적인 주조에 의해 제어된 스트립 지오메트리를 가지는 박막 주조 스트립을 생산하는 방법의 흐름도이다. (510)단계에서, 한쌍의 주조 롤들을 가지는 박막 스트립 주조기가 그 사이에 닙을 가지게 조립된다. (520)단계에서, 주조용 풀을 제한하도록 닙의 단부에 인접한 측면 댐들을 가지는 닙 위에 주조 롤들 사이에 주조용 풀을 형성할 수 있는 금속 전달 시스템이 조립된다. (530)단계에서, 인커밍되는 뜨거운 스트립이 압연되는 것을 통해 그들 간에 롤 갭을 형성하는 워크 표면을 가지며 워크 롤들을 가로질러 원하는 형상에 관련된 워크 롤 표면을 가지는 워크 롤들을 가지는 열간 압연기가, 박막 스트립 주조기에 인접되게, 조립된다. (540)단계에서, 제어 신호에 응답하여 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스가 조립된다. (550)단계에서, 차분 변형율 피드-백을 발생할 수 있으며, 차분 변형율 피드-백, 압연기의 상태, 입구 두께 프로파일에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있는 제어 시스템이 조립된다. (560)단계에서, 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스에 제어 시스템이 취사선택적으로 연결된다. (570)단계에서, 측면 댐들에 의해 제한된 주조 롤들의 주조 표면에 지지되는 주조 풀을 형성하도록 용융 금속이 한 쌍의 주조 롤들 사이로 넣어진다. (580)단계에서, 주조 롤들이 서로 반대 방향으로 회전하여 주조 롤들의 표면에 응고된 금속 외피들을 형성하고 응고된 외피들로부터 주조용 롤들 사이의 닙을 통해 박막 강철 스트립을 주조한다. (590)단계에서, 인커밍되는 박막 주조 스트립이 열간 압연기의 워크 롤롤 사이에서 압연되며, 열간 압연기를 나오는 뜨거운 스트립의 지오메트리에 영향을 주도록, 워크 롤들의 롤 갭, 워크 롤들에 의한 벤딩, 제어신호들 중에 적어도 하나에 응답하여 워크 롤들에 공급되는 냉각제 중에 적어도 하나를 변경한다.
상기 방법(500)에 있어서, 열간 압연기(15)를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 및 냉각제 콘트롤러(293) 중에 어떤 것이든지 될 수 있다. 제어 시스템은 피드-포워드 제어 기준(242) 및 감도 벡터(241)를 발생할 수 있도 있고, 차분 변형율 피드백(261), 피드-포워드 제어 기준(242), 및 감도 벡터(241)에 응답하여 제어신호들(281~283)을 발생할 수도 있다. 차분 변형율 피드-백(261)은 측정된 출구 두께 프로파일(217A)을 측정된 입구 두께 프로파일(211)로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일(221)과 비교하는 것에 의해 스트립(12)에서의 세로 변형으로부터 계산된다. 피드-포워드 제어 기준(242) 및 감도 벡터(241)는 주조 스트립(12)에서 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하기 위해, 측정된 입구 두께 프로파일(221)로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일(221)과 롤 갭 압력 프로파일(231)의 함수로서 계산된다.
벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 냉각제 콘트롤러(290), 및 로드된 워크 롤 갭에 영향을 주는 다른 적당한 디바이스가 제어 구조(200)의 일부로서 고려될 수 있다. 양자택일적으로, 벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 냉각제 콘트롤러(290), 및 로드된 워크 롤 갭에 영향을 주는 다른 적당한 디바이스가 압연기(15)의 일부로서 고려될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 한 실시 예에 따라, 제어 구조(200)의 다양한 양상이 제어 구조(200)의 한 모델 또는 다른 모델의 일부로 고려될 수 있다. 예를 들어, 벤딩 콘트롤러(250), 갭 콘트롤러(255), 및 냉각제 콘트롤러(290)는 제어 구조(200)의 제어 모델(280)의 일부로서 고려될 수 있다.
요약하면, 열간 압연기를 가지는 연속적인 쌍 롤 주조기에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법 및 장치가 피드-포워드 및 피드-백 둘 다를 사용하는 제어 구조를 가지고 주조 스트립의 버클링을 방지하면서 열간 압연기를 나오는 주조 스트립의 지오메트리를 제어하는 것이 개시된다.
실시 예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않게 여러가지 변경될 수도 있고 동등한 것으로 대치될 수도 있다는 것을 당업자라면 이해할 것이다.
게다가, 본 발명의 범위로부터 벗어남없이 본 발명의 교시에 따라 특정한 사정 또는 요소(material)에 적합하게 많은 수정들이 있을 수 있다.
그러므로, 본 발명은 특정한 실시 예로 한정되지 않고 후술하는 청구범위의 범위 내에 모든 구현들을 포함할 것이다.

Claims (36)

  1. 열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하는 방법에 있어서,
    인커밍 금속 스트립의 입구 두께 프로파일을 상기 금속 스트립이 상기 열간 압연기에 들어가기 전에 측정하는 단계;
    프로파일 및 평탄도 운용 요건들을 만족하는 측정된 입구 두께 프로파일의 함수로서 타겟 두께 프로파일을 계산하는 단계;
    상기 금속 스트립이 상기 열간 압연기를 나온 후에 상기 금속 스트립의 출구 두께 프로파일을 측정하는 단계;
    상기 출구 두께 프로파일을 상기 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 상기 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드 백을 계산하는 단계; 및
    상기 열간 압연기에서 나오는 상기 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 적어도 상기 차분 변형율 피드-백에 응답하여 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는, 벤딩 콘트롤러, 갭 콘트롤러, 냉각제 콘트롤러로 이루 어지는 하나 또는 그 이상의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열간 압연기의 상기 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산하는 단계;
    주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 상기 타겟 두께 프로파일 및 상기 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터를 계산하는 단계;
    상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 상기 계산된 피드-포워드 제어 기준 및 상기 계산된 감도 벡터에 응답하여 더 제어하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열간 압연기의 상기 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산하는 단계;
    주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 상기 타겟 두께 프로파일 및 상기 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 피드-포워드 제어 기준을 계산하는 단계;
    상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 상기 계산된 피드-포워드 제어 기준에 응답하여 더 제어하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열간 압연기의 상기 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산하는 단계;
    주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 상기 타겟 두께 프로파일 및 상기 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 감도 벡터를 계산하는 단계;
    상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 상기 계산된 감도 벡터에 응답하여 더 제어하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  6. 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 측정된 출구 두께 프로파일로부터 적응적 롤 갭 에러 벡터를 발생하며 상기 적응적 롤 갭 에러 벡터를 사용하여 상기 피드-포워드 제어 기준과 상기 감도 벡터 중에 적어도 하나를 계산하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  7. 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타겟 두께 프로파일을 계산하는 단계는 시간 필터링과 공간 주파수 필터링 중에 적어도 하나를 수행함을 특징으로 하는 제어 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 벤딩 콘트롤러 및 상기 갭 콘트롤러의 대칭 피드-백 제어 및 비대칭 피드-백 제어를 수행하는 것을 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  9. 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 압연기가 엔게이지된 때 상기 차분 변형율 피드백으로부터 계통 측정 에러들을 감산하는 것을 포함하며, 상기 계통 측정 에러들은 압연기가 디스엔게이지된 때 입구 및 출구 두께 프로파일의 비교를 통해 발생됨을 특징으로 하는 제어 방법.
  10. 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 온도 보상 및 버클 검출을 수행하는 것을 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 오퍼레이터에 의한 냉각제 트리밍 및 오퍼레이터에 의한 벤딩 트리밍 중에 적어도 하나를 수행하는 것을 포함함을 특징으로 하는 제어 방법.
  12. 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타겟 두께 프로파일은 스트립 버클링을 억제함을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 열간 압연기를 가지는 스트립 주조 플랜트에서 스트립 지오메트리를 제어하기 위한 제어 구조에 있어서,
    인커밍되는 금속 스트립의 입구 두께 프로파일을 상기 압연기에 상기 금속 스트립이 들어가기 전에 측정할 수 있는 입구 게이지 장치;
    프로파일 및 평탄도 운용 요건들을 만족하는 상기 측정된 입구 두께 프로파일의 함수로서 타겟 두께 프로파일을 계산하는 타겟 두께 프로파일 모델;
    상기 금속 스트립이 상기 열간 압연기를 나온 후에 상기 금속 스트립의 출구 두께 프로파일을 측정할 수 있는 출구 게이지 장치;
    상기 출구 두께 프로파일을 상기 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 상기 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드 백을 계산할 수 있는 차분 변형율 피드 백 모델; 및
    상기 열간 압연기에서 나오는 상기 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 상기 차분 변형율 피드 백에 응답하여 제어할 수 있는 제어 모델을 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  14. 제13항에 있어서, 상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩 콘트롤러, 갭 콘트롤러, 냉각제 콘트롤러로 이루어지는 하나 또는 그 이상의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 제어 구조.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 열간 압연기의 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산할 수 있는 롤-갭 모델;
    주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 상기 타겟 두께 프로파일 및 상기 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터를 계산할 수 있는 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델을 더 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 열간 압연기의 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산할 수 있는 롤-갭 모델;
    주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 상기 타겟 두께 프로파일 및 상기 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 피드-포워드 제어 기준을 계산할 수 있는 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델을 더 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 열간 압연기의 입구 두께 프로파일과 치수들 및 특성들로부터 롤 갭 압력 프로파일을 계산할 수 있는 롤-갭 모델;
    주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록 상기 타겟 두께 프로파일 및 상기 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 감도 벡터를 계산할 수 있는 피드-포워드 롤 스택 디플렉션 모델을 더 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 측정된 출구 두께 프로파일로부터 적응적 롤 갭 에러 벡터를 발생하며 상기 적응적 롤 갭 에러 벡터를 사용하여 상기 피드-포워드 제어 기준과 상기 감도 벡터 중에 적어도 하나를 계산 할 수 있는 적응적 롤 스택 디플렉션 모델을 더 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타겟 두께 프로파일 모델은 상기 타겟 두께 프로파일 계산의 일부로서 시간 필터링 능력과 공간 주파수 필터링 능력 중에 적어도 하나를 더 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  20. 제14항에 있어서, 상기 제어 모델은 상기 벤딩 콘트롤러 및 상기 갭 콘트롤러를 제어하기 위한 대칭 피드 백 능력과 비대칭 피드 백 능력을 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 차분 변형율 피드 백 모델은 상기 압연기가 엔게이지된 때 상기 차분 변형율 피드백으로부터 계통 측정 에러들을 감산할 수 있는 자동 널링 능력을 더 포함할 수 있으며, 상기 계통 측정 에러들은 상기 압연기가 디스엔게이지된 때 상기 입구 및 출구 두께 프로파일의 비교를 통해 발생됨을 특징으로 하는 제어 구조.
  22. 제13항 내지 제21항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 차분 변형율 피드 백 모델은 온도 보상 능력 및 버클 검출 능력을 포함함을 특징으로 하는 제어 구조.
  23. 제13항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어 구조는 오퍼레이터에 의한 냉각제 트리밍 및 오퍼레이터에 의한 벤딩 트리밍 중에 적어도 하나를 지원함을 특징으로 하는 제어 구조.
  24. 제13항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타겟 두께 프로파일 모델은 스트립 버클링을 억제함을 특징으로 하는 제어 구조.
  25. 연속적인 주조에 의해 제어된 스트립 지오메트리를 가지는 박막 주조 스트립을 생산하는 방법에 있어서,
    그 사이에 닙을 가지는 한 쌍의 주조 롤들을 가지는 박막 스트립 주조기를 조립하는 단계;
    주조용 풀을 제한하도록 닙의 단부에 인접한 측면 댐들을 가지는 닙 위의 주조 롤들 사이에 상기 주조용 풀을 형성할 수 있는 금속 전달 시스템을 조립하는 단 계;
    인커밍되는 뜨거운 스트립이 압연되는 것을 통해 그들 간에 롤 갭을 형성하는 워크 표면을 가지며 워크 롤들을 가로질러 원하는 형상에 관련된 워크 롤 표면을 가지는 상기 워크 롤들을 가지는 열간 압연기를, 상기 박막 스트립 주조기에 인접되게, 조립하는 단계;
    제어 신호에 응답하여 상기 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스를 조립하는 단계;
    출구 두께 프로파일을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드-백을 계산하고, 적어도 상기 계산된 차분 변형율 피드-백에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있는 제어 시스템을 조립하는 단계;
    상기 제어 시스템으로부터 발생된 제어 신호들에 응답하여 상기 열간 압연기를 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스에 상기 제어 시스템을 연결하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩 콘트롤러, 갭 콘트롤러, 냉각제 콘트롤러로 이루어지는 하나 또는 그 이상의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 제어 시스템은 피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터를 계산할 수 있으며, 상기 차분 변형율 피드백, 상기 피드-포워드 제어 기준, 및 상기 감도 벡터에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  28. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 제어 시스템은 피드-포워드 제어 기준을 계산할 수 있으며, 상기 차분 변형율 피드백 및 상기 피드-포워드 제어 기준에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  29. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 제어 시스템은 감도 벡터를 계산할 수 있으며, 상기 차분 변형율 피드백 및 상기 감도 벡터에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 피드-포워드 제어 기준 및 상기 감도 벡터는 주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록, 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일 및 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 계산됨을 특 징으로 하는 방법.
  31. 연속적인 주조에 의해 제어된 스트립 지오메트리를 가지는 박막 스트립을 생산하기 위한 박막 스트립 주조 플랜트에 있어서,
    그 사이에 닙을 가지는 한 쌍의 주조 롤들을 가지는 박막 스트립 주조기;
    주조용 풀을 제한하도록 닙의 단부에 인접한 측면 댐들을 가지는 상기 닙 위에 주조 롤들 사이에 상기 주조용 풀을 형성할 수 있는 금속 전달 시스템;
    상기 주조 롤들을 서로 반대 방향으로 회전시켜 상기 주조 롤들의 표면에 응고된 금속 외피들을 형성하고 상기 응고된 외피들로부터 상기 주조 롤들 사이의 닙을 통해 박막 강철 스트립을 주조할 수 있는 드라이브;
    상기 박막 주조기로부터 상기 스트립이 압연되어 주조되는 것을 통해 그들 간에 롤 갭을 형성하는 워크 표면을 가지는 워크 롤들을 가지는 열간 압연기;
    제어 신호들에 응답하여 상기 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 상기 열간 압연기에 연결되는 디바이스;
    출구 두께 프로파일을 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 비교하여 스트립에서의 세로 변형으로부터 차분 변형율 피드-백을 계산할 수 있고, 상기 차분 변형율 피드-백에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있으며, 상기 제어신호들에 응답하여 상기 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 상기 디바이스가 영향을 주도록 상기 디바이스에 연결되는 제어 시스템을 포함함을 특징으로 하는 박막 스트립 주조 플랜트.
  32. 제31항에 있어서, 상기 열간 압연기에서 나오는 스트립의 지오메트리에 영향을 줄 수 있는 디바이스는 벤딩 콘트롤러, 갭 콘트롤러, 냉각제 콘트롤러로 이루어지는 하나 또는 그 이상의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 박막 스트립 주조 플랜트.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 제어 시스템은 피드-포워드 제어 기준 및 감도 벡터를 계산할 수 있고, 상기 피드-포워드 제어 기준 및 상기 감도 벡터에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있으며, 상기 제어신호들에 응답하여 상기 디바이스가 상기 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 영향을 주도록 함을 특징으로 하는 박막 스트립 주조 플랜트.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 피드-포워드 제어 기준을 계산할 수 있고, 상기 피드-포워드 제어 기준에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있으며, 상기 제어신호들에 응답하여 상기 디바이스가 상기 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 영향을 주도록 함을 특징으로 하는 박막 스트립 주조 플랜트.
  35. 제31항 또는 제34항에 있어서, 상기 제어 시스템은 감도 벡터를 계산할 수 있고, 상기 감도 벡터에 응답하여 제어신호들을 발생할 수 있으며, 상기 제어신호들에 응답하여 상기 디바이스가 상기 열간 압연기에 의해 처리된 스트립의 지오메트리에 영향을 주도록 함을 특징으로 하는 박막 스트립 주조 플랜트.
  36. 제33항에 있어서, 상기 피드-포워드 제어 기준 및 상기 감도 벡터는 주조 스트립에서의 프로파일 및 평탄도 변동을 보상하도록, 측정된 입구 두께 프로파일로부터 얻어진 타겟 두께 프로파일과 롤 갭 압력 프로파일의 함수로서 계산됨을 특징으로 하는 박막 스트립 주조 플랜트.
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