KR20090044367A

KR20090044367A - 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정장치 및 이를 이용하여 작업 롤의 속도를 설정하는 방법

Info

Publication number: KR20090044367A
Application number: KR1020070110443A
Authority: KR
Inventors: 곽우진; 이성진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-07
Also published as: KR100900688B1

Abstract

본 발명은 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정 시스템 및 이를 이용하여 작업 롤의 속도를 설정하는 방법에 관한 것으로, 특히 마무리 압연에서 회전 속도계를 이용하여 강판의 속도를 측정하는 시스템과 이를 이용하여 스탠드 간의 압연유량 보존조건을 만족할 수 있게 작업 롤의 속도를 설정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정시스템은, 다수의 압연기 사이에 설치된 다수의 루퍼 롤에 접하여 상기 압연기를 통과하는 강판의 속도를 측정하는 시스템에 있어서, 상기 강판이 통과하는 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤에 부착되어 상기 루퍼 롤의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시키는 회전 속도계; 및 상기 회전 속도계로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤의 회전 각속도를 측정하는 펄스 미터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

회전 속도계, 강판 속도, 루퍼 롤, 작업 롤

Description

회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정 시스템 및 이를 이용하여 작업 롤의 속도를 설정하는 방법{System for determining the speed of steel plate using rotary speedometer and method for setting the speed of work roll thereof}

압연공정에서 작업 롤과 작업 롤 사이의 강판이 통과하는 영역을 롤 바이트라 하는데, 롤 바이트 영역에서는 복잡한 재료가공현상을 관찰할 수 있다. 즉, 작업 롤의 접선속도와 비교시 강판이 롤 바이트에 진입하는 시점에서의 강판속도는 작업 롤의 접선속도보다 느려 작업 롤은 강판을 진행방향으로 끌어당기는 현상이 발생한다. 그러나, 롤 바이트 출측의 강판속도는 작업 롤의 접선속도보다 3~15% 정도 빨라 작업 롤은 오히려 강판의 진행을 방해하는 방향으로 힘을 작용시킨다. 이때의 속도 비율을 선진율(forward slip)이라 한다.

롤 바이트의 입측과 출측 사이의 영역에서는 작업 롤의 접선속도와 강판속도 가 동일한 영역이 존재하는데, 이를 중립영역이라고 한다. 이 중립영역의 위치와 롤 바이트 출측의 강판속도의 크기는 공정조건 및 작업 롤과 강판의 마찰특성에 따라서 달라진다.

도 1은 종래의 마무리 압연공정의 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열간압연공정 중 마무리 압연공정은 7개의 압연기(10)가 연속적으로 이어져 약 30~60mm 정도 두께의 강판(30)으로부터 짧은 시간 내에 1~20mm 두께의 코일을 생산할 수 있다. 가역식 압연인 조 압연 공정과는 달리 마무리 압연공정은 강판(30)이 여러 개의 압연기(10)에 동시에 물려 압연된다.

마무리 압연공정에서는 모터(미도시)에 의해 회전하는 작업 롤(11a, 11b) 사이로 강판(30)이 통과하고, 백업 롤(12a, 12b)은 작업 롤(11a, 11b)의 회전과 함께 같이 회전한다. 그리고, 다른 두 압연기(10) 사이에는 루퍼(25)가 구비되어 있고, 루퍼(25)에는 루퍼 롤(20)이 연결되어 회전한다.

롤 바이트 출측의 강판(30)의 속도는 통상 작업 롤(11a, 11b)의 접선속도보다 3~15% 빠르다. 이렇게 차이가 나는 비율은 압하율, 형상비, 마찰계수, 전후방 장력 등에 영향을 받는 복잡한 비선형 함수이다. 마무리 압연공정에서는 여러 개의 압연기(10)가 동시에 물려 압연이 되므로, 시간당 각 압연기(10)에서 송출하는 재료의 질량이 서로 일치해야 한다.

도 2a는 도 1의 마무리 압연공정에서 스트립 루퍼가 발생한 상태를 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 1의 마무리 압연공정에서 과장력이 발생한 상태를 나타낸 사시도이다.

인접한 압연기(10)에서 재료 송출량이 일치하지 않을 경우에는 도 2a에 도시된 바와 같이 스트립 루퍼가 발생하여 다른 설비와의 간섭으로 인한 오작동이 발생하거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 과장력에 의한 판 파단이나 폭 빠짐이 발생한다.

보통, 작업 롤(11a, 11b)의 속도는 이를 측정하여 제어할 수 있지만, 강판(30)의 속도는 열간압연조건에서는 고온 및 냉각수에 의한 스팀 등으로 인하여 제대로 측정할 수 없다. 이 때문에 종래에는 강판(30)의 속도를 측정하여 이를 피드백 방식으로 스탠드(미도시)간 압연유량 보존조건을 만족시키는 방법을 이용하지 못했고, 스탠드간 루퍼(25)의 각도로부터 선진율 학습을 하여 동일한 압연이 반복되는 경우에 그 다음의 압연코일에서는 스탠드간 압연유량 보존조건을 점차 만족시키는 경험적인 방법에 의존하고 있는 실정이다.

본 발명의 일 측면은 마무리 압연에서 회전 속도계를 이용하여 강판의 속도를 측정하는 시스템과 이를 이용하여 스탠드 간의 압연유량 보존조건을 만족할 수 있게 작업 롤의 속도를 설정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 다수의 압연기 사이에 설치된 다수의 루퍼 롤에 접하여 상기 압연기를 통과하는 강판의 속도를 측정하는 시스템에 있어서, 상기 강판이 통과하는 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤에 부착되어 상기 루퍼 롤의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시키는 회전 속도계; 및 상기 회전 속도계로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤의 회전 각속도를 측정하는 펄스 미터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 강판의 속도를 측정하는 시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 구하는 방법에 있어서, 회전 속도계가 상기 루퍼 롤의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시키는 제1단계; 및 펄스 미터가 상기 회전 속도계로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤의 회전 각속도를 측정하는 제2단계; 상기 측정된 루퍼의 회전 각속도에 상기 루퍼 롤 반경의 평균값을 곱하여 상기 압 연기 출측의 강판의 속도를 구하는 제3단계;

(단,

: 선진율,

: 강판 속도,

: 측정된 i번째 스탠드의 작업 롤의 접선 속도)을 이용하여 선진율의 실적값을 구하는 제4단계;

(단,

: 선진율,

: 기본 선진율 함수,

: 강판의 화학성분에 따른 작업롤과 강판의 마찰특성 영향인자,

: 작업 롤의 종류에 따른 작업 롤과 강판의 마찰특성 영향인자)를 이용하여 상기 선진율의 수식 모델을 도출하는 제5단계; 및

(단,

: 설정할 i번째 스탠드의 작업 롤의 접선 속도,

: i번째 스탠드의 출측 강판 두께,

: i번째 스탠드의 선진율,

: i번째 스탠드의 루퍼 각도로 도출하는 선진율 학습값)를 이용하여 상기 강판을 이동시키는 작업 롤의 접선속도를 구하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 속도 측정시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 구하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 강판의 속도 측정값 및 작업 롤의 접선속도 측정값을 이용한 선진율 실적값은 종래의 선진율 실적값에 비해 성능이 향상된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 정확한 선진율 예측 함수를 이용할 경우에는 인접한 스탠드 사이의 압연유량 보존조건을 만족시킬 수 있다. 즉, 압연유량 보존조건을 만족시키지 못할 때 발생할 수 있는 판파단 오작, 폭빠짐에 의한 강판 치수불량, 스트립루퍼가 발생하여 쏠림이 발생하여 취입 오작이 발생하거나 상하향 바의 휨이 발생하여 설비간섭의 오작이나 권취 품질의 불량이 발생하는 것을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스탠드간 압연유량 보존조건이 충족되지 않음으로 인해 운전자들이 긴급히 수동개입을 하여 작업 롤의 속도를 변경시키거나 작업 롤의 갭을 변경시켜야 할 필요가 없게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 3a은 본 발명의 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정 시스템의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정 시스템은 회전 속도계(100)와 펄스 미터(200)를 포함한다. 회전 속도계(100)는 내부에 타 켓(110)과 감지센서(120)를 내장하여 루퍼 롤(20)의 끝단에 부착되어 있다.

회전 속도계(100)는 상기 강판이 통과하는 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤(20)에 부착된 상태에서 상기 루퍼 롤(20)의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시킨다. 회전 속도계(100)의 내부에는 타켓(110)과 감지센서(120)가 내장되어 있다(도 3b 참조).

펄스 미터(200)는 상기 회전 속도계(100)로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼의 회전 각속도를 측정한다. 펄스 미터(200)는 저주파에서 고주파까지의 넓은 주파수 대역폭 내에서 펄스 신호를 검출하여 높은 정밀도로 회전 각속도를 측정할 수 있는데, 보통 0.0005~50Hz 범위 내의 주파수 대역폭 내에서 회전 각속도를 측정할 수 있다. 회전 각속도는 보통 시간당 회전수로 측정한다.

도 3b는 본 발명의 회전 속도계 내부에서 회전속도를 감지하는 원리를 나타낸 내부 단면도이다. 도 3b와 같이, 회전 속도계(100)에는 타켓(110)과 감지센서(120)가 내장되어 있다. 타켓(110) 외면의 형태는 일정한 간격으로 사각 돌기(111)가 형성되어 있고, 타켓(110) 내면의 형태는 중공 형태이면서 사각 홈(112)이 형성되어 있다. 타켓(110) 내면의 사각 홈(112)은 루퍼 롤(20)의 회전축에 연결시키기 위한 것이다.

타켓(110)은 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤(20)의 회전축에 연결되어 루퍼 롤(20)의 회전과 함께 회전한다. 루퍼 롤(20) 회전축의 회전에 따라 타켓(110)이 회전하여 타켓(110)의 사각 돌기(111)가 감지센서(120)와 최단거리로 근접하게 되면, 감지센서(120)는 이를 비접촉식으로 감지하여 펄스를 발생시킨다. 같은 시간 동안 타켓(110)이 빠르게 회전하면 감지센서(120)가 감지한 사각 돌기(111)의 근접회수가 그만큼 많아지게 되므로, 발생하는 펄스의 개수가 많아지게 된다. 감지센서(120)는 고주파의 미세한 전기신호를 방출하여 금속을 감지하는데, 금속이 근접하면 감지센서(120)로 인하여 금속 자체에서 와전류가 형성되어 전기신호의 손실이 생기게 된다.

도 4는 본 발명의 강판 속도 측정 시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 설정하는 방법의 흐름도이다. 도 4를 도 3a 및 도 3b와 함께 살펴보면, 작업 롤(20)의 속도를 설정하는 방법은 도 3에서 측정한 강판 속도 측정 시스템을 이용한 것인데, 그 과정은 다음과 같다.

먼저, 회전 속도계(100)가 상기 강판이 통과하는 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤(20)에 부착된 상태에서 상기 루퍼 롤(20)의 회전에 따라(S100) 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시킨다(S200). 회전 속도계(100)의 내부에는 타켓(110)과 감지센서(120)가 내장되어 있는데, 이 과정을 상세히 살펴보면, 타켓(110)이 상기 루퍼 롤(20)의 회전과 함께 회전하고, 상기 타켓(110)의 회전시 상기 타켓(110)의 사각 돌기(111)가 최단거리로 근접하게 되면 감지센서(120)가 상기 사각 돌기(111)를 비접촉식으로 감지하여 각각의 펄스신호를 발생시킨다.

이후에, 펄스 미터(200)가 상기 회전 속도계(100)로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤(20)의 회전 각속도를 측정한다(S300). 펄스 미터(200)는 상기 회전 속도계(100)로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤(20)의 회전 각속도를 측정한다.

이후에, 수학식 1과 같이 상기 측정된 루퍼 롤(20)의 회전 각속도에 상기 루퍼 롤(20) 반경의 평균값을 곱하여 상기 압연기 출측의 강판의 속도를 구한다 (S400).

단,

: 압연기 출측의 강판의 속도

: 루퍼 롤 반경의 평균값

: 루퍼 롤 회전 각속도

단,

: 루퍼 롤 반경의 평균값

: 폭 방향 중심부의 루퍼 롤 반경 측정값

: 드라이브측 에지부 루퍼 롤 반경 측정값

: 작업 롤측 에지부 루퍼 롤 반경 측정값

이후에, 수학식 3을 이용하여 선진율의 실적값을 구한다(S500).

단,

: 선진율

: 강판 속도 측정값

: 측정된 i번째 스탠드의 작업 롤의 접선 속도

스탠드 간의 압연유량 보존조건을 만족하기 위해서는, 수학식 4를 만족시키도록 강판의 속도를 제어하여야 한다. 수학식 4 내지 수학식 8에서 i는 스탠드 번호를 나타내고, f는 마지막 스탠드 번호를 나타낸다.

단,

: 강판의 폭

: i번째 스탠드의 강판의 출측 두께

: i번째 스탠드의 강판의 출측 속도

통상적으로, 마무리 압연에서는 강판의 폭 변동은 거의 무시할 수 있기 때문에 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.

결국, 각 스탠드별로 강판의 속도를 조절하면 압연유량 보존조건을 만족시킬 수 있는데, 강판의 속도는 직접 제어할 수 있는 변수가 아니다. 그래서, 수학식 6과 같은 선진율을 도입하여 직접 제어할 수 있는 작업 롤(20)의 속도로 나타낸다.

단,

: 선진율

: 작업 롤의 접선속도

이후에, 수학식 7을 이용하여 선진율 수식 모델을 도출한다(S600). 이때, 선진율은 강판의 화학성분에 따른 작업롤과 강판의 마찰특성 영향인자(

)와 작업 롤의 종류에 따른 작업 롤과 강판의 마찰특성 영향인자(

)에 관한 함수로 나타낼 수 있다.

단,

: 선진율

: 기본 선진율 함수

: 강판의 화학성분에 따른 작업롤과 강판의 마찰특성 영향인자

: 작업 롤의 종류에 따른 작업 롤과 강판의 마찰특성 영향인자

이후에, 수학식 8을 이용하여 상기 강판을 이동시키는 작업 롤(20)의 접선속 도를 구한다(S700).

단,

: 설정할 i번째 스탠드의 작업 롤의 접선 속도

: i번째 스탠드의 출측 강판 두께

: i번째 스탠드의 선진율 예측값

: i번째 스탠드의 루퍼 각도로 도출하는 선진율 학습값

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 종래의 마무리 압연공정의 개념도이다.

도 2a는 도 1의 마무리 압연공정에서 스트립 루퍼가 발생한 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2b는 도 1의 마무리 압연공정에서 과장력이 발생한 상태를 나타낸 사시도이다.

도 3a은 본 발명의 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정 시스템의 구성도이다.

도 3b는 본 발명의 회전 속도계 내부에서 회전속도를 감지하는 원리를 나타낸 내부 단면도이다.

도 4는 본 발명의 강판 속도 측정 시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 설정하는 방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 루퍼 롤 100 : 회전 속도계

110 : 타켓 111 : 사각 돌기

112 : 사각 홈 120 : 감지센서

200 : 펄스 미터

Claims

다수의 압연기 사이에 설치된 다수의 루퍼 롤에 접하여 상기 압연기를 통과하는 강판의 속도를 측정하는 시스템에 있어서,

상기 강판이 통과하는 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤에 부착되어 상기 루퍼 롤의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시키는 회전 속도계; 및

상기 회전 속도계로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤의 회전 각속도를 측정하는 펄스 미터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정시스템.
제1항에 있어서,

상기 회전 속도계는,

상기 압연기 사이에 구비된 루퍼 롤의 회전축에 연결되어 상기 루퍼 롤의 회전과 함께 회전하는 타켓; 및

상기 타켓의 회전시 상기 타켓의 사각 돌기가 최단거리로 근접하게 되면 상기 사각 돌기를 비접촉식으로 감지하여 펄스신호를 발생시키는 감지센서;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정시스템.
제2항에 있어서,

상기 펄스 미터는 상기 압연기의 스탠드 위에 설치되어 상기 감지센서가 발생시키는 두 가지 펄스신호를 검출하고, 상기 두 가지 펄스신호가 발생할 때의 전압의 차가 시간당 변화하는 회수를 카운트하여 상기 루퍼의 회전 각속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 회전 속도계를 이용한 강판 속도 측정시스템.
강판의 속도를 측정하는 시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 구하는 방법에 있어서,

회전 속도계가 상기 루퍼 롤의 회전에 따라 회전속도를 감지하여 펄스신호를 발생시키는 제1단계;

펄스 미터가 상기 회전 속도계로부터 펄스신호를 수신하여 상기 루퍼 롤의 회전 각속도를 측정하는 제2단계;

상기 측정된 루퍼의 회전 각속도에 상기 루퍼 롤 반경의 평균값을 곱하여 상기 압연기 출측의 강판의 속도를 구하는 제3단계;

(단,
: 선진율,
: 강판 속도,
: 측정된 작업 롤의 접선 속도)을 이용하여 선진율의 실적값을 구하는 제4단계;

(단,
: 선진율,
: 기본 선진율 함수,
: 강판의 화학성분에 따른 작업롤과 강판의 마찰특성 영향인자,
: 작업 롤의 종류에 따른 작업 롤과 강판의 마찰특성 영향인자)를 이용하여 상기 선진율의 수식 모델을 도출하는 제5단계; 및

(단,
: 설정할 i번째 스탠드의 작업 롤의 접선 속도,
: i번째 스탠드의 출측 강판 두께,
: i번째 스탠드의 선진율,
: i번째 스탠드의 루퍼 각도로 도출하는 선진율 학습값)를 이용하여 상기 강판을 이동시키는 작업 롤의 접선속도를 구하는 제6단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 속도 측정시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 구하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 제1단계는,

타켓이 상기 루퍼 롤의 회전과 함께 회전하는 단계; 및

상기 타켓의 회전시 상기 타켓의 사각 돌기가 최단거리로 근접하게 되면, 감지센서가 상기 사각 돌기를 비접촉식으로 감지하여 각각의 펄스신호를 발생시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 속도 측정시스템을 이용하여 작업 롤 의 속도를 구하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 제4단계의 선진율의 실적값은
(단,
: 선진율,
: 기본 선진율 함수,
: 강판의 화학성분에 따른 작업롤과 강판의 마찰특성 영향인자,
: 작업 롤의 종류에 따른 작업 롤과 강판의 마찰특성 영향인자)로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 강판 속도 측정시스템을 이용하여 작업 롤의 속도를 구하는 방법.