KR20130065986A - 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템 - Google Patents

정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조질 압연 시스템에 관한 것으로, 특히 핀치 롤(pinch roll) 상부 또는 하부에 페이 오프 릴 모터의 각속도 또는 핀치 롤의 선속도의 비율로써 페이 오프 릴의 반지름을 측정하는 측정수단을 구비하여 조질 압연시 페이 오프 릴에서 풀려나가는 열연코일의 두께와 핀치 롤을 통과한 측정값과 비교 보상하여 열연코일의 장력을 정확하게 조절하도록 함으로써, 작업 표준 설정 및 제품의 품질 향상을 이루도록 하는 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템에 관한 것이다. 구성은 페이 오프 릴과, 장력 릴, 핀치 롤, 스트레이트너 롤, 제어부를 포함하는 조질 압연기로서, 상기 핀치 롤 상부 또는 하부에 페이 오프 릴 모터의 각속도 또는 핀치 롤의 선속도의 비율로써 페이 오프 릴의 반지름을 측정하는 측정수단을 형성하여 상기 페이 오프 릴의 1회전마다 열연코일의 두께와 핀치 롤에서 풀려나간 라인 스피드를 측정하여 제어부를 통해 열연코일의 장력을 증감시키도록 장력 릴을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템{The skin pass mill system has precise tension control}
본 발명은 조질 압연 시스템에 관한 것으로, 특히 핀치 롤(pinch roll) 상부 또는 하부에 페이 오프 릴 모터의 각속도 또는 핀치 롤의 선속도의 비율로써 페이 오프 릴의 반지름을 측정하는 측정수단을 구비하여 조질 압연시 페이 오프 릴에서 풀려나가는 열연코일의 두께와 핀치 롤을 통과한 측정값과 비교 보상하여 열연코일의 장력을 정확하게 조절하도록 함으로써, 작업 표준 설정 및 제품의 품질 향상을 이루도록 하는 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 조질 압연 시스템의 조질 압연기(SKIN PASS MILL)라 함은 압연 라인에서 생산된 코일에 경압하를 부여하여 형상을 교정하는 것이다. 조질(REFINING)이란 강의 결정입자를 미세하게 만들어 강의 질을 조정하여 강인성을 실질적으로 향상시키는 조작을 말한다.
한편, 조질 압연기는 열연코일을 풀어주는 역할을 담당하는 페이 오프 릴(pay-off reel)에 장입 되는 열연코일의 두께(thickness) 편차가 발생하기 때문에 장력제어가 불안정하게 되어 제품 품질이 불균일하게 되는 등의 주원인이 된다.
이에 따라 열연코일의 두께 편차에 따라 발생하는 장력 제어를 용이하게 할 수 있는 조질 압연 시스템이 요구되었고, 이에 부합하여 다양한 구성의 조질 압연시스템이 제시되고 있다.
그러나, 종래의 조질 압연 시스템은 사상압연기를 통과한 열연코일이 페이 오프 릴에 장착되면, 열연코일의 사이즈 및 기본 데이터에 따라 장력 및 조질 압연기의 압연량이 설정되고, 열연코일의 상부가 텐션 릴에 그립 되어 장력이 부여된다. 이후, 텐션 릴이 회전하고 이 과정에서 조질 압연기가 열연코일을 조질 압연하여 형상을 교정하게 되나, 이는 페이 오프 릴 모터의 회전수를 이용하여 릴의 1회전 마다 초기 지름(diameter)에서 열연코일 두께의 2배수만큼을 차감하여 지름을 측정하게 되므로, 초기 페이 오프 릴에 장입되는 열연코일의 두께 편차 발생시 누적에 의한 편차 오류가 증대하여 장력제어가 불안정하게 되는 문제점이 있다.
또, 장입되는 열연 코일의 권취 상태가 불량일 경우(열연 공장에서 열연코일 권취시 판 사이의 간격 발생) 계산식에 의한 계산 값과 실제 값의 편차로 지름편차가 발생하여 열연코일을 요구하는 장력으로 권취하지 못해 실수율이 저하되고 제품 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 핀치 롤(pinch roll)의 상부 또는 하부에 페이 오프 릴 모터의 각속도와 핀치 롤의 선속도의 비율로 열연코일의 장력을 감지하는 측정수단을 구비하여 페이 오프 릴에서 풀려나가는 열연코일의 변화 값과 핀치 롤을 통과하는 열연코일의 값을 미리 설정된 프로그램에 의해 계산하여 그 차이에 따라 장력이 정밀하게 조절되도록 함으로써, 생산성을 향상시키고 제품의 품질의 안정화를 이루도록 한 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 페이 오프 릴과, 장력 릴, 핀치 롤, 스트레이트너 롤, 제어부, 장력 감지부 등을 포함하는 조질 압연기로서, 상기 핀치 롤 상부 또는 하부에 페이 오프 릴 모터의 각속도 또는 핀치 롤의 선속도의 비율로써 페이 오프 릴의 반지름을 측정하는 측정수단을 형성하여 상기 페이 오프 릴의 1회전마다 열연코일의 두께와 핀치 롤에서 풀려나간 라인 스피드를 측정하여 열연코일의 장력을 증감시켜 장력조절을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정수단은 로터리 인코더(rotary encoder) 또는 로터리 인코더를 형성한 측정 롤 중, 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 측정 롤은 열연코일의 슬립에 의한 오차 발생을 방지하기 위하여 열연코일 표면을 일정 압력으로 누르면서 실제 라인 스피드를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 조질 압연 공정에서 페이 오프 릴 모터의 각속도와 핀치 롤의 선속도의 비율로써 페이 오프 릴의 반지름을 측정하여 페이 오프 릴의 1회전 마다 풀려나가는 열연코일의 두께만큼 빼주는 값과 핀치 롤의 라인 스피드에 의해 통과한 열연코일의 측정값을 비교하고 그 결과에 따라 열연코일의 장력을 정밀하게 조절함으로써, 생산성을 향상시키고 제품의 품질 불량을 미연에 방지하는 효과가 있다.
또, 종래의 단순 프로그램 계산에 의한 풀리 직경 계산 방법과 실제 열연코일 이동 속도를 상호 비교 보상 방식으로 개선함으로써, 조질 압연기의 입, 출 측 장력(tension) 제어 정밀도를 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 인코더를 핀치 롤에 설치한 조질 압연 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로터리 인코더를 형성한 측정 롤을 핀치 롤에 설치한 조질 압연 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 1 내지, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 페이 오프 릴(110)과 측정 수단(120) 및 제어부(160)로 대별되어 이루어진다.
상기 페이 오프 릴(110)은 사상 압연기(미도시)를 거친 열연코일(S)을 권취한 후, 조질 압연 공정에서 열연코일(S)을 풀어주는 역할을 하는 모터(미도시)로 이루어진다.
상기 페이 오프 릴(110)과 조질 압연기(150) 사이에 위치하는 열연코일(S)의 장력을 입측 장력이라 한다.
그리고, 상기 조질 압연기(150)와 장력 릴(170) 사이의 열연코일(S)의 장력을 출측 장력이라 한다.
상기 페이 오프 릴(110)에서 장력 릴(170) 사이에서 발생하는 장력을 제어하도록 조질 압연기(150)에서 정상 압연 작업시에 입,출 측의 열연코일(S)에 미리 셋팅되는 장력 값을 일정하게 유지하기 위해 상기 측정 수단(120)으로 측정하여 제어토록 하는 것이다.
상기 측정수단(120)은 조질 압연기(150)의 전,후에 설치되는 핀치 롤(130)의 상부 또는 하부에 설치되는 로터리 인코더(rotary encoder : 회전각도를 측정하는 센서로서, 전기모터나 엔진의 회전각도 또는 회전속도를 측정할 때 사용되는 대표적인 센서이다. 인크리멘털식 로터리 인코더는 축이 일정량의 각도를 회전할 때마다 펄스를 발생한다. 즉, 펄스 수를 셈으로써 축의 각도를 검출할 수 있는 것이다. 앱솔루트식 로터리 인코더는 몇 가닥의 신호선에 의하여 축의 절대위치를 검출할 수 있다.) (121) 또는 로터리 인코더를 형성한 측정 롤(122)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 측정 수단(120)이 로터리 인코더(121)만으로 형성될 경우, 조질 압연기(140)의 정상적인 운전 중에는 페이 오프 릴(110)에서 열연코일(S)을 풀어주는 속도와 핀치 롤(130)에서 실제 열연코일(S)이 풀려나가는 속도는 같고(즉, V1=V2) 핀치 롤(130)의 직경은 변화가 없으므로 다음과 같은 식이 성립되며 페이 오프 릴(110)의 반지름을 구할 수 있다.
r1×ω1(V1)=r2×ω2(V2)
반지름 r1=(r2×ω2)/ω1
V2 : ω1
여기서, 상기 V1, V2는 선속도 이고, r1 은 페이 오프 릴(110)의 반지름이며, r2는 핀치 롤(130)의 반지름이다. 그리고, ω1은 페이 오프 릴(110)의 각속도이고, ω2는 핀치 롤(130)의 각속도이다.
즉, 상기 페이 오프 릴(110)의 반지름 r1은 페이 오프 릴 모터의 각속도 ω1과 핀치 롤(130)의 선속도 ω1의 비율로써 측정 가능하게 된다. 이때, 상기 페이 오프 릴(110)의 반지름은 열연코일(S)의 풀림, 감김에 의해 가변이고, 핀치 롤(130)의 반지름은 직경의 변화가 없으므로 고정이다.
이에 따라, 상기 페이 오프 릴(110)의 1회전 마다 풀려나가는 열연코일(S)의 두께 값과 핀치 롤(130)의 선속도(변위를 시간으로 나눈 값. 속도를 회전 속도(回轉速度)와 구별하여 이른다.)에 따라 통과한 열연코일(S)의 값을 계산하여 그 차이(결과)에 따라 미리 설정된 프로그램에 의해 열연코일(S)의 장력을 정밀하게 조절하도록 제어된다.
상기 측정 수단(120)이 로터리 인코더(121)를 형성한 측정 롤(122)로 형성될 경우, 상기 페이 오프 릴(110)의 반지름 측정 및 핀치 롤(130)의 라인 스피드에 의해 통과한 열연코일(S)의 값을 계산하는 것은 상기 식과 동일하나, 상기 핀치 롤(130)을 측정 롤 역할을 하도록 구성하여 열연코일(S) 표면을 일정한 압력으로 눌러 주면서 실제 라인 스피드(line speed)를 측정함으로써, 롤 슬립에 의한 오차 발생을 방지하여 더욱더 정확한 라인 스피드를 측정하여 열연코일(S)의 정확한 풀림 값을 계산하여 그 차이(결과)에 따라 제어부(160)를 동작시켜 미리 설정된 프로그램에 의해 열연코일(S)의 장력을 정밀하게 조절하도록 장력 릴(170)을 제어하게 된다.
여기서, 상기 로터리 인코더(121) 또는 로터리 인코더(121)를 형성한 측정 롤(122)은 필요에 따라 선택적으로 설치될 수 있다.
예컨대, 상기 페이 오프 릴(110)과 pass line 과의 각도 및 핀치 롤 슬립 발생 여부 등과 같은 현장 조건을 고려하여 선택적으로 설치될 수 있다.
상기와 같은 프로그램 계산 방식을 일 실시 예로써 설명하면 다음과 같다.
DCNT[㎜]=DCNT(n-1[㎜]
(±)(2×MRPM×Hs[㎜])
+ΔHcorr[㎜]+ΔDCORR[㎜]
이는 종래 페이 오프 릴의 1 회전마다 열연코일 두께만큼 빼주는 방법에다 실제 핀치 롤에서 측정한 값과 비교하여 보상해주는 방식으로 지름 산출(Diameter alculation) 정확도를 높임으로써 결국 장력 조절(tension control)에 있어 정밀성을 높이게 되는 것이다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면 지름 변화 계산
ΔDCOIL 이것은 페이 오프 릴(110)의 1회전마다 지름이 변하는 값으로 다음과 같다.
ΔDCOIL [㎜]=DCOIL [㎜] - DCOIL(n-1)[㎜]
지름 계산식의 비교
이것은 단순 계산식에 의해 구해진 값(MVΔDCOIL)과 실제 핀치 롤(130)에서 속도에 의해 구해진 값을 비교하여 편차를 확인하는 식으로 다음과 같다.
Figure pat00001
만약, 계산에 의한 값과 실제 측정한 값의 편차가 미리 셋팅(setting)한 값을 초과(over)할 경우, ΔHcorr, ΔDCORR의 보정계수 값을 적용하게 된다.
여기서, DCNT[㎜] 는 계산된 지름(Diameter),
MRPM은 코일변화/측정기간의 조사(count of coiler revolution/ measurement period),
Hs[㎜]는 코일두께(coil thickness),
Hcorr[㎜]는 코일두께(coil thickness) 보정계수(편차 발생시),
ΔDCORR[㎜]는 지름(Diameter) 보정계수(편차발생시)이다.
상기 제어부(160)는 측정수단(120)에 의해 측정된 페이 오프 릴(110)의 1회전 마다 풀려나가는 열연코일(S)의 두께 값과 핀치 롤(130)의 선속도(변위를 시간으로 나눈 값. 속도를 회전 속도(回轉速度)와 구별하여 이른다.)에 따라 통과한 열연코일(S)의 값을 계산하여 그 차이(결과)에 따라 미리 설정된 프로그램에 의해 열연코일(S)의 장력을 정밀하게 조절하도록 상기 장력 릴(170)을 제어하는 역할을 한다.
즉, 측정값이 기준 범위 미만인 지를 확인하여 측정값이 기준 범위 미만이면, 장력 릴(30)을 열연코일(S)의 장력이 증가하도록 제어하고, 측정값이 기준 범위를 초과하면, 열연코일(S)의 장력이 감소하도록 장력 릴(170)을 제어한다.
반면에, 측정값이 기준 범위 미만이거나 초과하지 않으면, 측정값이 기준 범위 이내이므로, 장력 릴(170)의 동작을 현재 상태로 유지한다. 이에 따라 열연 코일(S)의 장력은 현재 상태를 유지한다.
여기서, 상기 장력 릴(170)은 열연코일(S)을 지지하면서 상하로 이동하여 열연코일(S)의 장력을 증감시킨다.
예컨대, 상기 장력 릴(170)의 중심축(171)의 양단으로는 실린더(172)가 설치되고, 상기 실린더(172)의 인출동작에 의해 상하로 이동하게 된다.
따라서, 상기 장력 릴(170)은 유압실린더(172)의 동작에 의해 중심축(171)이 이동하고, 중심축(171)이 이동함에 따라 열연코일(S)의 장력을 조절할 수 있게 된다.
참고로, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 구성의 실린더(172)에 한정되는 것은 아니며, 열연코일(S)의 장력을 조절할 수 있는 다양한 구성의 장력 릴(170)을 모두 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 측정 수단이 설치된 조질 압연 시스템(100)은 사상압연기(미도시)를 거친 열연코일(S)이 페이 오프 릴(110)에 장착되면, 조질 압연기(150)가 해당 열연코일(S)의 사이즈 및 기본 데이터에 따라 미리 설정된 조질 압연기(150)의 압연 량에 따라 열연코일(S)을 조질 압연하도록 준비된다.
이 후, 상기 페이 오프 릴(110)을 회전시켜 열연코일(S)을 풀게 되면 핀치 롤(130)(PINCH ROLL)에 의해 열연코일(S)이 조질 압연기(150)로 가이드 되면서 이동되어 열연코일(S)의 한쪽 끝 부분이 장력 릴(170)에 그립(GRIP) 된다.
이와 같이, 열연코일(S)의 한쪽 끝 부분이 장력 릴(170)(TENSION REEL)에 그립 된 후 장력 릴(170)이 회전하면 열연코일(S)에 팽팽한 장력이 작용한다.
이와 동시에, 스트레이트너 롤(140)(STRAIGHTNER ROLL)은 열연코일(S)의 불량 부위를 교정하고, 조질 압연기(150)는 열연코일(S)을 미리 설정된 압연 량에 따라 경압하 하여 형상을 교정하여 장력 릴(170)에 권취 되도록 한다.
이때, 상기 핀치 롤(130) 주변에 설치된 측정 수단(120)은 페이 오프 릴(110)의 1회전 마다 풀려나가는 열연코일(S)의 두께 값과 핀치 롤(130)의 선속도에 따라 통과한 열연코일(S)의 값을 계산하여 그 차이(결과)에 따라 제어부(160)를 통해 열연코일(S)의 장력을 정밀하게 조절하도록 상기 장력 릴(170)을 제어하게 한다.
한편, 상기한 과정에서 제어부(160)는 조질 압연 공정이 완료되는 지를 확인하고, 조질 압연 공정이 완료될 때까지 상기한 과정을 반복한다.
따라서, 본 발명에 따른 조질 압연 시스템(100)은 페이 오프 릴(110)에서 풀려나가는 열연코일(S)의 두께 값과 핀치 롤(130)의 선속도에 따라 통과한 열연코일(S)의 값을 비교계산하여 보상함으로써, 조질 압연 시스템(100)의 입,출 측 장력제어의 정밀도를 향상시키고, 이를 통해 작업 표준 설정 및 제품의 품질향상을 이루는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 조질 압연 시스템 110 : 페이 오프 릴(Pay-off reel)
120 : 측정수단 121 : 로터리 인코더
122 : 측정 롤 130 : 핀치 롤(pinch roll)
140 : 스트레이트너 롤 150 : 조질 압연기
160 : 제어부 170 : 장력 릴
171 : 중심축 172 : 실린더

Claims (3)

  1. 페이 오프 릴과, 장력 릴, 핀치 롤, 스트레이트너 롤, 제어부를 포함하는 조질 압연 시스템으로서,
    상기 핀치 롤 상부 또는 하부에 페이 오프 릴 모터의 각속도 또는 핀치 롤의 선속도의 비율로써 페이 오프 릴의 반지름을 측정하는 측정수단을 형성하여 상기 페이 오프 릴의 1회전마다 열연코일의 두께와 핀치 롤에서 풀려나간 라인 스피드를 측정하여 제어부를 통해 열연코일의 장력을 증감시키도록 장력 릴을 제어하는 것을 특징으로 하는 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 측정수단은 로터리 인코더(rotary encoder) 또는 로터리 인코더를 형성한 측정 롤 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 측정 롤은 열연코일의 슬립에 의한 오차 발생을 방지하기 위하여 열연코일 표면을 일정 압력으로 누르면서 실제 라인 스피드를 측정하는 것을 특징으로 하는 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템.
KR1020110132623A 2011-12-12 2011-12-12 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템 KR101376513B1 (ko)

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