KR20130074097A - 스트립의 결함 검출 장치 및 방법 - Google Patents

스트립의 결함 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 실시간으로 검출할 수 있는 스트립의 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일 실시형태에 따른 스트립의 결함 검출 방법은 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 검출하는 방법으로서, 상기 스트립이 통과되는 핀치롤에 압하력을 제공하는 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계와; 모니터링되는 실린더의 압력이 설정값에서 변경되는지 여부를 판단하여 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

스트립의 결함 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING DEFECTS ON ROLLED STRIP}
본 발명은 스트립의 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 실시간으로 검출할 수 있는 스트립의 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
일관 제철소는 제선 -> 제강 -> 연속주조 -> 열간압연과 같은 일련의 공정을 통해 원료인 철광석으로부터 다양한 종류의 철강재를 생산하고 있다.
각 공정을 간략하게 설명하면, 제선은 고로의 상부를 통해 괴 형태의 철광석 및 코크스를 장입한 후 아래로부터 열풍을 불어 넣어 상호 환원시킴으로써 쇳물인 용선을 얻는 공정이고, 제강은 용선을 전로, 2차 정련 등의 여러 단계의 성분 조정을 통해 불순물을 제거함으로써 용강을 얻는 공정이다.
연속주조는 통상 만곡 형태로 된 연속주조기를 통해 액체 상태인 용강을 연속적으로 냉각 응고시켜 다양한 두께와 폭을 갖는 슬래브와 같은 중간소재를 얻는 공정이며, 압연은 중간소재를 조압연 및 마무리 압연을 통해 고객이 원하는 두께와 폭으로 최종 압연하는 공정이다.
특히 압연은 열간 압연 공정과 냉간 압연 공정으로 구분되는데, 열간 압연 공정은 가열로 공정에서 적정 온도로 가열된 슬라브를 조압연 공정에서 일정 두께의 바 상태로 압연한 후에 최종 사상압연기로 보내고, 이를 마무리 압연 공정에서 고객이 주문한 두께로 최종 압연하는 공정을 말한다.
일반적인 열간 압연 공정에 대해서는 "연연속 열간 압연 시스템 및 방법(등록특허 10-1067758)"에서 구체적으로 공지되어 있다.
도 1은 일반적인 열간 압연 공정을 보여주는 도면이고, 도 2는 사이드 가이드에서 스트립의 엣지부 결함이 발생하는 것을 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 열간 압연 공정은 연속 주조 공정에서 생산된 주편(slab)를 가열로(10)에서 재가열시키고, 이어서 조압연롤(20)과 사상압연롤(30)을 순차적으로 통과시키면서 원하는 두께로 압연시킨 다음 냉각대(40)를 통과시키면서 냉각시키고, 이어서 냉각된 스트립(S)을 권취릴(60)에 권취시켜 열연코일(C)을 생산하는 일련의 공정이다.
특히, 냉각대(40)와 권취릴(60) 사이에는 스트립(S)이 통과되는 핀치롤(50)이 구비되어 스트립(S)의 권취 중 사상압연롤(40)에서 권취릴(60)까지 스트립(S)에 장력이 형성된 상태에서 작업이 이루어진다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 사상압연롤(40)을 통과하여 핀치롤(50)로 이송되는 이동영역에는 스트립(S)의 이동을 가이드하는 설비인 사이드 가이드(70)가 구비된다.
한편, 스트립(S)의 권취 작업 중 스트립(S)의 직진성이 불량해지는 순간이 있는데, 이러한 스트립(S)의 직진성 불량이 과도하게 발생될 때 이를, 판쏠림이라고 부른다. 이러한 판쏠림 현상이 발생되면, 스트립(S)이 사이드 가이드(70)에 접촉되어 마찰이 발생되는데 "A"와 같이 마찰이 심하게 발생하거나 충돌이 발생되는 경우에는 스트립(S)의 마찰부위 및 충돌부위가 찢어지게 된다. 이를 스트립(S) 엣지부의 "접귀" 또는 "째귀"라고 부른다. 통상 이러한 엣지부의 결함 발생과정은 스트립(S)의 속도가 600 m/min ~ 1000 m/min인 고속 작업중에 발생되는데, 스트립(S)의 고속 이동에 따라 권취 작업자가 결함 발생 여부를 알아낼 수 없다는 문제가 있었다.
이러한 스트립 엣지부의 접귀 및 째귀 결함은 소재의 실수율 하락 및 후공정(냉연공정)의 판파단으로 인한 문제를 야기하는 고질적인 원인으로 작용하였다.
등록특허 10-1067758 (2011. 09. 20)
본 발명은 스트립이 권취릴에 권취되는 동안에 실시간으로 스트립에 발생된 엣지부 결함을 검출할 수 있는 스트립의 결함 검출 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 스트립의 결함 검출 장치는 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 검출하는 장치로서, 사상압연롤과 권취릴 사이에 구비되어 상기 권취릴에 권취되는 스트립이 통과되면서 스트립에 장력을 부여하는 핀치롤과; 상기 핀치롤에 압하력을 제공하는 실린더와; 상기 실린더에 발생하는 압력을 계측하는 압력 계측부와; 상기 압력 계측부에서 계측되는 압력을 판단하여 스트립의 결함 여부를 판단하는 판독부를 포함한다.
상기 실린더는 내부가 헤드 영역과 로드 영역으로 구분되는 실린더 본체와, 상기 헤드 영역과 로드 영역을 구획하는 헤드부가 형성되면서 상기 로드 영역의 일부를 관통하여 외부로 연장되어 상기 핀치롤에 압하력을 제공하는 피스톤 로드를 포함하고, 상기 압력 계측부는 상기 헤드 영역의 압력을 계측하는 제 1 압력센서와, 상기 로드 영역의 압력을 계측하는 제 2 압력센서를 포함한다.
상기 판독부는 상기 제 1 압력센서 및 제 2 압력센서 중 적어도 어느 하나에서 계측되는 압력의 변화를 감지하여 스트립의 결함으로 판독하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 스트립의 결함 검출 방법은 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 검출하는 방법으로서, 상기 스트립이 통과되는 핀치롤에 압하력을 제공하는 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계와; 모니터링되는 실린더의 압력이 설정값에서 변경되는지 여부를 판단하여 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
상기 실린더는 내부에 헤드 영역과 로드 영역으로 구분되는 피스톤실이 형성되는 실린더 본체와, 상기 헤드 영역과 로드 영역을 구획하는 헤드부가 형성되면서 상기 로드 영역의 일부를 관통하여 외부로 연장되어 상기 핀치롤에 압하력을 제공하는 피스톤 로드를 포함하고, 상기 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계는 상기 헤드 영역과 로드 영역의 압력을 각각 개별적으로 계측하는 것을 특징으로 한다.
상기 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계는, 상기 실린더 본체의 헤드 영역 및 로드 영역 압력을 압력 센서로 계측하는 과정과; 상기 압력 센서에서 계측된 압력 신호를 전기 신호로 변환하는 과정과; 상기 전기 신호를 0 ~ 2000 범위의 수치로 환산하는 과정을 포함한다.
상기 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계에서, 상기 실린더 본체의 로드 영역에서 계측되는 압력이 순간적으로 설정값 미만으로 하락하면 스트립에 결함이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계에서, 상기 실린더 본체의 헤드 영역에서 계측되는 압력이 설정값을 초과하여 상승하면 스트립에 결함이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 스트립이 권취릴에 권취되는 동안에 스트립에 장력을 제공하는 핀치롤의 압하력 변화를 감지하여 스트립의 엣지부 결함을 실시간으로 검출할 수 있기 때문에 결함이 발생된 스트립을 선별할 수 있어 생산된 열연코일을 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 후속공정인 냉연공정에서 스트립의 엣지부 결함에 의한 판파단과 같은 조업 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 열간 압연 공정을 보여주는 도면이고,
도 2는 사이드 가이드에서 스트립의 엣지부 결함이 발생하는 것을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스트립의 결함 검출 장치를 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스트립의 결함 검출 방법에 따라 스트립의 엣지부 결함을 검출한 결과를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스트립의 결함 검출 장치를 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스트립의 결함 검출 장치는 일반적인 열간압연 설비에 핀치롤(50)의 압하력을 실시간으로 계측하는 압력 계측부(200)와, 상기 압력 계측부(200)에서 계측되는 압력을 판단하여 스트립(S)의 결함 여부를 판단하는 판독부(300)를 더 포함하여 이루어진다.
일반적인 열간압연 설비에 대해서는 앞서 설명되었는바 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
한편, 열간압연 설비의 사상압연롤(40)과 권취릴(60) 사이에는 상기 권취릴(60)에 권취되는 스트립(S)이 통과되면서 스트립(S)에 장력을 부여하는 핀치롤(50)이 구비된다.
이때 상기 핀치롤(50)에는 스트립(S)에 장력을 부여하기 위하여 압하력을 제공하는 실린더(100)가 구비된다.
상기 실린더(100)는 일반적인 유압을 이용한 유압실린더가 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 설명을 위하여 실린더(100)에 대하여 부연하자면, 상기 실린더(100)는 내부가 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)으로 구분되는 실린더 본체(110)와, 상기 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)을 구획하는 헤드부가 형성되면서 상기 로드 영역(112)의 일부를 관통하여 외부로 연장되어 상기 핀치롤(50)에 압하력을 제공하는 피스톤 로드(120)를 포함한다.
그래서 상기 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)에 제공되는 유체의 압력을 제어함에 따라 상기 피스톤 로드(120)의 헤드부가 헤드 영역(111) 방향으로 이동하거나 로드 영역(112)으로 이동됨에 따라 상기 피스톤 로드(120)의 단부에 연결된 핀치롤(50)에 압하력을 제공하는 것이다. 그래서 핀치롤(50)에 일정한 압하력을 제공하는 과정, 즉 피스톤 로드(120)가 핀치롤(50)에 압하력을 제공하면서 일정한 위치에서 움직이지 않고 멈춰있는 동안에 상기 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)에 작용하는 압력은 동일하게 유지될 것이다.
한편, 상기 압력 계측부(200)는 상기 헤드 영역(111)의 압력을 계측하는 제 1 압력센서(210)와, 상기 로드 영역(112)의 압력을 계측하는 제 2 압력센서(220)를 포함한다. 상기 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)는 압력을 전기 신호로 바꿔주는 PT센서(pressure tranducer sensor)가 사용된다. 그래서 상기 실린더 본체(110)의 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)의 압력을 실시간으로 각각 계측한다. 물론 상기 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)는 제시된 PT센서로 한정되지 않고 상기 실린더 본체(110)의 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)의 압력을 실시간으로 계측할 수 있는 다양한 압력 센서가 적용될 수 있을 것이다.
그리고, 상기 판독부(300)는 상기 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)에서 계측되는 압력의 전기 신호값을 0 ~ 2000 범위의 수치로 환산한 후 환산된 수치를 판독하여 스트립(S)의 결함 여부를 판단한다.
이때 상기 판독부(300)는 상기 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220) 중 적어도 어느 하나에서 계측되는 압력의 변화를 감지하여 스트립(S)의 결함으로 판독한다.
예를 들어 핀치롤(50)이 정상 압하력으로 작동하는 경우에 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)의 압력을 설정값을 지정하고, 스트립(S)이 권취되는 도중에 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)에서 계측되어 환산되는 압력값이 설정값에서 변경되는 경우에 이를 스트립(S)의 결함으로 판단하는 것이다.
상기와 같이 구성되는 스트립의 결함 검출 장치를 이용하여 스트립의 결함을 검출하는 방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 엣지부 결함이 발생하지 않은 스트립(S)이 핀치롤(50)에 의해 정상적인 압하력을 제공받으면서 권취릴(60)에 권취되는 경우에 핀치롤(50)에 압하력을 제공하는 있는 실린더 본체(110)의 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)의 압력을 설정값으로 지정한다. 예를 들어 이때의 설정값은 510이다.
이렇게 설정값이 지정된 상태에서 스트립(S)의 권취는 진행되고, 권취가 진행되는 동안 핀치롤(50)에 압하력을 제공하는 실린더 본체(110)의 헤드 영역(111)과 로드 영역(112) 압력 변화는 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)를 이용하여 실시간으로 모니터링 하게 된다.
실린더(100)의 압력 변화를 모니터링하는 단계는 상기 실린더 본체(110)의 헤드 영역(111) 및 로드 영역(112) 압력을 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력 센서()로 계측하는 과정과; 상기 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)에서 계측된 압력 신호를 전기 신호로 변환하는 과정과; 상기 전기 신호를 0 ~ 2000 범위의 수치로 환산하는 과정을 포함한다.
만약, 만약 스트립(S)의 엣지부에 접귀 또는 째귀와 같은 결함이 발생된 경우에는 이러한 결함부위가 핀치롤(50)을 통과하게 되고, 이때 핀치롤(50)은 접귀 또는 째귀에 의해 덜컹거리면서 핀치롤(50)에 압하력을 제공하는 있는 실린더(100)의 피스톤 로드(120)가 상방향으로 움직이게 된다. 그러면 피스톤 로드(120)의 헤드부가 실린더 본체(110)의 내부에서 헤드 영역(111)을 가압하게 되고, 이에 따라 헤드 영역(111)의 압력은 상승되고 로드 영역(112)의 압력은 저하된다.
그러면, 헤드 영역(111)의 압력 변화를 계측하고 있는 제 1 압력센서(210)에서는 이러한 압력의 변화가 감지된다. 예를 들어 제 1 압력센서(210)에서 계측되는 압력은 510보다 높아질 것이다. 또한, 헤드 영역(111)의 압력 변화와 동시에 발생되는 로드 영역(112)의 압력 변화는 제 2 압력센서(220)에서 감지된다. 예를 들어 제 2 압력센서(220)에서 계측되는 압력은 510보다 낮아질 것이다. 이렇게 제 1 압력센서(210) 및 제 2 압력센서(220)에 계측되는 압력값이 변화되면 이를 판독부(300)에는 감지하여 스트립(S)의 결함으로 판독하는 것이다.
상기와 같이 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계는 제 2 압력센서(220)에 의해 계측되는 상기 로드 영역(112)의 압력이 순간적으로 설정값, 예를 들어 510 미만으로 하락하면 스트립(S)에 결함이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 압력센서(210)에 의해 계측되는 상기 헤드 영역(111)의 압력이 순간적으로 설정값, 예를 들어 510을 초과하여 상승하면 스트립(S)에 결함이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 스트립(S)의 결함 여부를 판단하는 단계는 제 1 압력센서(210)에서 계측되는 헤드 영역(111)의 압력이 순간적으로 설정값을 초과하는 경우 및 제 2 압력센서(220)에서 계측되는 로드 영역(112)의 압력이 순간적으로 설정값 미만으로 저하되는 경우 중 어느 하나의 상황이 발생되더라도 스트립(S)의 결함이 있는 것으로 판독하는 것이 바람직하다.
한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스트립의 결함 검출 방법에 따라 스트립의 엣지부 결함을 검출한 결과를 보여주는 그래프로서, 그래프의 상단에 위치된 2개의 라인은 결함의 발생 여부를 판독한 결과를 보여주는 라인이고, 중간에 위치된 2개의 라인은 헤드 영역(111)의 압력을 실시간으로 계측한 데이터를 보여주는 라인이며, 하단에 위치된 2개의 라인은 로드 영역(112)의 압력을 실시간으로 계측한 데이터를 보여주는 라인이다.
도 4에 표시된 바와 같이 초기에 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)의 압력이 변화된 것은 권취 작업 초기에 스트립(S)이 핀치롤(50)을 처음 통과하면서 핀치롤(50)이 덜컹거린 것을 나타내기 때문에 결함으로 판독하지 않는다.
하지만 작업 도중에 헤드 영역(111)과 로드 영역(112)의 압력이 비교적 일정하게 유지되다가 헤드 영역(111)의 압력이 순간적으로 상승되고, 로드 영역(112)의 압력이 순간적으로 저하된 구간이 발생되는데, 이때를 판독부(300)에서는 결함 발생 부위로 판독하여 상단 2개의 라인과 같이 표시하는 것이다.
이렇게 운전자 및 검사자는 육안 검사에 의지하지 않고 정확하게 스트립(S)의 권취 공정 중 실시간으로 스트립(S)의 결함을 검출할 수 있는 것이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
50: 핀치롤 100: 실린더
110: 실린더 본체 111: 헤드 영역
112: 로드 영역 120: 피스톤 로드
200: 압력 계측부 210: 제 1 압력센서
220: 제 2 압력센서 300: 판독부

Claims (8)

  1. 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 검출하는 장치로서,
    사상압연롤과 권취릴 사이에 구비되어 상기 권취릴에 권취되는 스트립이 통과되면서 스트립에 장력을 부여하는 핀치롤과;
    상기 핀치롤에 압하력을 제공하는 실린더와;
    상기 실린더에 발생하는 압력을 계측하는 압력 계측부와;
    상기 압력 계측부에서 계측되는 압력을 판단하여 스트립의 결함 여부를 판단하는 판독부를 포함하는 스트립의 결함 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더는 내부가 헤드 영역과 로드 영역으로 구분되는 실린더 본체와, 상기 헤드 영역과 로드 영역을 구획하는 헤드부가 형성되면서 상기 로드 영역의 일부를 관통하여 외부로 연장되어 상기 핀치롤에 압하력을 제공하는 피스톤 로드를 포함하고,
    상기 압력 계측부는 상기 헤드 영역의 압력을 계측하는 제 1 압력센서와, 상기 로드 영역의 압력을 계측하는 제 2 압력센서를 포함하는 스트립의 결함 검출 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 판독부는 상기 제 1 압력센서 및 제 2 압력센서 중 적어도 어느 하나에서 계측되는 압력의 변화를 감지하여 스트립의 결함으로 판독하는 것을 특징으로 하는 스트립의 결함 검출 장치.
  4. 열간 압연되어 권취릴에 권취되는 스트립의 엣지부에 발생된 결함을 검출하는 방법으로서,
    상기 스트립이 통과되는 핀치롤에 압하력을 제공하는 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계와;
    모니터링되는 실린더의 압력이 설정값에서 변경되는지 여부를 판단하여 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계를 포함하는 스트립의 결함 검출 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 실린더는 내부에 헤드 영역과 로드 영역으로 구분되는 피스톤실이 형성되는 실린더 본체와, 상기 헤드 영역과 로드 영역을 구획하는 헤드부가 형성되면서 상기 로드 영역의 일부를 관통하여 외부로 연장되어 상기 핀치롤에 압하력을 제공하는 피스톤 로드를 포함하고,
    상기 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계는 상기 헤드 영역과 로드 영역의 압력을 각각 개별적으로 계측하는 것을 특징으로 하는 스트립의 결함 검출 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 실린더의 압력 변화를 모니터링하는 단계는,
    상기 실린더 본체의 헤드 영역 및 로드 영역 압력을 압력 센서로 계측하는 과정과;
    상기 압력 센서에서 계측된 압력 신호를 전기 신호로 변환하는 과정과;
    상기 전기 신호를 0 ~ 2000 범위의 수치로 환산하는 과정을 포함하는 스트립의 결함 검출 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 실린더 본체의 로드 영역에서 계측되는 압력이 순간적으로 설정값 미만으로 하락하면 스트립에 결함이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스트립의 결함 검출 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스트립의 결함 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 실린더 본체의 헤드 영역에서 계측되는 압력이 설정값을 초과하여 상승하면 스트립에 결함이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스트립의 결함 검출 방법.
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