KR20150021777A - 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법을 제공한다. 상기 방법은, 복사형 온도계를 이용하여 압연 중인 선재의 온도를 측정하는 단계; 상기 선재의 온도 측정 결과로부터 상기 선재의 형상을 측정하는 단계; 및 상기 선재의 온도 측정 결과로부터 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 출원은 선재의 형상 측정 및 표면 상태를 검출하는 기술에 관한 것으로서, 특히 복사형 온도계를 이용하여 조업에 간섭없이 원하는 위치에서 선재의 온도 측정과 동시에 선재의 형상 측정 및 표면 상태 검출이 가능한 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법에 관한 것이다.
열간압연 공정은 압연중 소재의 온도와 형상 제어가 주된 목적으로, 소재의 온도와 형상을 계측하는 것이 반드시 필요하다. 이를 위해, 열간압연 공장에는 다수의 온도계와 형상 측정 장치가 구비되어 있다. 온도 측정을 위해서는 일반적으로 비접촉식 온도계인 복사형 온도계를 사용한다. 또한, 형상 측정을 위해서는 판재의 경우 X-레이를 사용하고, 선재의 경우 BGM(Bar Gauge Meter)을 사용한다.
그러나, BGM은 정도가 낮고, 열간 압연 중인 소재를 완전히 감싸도록 설치되어야 작동하므로 조업 트러블이 발생하게 되면 장치가 소재에 타격되어 손상을 입게 된다는 단점이 있다. 따라서, BGM은 고정식으로 사상압연 전후단부에 설치하여 마지막 소재의 형상만을 측정하는 것이 일반적이며, BGM이 설치되지 않은 부근은 작업자들이 수작업으로 형상을 측정하고 있는 실정이다.
한편, 선재는 판재와 달리 표면 흠에 매우 민감하여 선재 제조 공정 중에 표면에 흠이 발생하면, 이 부분이 2차 또는 3차 가공 중에 깨어지기도 하고, 선재 제품이 서비스 중에 파단되기도 한다. 따라서, 선재의 표면 흠을 최대한 줄여야 하며, 표면 흠을 검출하기 위해 전자기 유도 패러데이 법칙을 이용한 ECT(Eddy Current Tester) 장치를 사용한다.
ECT는 조업자의 육안으로는 확인 곤란한 고온 선재의 표면 흠(Roll Mark, Crack, Scab)을 실시간 전장에 대해 탐상이 가능하게 하는 장치로, 온라인으로 설치하여 압연작업 후 표면 흠 깊이가 기준치 이상으로 감지되면 압연 야드 (YARD)에 설치된 알람이 작동하여 작업자에게 경고 메시지를 전달하도록 구성된다.
그러나, ECT는 전도체에만 적용 가능하고 부도체에는 적용할 수 없으며, 소재 표면에 오목하게 들어간 표면 흠은 검출능이 낮고, 외부 노이즈에 민감하다는 단점이 있다. 또한, ECT는 0.2mm 이하의 표면 흠은 검출이 불가능하며, 열간 압연재를 감싸야 작동이 가능하므로 조업 트러블이 발생하게 되면 장치가 소재에 타격되어 손상을 입게 된다는 단점이 있다. 따라서, ECT는 사상압연기 후단에 설치되어 최종 압연된 소재의 흠만을 관찰하는 것이 일반적이다.
따라서, 당해 기술분야에서는 조업에 간섭없이 원하는 위치에서 선재의 형상을 측정하고, 표면 상태를 검출하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법을 제공한다. 상기 방법은, 복사형 온도계를 이용하여 압연 중인 선재의 온도를 측정하는 단계; 상기 선재의 온도 측정 결과로부터 상기 선재의 형상을 측정하는 단계; 및 상기 선재의 온도 측정 결과로부터 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복사형 온도계는 열화상 온도계로 구현될 수 있다.
상기 선재의 형상을 측정하는 단계는, 열간 압연 소재의 고온 특성을 이용하여 상기 선재의 형상을 측정할 수 있으며, 상기 선재의 온도 측정 결과에서 기 정해진 온도 이상을 갖는 영역의 경계를 상기 선재의 형상으로 측정할 수 있다.
상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계는, 상기 선재의 표면 흠 부근의 과냉 현상을 이용하여 상기 선재의 표면 상태를 검출할 수 있다.
또한, 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계는, 열간 압연 공정의 수냉대의 후단에 설치된 복사형 온도계에 의한 온도 측정 결과로부터, 건전부와 미건전부 사이의 온도 편차를 이용하여 상기 선재의 표면 흠을 검출할 수 있으며, 상기 수냉대의 후단에 설치된 복사형 온도계에 의한 온도 측정 결과에서, 타 부분에 비해 기 정해진 온도 이상만큼 낮은 온도를 갖는 부분을 상기 선재의 표면 흠으로 검출할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
복사형 온도계를 활용하여 조업에 간섭없이 원하는 위치에서 선재의 온도 및 형상을 측정하고 표면 상태를 검출할 수 있는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 열화상 온도계로 압연 중인 선재를 측정한 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 선재 표면 흠 검출을 위한 복사형 온도계의 설치 위치를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 바와 같이 복사형 온도계가 설치된 경우, 소재 부위별 온도 이력을 모델링한 결과를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 조압연에서 측정한 열간압연 소재의 열화상 온도 측정 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 중간 조압연 후단에서 측정한 열화상 온도 측정 사진, 그리고
도 7은 본 발명의 일 실시예와 BGM에 의한 측정 결과를 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 열화상 온도계로 압연 중인 선재를 측정한 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 선재 표면 흠 검출을 위한 복사형 온도계의 설치 위치를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 바와 같이 복사형 온도계가 설치된 경우, 소재 부위별 온도 이력을 모델링한 결과를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 조압연에서 측정한 열간압연 소재의 열화상 온도 측정 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 중간 조압연 후단에서 측정한 열화상 온도 측정 사진, 그리고
도 7은 본 발명의 일 실시예와 BGM에 의한 측정 결과를 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 우선, 복사형 온도계를 이용하여 열간 압연 중인 선재의 온도를 측정한다(S110).
이 경우, 복사형 온도계는 특정 위치로 제한되지 않고 선재의 형상 측정 또는 표면 상태를 검출하고자 하는 위치에 설치될 수 있다.
또한, 복사형 온도계의 일종인 열화상 온도계를 활용할 수 있고, 설치되는 위치에 따라 압연 속도를 고려하여 적절한 온도계를 선택할 수 있다. 예를 들어, 조압연 속도 대비 사상압연 속도가 높으므로 사상압연기에서는 반응 속도가 빠른 복사형 온도계를 사용할 수 있다.
이 후, 복사형 온도계에 의한 온도 측정 결과를 이용하여 선재의 형상을 측정한다(S120).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 열화상 온도계로 압연 중인 선재를 측정한 사진으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 열간 압연 소재는 800℃ 이상의 고온으로 대기 온도에 비해 월등히 높다. 이러한 열간 압연 소재의 고온 특성을 이용하면, 복사형 온도계의 측정 결과로부터 그 형상을 명확하게 확인할 수 있다. 즉, 복사형 온도계의 측정 결과에서 기 정해진 온도(예를 들어, 800℃) 이상을 갖는 영역의 경계를 열간 압연 소재의 형상으로 측정할 수 있다.
더 나아가, 열간 압연 소자와 복사형 온도계 사이의 거리를 환산하면, 열간 압연 소재의 크기를 구할 수도 있다.
또한, 평행광을 받아 들이는 복사형 온도계를 이용할 경우, 거리에 상관없이 열간 압연 소재의 실측 형상을 측정할 수도 있다.
이후, 복사형 온도계에 의한 온도 측정 결과를 이용하여 선재의 표면 상태를 검출한다(S130).
구체적으로, 수냉 또는 공냉시 표면 흠 부근의 과냉 현상을 이용하여 표면 흠 또는 산화 스케일 등의 선재 표면 상태를 검출할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열간 압연 중에 과냉된 부분은 열화상 온도 측정 데이터에서 온도의 변화로 나타남을 알 수 있다. 도 2에서, 건전부에 비해 온도가 낮은 부분은, 산화 스케일, 압연 중 롤과의 접촉부, 미건전부로서 과냉된 부분 등이다. 따라서, 열화상 온도 측정 데이터로부터 소재의 표면 상태를 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 선재 표면 흠 검출을 위한 복사형 온도계의 설치 위치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 바와 같이 복사형 온도계가 설치된 경우, 소재 부위별 온도 이력을 모델링한 결과를 나타내는 그래프이다.
이처럼, 도 3에 도시된 바와 같이, 수냉대(20)의 후단에 복사형 온도계 (30)를 설치하면, 표면 흠이 있는 미건전부의 표면은 수냉후 복열과정에서 낮은 온도를 보임을 도 4를 통해 확인할 수 있다. 이는 표면 흠이 있는 경우 흠 부위가 돌출되거나 오목하게 들어가 있으므로, 이러한 부분은 건전부에 비해서 상대적으로 표면적이 증가하여 과냉되기 때문이다.
따라서, 이와 같은 건전부와 미건전부 사이의 온도 편차를 이용하여 표면 흠을 검출할 수 있다. 예를 들어, 수냉대(20)의 후단에 설치된 복사형 온도계에 의해 측정한 온도 데이터에서 타 부분에 비해 기 정해진 온도 이상만큼 낮은 온도를 갖는 부분을 표면 흠으로 검출할 수 있다.
이하, 강판 소재 JIS-SCM435, 대구경(15~42mm) 선재, 바인코일(Bar in coil) 라인에서 각 압연기 후단에서 복사형 온도계인 열화상 온도계로 측정한 결과를 이용하여 상술한 본 발명의 실시예의 효과를 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 조압연에서 측정한 열간압연 소재의 열화상 온도 측정 사진이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 중간 조압연 후단에서 측정한 열화상 온도 측정 사진이다.
도 5로부터, 선재 표면에서 산화스케일이 있는 부분은 건전부의 온도에 비해 100 ℃ 이상 낮음을 확인할 수 있다. 또한, 선재 표면 흠이 존재하는 부분은 수냉 후 건전부에 비해 대략 50℃ 가량 온도가 낮고, 표면 흠의 크기가 클수록 온도 차이가 큰 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6과 같이, 압연 중의 소재의 형상을 90도 방향에서 두 번 측정한 결과, 실제 소재의 형상을 잘 나타냄을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 BGM에 의한 측정 결과를 비교한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 의해 소재 형상을 측정한 결과와 종래의 BGM에 의해 소재 형상을 측정한 결과를 비교하면, 도 7에 도시된 바와 같이 오차 범위 ±4% 이내로 일치함을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태에 의하면, 종래 기술에 의해 측정하기 어려운 조압연 부근의 형상 및 표면 특성을 관찰할 수 있다.
더 나아가, 종래에 선재의 온도 및 형상 측정과 표면 상태 검출을 위해 필요한 3 가지의 계측기, 즉, 온도계, 형상 측정기 및 표면 흠 측정기를 복사형 온도계 하나로 통합함으로써, 경제적이고 간단한 계측 시스템을 구현할 수 있게 된다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
10: 압연기
20: 수냉대
30: 복사형 온도계
20: 수냉대
30: 복사형 온도계
Claims (7)
- 복사형 온도계를 이용하여 압연 중인 선재의 온도를 측정하는 단계;
상기 선재의 온도 측정 결과로부터 상기 선재의 형상을 측정하는 단계; 및
상기 선재의 온도 측정 결과로부터 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계를 포함하는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복사형 온도계는 열화상 온도계로 구현되는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 선재의 형상을 측정하는 단계는,
열간 압연 소재의 고온 특성을 이용하여 상기 선재의 형상을 측정하는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 선재의 형상을 측정하는 단계는,
상기 선재의 온도 측정 결과에서 기 정해진 온도 이상을 갖는 영역의 경계를 상기 선재의 형상으로 측정하는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계는,
상기 선재의 표면 흠 부근의 과냉 현상을 이용하여 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계는,
열간 압연 공정의 수냉대의 후단에 설치된 복사형 온도계에 의한 온도 측정 결과로부터, 건전부와 미건전부 사이의 온도 편차를 이용하여 상기 선재의 표면 흠을 검출하는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 선재의 표면 상태를 검출하는 단계는,
상기 수냉대의 후단에 설치된 복사형 온도계에 의한 온도 측정 결과에서, 타 부분에 비해 기 정해진 온도 이상만큼 낮은 온도를 갖는 부분을 상기 선재의 표면 흠으로 검출하는 선재 형상 측정 및 표면 상태 검출 방법.
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