KR100402720B1 - 금속 설비를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

금속 설비를 제어하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 설비의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 특히 압연기의 강 또는 알루미늄을 제조하는데 사용되는 금속 설비의 제어를 위한 방법이 제공된다. 출발 물질로부터 강 또는 알루미늄 조직에 따른 특정한 재료 특성을 갖는 강 또는 알루미늄이 금속 설비에서 제조된다. 상기 강 또는 알루미늄의 재료 특성은 상기 장비의 작동 파라미터에 의해 좌우되며, 상기 작동 파라미터는 강 또는 알루미늄의 소정의 재료 특성에 달려있는 조직 최적화기에 의해 결정된다.

Description

금속 설비를 제어하기 위한 방법 및 장치 {PROCESS AND DEVICE FOR CONTROLLING A METALLURGICAL PLANT}
통상적으로, 강 또는 알루미늄의 재료 특성이 소정의 재료 특성에 부합되도록, 금속 설비의 작동 파라미터(parameter)가 작업자에 의해 조절된다. 따라서, 상기 작업자는 예컨대 표의 형태로 제출된 실험 결과에 의존한다.미공개된 국제 특허 출원 제 PCT/AT 97/00232 호에는 고온 압연 프로세스로부터 나온 압연 제품의 특성을 관찰하고 제어하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 상기 압연 제품을 생성하기 위해 필수적인, 온도와 같은 조건들이 압연 프로세스시 온라인으로 검출된다. 따라서, 서로 연결될 수 있으며, 전체 압연 프로세스에 기록될 수 있는 물리적/야금학적 및/또는 통계적 모델들에 의해, 소정의 기계적/기술적 재료 특성이 계산된다. 상기 특허 출원서에서는, 재료 특성을 결정하는 상이한 구조가 명확하게 언급되어 있지 않다.
본 발명은 출발 물질로부터 강 또는 알루미늄 조직에 의해 좌우되는 특정한 재료 특성을 갖는 강 또는 알루미늄이 제조되며, 상기 재료 특성이 상기 설비의 작동 파라미터에 의해 좌우되는, 특히 강 또는 알루미늄으로 이루어진 압연 밴드용 압연기를 제조하기 위한 강 또는 알루미늄의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 압연시 강의 조직 변화.
도 2는 압연 밀 트레인(rolling mill train)의 제어시 조직 관찰기의 개입.
도 3은 조직 관찰기.
도 4는 조직 관찰기에 대한 선택적인 실시예.
도 5는 조직 관찰기에 대한 또다른 선택적인 실시예.
도 6은 유전학적 알고리즘을 사용한 조직 최적화기.
본 발명의 목적은 지금까지의 소정의 재료 특성 보다 더 정확하게 달성된 재료 특성을 갖는 강 또는 알루미늄의 제조 방법을 실행하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적은 청구항 제 1항에 따른 방법 및 제 8항에 따른 장치에 의해 달성된다. 개선예는 종속항에 제공된다.본 발명에 있어서, 언급된 방식의 방법과 관련하여 소정의 재료 특성에 따른 작동 파라미터가 제공된다. 상기 파라미터를 결정하기 위해, 반복적 진행 방식이 사용될 수 있다. 바람직하게는 유전학적 알고리즘의 사용이 증명된다.관련 장치에는 소위, 바람직한 방식으로 조직 관찰기를 포함하는 조직 최적화기가 있다. 특히 바람직하게는, 강 또는 알루미늄의 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및 응결 지수와 같은 재료 특성이 고려된다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 금속 설비의 작동 파라미터는 제조된 강 또는 제조된 알루미늄이 소정의 재료 특성을 가질 수 있도록 조절된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 조직 최적화기는 조직 관찰기를 가지며, 상기 조직 관찰기는 금속 설비내에서 제조되는 강 또는 알루미늄의 재료 특성을 그것의 작동 파라미터에 따라 예측한다. 상기 방식의 조직 관찰기는 바람직하게 신경망을 갖는다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 상기 조직 최적화기는 온도, 강의 변형율 또는 상대 변형, 변형 속도 및 강의 합금량에 따라 강 또는 알루미늄의 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및 응결 지수 중 적어도 하나를 결정한다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 바람직한 실시예에서, 상기 조직 관찰기는 강의 개별 합금 부분에 따라 실험용 강의 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및 응결 지수 중 적어도 하나를 결정한다. 이 경우, 탄소 부분, 코발트 부분, 망간 부분, 인 부분, 유황 부분, 코발트 부분, 알루미늄 부분, 크롬 부분, 몰리브덴 부분, 니켈 부분, 바나듐 부분, 구리 부분, 주석 부분, 칼슘 부분, 티탄 부분, 붕소 부분, 니오브 부분, 비소 부분, 텅스텐 부분 및 질소 부분에 따라, 상기 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및 응결 지수 중 적어도 하나의 변수를 결정하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 간단한 바람직한 실시예에서, 상기 조직 관찰기는 강의 탄소 부분이나 탄소 당량(equivalent) 또는 무해 및/또는 유해 물질 부분에 따라, 상기 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및 응결 지수와 같은 변수 중에서 적어도 하나의 변수를 결정한다.
첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 압연시 강의 조직 변화를 나타낸 것이다. 상기 강은 블록 1에 따른 조직을 가지고 압연 밀 트레인내로 접어든다. 제 1 압연 스탠드의 순환에 따라, 압연에 의해 펴진 입자들이 블록 2에 따라서 형성된다. 이러한 상태에서, 전위 이동시 그리고 그로 인해 조직의 개별 입자들 내부에서 응력이 감소되는 동안, 소위 회복(recovery)에 이른다. 입자 블록 3에 표시된 바와 같은 재결정에 의해, 입자 경계로부터 출발하여 전위가 없는 새로운 입자들이 형성된다. 재료가 압연 스탠드에 있을 동안에 또는 그 후에 비로서 새로운 입자들이 형성되는지 안되는지에 따라, 재결정은 다이내믹 재결정으로서 또는 정역학적 재결정으로서 나타난다. 바로 다음, 재결정 이후 온도에 따라 입자가 팽창되며, 도 4와 같은 더 커진 입자들은 더 작은 입자들의 희생으로 팽창된다. 순환 루프(6)는 압연 밀 트레인내에 다수의 압연 스탠드의 사용 또는 가역 스탠드를 통한 압연 재료의 여러 번의 순환을 나타낸다. 각각의 압연시, 블록들(2, 3 및 4)에 도시된 과정은 기본적으로 반복되지만, 항상 이전의 압연 사이클에 따른 조직 구조로부터 출발한다. 압연의 완료 및 후속하는 냉각에 따라, 블록 5에 상응하는 조직 구조가 형성된다. 이러한 조직 구조는 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 이방성 및 응결 지수와 같은 특정한 재료 특성을 갖는다. 금속, 특히 강 또는 알루미늄의 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및/또는 응결 지수에 대한 미리 정해진 값에서 출발하여, 압연 밀 트레인(및/또는 연속 주조 장치)은 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및/또는 응결 지수에 대한 소정의 값에 의해 마지막의 조직 구조가 조절되는 방식으로 제공된다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이 조직 최적화기에 의해 이루어진다.
도 2에서 도면 부호(15)는 압연 밀 트레인(16)내의 압연 밴드를 나타내며, 상기 압연 밀 트레인의 압연후의 재료 특성 또는 사용 특성은 상기 재료 또는 압연에 대한 목표값(11)에 부합해야만 한다. 상기 압연 밀 트레인에 영향을 끼치기 위해 조정 부재(17)가 제공된다. 부가로, 상기 압연 밀 트레인의 특정 상태를 측정하기 위한 측정 장치(18)가 제공된다. 상기 조정 부재(17)에 의해 조절된 압연 밀 트레인(16)의 작동 파라미터는 조직 최적화기(20)에 의해 검출된다. 상기 조직 최적화기(20)는 조직 관찰기(25)를 가지며, 상기 조직 관찰기(25)는 표준 샘플표(10), 압연 밴드의 화학적 분석값(12) 및 예비 또는 사전 계산(precalculation) 장치(24)에 의해 검출된 압연 밀 트레인(16)에 대한 조절값에 따라, 상기 압연 밴드(15)의 예상되는 재료 특성 또는 사용 특성을 검출한다. 상기 조직 관찰기(25)는 도 3, 4 및 5에 제시된다. 비교 장치(21)에 의해, 재료 특성 또는 사용 특성에 대한 목표값(11)과 조직 관찰기(25)에 의해 검출된 상기 재료 특성 또는 사용 특성에 대한 값이 비교된다. 상기 재료 특성 또는 사용 특성에 대한 목표값(11)과 상기 조직 관찰기(25)에 의해 검출된 값이 정확하게 일치되지 않을 경우에는, 경로(26)를 따른다. 선택된 최적화 기준에 따라, 작동 파라미터, 본 경우에는 유입 온도(Tin), 배출 온도(Tout) 및 개별 압연 스탠드의 압하율(φi)이 가중된 변화(22)로 변경된다. 이러한 가중된 변화(22)의 결과는 압연 밀 트레인(16)으로의 유입시에는 압연 밴드(15)의 온도(Tin)에 대한, 상기 압연 밀 트레인(16)으로부터의 배출시에는 압연 밴드(15)의 온도(Tout)에 대한 및, 상기 압연 밀 트레인(16)의 개별 압연 스탠드의 압하율(φi)에 대한 새로운 설정값(23)이다. 상기 설정값(23)으로부터 출발하여, 사전 계산 장치(24)에서 상기 압연 밀 트레인(16)에 대한 새로운 조절값이 검출된다. 이러한 순환은 조직 관찰기에 의해 검출된 값이 재료 특성 또는 사용 특성에 대한 목표값(11)과 일치될 때까지 계속된다. 일치된 경우에는 조정 부재(17)를 상기 계산 장치(24)에서 검출된 값과 부합하도록 조절하는 경로(27)를 따른다. 부가로, 상기 계산 장치(24)에 적응 수단(adaption)(13)이 제공되며, 상기 적응 수단(13)은 상기 계산 장치(24)의 기초 모델을 측정 장치(18) 및 계산 장치(14)의 측정값에 따라 적응시킨다. 바람직한 선택적인 실시예에서는, 상기 계산 장치(24)에서 계산된 압연 밀 트레인(16)에 대한 조절값이 조직 관찰기(25)의 입력값이 아니라, 작동 파라미터, 다시 말해 본 경우에서는 Tin, Tout및 φi이다.
이와 마찬가지로, 도 2에 따른 조직 최적화기에 의해, 고온 압연 밀 트레인 및 저온 압연 밀 트레인으로 구성된 야금 설비, 연속 주조 장치, 고온 압연 밀 트레인 및 저온 압연 밀 트레인으로 구성된 야금 설비, 연속 주조 장치 및 고온 압연 밀 트레인으로 구성된 야금 설비, 또는 연속 주조 장치, 압연 밀 트레인 및 냉각 구간으로 구성된 야금 설비가 조절될 수 있다. 이를 위해, 확대된 조직 관찰기 및 그에 상응하게 다수의 작동 파라미터가 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 트랙 구간(track route)의 조절에도 적합하다.
특히 바람직한 것은, 예컨대 소비 전력 또는 로울러 마멸(磨滅)과 같은 추가 변수를 조직 최적화기(20)에 의해 동시에 최적화하는 것이다.
도 3, 4 및 5는 도 2의 조직 관찰기(25)에 대한 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 3에서 PB는 작동 파라미터를, PM은 강 또는 알루미늄의 재료 특성 또는 사용 특성을 표시한다. 도면 부호 (50)은 신경망을 나타내며, 상기 신경망은 작동 파라미터(PB)에 따라 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및/또는 응결 지수와 같은 재료 특성 또는 사용 특성을 검출한다. 상기와 같은 신경망의 실시예는 DE 197 38 943 에 공지되어 있다.
도 4는 조직 관찰기의 선택적인 실시예를 나타낸다. 상기 조직 관찰기는 입자 크기 모델(51) 및 분석적 재료 모델(52)을 갖는다. 상기 모델들에 대한 세부 사항은 논문 "Recrystallisation and grain growth in hot rolling", C.M.Sellers와 J.A. Whiteman 저, Material Science, 3월/4월 1979, 187-193 페이지에서 인용할 수 있다. 상기 입자 크기 모델(51)은 작동 파라미터(PB)에 따라 비결정 또는 부분 결정 오스테나이트에서 페라이트 입자의 크기(dα)를 검출한다. 재료 모델(52)은 비결정 또는 부분 결정된 오스테나이트에서의 페라이트 입자 크기(dα) 및 작동 파라미터(PB)에 따라 재료 특성 또는 사용 특성을 검출한다. 상기 입자 크기 모델(51) 및 재료 모델(52)에 대한 입력값으로서 사용되는 작동 파라미터(PB)는 반드시 동일하지는 않다. 따라서, 상이한 작동 파라미터가 입력값으로서 사용될 수 있다.
도 5는 도 4에 따른 조직 관찰기를 나타내며, 본 도면에서 분석 재료 모델(52)은 신경망(53)으로 대체되었다. 상기와 같은 신경망(53)은 예컨대 DE 197 38 943 에 상응하게 구현될 수 있으며, 비결정 또는 부분 결정된 오스테나이트에서의 페라이트 입자 크기(dα)는 상기 문서에 공개된 신경망에 대한 추가 입력값으로서 제공된다.
도 2에 따른 조직 최적화기(20)에 의한 최적의 설정값 또는 최적의 작동 파라미터의 반복 결정을 위해서는, 바람직하게 유전학적 알고리즘이 사용될 수 있다.
도 6은 유전학적 알고리즘에 의한 최적화 조치를 간략히 도시한 것이다. 이러한 최적화는
- 최적화될 파라미터 값이 소위 유전자(40)내에 배치되고, 상기 유전자(40)는 다시 소위 모집단(母集團)의 개체들(41)에 할당되며,
- 소정 개수의 개체들(41)이 소위 초기 모집단을 형성하고,
- 유전자내에 있는 소수의 값 또는 모든 값이 무작위 값(random value), 특히 정상 분포된 난수(random number)로부터 추출된 무작위 값 만큼 변경됨으로써, 변경된 모집단(34)이 생기며(도 6의 단계 33),
- 동종의 유전자가 소위 염색체로 결합되며, 상기 염색체가 재결합시 함께 유전되고,
- 유전자, 즉 상응하는 파라미터 값을 갖는 개체들이 최적화 기능에 의해 평가되며,
- 이러한 평가에 의해(도 6의 단계 32) 새로운 모집단을 위한 개체 선택이 이루어지며, 다른 개체들보다 최적화 기능을 더 우수하게 충족시키는 개체들이 통계학적으로 더 선호되고,
- 남아있는 개체들(31)이 더 이상 고려되지 않으며,
- 새로운 모집단(41)으로 이루어진 최적화 싸이클이 최적으로 간주되는 해결책에 도달할 때까지 반복되는 방식으로 이루어진다.
도 2에 도시된 조직 최적화기(20)의 순환 루프로 전송되면, 도 6의 단계 32가 도 2의 비교기(21)에서 실행되거나, 또는 평가가 도 2의 조직 관찰기(25)에서 실행된다. 도 6의 단계 33 및 35 는 도 2의 가중된 변형(32)에서 실행된다. 유전자에 포함된 파라미터는 예컨대 도 2의 작동 파라미터(Tin, Tout및 φi)에 상응한다. 특히 바람직하게는 다른 파라미터, 특히 소비 전력 또는 로울러 마멸과 같은 최적화 기준이 최적화에 함께 포함될 수 있다. 따라서, 이러한 파라미터에 상응하는 유전자가 제공될 수 있다. 또다른 파라미터는 작동 파라미터와 동시에 최적화된다.

Claims (12)

  1. 강 또는 알루미늄 조직에 의해 좌우되는 특정한 재료 특성을 갖는 강 또는 알루미늄이 출발 물질로부터 야금 설비내에서 제조되며, 상기 재료 특성이 상기 설비의 작동 파라미터에 의해 좌우되는 특히, 강 또는 알루미늄으로 이루어진 압연 밴드용 압연기를 제어하기 위한, 강 또는 알루미늄을 제조하기 위한 야금 설비의 제어 방법에 있어서,
    상기 강 또는 알루미늄의 조직 특성은 제조시 연속적으로 결정되며, 상기 설비의 작동 파라미터는, 연속적으로 결정된 조직 특성을 고려하여, 강 또는 알루미늄의 원하는 재료 특성에 따라 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 작동 파라미터를 사전 설정하기 위해, 상기 조직 특성의 결정 및 조절이 반복적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    압연기를 제어하기 위해, 압연 스탠드에 의한 강 또는 알루미늄의 변형시의 압하율이 조직 변화를 조절하기 위한 중요 작동 파라미터로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    원하는 재료 특성, 즉 강 또는 알루미늄의 탄성 한도, 연성 한도, 인장 강도, 파괴 연성, 경도, 연성 취성 천이 온도, 이방성 및 응결 지수 중 하나 이상에 따라 상기 작동 파라미터가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 작동 파라미터를 사전 설정함으로써, 상기 설비의 소비 전력이 최적화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 상기 설비가 강 또는 알루미늄으로 이루어진 압연 밴드를 압연하기 위한 압연기인, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 작동 파라미터를 사전 설정함으로써 로울러 마멸이 최적화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설비의 작동 파라미터의 결정은 강 또는 알루미늄으로 이루어진 반제품 및/또는 최종 제품의 원하는 재료 특성에 따라 유전학적 알고리즘에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 강 또는 알루미늄을 제조하는데 사용되는 야금 설비를 제어하기 위한, 특히 강 또는 알루미늄으로 이루어진 압연 밴드 제조용 압연기의 제어를 위한, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 수단을 갖는 장치로서,
    강 또는 알루미늄 조직에 의해 좌우되는 특정한 재료 특성을 갖는 강 또는 알루미늄이 출발 물질로부터 상기 야금 설비내에서 제조되며, 상기 재료 특성이 상기 설비의 작동 파라미터에 의해 좌우되고, 원하는 재료의 특성으로 인해 그리고 그 때문에 미리 정해진 강 또는 알루미늄의 조직에 따라, 상기 설비의 작동 파라미터를 결정하고 조직을 연속으로 검출하기 위한 조직 최적화기(20)를 포함하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 조직 최적화기(20)가 조직 관찰기(25)를 포함하는 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 조직 최적화기(20)가 신경망(50, 51, 52)에 의해 작동되는 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 조직 최적화기(20)가 유전학적 알고리즘(34 내지 42)으로 동작하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    반복 수단을 포함하는 장치.
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