KR102121677B1 - 금속 롤링 공정에서 작업 롤의 예열 및 열적 제어 및 이의 제어 시스템 - Google Patents

금속 롤링 공정에서 작업 롤의 예열 및 열적 제어 및 이의 제어 시스템 Download PDF

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데이비드 앤써니 겐즈바우어
프란시스코 카르발류
에두아르도 민니티
티아고 모라이스
칼로스 에볼리
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노벨리스 인크.
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Abstract

금속 시트 또는 플레이트의 가공 이전에 롤링 밀(100)을 예열 시키기 위한 전체-폭 고온 스프레이(full-width hot spray)(118)를 사용하는 시스템 및 방법이 본원에 기술된다. 고온 스프레이(118)는 개별적으로 제어될 수 있다. 고온 스프레이를 사용하여, 금속 시트 또는 플레이트(102)가 평탄도에 대한 허용 오차 및 게이지 정확성 내에서 즉시 가공될 수 있도록 롤링 밀(100)이 작동 온도에 도달하고 원하는 열적 크라운을 달성할 수 있게 한다. 롤링 밀(100)의 예열은, 작업 롤 가열의 과도기에서 롤링 밀(100)이 작동할 필요성을 제거할 수 있고, 스크랩 물질 및 밀 정지시간을 제거하거나 감소시킴으로써 효율을 증가시킬 수 있다. 고온 스프레이(118)는 또한, 양방향 온도 제어를 갖는 롤링 밀(100)을 위한 열적 제어 시스템을 제공하기 위해 현존하는 냉각제 시스템과 함께 통합될 수 있다.

Description

금속 롤링 공정에서 작업 롤의 예열 및 열적 제어 및 이의 제어 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 9월 21일에 출원된 미국가출원번호 제62/221,491호의 혜택을 주장하며, 이러한 문헌은 전문이 본원에 참고로 포함된다.
발명의 분야
본 개시 내용은 일반적으로 금속 롤링 밀(metal rolling mill)에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 개시 내용은 금속 작업 롤(metal working roll)을 예열시키고 열적으로 안정화시키기 위한 고온 스프레이(hot spray)의 용도, 및 관련된 제어 시스템에 관한 것이다.
롤링 밀(rolling mill)은 압력을 가하고 금속 스톡(metal stock)을 변형시키는 큰 롤러들 사이로 이를 통과시킴으로서 금속 스톡을 금속 시트 또는 플레이트로 가공하기 위해 사용된다. 금속 스톡을 연속적인 일련의 롤러로 통과시킴으로써, 상대적으로 두꺼운 금속 스톡은 상대적으로 더 얇은 금속 스톡으로 점진적으로 줄어들어, 결국에 금속 시트 또는 플레이트를 형성할 수 있다.
롤링 공정 동안에, 금속 시트 또는 플레이트의 표면을 가로질러 일정한 게이지(예를 들어, 두께)를 유지하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 금속 시트 또는 플레이트는, 이러한 것이 작업 롤로 통과함에 따라 물결모양(waviness) 또는 잔물결(ripple)을 발생시킬 수 있으며, 이러한 것은 이의 게이지를 감소시키거나 얇게 만든다. 물결모양은 다른 것들 중에서, 가공 동안 금속 스톡이 변형됨에 따른 작업 롤에서의 휨(deflection), 백업 롤(backup roll)의 사용으로부터의 작업 롤의 휨, 및 작업 롤에 압력을 가하기 위한 유압 구동기(hydraulic actuator)의 사용으로부터의 작업 롤의 벤딩(bending) 또는 휨에 기인한 것일 수 있다.
생산 동안 금속 시트 또는 플레이트의 면(face)에 걸쳐 불규칙성을 보완하고 감소시키기 위해, 작업 롤은 게이지 일관성(gauge consistency) 및 평탄도(flatness)를 개선시키기 위해 소량의 캠버(camber) 또는 크라운(crown)을 가질 수 있다. 크라운 또는 캠버는 작업 롤의 면을 가로지르는 약간의 벌지(bulge) 또는 오목부(depression)로서, 이는 사용하는 동안 작업 롤의 휨을 처리할 수 있다. 크라운 또는 캠버는 금속 스톡에 적용될 때 작업 롤의 전체 형상(net shape)이 아주 거의 완벽한 실린더형이도록, 작업 롤의 휨을 상쇄시킬 수 있다. 얻어진 금속 시트 또는 플레이트는 이의 폭에 걸쳐 게이지의 평탄도 및 일관성을 개선시킬 것이다.
크라운 또는 캠버는, 작업 롤에서 그라운딩되거나 형성된 약간 배럴 형상과 같이 정적(static)일 수 있거나, 백업 롤, 압력의 적용, 또는 온도 변화로 인한 작업 롤의 팽창 및 수축으로 인한 크라운 또는 캠버와 같이 동적(dynamic)일 수 있다. 통상적으로, 정적 및/또는 동적 크라운 또는 캠버가 적용된 후 작업 롤의 전체 형상은, 작업 롤이 가능한 한 가장 평평하고, 가장 균일한 금속 시트 또는 플레이트를 생산할 수 있어야 한다.
온도 편차로 인한 작업 롤의 캠버 또는 크라운인 열적 캠버(thermal camber)는 일반적으로, 생산 동안, 작업 롤 온도를 안정화시키고 결과적으로, 작업 롤 열적 캠버를 안정화시키려고 노력하기 위해 작업 롤에 걸쳐 냉각 스프레이를 적용하고 작업 롤의 에지(edge)에서 스프레이를 가열함으로써 조절된다. 그러나, 롤링 밀 시동 및 롤링 공정 동안 물질의 전환(changeover)은 작업 롤이 작업 롤 열적 크라운을 안정화시키는 정상-상태 온도(steady-state temperature)를 달성하지 못할 수 있는 과도기(transitional period)를 생성시킨다. 평탄도 및 게이지 제어의 허용 가능한 수준을 달성하기 위하여, 롤링 밀은 종종 작업 롤이 작동 온도까지 가열될 수 있도록 시험 또는 시동 물질을 실행시킬 것이다. 이러한 시동 롤은 이후에, 생산 사양을 달성할 수 없기 때문에, 스크랩핑되거나 추가로 가공되어야 한다. 작업 롤을 가열하고 열적으로 안정화시키기 위한 시동 물질의 사용은 시간 및 물질의 낭비를 초래하고, 생산 비용을 증가시킨다.
본 개시 내용의 양태는 금속 롤링 밀에서 작업 롤에 적용되는 작업 면 가열 스프레이의 용도에 관한 것이다. 작업 면 가열 스프레이는 작업 롤을 작동 온도까지 또는 작동 온도에 가깝게 예열시키기 위해 사용된다. 가열된 액체 매질, 또는 가열제는 스크랩핑되거나 달리 폐기되는 것이 필요할 수 있는 시동 물질의 사용 없이 열적 크라운을 빠르게 축적하고 안정화시키기 위해 작업 롤의 면을 가로질러 분사될 수 있다. 얻어진 롤링 시동 공정은 보다 적은 정지시간을 포함할 수 있고, 폐기물을 감소시킬 수 있고, 개선된 공정 제어 및 제품 품질을 제공할 수 있다. 본 개시 내용의 특정 예에 따르면, 작업 면 가열 스프레이는 작업 롤의 면을 가로질러 균일하게 적용될 수 있거나, 이러한 것은 작업 롤 열적 크라운의 추가적인 제어 및 조정 능력을 제공하기 위해 작업 롤의 상이한 구역에 상이한 속도로 적용될 수 있다. 작업 면 가열 스프레이는 최초 시동 후 열적 안정화 및 개선된 제품 품질을 제공하고 물질, 롤링 파라미터, 또는 공정 조건의 변경 동안 작업 롤 열적 크라운을 일반화하기 위해, 독립적으로, 또는 에지-가열 스프레이 및 냉각제와 함께 사용될 수 있다.
작업 면 가열 스프레이는 작업 롤에 적용된 예열의 양을 변경시키기 위해 수작업으로 또는 능동 또는 수동 제어 시스템에 의해 적용되거나 제어될 수 있다. 일부 예에서, 능동 또는 수동 제어 시스템은 측정 및 피드백 제어를 위한 열적 모델 또는 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 작업 롤 온도, 작업 롤 캠버 또는 크라운, 금속 시트 게이지, 금속 시트 평탄도, 가열제 온도, 냉각제 온도의 직접 또는 간접 감지를 위한 모델 또는 센서, 및/또는 롤링 후, 평탄도와 같은 물질 품질을 정량화하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 예시적인 예는 하기 도면을 참조로 하여 하기에서 상세히 기술된다:
도 1은 작업 면 가열 스프레이 시스템과 함께, 롤링 밀의 개략적 측면도이다.
도 2는 도 1의 롤링 밀 및 작업 면 가열 스프레이 시스템의 개략적 평면도이다.
도 3은 열적 제어 시스템을 구비한 롤링 밀의 개략적 측면도이다.
도 4는 도 3의 열적 제어 시스템을 구비한 롤링 밀의 개략적 평면도이다.
도 5는 롤링 밀 열적 관리 시스템을 위한 선택적 제어 시스템의 개략적 예시이다.
도 6은 가열 스프레이 및 냉각 스프레이로 온도 및 작업 롤의 열적 크라운을 제어하는 예시적인 방법이다.
도 7은 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 예시적인 방법이다.
도 8은 열적 캠버 제어 시스템으로 롤링 밀을 제어하는 예시적인 방법이다.
본 발명의 구현예의 대상은 법정 요구사항을 충족시키기 위해 본원에서 상세하게 기술되지만, 이러한 설명은 반드시 청구범위를 한정하도록 의도되는 것은 아니다. 청구된 대상은 다른 방식으로 구현될 수 있고, 상이한 구성요소 또는 단계를 포함할 수 있고, 다른 현존하거나 미래의 기술과 함께 사용될 수 있다. 이러한 설명은, 개별 단계들의 순서 또는 구성요소들의 배열이 명시적으로 기술될 때를 제외하고 다양한 단계들 또는 구성요소들 간의 임의의 특정 순서 또는 배열을 암시하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
본 개시 내용의 특정 양태 및 특징은 금속 시트 또는 플레이트를 생산하기 위한 롤링 밀과 조합한 작업 면 가열 스프레이 및 선택적 제어 시스템의 용도에 관한 것이다. 작업 면 가열 스프레이는, 작업 롤을 사용하여 금속 스톡을 가공하기 전에, 작업 롤의 표면 상에 열적 크라운을 충분히(또는 보다 충분히) 발생시키기 위해 롤링 밀의 작업 롤을 예열시킬 수 있다. 금속 가공 이전에 작업 롤의 예열은 작업 롤의 일시적인 열적 거동 없이, 초기 금속 스톡을 금속 시트 또는 플레이트로 가공시킬 수 있게 한다. 이와 같이, 동적 크라운 및 정적 크라운 둘 모두를 포함하는, 작업 롤 크라운 또는 캠버는 초기 금속 스톡이 요망되는 평탄도 품질을 달성하는데 도움을 주기 위하여, 충분히(또는 보다 충분히) 발생될 수 있다. 초기 금속 가공 전에 롤링 밀의 작업 롤에 대한 작업 면 가열 스프레이의 적용은 보다 빠른 시동, 금속 또는 롤링 파라미터의 전환 사이의 시간 단축, 및 요망되는 평탄도 및 품질 사양을 총족하지 못하는 스크랩 금속(scrap metal)의 감소 또는 제거를 가능하게 한다. 또한, 전체-폭 가열 스프레이와 냉각 스프레이의 조합은 냉각 스프레이 단독으로 가능한 것 보다 작업 롤 온도를 더 광범위하게 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2는 작업 면 가열 스프레이 시스템(110)을 구비한 예시적인 롤링 밀(100)의 개략적 측면도 및 평면도이다. 롤링 밀(100)은 상부 백업 롤(105)을 구비한 상부 작업 롤(104), 및 하부 백업 롤(107)을 구비한 하부 작업 롤(106)을 포함한다. 금속 시트 또는 플레이트(102)는 금속 시트 또는 플레이트(102)의 게이지 두께를 감소시키기 위해 상부 작업 롤(104)과 하부 작업 롤(106) 사이로 통과될 수 있다. 일부 예에서, 롤링 밀(100)은 금속 시트 또는 플레이트(102)가 이의 폭에 걸쳐 게이지의 균일성을 달성하는 지의 여부를 결정하기 위해, 상부 작업 롤(104)과 하부 작업 롤(106) 사이로 통과시킨 후에, 금속 시트 또는 플레이트(102)를 측정하는 평탄도 측정 롤(108)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 롤링 밀(100)은 동작 화살표(103)에 의해 나타낸 바와 같이, 롤링 밀(100)을 왼쪽으로부터 진입하고 도 1의 오른쪽으로 진행하는 금속 시트 또는 플레이트(102)를 가공하는 것으로 나타난다.
도 1 및 도 2를 참조로 하여, 롤링 밀(100)은 소정 부피의 액체 가열 매질 또는 가열제를 함유하는 가열제 저장소(112)를 포함하는 스프레이 시스템(110)을 포함한다. 가열제는 오일, 물, 또는 임의의 적합한 액체일 수 있는데, 이는 이의 작업 온도 범위 및/또는 비열 및/또는 열전달 성질에 대해 선택될 수 있다. 일부 예에서, 가열제는 대략 95℃에서 유지된 유체일 수 있다. 가열제는 가열제 저장소(112)로부터, 롤의 폭에 걸쳐 정위되는 가열제 스프레이 노즐(116)에 가열제를 분배하는 가열제 스프레이 매니폴드(heatant spray manifold)(114)로 전달될 수 있다(도 2).
가열제 스프레이 노즐(116)은 가열제를, 시동 동안 그리고 금속 시트 또는 플레이트(102)의 유입(intake) 전에 하부 작업 롤(106)에 적용되는 가열제 스프레이(118)로 변환시킨다. 대안적으로, 가열제 스프레이(118)는 상부 작업 롤(104)에, 또는 상부 작업 롤(104) 및 하부 작업 롤(106) 둘 모두에 적용될 수 있다. 일부 예에서, 가열제 제어 밸브(120) 및 가열제 회수 캐치(heatant recovery catch)(122)는 스프레이 시스템(110)에 포함될 수 있다. 이러한 예에서, 가열제 제어 밸브(120)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)로의 가열제의 흐름을 제어할 수 있으며, 가열제 회수 캐치(122)는 소정 양의 가열제를 수거하고 수거된 양의 가열제를 가열제 저장소(112)로 되돌려 보내기 위해 가열제 스프레이 노즐(116) 부근에 또는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 부근에 정위될 수 있다.
가열제 스프레이 노즐(116)의 배치는 특정 적용에 따라 달라질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가열제 스프레이 노즐(116)은 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 배출구 측면 상에 또는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 유입구 측면 상에 정위될 수 있다. 가열제 스프레이 노즐은 또한, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 위, 아래, 또는 측면에 위치될 수 있다. 일부 경우에, 가열제 스프레이 매니폴드(114)는 가열제 스프레이(118)가 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 전체 면 또는 실질적으로 전체 면(예를 들어, 대략 90% 이상)에 적용되도록, 가열제 스프레이 노즐(116)을 정위하도록 구성될 수 있다. 그러나, 모든 적용에서, 가열제 스프레이(118)가 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 전체 면에 커버리지(coverage)를 제공하거나 이러한 전체 면에 적용될 필요는 없다. 특정 예에서, 가열제 스프레이(118)는 금속 시트 또는 플레이트(102)와 접촉하는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 부분에 대해서만 커버리지를 제공할 수 있다. 또한, 일부 예에서, 다중 가열제 스프레이 노즐(116) 대신에, 스프레이 시스템(110)은 가열제 스프레이(118) 또는 가열제 스트림을 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 적용하도록 구성된 단일의, 큰 분배 포트 또는 노즐을 포함할 수 있다. 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)이 적절한 작동 온도를 달성한 직후에, 금속 시트 또는 플레이트(102)는 가공을 위해 롤링 밀(100)로 진입할 수 있다. 스프레이 시스템(110)은 롤링 밀(100)에 가열 및 온도 안정화를 계속 제공하기 위해(예를 들어, 가열제 스프레이(118)를 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 계속 적용하기 위해), 계속 작동하거나, 꺼지거나, 감소된 수준으로 작동할 수 있다.
도 3 및 도 4는 열적 제어 시스템(330)을 구비한 예시적인 롤링 밀(300)의 개략적 측면도 및 평면도이다. 롤링 밀(300)은 도 1 및 도 2를 참조로 하여 상술된 바와 같이, 상부 백업 롤(105)을 구비한 상부 작업 롤(104) 및 하부 백업 롤(107)을 구비한 하부 작업 롤(106)을 포함한다. 도 3 및 도 4에 도시된 예에서, 롤링 밀(300)은 왼쪽으로부터 롤링 밀(300)에 진입하고 도 3의 동작 화살표(303)에 의해 나타낸 바와 같이 오른쪽으로 진행하는 금속 시트 또는 플레이트(102)를 가공하는 것으로서 나타나있다.
열적 제어 시스템(330)은 롤링 밀(300)의 시동 및 연속 작동 동안에 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 제어를 제공하기 위해 롤링 밀(300)에 도입된다. 가열제 저장소(312)는 액체 가열제를 하나 이상의 선택적 가열제 제어 밸브(320)를 통해 가열제 스프레이 노즐(316) 및 가열제 측면 스프레이 노즐(324)로 공급한다. 일부 예에서, 액체 가열제는 대략 95℃에서 유지되는 유체일 수 있다. 가열제 스프레이 노즐(316) 및 가열제 측면 스프레이 노즐(324)은 액체 가열제를 포함하는 가열제 스프레이(318)를 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면 쪽으로 유도한다. 일부 예에서, 가열제 스프레이 노즐(316)은 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 전체 폭 또는 실질적으로 전체 폭(예를 들어, 대략 90% 이상)을 덮도록 가열제 스프레이(318)를 유도할 수 있는데, 이는 별도의 가열제 측면 스프레이 노즐(324)에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 그러나, 가열제 스프레이 노즐(316) 및/또는 가열제 측면 스프레이 노즐(324)의 개별 제어는, 별도의 가열제 측면 스프레이 노즐(324)이 열적 제어 시스템(330)에 포함되는 지의 여부와는 무관하게, 스프레이 패턴 및 커버리지에 대한 조정을 가능하게 한다. 일부 예에서, 열적 제어 시스템(330)은 가열제 회수 캐치(322)를 포함할 수 있으며, 가열제 회수 캐치(322)는 폐기(cast off)되거나 그 밖에 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)로부터 제거된 후 가열제를 회수하고 가열제를 가열제 저장소(312)로 되돌려 보낼 수 있다.
롤링 밀(300) 및 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 대한 양방향 열적 제어를 제공하기 위하여, 냉각 시스템은 또한, 열적 제어 시스템(330)에 도입될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 저장소(332)는 냉각제를 냉각제 제어 밸브(340)를 통해 냉각제 스프레이 노즐(336)로 공급할 수 있다. 냉각제 스프레이 노즐(336)은 냉각제를 포함하는 냉각제 스프레이(338)를 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면으로 유도할 수 있다. 폐기되거나 그밖에 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 및 롤링 밀(300)로부터 제거된 냉각제는 수거된 냉각제를 냉각제 저장소(332)로 되돌려 보낼 수 있는 냉각제 회수 캐치(342)에서 수거될 수 있다.
도 3 및 도 4의 열적 제어 시스템(330)이 수작업으로 제어될 수 있지만, 롤링 밀(300)에 자동 열적 관리를 제공하기 위한 제어 시스템이 포함될 수 있다. 예를 들어, 열적 제어 시스템(330)은 제어 시스템 전반에 걸쳐 배치된 다양한 센서로부터 공정 및 롤링 밀 조건에 대한 데이타를 수신할 수 있는 제어기(350)를 포함할 수 있다. 센서는 임의의 특정 적용의 특별한 조건 및 요건 하에서 정확한 측정을 제공하는 임의의 타입의 센서일 수 있는 것으로서, 이는 열적 모델에서 또는 피드백 루프 제어 시스템(feedback loop control system)의 일부로서 사용되도록 제어기(350)에 정보를 공급할 수 있다. 일 예로서, 가열제 온도 센서(360) 및 냉각제 온도 센서(352)는 현 시스템 조건을 계산하고 이에 따라 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 가열제 또는 냉각제의 적용을 조정하기 위해 제어기(350)에 정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제어기(350)가 냉각제 온도 센서(352)로부터 높은 냉각제 온도를 지시하는 데이타를 수신하는 경우에, 제어기(350)는 냉각제의 감소된 냉각 능력을 보상하기 위해 냉각제 흐름을 증가시킬 수 있다. 제어기(350)는 또한, 평탄도 측정 롤(108) 및/또는 금속 시트 또는 플레이트 게이지 센서(354)로부터의 데이타를 수신할 수 있다. 평탄도 측정 롤(108) 및 게이지 센서(354)는 롤링 밀(300)을 떠날 때, 금속 시트 또는 플레이트(102)의 성질의 실시간 측정을 지시하는 데이타를 제어기(350)에 제공할 수 있다. 제어기(350)는 이후에, 평탄도 측정 롤(108) 및/또는 금속 시트 또는 플레이트 게이지 센서(354)로부터 수신된 데이타를 기초로 하여 열적 제어 시스템(330)의 하나 이상의 파라미터를 조정할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(350)는 또한, 하나 이상의 롤 온도 센서(356) 또는 롤 크라운 센서(358)로부터 데이타를 수신할 수 있다. 롤 온도 센서(356) 및 롤 크라운 센서(358)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 및 이러한 것이 작동하는 현 조건에 대한 데이타를 제어기(350)로 전송할 수 있다. 제어기(350)는 이후에, 롤 온도 센서(356) 및/또는 롤 크라운 센서(358)로부터 수신된 데이타를 기초로 하여 열적 제어 시스템(330)의 하나 이상의 파라미터를 조정할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(350)는 열적 제어 시스템(330)을 추가로 조정하기 위해 금속 시트 또는 플레이트(102)의 출력 조건 및 롤링 밀(300)의 작동 조건 둘 모두를 사용할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조로 하여, 냉각제 스프레이 노즐(336), 가열제 스프레이 노즐(316), 및/또는 가열제 측면 스프레이 노즐(324)은 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면을 가로질러 별개의 가열 구역 및 냉각 구역을 생성시키기 위해 임의의 방식으로 배열될 수 있다. 다수의 제어 구역을 생성시키기 위해 다수의 롤 온도 센서(356), 롤 크라운 센서(358) 및/또는 게이지 센서(354)와 조합하여 사용될 수 있는, 별개의 가열 구역 및 냉각 구역은 롤링 밀(300)의 조건을 제어하는데 추가적인 융통성을 허용할 수 있다.
또한, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)을 가로질러 상이한 가열 구역 및/또는 냉각 구역을 생성시키거나 제어하는 것은 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)을 가로질러 상이한 열 곡선 또는 패턴의 생성을 가능하게 하는데, 이는 보다 광범위한 물질 및 금속 시트 또는 플레이트(102) 기하학적 구조를 가공하기 위해 롤링 밀(300)에 대한 보다 큰 제어 및 융통성을 제공할 수 있다. 일부 예에서, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 안정성을 제공하기 위한 단일 제어 구역의 사용은 롤링 밀 및 이의 의도된 적용의 특정 품질 및 평탄도 타겟에 대해 충분할 수 있다. 개별적으로 제어된 구역이 달성될 수 있는 방법에 대한 더욱 세부 사항은 하기에 제공된다. 일부 예에서, 열적 제어 시스템(330)은 또한, 다수의 구역 제어를 사용하지 않으면서, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 걸쳐 특정의 열적 크라운을 제공하기 위해 가열제 스프레이 노즐(316), 가열제 측면 스프레이 노즐(324), 및/또는 냉각제 스프레이 노즐(336)이 마운팅되거나 배열될 수 있도록 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
제어기(350)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 크라운 또는 캠버를 조정하기 위해 열적 제어 시스템(330)에 대한 임의의 수의 변수 또는 입력을 사용할 수 있다. 특정 조정은 특정 열적 모델, 최종 금속 시트 또는 플레이트(102)에 대한 허용 가능한 허용 오차의 수준, 롤링 밀(300)의 특징, 및/또는 롤링 밀(300)이 시동, 전환 기간, 또는 정상 상태 가공 동안 작동되는 지의 여부를 기초로 할 수 있다. 제어기(350)는 듀티 사이클, 펄스 폭 변조, 및/또는 가열제 스프레이 노즐(316), 가열제 측면 스프레이 노즐(324), 및/또는 냉각제 스프레이 노즐(336)의 스프레이 패턴을 조정함으로써 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 온도 및 열적 크라운을 변경시킬 수 있는 냉각 및/또는 가열의 양을 변경시킬 수 있다. 일부 예에서, 제어기(350)는 유사한 결과를 달성하기 위해 냉각제 또는 가열제의 유량 및/또는 시스템 압력을 조정할 수 있다. 제어기(350)는 또한, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 임의의 밴딩 및 틸팅 제어 메카니즘(bending and tilting control mechanism)에 대한 정보를 제어하고/거나 전송할 수 있다. 특정 예에서, 제어기(350)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 임의의 밴딩 및 틸팅 제어 메카니즘에 추가하여 또는 이에 대한 치환으로, 상부 백업 롤(105) 및/또는 하부 백업 롤(107)의 임의의 벤딩 및 틸팅 제어 메카니즘에 대한 정보를 제어하고/거나 전송할 수 있다.
도 5는 열적 제어 시스템, 상기에 논의된 열적 제어 시스템(330)과 함께 사용되는 예시적인 제어 시스템의 개략적 예시이다. 도 4에 도시된 예에서, 열적 제어 시스템(330)은 가열제 제어 밸브, 냉각제 제어 밸브, 제어기(350), 냉각제 온도 센서(352), 게이지 센서(354), 롤 온도 센서(356), 롤 크라운 센서(358), 및 가열제 온도 센서(360)를 포함할 수 있다.
제어기(350)는 공정에서 i) 가열제 온도 센서(360)로부터의 가열제 온도; ii) 냉각제 온도 센서(352)로부터의 냉각제 온도; iii) 롤 온도 센서(356)로부터의 작업 롤 온도; iv) 롤 크라운 센서(358)로부터의 롤 크라운; v) 평탄도 측정 롤(108)로부터의 금속 시트 또는 플레이트(102) 평탄도; 및 vi) 게이지 센서(354)로부터의 금속 시트 또는 플레이트 게이지 중 하나 이상에 대한 값을 판독할 수 있다. 이러한 측정들 중 임의의 하나 또는 조합은 이후에, 열적 모델(362) 및/또는 사용자 입력(364)(예를 들어, 요망되는 평탄도 허용 오차, 기계 공급률, 물질, 또는 다른 사용자 입력)을 이용하여 제어기(350)에 입력될 수 있다. 측정, 사용자 입력, 열적 모델, 및/또는 제어 전략의 이러한 입력은 이후에, 전체 공정 파라미터 및 롤링 밀(300) 작동 조건을 제어하기 위해 제어기(350)에 출력 신호를 전송할 수 있게 한다.
예를 들어, 제어기(350)는 유량 및/또는 시스템 압력을 변경하기 위해 가열제 제어 밸브(320) 및/또는 냉각제 제어 밸브(340)의 작동을 조정할 수 있다. 제어기(350)는 또한, 가열제 스프레이 노즐 에임(366), 가열제 스프레이 노즐 듀티 사이클(368), 냉각제 스프레이 노즐 에임(370), 냉각제 스프레이 노즐 듀티 사이클(372), 가열제 측면 스프레이 노즐 에임(374), 및/또는 가열제 측면 스프레이 노즐 듀티 사이클(376)을 조정할 수 있다. 어떠한 방식으로도 독점적이거나 철저한 리스트는 아니지만, 상기 변수의 제어는 제어기(350)가 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 크라운을 변경할 수 있게 한다. 제어기(350)는 또한, 노즐 기하학적 구조를 조정하고, 상기 파라미터를 변경시킴으로서, 또는 개별 노즐을 작동시키거나 정지시킴으로써 스프레이 패턴을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기(350)는 금속 시트 또는 플레이트(102)가 롤링 밀(300)로 진입하기 전에, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)을 가로질러 열적 크라운을 발생시키기 위해 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)을 예열하도록 시동 절차 동안에 가열제 스프레이 노즐(316)에 대한 흐름을 개시할 수 있다. 롤링 밀(300)이 계속 작동함에 따라, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)은 이의 자체 열을 생성하기 시작할 수 있으며, 제어기(350)는 가열제 스프레이 노즐(316)에 대한 가열제의 흐름을 정지시키거나 감소시킬 수 있고, 냉각제 스프레이 노즐(336)에 대한 냉각제의 흐름을 개시하거나 증가시킬 수 있다. 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면을 가로지르는 가열이 균일하지 않게 되는 경우에, 예를 들어, 금속 시트 또는 플레이트(102)가 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면의 부분만을 덮을 때, 제어기(350)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에서 적절한 온도 분포를 유지시키기 위해 가열제 측면 스프레이 노즐(324) 또는 가열제 스프레이 노즐(316)의 서브세트 또는 냉각제 스프레이 노즐(336)에 대한 가열제 흐름을 개시할 수 있다.
도 6은 가열 스프레이 및 냉각 스프레이로 작업 롤의 온도 및 열적 크라운을 제어하기 위한 샘플 제어 루프(680)이다. 제어 루프(680)는 도 1 및 도 3에 도시된 예시적인 롤링 밀 및 도 3 내지 도 5에 도시된 열적 제어 시스템을 참조로 하여 기술될 것이다. 그러나, 제어 루프는 이러한 예로 제한되지 않는다. 오히려, 제어 루프는 본 개시 내용에 따라 임의의 적합한 롤링 밀 또는 열적 제어 시스템과 함께 사용될 수 있다.
제어 루프(680)는 단일 유닛으로서 롤링 밀(예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 롤링 밀(100 및/또는 300)), 개별 작업 롤(104, 106), 또는 작업 롤(104, 106)의 개별 구역을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로서, 제어기(350)는 전체 롤링 밀(300)을 위한 예시적 제어 루프(680)를 구동시킬 수 있거나, 각 작업 롤(104, 106)을 위한 별개의 제어 루프(680)를 구동시킬 수 있거나, 심지어 작업 롤(104, 106)의 각 구역을 위한 별개의 제어 루프(680)를 구동시킬 수 있다. 일부 예에서, 제어 루프(680)의 모든 입력 또는 출력은 열적 제어 시스템(330)을 제어하는데 이용되거나 필요로 하지 않을 수 있다. 제어 루프(680)의 개개 입력 및 출력은 특정 적용 또는 요구를 위해 제어 루프(680)를 커스토마이징(customize)하기 위해 임의의 수의 반복으로, 또는 나열되지 않은 추가적인 입력 또는 출력과 함께 조합될 수 있다.
도 6을 참조로 하여, 다양한 센서를 함께 작업하는 제어기(예를 들어, 도 3 내지 도 5의 제어기(350))는 i) 블록(681)에서 가열제 온도를; ii) 블록(682)에서 냉각제 온도를; iii) 블록(683)에서 작업 롤 온도를; iv) 블록(684)에서 작업 롤 크라운을; v) 블록(685)에서 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지를; 및/또는 vi) 블록(686)에서 금속 시트 또는 플레이트(102) 평탄도를 감지할 수 있다. 이러한 감지된 입력은 예를 들어, 블록(687)에서 물질의 타입, 및 블록(688)에서 요망되는 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지 및 평탄도 허용 오차와 같은 사용자 입력과 조합될 수 있다. 사용자는 또한, 블록(689)에서 열적 모델을 입력할 수 있으며, 이는 이후에, 블록(690)에서 작업 롤 온도 및 크라운을 계산할 수 있다. 일시적 또는 정상 상태 거동에 대해 상세하게 구성될 수 있는 열적 모델은 블록(681) 내지 블록(688) 중 하나 이상으로부터의 정보를 수용할 수 있거나, 하나 이상의 사용자 입력(미도시됨)을 포함할 수 있다. 열적 모델은 주변 온도, 물질 입력, 금속 시트 또는 플레이트(102)와 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 접촉 압력, 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지 감소율, 상부 백업 롤(105) 및/또는 하부 백업 롤(107) 접촉 압력, 롤링 밀(100), 300회 구동 시간, 또는 다른 입력 또는 측정을 기초로 할 수 있다. 열적 모델은 전체 롤링 밀(100, 300)의 임의의 수의 입력 또는 측정을 기초로 하여 금속 시트 또는 플레이트(102) 평탄도 및 게이지를 계산하기 위해 사용될 수 있다.
블록(681) 내지 블록(690)의 입력 또는 측정 중 하나 이상은 이후에, 결정 블록(691)에 공급될 수 있다. 결정 블록(691)에서, 제어기(350) 또는 다른 메카니즘은 측정된 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지 및 평탄도를 요망되는 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지 및 평탄도와 비교할 수 있다. 결정 블록(691)은 또한, 측정된 작업 롤 파라미터, 예를 들어, 온도 또는 열적 크라운을 요망되는 작업 롤 파라미터와 비교할 수 있다.
도 6을 참조로 하여, 결정 블록(691)의 측정된 파라미터가 요망되는 범위 내에 속하는 경우에, 제어 루프는 블록(692)에서 파라미터의 세트 포인트를 유지시킬 것이다. 그러나, 결정 블록(691)의 측정된 파라미터가 요망되는 범위를 벗어나는 경우에, 제어기(350)는, 블록(693)에서, 측정된 공정 값을 블록(690)에서의 열적 모델에 의해 결정된 바와 같은 임의의 적절한 계산된 공정 값과 비교한다. 측정된 공정 값과 계산된 공정 값이 매칭되는 경우에, 제어기(350)는 블록(694)에서 입력 열적 모델을 기초로 하여 임의의 이용 가능한 공정 파라미터를 조정할 수 있다. 블록(694)에서의 열적 모델의 사용은, 열적 모델이 적절한 조정을 예측할 수 있기 때문에, 제어기(350)가 블록(695)에서 요망되는 결과를 수득하는 보다 적은 증분 또는 반복으로 공정 파라미터를 조정할 수 있게 할 수 있다. 그러나, 측정된 공정 파라미터 및 계산된 공정 파라미터가 매칭되지 않는 경우에, 제어기는 블록(696)에서 피드백 루프 시스템을 기초로 하여 공정 파라미터를 여전히 조정할 수 있다. 피드백 루프 제어는 블록(695)에서 공정 파라미터를 조정하기 위해 추가 가공이 거의 없거나 전혀 없으면서, 블록(681) 내지 블록(688)의 입력을 사용할 수 있다. 블록(696)의 피드백 루프 논리는 요망되는 결과를 달성하기 위한 추가적인 반복 또는 증분을 필요로 할 수 있지만, 열적 모델이 정확하지 않거나 적용될 수 없는 공정 조건인 경우에, 백업 조절 시스템을 제공할 것이다. 블록(695)에서 공정 파라미터를 조정한 후에, 제어 루프(680)는 필요한 경우에 롤링 밀(300) 및 열적 제어 시스템(330)을 계속 모니터링하고 조정하기 위해 결정 블록(691)으로 되돌아간다.
도 1 내지 도 6을 참조로 하여, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 적용된 열적 크라운은 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면에 따라 달라질 수 있고, 공정 파라미터, 금속 시트 또는 플레이트(102)의 물질, 및/또는 롤링 밀(300)의 작동 길이에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 작업 면의 특정 구역은 금속 시트 또는 플레이트(102)의 허용가능한 평탄도 및 품질을 유지시키기 위해 상이한 양의 열적 캠버를 필요로 할 수 있다. 가변적인 열적 크라운 또는 캠버를 달성할 뿐만 아니라, 공정 조건 또는 요건이 변화함에 따라 그러한 열적 크라운 또는 캠버를 변경시키거나 조정하도록, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 동적 형상화를 촉진시키기 위해, 작업 면 가열 스프레이 시스템(110), 열적 제어 시스템(330), 및 임의의 관련된 제어기(350), 및 제어 루프(680)는 서브세트 또는 개개 가열제 스프레이 노즐(116, 316), 가열제 측면 스프레이 노즐(324), 및/또는 냉각제 스프레이 노즐(336)을 제어하도록 구성될 수 있다. 개개 노즐(116, 316, 324, 336) 또는 노즐의 서브세트에 대한 제어는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 폭에 걸쳐 상이한 포인트에서 가열제 및 냉각제 스프레이(118, 318, 338), 및 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 적용된 열적 크라운의 양의 최종 변동성을 달라지게 한다.
도 1 내지 도 6을 참조로 하여, 작업 면 가열 스프레이 시스템(110) 및/또는 열적 제어 시스템(330)은 개개 노즐(116, 316, 324, 336) 또는 노즐의 서브세트에 대한 가열제 또는 냉각제의 흐름을 제어하는 추가적인 가열제 제어 밸브(120, 320) 및/또는 냉각제 제어 밸브(340)를 포함할 수 있다. 노즐(116, 316, 324, 336)(또는 노즐의 서브세트)에 대한 가열제 또는 냉각제의 흐름을 제한함으로써, 가열제 스프레이(118, 318) 및 냉각제 스프레이(338)의 형상 및 분배는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면을 폭을 가로질러 임의의 특정 포인트에서 요망되는 양의 열적 크라운을 생성시키도록 조정될 수 있다. 일부 경우에, 단지 상부 작업 롤(104)에, 또는 단지 하부 작업 롤(106)에 가열제 또는 냉각제를 적용하는 것이 요망되거나 필요할 수 있다. 직접 노즐 제어 또는 가열제 제어 밸브(320) 및/또는 냉각제 제어 밸브(340)의 사용을 통한, 가열제 스프레이 노즐(116, 316), 가열제 측면 스프레이 노즐(324), 및/또는 냉각제 스프레이 노즐(336)의 제어는 적절한 작업 롤(104, 106) 또는 작업 롤(104, 106)의 부분에만 가열제 또는 냉각제를 전달할 수 있게 한다. 유사하게, 일부 예에서, 상부 작업 롤(104) 및 하부 작업 롤(106)이 서로 상호보완적이거나, 오프셋되거나, 또는 달리 상이하게 열적 크라운을 갖는 것이 요망될 수 있다. 이러한 예에서, 서브세트 또는 개개 노즐(116, 316, 324, 336)의 제어는 상부 작업 롤(104) 및 하부 작업 롤(106)이 개별화된 가열제 및 냉각제 스프레이(118, 318, 338)를 수용할 수 있게 하여, 이에 따라, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 크라운이 독립적으로 제어되고 변화될 수 있게 한다.
가열제 스프레이(118, 318) 및 냉각제 스프레이(338)의 분배를 제어하는 추가 방법이 가능할 수 있다. 예를 들어, 각 가열제 스프레이 노즐(116, 316), 가열제 측면 스프레이 노즐(324), 및/또는 냉각제 스프레이 노즐(336)은 가열제 또는 냉각제의 흐름, 또는 가열제 스프레이(118, 318) 또는 냉각제 스프레이(338)의 형상, 분배 및/또는 강도를 제어하기 위해 사용될 수 있는 가변 노즐일 수 있다. 이러한 예에서, 가변 노즐은 흐름을 제한하거나 증가시키거나, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 대한 가열제 스프레이(118, 318) 또는 냉각제 스프레이(338)의 요망되는 형상 및 품질을 제공하기 위해 노즐 에임, 스프레이 패턴, 스프레이 강도, 또는 듀티 사이클을 조정할 수 있다. 유사하게 가변 밸브(120, 320, 340)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 동적 형상화를 제공하기 위해, 개별적으로 또는 노즐(116, 316, 324, 336)의 서브세트에 대해, 노즐(116, 316, 324, 336)에 대한 가열제 또는 냉각제의 흐름을 변경하거나 조정할 수 있다. 노즐(116, 316, 324, 336) 또는 노즐의 서브세트에 대한 가열제 및 냉각제의 유량, 압력, 또는 수준을 변화시키는 또 다른 방법이 가능할 수 있다. 상술된 바와 같이, 개개 노즐(116, 316, 324, 336) 또는 노즐(116, 316, 324, 336)의 서브세트에 대한 제어는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 폭에 걸쳐 상이한 구역에, 가열제 또는 냉각제 스프레이(118, 318, 338)의 차등 적용을 제공하기 위해 요망될 수 있다.
도 7은 도 1 내지 도 4에서 상술된 바와 같이 롤링 밀(100 또는 300)과 같은 롤링 밀의 열적 캠버를 제어하는 예시적인 방법이다. 시동 또는 롤링 공정 및/또는 롤링되는 물질의 변화 동안, 롤링 밀(100 또는 300)은, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)이 정상 상태 온도 및 얻어진 열적 크라운을 달성하기 전에 작동의 일시적인 스테이지를 가질 수 있다. 일부 예에서, 가열제 스프레이(118, 318)는 블록(702)에 도시된 바와 같이 시동 동안에 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 상에 분사될 수 있으며, 이는 추가 가공을 필요로 할 수 있거나 사용할 수 없는 스크랩 물질의 발생을 방지할 수 있다. 가열제 스프레이(118, 318)는 가열제 측면 스프레이 노즐(324)의 사용을 추가로 포함할 수 있는, 하나 이상의 가열제 스프레이 노즐(116, 316)의 사용을 통해, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에 적용될 수 있다. 일부 예에서, 가열제 스프레이(118, 318)는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면의 대부분을 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가열제 스프레이(118, 318)는 상부 작업 롤(104)의 면의 대략 50% 이상, 하부 작업 롤(106)의 면의 대략 50% 이상, 또는 상부 작업 롤(104) 및 하부 작업 롤(106) 각각의 면의 대략 50% 이상을 분사하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 가열제 스프레이(118, 318)는 실질적으로 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면을 가로질러 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가열제 스프레이(118, 318)는 상부 작업 롤(104)의 면의 대략 90% 이상, 하부 작업 롤(106)의 면의 대략 90% 이상, 또는 상부 작업 롤(104) 및 하부 작업 롤(106) 각각의 면의 대략 90% 이상을 가로질러 분사하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 가열제 스프레이(118, 318)는 금속 시트 또는 플레이트(102)와 접촉하는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 일부(예를 들어, 금속 시트 또는 플레이트(102)와 접촉하는 상부 작업 롤(104) 또는 하부 작업 롤(106)의 임의의 백분율)를 가로질러 분사하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 가열제 스프레이(118, 318)가 시동 동안 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)을 가온시킴에 따라, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 캠버는 블록(704)에서 열적 모델의 사용을 통해 측정되거나 결정될 수 있다. 열적 모델을 사용하여 얻어지거나 직접 측정을 통해 얻어진 정보를 사용하여, 가열제 스프레이(118, 318)는 블록(706)에서 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 상에 정상 상태 열적 크라운을 달성하도록 제어될 수 있다. 일부 예에서, 임의의 수의 제어 방법 또는 기술은 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)에서 정상 상태 열적 크라운의 발생에 영향을 미치게 하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 가열제 스프레이 노즐(116, 316)은 개별적으로 제어될 수 있다. 가열제 제어 밸브(120, 320)는 개개 가열제 스프레이 노즐(116, 316) 및/또는 가열제 측면 스프레이 노즐(324)에 대한 가열제의 흐름을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 가열제 스프레이 노즐(116, 316) 및/또는 가열제 측면 스프레이 노즐(324)은 가변 노즐일 수 있다. 가변 노즐은 유량, 노즐 에임, 스프레이 패턴, 스프레이 강도, 및 노즐 듀티 사이클을 변경시킴으로써 가열제의 분사를 제어할 수 있다. 특정 예에서, 가열제 스프레이(118, 318)에 대한 조정은 센서, 예를 들어, 금속 시트 또는 플레이트 평탄도 센서, 작업 롤 온도 센서, 작업 롤 캠버 센서, 금속 시트 또는 플레이트 게이지 센서, 가열제 온도 센서, 및/또는 냉각제 온도 센서의 출력에 반응하여 이루어질 수 있다. 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 면이 정상 상태 열적 크라운을 달성한 후에, 금속 시트 또는 플레이트(102)는 가공을 위해 롤링 밀(100, 300)에 공급될 수 있다.
도 7을 참조로 하여, 금속 시트 또는 플레이트(102)가 블록(708)에서 롤링 밀(100, 300)에서 가공하기 시작한 직후에, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 크라운의 측정, 열적 모델의 모니터링, 또는 임의의 상술된 센서의 모니터링이 계속될 수 있다. 일부 경우에, 가열제 스프레이(118, 318)는 블록(712)에서 가공 동안 요망되는 열적 크라운을 유지하도록 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 온도를 유지하고/거나 조정하기 위해 선택적 냉각제 스프레이(338)와 함께 사용될 수 있다. 냉각제 스프레이(338)는 상기에 주지된 가열제 스프레이(118, 318)에 대해 유사하게 가변 노즐 또는 냉각제 제어 밸브(340)를 사용하여 제어될 수 있다.
도 8은 열적 제어 시스템(330)으로 롤링 밀(100, 300)을 제어하는 방법이다. 블록(802)에서, 사용자는 하나 이상의 요망되는 롤링 밀 공정 결과, 예를 들어, 요망되는 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지, 요망되는 금속 또는 플레이트(102) 게이지 허용 오차, 요망되는 금속 시트 또는 플레이트(102) 평탄도, 및/또는 요망되는 금속 시트 또는 플레이트(102) 평탄도 허용 오차를 제어기(350)에 입력할 수 있다.
블록(804)에서, 제어기(350)는 롤링 밀 공정 출력을 수신할 수 있다. 일부 경우에, 롤링 밀 공정 출력은 금속 시트 또는 플레이트(102) 게이지 및/또는 금속 시트 또는 플레이트(102) 평탄도를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
블록(806)에서, 제어기(350)는 롤링 밀 작동 조건, 예를 들어, 가열제 온도, 냉각제 온도, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 온도, 및/또는 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 동적 또는 정적 캠버에 대한 정보를 수신할 수 있다.
블록(808)에서, 일시적 또는 정상 상태 거동을 위해 상세하게 구성될 수 있고 다른 것들 중에서, 롤링 밀(100, 300) 조건, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 캠버 또는 형상, 또는 금속 시트 또는 플레이트(102)의 게이지 또는 평탄도를 예측할 수 있는 열적 모델이 제어기(350)에 입력될 수 있다.
블록(810)에서, 제어기(350)는 이후에, 하나 이상의 출력을 계산하기 위해, 상술된 바와 같은 임의의 적용 가능한 센서로부터의 입력과 함께, 열적 모델을 사용할 수 있다. 열적 모델 출력은 금속 시트 또는 플레이트(102)의 게이지 또는 평탄도, 롤링 밀(100, 300)의 작동 조건, 및/또는 온도, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106)의 열적 캠버, 또는 전체 캠버를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
도 8을 참조로 하여, 블록(812)에서, 제어기(350)는 열적 모델 출력 중 하나 이상을 블록(804)의 롤링 밀 공정 출력 및/또는 블록(806)의 롤링 밀 작동 조건과 비교할 수 있다. 블록(810)의 열적 모델 출력이 롤링 밀 공정 출력 및/또는 롤링 밀 작동 조건과 비교적 일치하거나 이와 충분히 유사한 경우에, 블록(808)에서 열적 모델 입력은 유효할 수 있고, 시스템에 대한 예측 조정을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 블록(814)에서, 제어기(350)는 이후에 블록(804)의 롤링 밀 공정 출력을 블록(802)의 요망되는 롤링 밀 공정 결과와 매칭시키기 위해 열적 모델을 기초로 하여 열적 제어 시스템(330)의 파라미터를 조정할 수 있다.
블록(812)으로 돌아가서, 한편, 블록(810)의 열적 모델 출력이 롤링 밀 공정 출력 및/또는 롤링 밀 작동 조건과 비교적 일치하지 않거나 충분히 유사하지 않는 경우에, 블록(808)에서 열적 모델 입력은 롤링 밀(100, 300)의 현 작동 조건 하에서 예측 값을 가지지 않을 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(350)는 이후에 블록(804)의 롤링 밀 공정 출력을 블록(802)의 요망되는 롤링 밀 공정 결과와 매칭시키기 위해 블록(816)에서 피드백 루프를 기초로 하여 열적 제어 시스템(330)의 파라미터를 조정할 수 있다. 특정 경우에, 열적 제어 시스템(330) 파라미터는 가열제 유량, 냉각제 유량, 가열제 스프레이 패턴, 냉각제 스프레이 패턴, 가열제 스프레이 노즐 듀티 사이클, 냉각제 스프레이 노즐 듀티 사이클, 가열제 스프레이 노즐 패턴, 냉각제 스프레이 노즐 패턴, 가열제 스프레이 노즐 에임, 냉각제 스프레이 노즐 에임, 상부 작업 롤(104) 및/또는 하부 작업 롤(106) 상의 열적 캠버의 양에 영향을 미치거나 이를 조정하기 위해 사용될 수 있는 열적 제어 시스템(330)의 임의의 다른 변수를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
도 7 및 도 8의 기술된 방법은 단지 기술된 단계, 추가 단계, 또는 상술된 것과는 다른 단계의 배열 또는 순서의 일부 세트를 포함할 수 있다.
도면에 도시되거나 상술된 구성요소의 상이한 배열, 뿐만 아니라, 도시되거나 기술되지 않은 구성요소 및 단계가 가능하다. 유사하게, 일부 특징 및 하위조합은 유용하고, 다른 특징 및 하위조합을 참조하지 않고 사용될 수 있다. 본 발명의 구현예는 예시를 위해 기술되었고, 제한 목적을 위해 기술되지 않으며, 대안적인 구현예는 이러한 특허의 독자에게 명백하게 될 것이다. 이에 따라, 본 발명은 상술되거나 도면에 도시된 구현예로 제한되지 않으며, 다양한 구현예 및 개질예는 하기 청구범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다.

Claims (35)

  1. 상부 작업 롤 폭(upper work roll width) 및 상부 작업 롤 면(upper work roll face)을 갖는 상부 작업 롤(upper work roll);
    하부 작업 롤 폭 및 하부 작업 롤 면을 갖는 하부 작업 롤(lower work roll);
    가열 스프레이 노즐(heating spray nozzle)을 포함하는 작업 면 가열 스프레이 디바이스(work face heating spray device); 및
    가열제를 함유한 가열된 액체 저장소(heated liquid reservoir)로서, 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스에 상기 가열제를 제공하도록 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스에 커플링 가능한 상기 가열된 액체 저장소를 포함하는 금속 롤링 시스템(metal rolling system)으로서,
    상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스는 상기 가열제를 수용하도록 구성되며, 상기 가열 스프레이 노즐은 상기 상부 작업 롤 면 및 상기 하부 작업 롤 면 중 적어도 하나에 상기 가열제를 적용하기 위해 상기 상부 작업 롤 또는 상기 하부 작업 롤에 근접하여 정위 가능하고,
    상기 시스템은 제어 시스템을 추가로 포함하며, 상기 제어 시스템은 제어기를 포함하고; 또한 상기 제어 시스템은 작업 롤 온도 센서 및 작업 롤 캠버 센서 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 금속 롤링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스가 복수의 가열 스프레이 노즐을 포함하는, 금속 롤링 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 가열 스프레이 노즐이 개별적으로 제어 가능한, 금속 롤링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 가열된 에지 스프레이(heated edge spray)를 추가로 포함하는, 금속 롤링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 가열제 제어 밸브를 추가로 포함하는, 금속 롤링 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열 스프레이 노즐이 가변 노즐(variable nozzle)인, 금속 롤링 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가변 노즐이, 상기 가열 스프레이 노즐과 관련된 파라미터를 조정함으로써 상기 가열제의 적용을 제어하도록 구성되며, 상기 파라미터는 유량, 노즐 에임(nozzle aim), 스프레이 패턴, 스프레이 강도, 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 포함하는, 금속 롤링 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 작업 면 냉각 스프레이 디바이스를 추가로 포함하며,
    상기 작업 면 냉각 스프레이 디바이스는 냉각 스프레이 노즐; 및 냉각제를 함유한 냉각 액체 저장소로서, 냉각 스프레이 노즐에 상기 냉각제를 제공하도록 상기 냉각 스프레이 노즐에 커플링 가능한 상기 냉각 액체 저장소를 포함하며,
    상기 냉각 스프레이 노즐은 상기 상부 작업 롤 또는 상기 하부 작업 롤에 근접하여 정위 가능하며,
    상기 냉각 스프레이 노즐은 상기 냉각제를 수용하고 상기 상부 작업 롤 면 및 상기 하부 작업 롤 면 중 적어도 하나에 상기 냉각제를 적용하도록 구성되는, 금속 롤링 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 냉각제 제어 밸브를 추가로 포함하는, 금속 롤링 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스가 상기 상부 작업 롤 폭 및 상기 하부 작업 롤 폭 중 적어도 하나에 상기 가열제를 적용하도록 상기 상부 작업 롤 또는 상기 하부 작업 롤에 근접하여 정위된, 금속 롤링 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스가 상기 상부 작업 롤 폭 및 상기 하부 작업 롤 폭 중 적어도 하나를 가로질러 상기 가열제를 적용하는, 금속 롤링 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스가 금속 작업 피스(metal work piece)와 접촉하는 상기 상부 작업 롤 면 또는 상기 하부 작업 롤 면의 적어도 일부에 상기 가열제를 적용하는, 금속 롤링 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법으로서,
    롤링 밀 작업 롤에 가열된 액체를 전달하도록 구성된 가열 스프레이 노즐을 포함하는 작업 면 가열 스프레이 디바이스를 제공하고;
    롤링 밀 시동(rolling mill start-up) 동안에, 상기 가열 스프레이 노즐을 통해, 상기 롤링 밀 작업 롤의 면 상에 상기 가열된 액체를 분사하고;
    상기 롤링 밀 작업 롤의 면 상에 정상 상태 열적 캠버(steady state thermal camber)를 발생시키기 위해 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스를 제어하고;
    금속 작업 피스를 상기 롤링 밀에 공급하는 것을 포함하고;
    상기 방법은 적어도 하나의 센서의 출력(output)에 반응하여 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스를 제어하는 것을 추가로 포함하고, 적어도 하나의 상기 센서는 작업 롤 온도 센서 및 작업 롤 캠버 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 작업 면 가열 스프레이 디바이스가 복수의 가열 스프레이 노즐을 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 가열 스프레이 노즐 각각을 개별적으로 제어하는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 가열된 에지 스프레이를 제공하는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 가열된 액체 제어 밸브로 상기 가열된 액체의 전달을 제어하는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 가열 스프레이 노즐이 가변 노즐인, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 가변 노즐이 상기 가열 스프레이 노즐과 관련된 파라미터를 조정함으로써 상기 가열된 액체의 분사를 제어하며, 상기 파라미터는 유량, 노즐 에임, 스프레이 패턴, 스프레이 강도, 또는 듀티 사이클을 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 롤링 밀 작업 롤 면을 작업 면 냉각 스프레이 디바이스로 냉각시키는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 작업 면 냉각 스프레이 디바이스를 냉각제 제어 밸브로 제어하는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 롤링 밀 작업 롤의 면 상에 상기 가열된 액체를 분사하는 것이 상기 롤링 밀 작업 롤의 면을 가로질러 상기 가열된 액체를 분사하는 것을 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  25. 삭제
  26. 제15항에 있어서, 상기 롤링 밀 작업 롤의 면 상에 상기 가열된 액체를 분사하는 것이 상기 금속 작업 피스와 접촉하는 상기 롤링 밀 작업 롤의 면의 적어도 일부 상에 상기 가열된 액체를 분사하는 것을 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  27. 삭제
  28. 제15항에 있어서,
    적어도 하나의 원하는 롤링 밀 공정 결과를 입력하고;
    적어도 하나의 롤링 밀 공정 출력을 수신하고;
    상기 적어도 하나의 롤링 밀 공정 출력을 상기 적어도 하나의 원하는 롤링 밀 공정 결과와 비교하고;
    상기 적어도 하나의 롤링 밀 공정 출력을 상기 적어도 하나의 원하는 롤링 밀 공정 결과와 매칭하도록 적어도 하나의 롤링 밀 열적 캠버 제어 시스템 파라미터를 조정하는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 원하는 롤링 밀 공정 결과가 원하는 금속 게이지, 원하는 금속 게이지 허용 오차, 원하는 금속 평탄도, 및 원하는 금속 평탄도 허용 오차로 이루어진 군으로부터 선택되는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 롤링 밀 공정 출력이 금속 시트 또는 플레이트 게이지 및 금속 시트 또는 플레이트 평탄도로 이루어진 군으로부터 선택되는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 롤링 밀 열적 캠버 제어 시스템 파라미터가 가열제 유량, 냉각제 유량, 가열제 스프레이 패턴, 냉각제 스프레이 패턴, 가열제 스프레이 노즐 듀티 사이클, 냉각제 스프레이 노즐 듀티 사이클, 가열제 스프레이 노즐 패턴, 냉각제 스프레이 노즐 패턴, 가열제 스프레이 노즐 에임, 및 냉각제 스프레이 노즐 에임으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  32. 제28항에 있어서, 적어도 하나의 롤링 밀 작동 조건(operating condition)을 수용하는 것을 추가로 포함하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 롤링 밀 작동 조건이 가열제 온도, 냉각제 온도, 작업 롤 온도, 및 작업 롤 캠버로 이루어진 군으로부터 선택되는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    열적 모델(thermal model)을 입력하고;
    상기 열적 모델로부터 열적 모델 출력을 계산하고;
    상기 열적 모델 출력을, 상기 적어도 하나의 롤링 밀 공정 출력 및 적어도 하나의 롤링 밀 작동 조건으로 이루어진 군으로부터 선택된 파라미터와 비교하고;
    상기 열적 모델을 기초로 하여 상기 적어도 하나의 롤링 밀 열적 캠버 제어 시스템 파라미터를 조정하는 것을 추가로 포함하며,
    상기 열적 모델 출력은 상기 적어도 하나의 롤링 밀 공정 출력 및 적어도 하나의 롤링 밀 작동 조건으로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 파라미터와 일치하는, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
  35. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 롤링 밀 열적 캠버 제어 시스템 파라미터를 조정하는 것이 피드백 루프 제어(feedback loop control)를 기초로 한 것인, 롤링 밀 열적 캠버를 제어하는 방법.
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