KR20020040428A - 냉간압연기의 압연율 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 냉간압연기 또는 열간압연기에서 스탠드별 압하율 배분방식과 스탠드별 부하배분방식을 냉간압연기에 혼합 적용할 수 있도록 비지니스 컴퓨터(BC)로부터 소재정보와 제품 작업지시 정보를 제공받아 복수개 스탠드의 압연기에서 압연작업 적합여부를 판단하고 상기 압연기의 정상작업에 적합한 작업항목들의 초기설정값을 계산하며, 이를 논리제어기(PLC)로 제공하는 관리제어 컴퓨터(SCC)에서 냉간압연기의 압하율을 결정하는 방법에 관한 것으로, 압연속도 및 부하배분율이 허용상한치와 허용하한치 사이의 범위 내에 존재하도록 상기 작업항목을 설정하는 단계와, 상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족하는 지 여부를 판별하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 생산성 향상과 운전자의 수동개입 감소를 통한 자동화 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

냉간압연기의 압연율 결정방법{Method for determining the rate of pressure in the cold roll}

본 발명은 냉간압연기를 운전하기 위한 수식모델을 최적화시켜 생산성을 향상시키고 운전자의 수동개입을 감소시킬 수 있는 냉간압연기의 압하율 결정방법에 관한 것이고, 특히 운전자가 임의로 스탠드별 압하율과 부하배분이 운전자의 요구패턴을 동시에 만족시킬 수 있도록 연속 냉간압연기 또는 연속 열간압연기에 사용되는 수식모델을 제공하여 생산성을 향상시킬 수 있고 운전자의 수작업 개입율을 감소시킬 수 있는 냉간압연기의 압하율 결정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉간압연 공정은 열연제품을 소재로 하여, 수요가가 원하는 규격과 양호한 형상을 가진 제품을 생산하고, 후공정에 소재를 제공하는 냉연공정으로서 산세 및 압연라인을 포함하고 있다. 이러한 산세 및 압연라인은 열연에서 생산한 핫코일을 소재로하여 각종 냉연제품을 만들어 내는 중간공정이다.

이러한 냉간압연 공정에 사용되는 냉간 압연기(tandem cold-rolling mill: TCM)는 작업지시 정보에 따라 수요가가 원하는 두께 및 표면품질을 만들어 내는 장치이다. 즉, 도 1 및 도 2를 참조하면, 냉간압연 작업을 수행하기 위하여, BC(business computer; 비지니스 컴퓨터)라는 상위컴퓨터에서 강판의 두께, 폭 및 종류 등과 같은 소재정보와 제품에 대한 작업지시정보를 SCC(supervisory control computer; 관리제어 컴퓨터)로 전송하면, SCC에서는 지시받은 소재로 제품을 만들어 낼 수 있는지 여부, 즉 작업가능 여부를 우선 검토(단계 11)한다.

작업이 가능하다고 판단되면, 압연기의 정상작업을 수행하기 위한 압연기의 각 스탠드에 설정할 항목들, 예를 들어 압하율, 텐션, 롤갭, 하중, 롤속도 및 판속도 등의 초기 설정값에 대해 계산하고 결정하며, 이에 대한 데이터를 PLC(programmable logic controller; 논리 제어기)로 전송함으로써 냉간압연 작업수행을 위한 준비를 완료한다.

한편, SCC에는 수요가가 원하는 두께의 압연판을 얻기위해 압연기의 구동조건을 결정하기 위한 프로그램이 내장되어 있으며, 이를 냉간압연 수식모델 또는 셋업모델이라 한다. 이러한 수식모델에 의하여 상기 항목들의 초기 설정값에 대해 계산하고 결정한다.

도 2를 다시 참조하면, 단계 12 및 13에서는 압하율을 결정하고 인장을 계산하며, 판속도, 마찰계수, 선진율, 롤속도를 계산한다. 그리고, 해당 스탠드의 입측롤의 최대회전속도가 압연속도 상한치와 하한치 범위 내에 있는 지 여부를 판단(단계 14)한다. 입측롤의 회전속도가 상기 범위 내에 있으면, 변형저항, 압연하중, 모터토크 및 파워를 계산하지만, 상기 입측롤의 회전속도가 범위를 벗어나면 최종 판속도를 수정한다. 그리고, 스탠드별 모터의 동력이 허용범위를 넘는지 여부를 점검(단계 16)한 후 롤갭 및 무부하속도를 계산한다.

상술된 바와 같은 계산 결과 얻어진 데이터는 SCC로부터 PLC로 전송되어 작업중인 코일의 실적치를 비교하면서 다이나믹 제어(dynamic control)를 실시하며, 작업자는 이러한 실시결과가 만족될 때까지 압하율과 인장을 조정하여 상술된 바와 같은 과정을 반복한다.

한편, 종래의 냉간압연기의 압연작업에 있어서, 가장 기본적인 작업은 제품의 판 두께가 목표치가 되도록 롤갭과 롤회전수를 계산하는 것이다. 이것을 압하율 스케쥴 계산이라 하며, 계산방식에는 스탠드별 압하율 배분방식과, 스탠드별 부하배분방식이 있다. 현재, 냉간압연 수식모델에서는 스탠드별 압하율 배분방식을채택하여 운영하고 있다. 그러나, 운전자는 표면품질과 작업성을 고려한 스탠드별 부하배분방식을 맞추기 위해 셋업계산 후의 압하율을 수정하는 빈도가 많다.

즉, 현재 운영중인 수식모델은 계산 전에 스탠드별 부하배분 결과값이 어떤 결과값을 출력할 지 운전자는 전혀 예측할 수 없다. 그런데, 운전자는 셋업계산 결과중 부하배분 패턴을 보고 자기의 작업패턴에 맞도록 수동개입을 하여 압하율을 조정한 다음 셋업모델을 재 실행하므로써 운전자가 원하는 부하배분 패턴을 만들어 내려고 하는 일련의 작업을 반복하고 있다.

이와 같이 스탠드별 압하율을 조정하는 이유는 압하율조정이 해당 스탠드의 부하를 조정할 수 있는 직접적인 방법이기 때문이다. 즉, 어떤 특정 스탠드의 압하율을 크게 하면 두께 감소가 커지며, 두께 감소를 크게 하려면 해당 스탠드의 부하가 더 커지는 것은 당연한 결과이기 때문이다.

상기와 같은 문제점은 스탠드별 부하배분 예측이 불가하므로 최종 스탠드에서의 롤속도를 최적화 시키지 못하여 생산성을 향상시키지 못할 뿐만 아니라, 운전자의 반복적인 수작업 개입에 의해 자동화율을 향상시키지 못하는 원인이 되고 있다.

다음은 셋업모델 계산 순서중 스탠드별 부하배분 체크에 관한 문제점이다.

예를 들어, 히다찌(Hitachi)에서 제공한 수식모델중 부하체크 부분에 관해서는, 도 2에 나타난 바와 같이, 중간에 계산된 부하(모터토크)가 해당 스탠드별로 모터 허용능력을 초과 하는지 만을 체크하게 되어 있으며, 해당 스탠드 별로 허용범위 안에만 있으면 이후 계산을 수행하고 모델 계산을 종료한다. 이러한 계산 방법은 운전자가 셋업계산 결과를 볼 때 부하배분과 압하율 배분 패턴을 참고하는 운전자에게는 수동 개입을 할 수 밖에 없는 직접적인 원인이 된다.

또한, 운전자는 압하율을 재조정하려 하나 이것은 다른 스탠드의 압하율에 다시 영향을 미치게 될 뿐만 아니라, 부하배분 패턴도 정확히 맞출 수 없는 악순환을 계속하게 된다. 이러한 현상은 임의의 스탠드의 압하율 변화는 해당 스탠드의 부하배분과 상반되는 현상을 나타내기 때문에 발생된다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 서로 상반되는 스탠드별 압하율 배분방식과 스탠드별 부하배분방식을 냉간압연기에 혼합 적용하여 운전자의 경험을 수식모델에 반영함으로써, 수식모델 최적화를 통한 냉간압연의 생산성을 향상시키고 또한 운전자의 수작업 개입율 감소를 통해 자동화율을 향상시킬 수 있는 냉간압연기의 압하율 결정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 압연기용 데이터의 흐름을 나타낸 블럭도.

도 2는 종래 실시예에 따른 압연율 결정방법을 나타낸 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 압연율 결정방법을 나타낸 흐름도.

도 4는 종래 실시예와 본 발명의 실시예에 따른 압연기 스탠드에서의 압하율 변동분을 비교 예시하는 그래프.

도 5는 종래 실시예와 본 발명의 실시예에 따른 압연기 스탠드에서의 부하배분 변동분을 비교 예시하는 그래프.

도 6은 종래 실시예와 본 발명의 실시예에 따른 수식모델에 의해 수행되는 압연기 스탠드에서의 부하배분결과를 비교 예시하는 그래프.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 스탠드별 압하율 배분방식과 스탠드별 부하배분방식을 냉간압연기에 혼합 적용할 수 있도록 비지니스 컴퓨터(BC)로부터 소재정보와 제품 작업지시 정보를 제공받아 압연작업 적합여부를 판단하고 압연기의 정상작업에 적합한 작업항목들의 초기설정값을 계산하고 이를 논리제어기(PLC)로 제공하는 관리제어 컴퓨터(SCC)에서 냉간압연기의 압하율을 결정하는 방법은 압연속도 및 부하배분율이 허용상한치와 허용하한치 사이의 범위 내에 존재하도록 상기 작업항목을 설정하는 단계와, 상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족하는 지 여부를 판별하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에서는 스탠드별 부하배분에 기초한 압하율 결정 최적화 방법과 프로그램을 제공하고, 이 프로그램은 스탠드별 부하배분과 압하율 배분이 운전자의 요구 패턴을 동시에 만족하지 못하는 경우 부하배분과 압하율배분을 동시에 만족 시킬 수 있는 압하율 결정 최적화 프로그램이다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 스탠드별 부하배분과 압하율을 동시에 만족시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.

즉, 스탠드별 부하배분의 상하한 범위를 벗어난 부분이 허용범위 이내로 들어오게 하기 위해서는 도 4에 나타난 바와 같이, 압하율의 변동 허용범위(실선 범위) 내에서 특정 스탠드의 압하율을 조정해야 한다.

예를 들어, (#3-#2) 스탠드의 압하율을 조금 낮추고 (#4-#3) 스탠드의 압하율을 높이면, (#4-#3)스탠드의 부하가 커지고 (#3-#2)스탠드의 부하는 감소하게 될 것이다. 그러나, 특정 스탠드의 압하율을 변경하면 다른 스탠드의 압하율이 변하게 되고, 이것은 다시 스탠드별 부하배분에 영향을 미치는 악순환이 계속되므로 운전자는 이를 정확히 계산해 낼 수가 없게 된다.

그러므로, 해를 찾는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 스탠드별 부하배분 설정패턴 변동분의 수식모델(η; 이타)을 계산한후 각 스탠드간의 압하율 변동분과 가감방향을 결정한다. 그리고, 뉴톤-랩슨 기법(Newton-Rhapson Method; 이에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략함)을 이용한 수치 해석에 의해 각 스탠드별로 새로운 압하율을 결정한다. 또한, 새로운 압하율로 상기 수식모델을 재계산한 후 도 4에 나타난 바와 같이 파워 체크를 하면 압하율과 부하배분이 운전자의 요구조건을 동시에 만족 시킬 수 있게 되며, 그 결과는 도 4 및 도 5에 점선으로 표시하였다.

즉, 종래 실시예에 따라, 도 4 및 도 5에서 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 압하율을 변동시키면 해당 스탠드에서 부하배분 변동분은 허용범위의 상하한치를 벗어나게 된다. 그러나, 도 4 및 도 5에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 압하율을 변동시키면 해당 스탠드에서 부하배분 변동분은 허용범위의 상하한치 내에 존재하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 도 4 및 도 5의 허용 범위 내에서 스탠드별 압하율과 부하배분의 변동분을 동시에 만족할 수 있도록 하는 방법을 제공하고 있다.

관련 수식은 다음과 같다.

먼저, 스탠드간 부하배분 설정패턴의 변동분(이타)는 하기 식 (1)으로 표현된다.

‥‥‥ (1)

여기에서, dHPB_i= HPB_i+1- HPB_i, 평균 HPB_i= (HPB_upper+ HPB_lower)/2,

첨자 i와 i+1은 스탠드 번호이고, 첨자 upper와 lower은 각각 설정범위 상한치와 하한치이다

그리고, 새로운 압하율 인자를 구하기 위한 수식은 하기 식 (2)로 표현된다.

‥‥‥ (2)

여기에서,,,,,,

r_i는 i번째 스탠드의 압하율이고, r_T는 전체 압하율이고, r_f는 마지막 스탠드의 압하율이다.

한편, 상기 식 (2)에서는 5개의 스탠드를 채택하였으며, x는 첫번째 스탠드의 압하율을 구하기 위한 인자이다. 그리고, 상기 식 (2)는 하기와 같이 표현되는 뉴톤-랩슨 기법을 이용한 수치해석에 의해 계산된다.

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도 3을 다시 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

먼저, 상술된 바와 같이, 냉간압연 작업을 수행하기 위하여, BC(비지니스 컴퓨터)라는 상위컴퓨터에서 강판의 두께, 폭 및 종류 등과 같은 소재정보와 제품에 대한 작업지시정보를 SCC(관리제어 컴퓨터)로 전송하면, SCC에서는 지시받은 소재로 제품을 만들어 낼 수 있는지 여부, 즉 작업가능 여부를 우선 검토한다.

압연작업이 가능하다고 판단되면, 압연기의 정상작업을 수행하기 위한 압연기의 각 스탠드에 설정할 항목들, 예를 들어 압하율, 텐션, 롤갭, 하중, 롤속도 및 판속도 등의 초기 설정값에 대해 계산하고 결정하며, 이에 대한 데이터를 PLC(논리제어기)로 전송함으로써 냉간압연 작업수행을 위한 준비를 완료한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따라서, 상기 SCC에서 수행되는 압하율 결정방법을 설명한다.

즉, 단계 12 및 13에서는 압하율을 결정하고 인장을 계산하며, 판속도, 마찰계수, 선진율, 롤속도를 계산한다. 그리고, 해당 스탠드의 입측롤의 최대회전속도가 압연속도 상한치와 하한치 범위 내에 있는 지 여부를 판단(단계 14)한다. 입측롤의 회전속도가 상기 범위 내에 있으면, 변형저항, 압연하중, 모터토크 및 파워를 계산하지만, 상기 입측롤의 회전속도가 범위를 벗어나면 최종 판속도를 수정한다.

그리고, 각 스탠드에서 부하배분율이 허용상한치와 허용하한치 범위 내에 존재하는 지 여부를 판별(단계 21)한다. 부하배분율이 허용상한치와 허용하한치 범위 내에 존재하지 않으면, 상기 단계 13으로 진행하여 상술된 절차를 반복수행한다. 그러나, 부하배분율이 허용상한치와 허용하한치 범위 내에 존재하면, 부하배분율과 압하율 패턴이 만족되는 지 여부를 판별(단계 22)한다.

부하배분율과 압하율 패턴이 만족되면, 롤갭 및 무부하속도를 계산하고, 그 결과를 상기 PLC(논리 제어기)로 전송함으로써 냉간압연 작업수행을 위한 준비를 완료한다.

한편, 부하배분율과 압하율 패턴이 만족되지 않으면, 상기 식 (1)으로 표현되는 바와 같이 스탠드간 부하배분율의 변동분(η; 이타)을 계산하기 위한 제1수식모델을 설정(25)하고, 상기 식 (2)로 표현되는 바와 같이, 각 스탠드의 압하율 변동분과 가감방향을 설정하기 위한 제2수식모델을 설정(26)한 후, 상기 제2수식모델은 뉴톤-랩슨 기법을 이용한 수치해석한다.

그 결과, 각 스탠드별로 새로운 압하율을 결정하여 이 값으로 상기 수식모델을 재계산한 후 압하율과 부하배분이 운전자의 요구조건을 만족할 때까지 상술된 과정을 반복수행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상술된 바와 같은 반복작업은 압하율과 부하배분이 운전자의 요구조건을 만족할 때까지 약 20회 내지 30회 정도로 수행(24)되며, 이러한 반복작업에 의해서도 압하율과 부하배분이 운전자의 요구조건을 만족하지 못하면, 상기 반복작업 동안 설정된 압하율과 부하배분의 데이터를 PLC로 전송한다.

그리고, 압연조업에서는 작업중인 코일의 실적치를 비교하면서 다이나믹 제어(dynamic control)를 실시하며, 작업자는 이러한 실시결과를 만족하지 못하면 압하율과 인장을 조정하여 상술된 바와 같은 과정을 반복하게 된다.

결과적으로, 도 6에 나타난 바와 같이, 각 스탠드에서 부하배분 결과가 종래 실시예에서는 예측불가하였지만, 본 발명의 실시예에 따르면 항상 일정한 패턴을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 슬라브를 소재로 하여 열연 코일을 생산하는 연속 열간압연기 또는 열연 코일을 소재로 하여 냉연제품을 만드는 연속 냉간압연기의 초기치 설정값을 계산하는 수식모델에서 스탠드별 부하배분 패턴과 압하율 패턴을 동시에 만족시킬 수 있는 수식모델을 계산함으로써, 작업자가 원하는 패턴을 임의로 설정하여 작업할 수 있으므로 자동화율 향상에 따른 작업부하 감소와 부하패턴의 균일화를 통해 최종 스탠드의 출측 속도 향상으로 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 요지 및 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (4)

1. 스탠드별 압하율 배분방식과 스탠드별 부하배분방식을 냉간압연기에 혼합 적용할 수 있도록 비지니스 컴퓨터(BC)로부터 소재정보와 제품 작업지시 정보를 제공받아 복수개 스탠드의 압연기에서 압연작업 적합여부를 판단하고 상기 압연기의 정상작업에 적합한 작업항목들의 초기설정값을 계산하며, 이를 논리제어기(PLC)로 제공하는 관리제어 컴퓨터(SCC)에서 냉간압연기의 압하율을 결정하는 방법에 있어서,

   압연속도 및 부하배분율이 허용상한치와 허용하한치 사이의 범위 내에 존재하도록 상기 작업항목을 설정하는 단계와,

   상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족하는 지 여부를 판별하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간압연기의 압하율 결정방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족되지 않으면, 상기 복수개 스탠드 사이에서 상기 부하배분율의 변동분을 계산하기 위한 제1수식모델을 설정하는 단계와, 상기 스탠드의 압연율 변동분과 가감방향을 결정하기 위한 제2수식모델을 설정하는 단계와, 상기 제2수식모델을 뉴톤-랩슨 기법에 의해 해석하여 상기 압연율을 조정하는 단계로 이루어진 반복작업을 수행하고,

   상기 제1수식모델은 하기 식 (1)로 표현되고,

   ‥‥‥ (1)

   여기에서, dHPB_i= HPB_i+1- HPB_i, 평균 HPB_i= (HPB_upper+ HPB_lower)/2,

   첨자 i와 i+1은 스탠드 번호이고, 첨자 upper와 lower 각각은 부하배분율의 설정범위 상한치와 하한치이고,

   상기 제2수식모델은 하기 식 (2)로 표현되며,

   ‥‥‥ (2)

   여기에서,,,,,,

   r_i는 i번째 스탠드의 압하율이고, r_T는 전체 압하율이고, r_f는 마지막 스탠드의 압하율인 것을 특징으로 하는 냉간압연기의 압하율 결정방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 반복작업은 상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족될 때까지 20회 내지 30회 정도 수행되고, 상기 반복작업 동안 상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족되면 이를 논리제어기(PLC)로 제공하는 것을 특징으로 하는 냉간압연기의 압하율 결정방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 반복작업에 의해서도 상기 부하배분율과 압하율 패턴이 만족되지 않으면, 상기 반복작업 동안 설정된 부하배분율과 압하율 패턴을 논리제어기(PLC)로 제공하는 것을 특징으로 하는 냉간압연기의 압하율 결정방법.