KR20030039280A

KR20030039280A - 열간 사상압연기의 스탠드간 장력보상방법

Info

Publication number: KR20030039280A
Application number: KR1020010070260A
Authority: KR
Inventors: 김성두; 이명철; 박철재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-17
Also published as: KR100527065B1

Abstract

본 발명은 열간 사상압연기의 각 스탠드간 장력보상방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사상압연기의 각 스탠드를 통과하는 압연스트립의 단위장력의 목표치를 실제 장력에 맞게 설정하고 보상하여 압연스트립의 통판성 및 품질을 향상시킬 수 있는 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법에 관한 것이다.

본 발명의 열간 사상압연기의 스탠드간 장력보상방법은, 사상압연기의 각 스탠드간의 압연스트립의 장력을 보상하는 방법에 있어서, SCC로부터 스트립의 강종, 사이즈, 압연데이터등의 설정값을 판독하고, 각 스탠드에 설치된 하중센서를 통하여 전 스탠드가 메탈인 되었는 가를 판단하는 제1단계; 루퍼구동계의 전류실적치와 SCC로부터의 강종, 사이즈 등의 셋업치 및 스탠드간 장력의 산출에 필요한 압연데이터를 이용하여 각 스탠드간 단위장력평균치를 산출하는 제2단계; 단위장력평균치(σ*)가 SCC로부터 인가된 장력설정치보다 소정치(α)보다 크거나 작은 경우에 각각 장력보상치를 산출하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 산출된 장력보상치와 그에 따라 보정된 장력설정치를 SCC로 출력하여 루퍼구동계를 제어하는 루퍼전류제어기로 인가하는 제4단계를 포함한다.

Description

열간 사상압연기의 스탠드간 장력보상방법{Method for compensating the tention between each stands of press mill}

열간 사상압연기에는 각 스탠드간의 장력을 일정하게 유지하기 위한 루퍼가 설치되어 있다. 상기 루퍼는 압연기의 압연속도 및 압하율의 변동에 따라서 압연스트립의 장력변동을 완화시키며, 또한 압연스트립의 장력을 일정하게 유지시켜 통판성을 양호하게 할 뿐만 아니라 스트립의 폭을 균일하게 유지시키는 역할을 한다. 종래 사용되는 루퍼는 스탠드간의 일정한 장력을 유지하기 위하여 루퍼전류치를 일정치로 설정하여 출력하는데, 이 때 장력목표치는 루퍼전류치을 결정하는데 중요한 요소가 된다.

종래 장력목표치의 설정방법은 루퍼의 각도, 두께, 폭 등의 설정치를 이용하여 목표 장력 설정 모델을 통해 산출하였으나, 열연작업에서는 다양한 강종과 사이즈를 가진 압연스트립 들이 처리되기 때문에 각각의 압연판에 대하여 정확하게 장력목표치를 유지하기 어려운 문제점이 있다. 먼저 도 1을 참고하여 종래 장력유지방식을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참고하면, 각 인접한 사상압연롤(i, i+1) 사이에 위치한 열간 압연 제어기(루퍼)는 스트립(2)의 하부에 위치하는 루퍼롤(3)과 상기 루퍼롤(3)을 이동시키는 루퍼암(4)을 포함하고 있으며, 스트립(2)의 장력을 일정하게 유지시키는 역할을 수행한다. 일반적으로 루퍼롤(3)은 하중센서(load cell)(미도시됨)을 구비하는데, 이 하중센서에서 측정된 스트립(2)의 장력치와 목표장력치와의 오차를 감소시키기 위하여 루퍼각도(θ)를 제어한다.

그러나 루퍼롤(3)에 설치된 하중센서는 이동하는 압연스트립(2)에 의하여 큰 압력을 받고 있으며, 대부분 설치조건이 열악하기 때문에 대부분의 열연공장에서는 루퍼암(4)과 루퍼롤(3)에 의하여 형성되는 루퍼각도(θ)를 이용하여 스트립(2)의 장력을 제어하고 있다. 다시말하면, 루퍼암(4)에 의하여 형성되는 루퍼각도(θ)데이터를 검출하고, 검출된 루퍼각도 데이터를 루퍼암(4)을 회전시키는 루퍼구동계(6)로 피드백시켜서 검출된 루퍼각도(θ)가 목표각도가 되도록 조절한다.

또한 검출된 루퍼각도(θ)는 높이제어기(8)를 통해 회전속도 목표치를 계산하고 메인모터(10)로 입력되어 메인모터의 회전속도를 조절함으로서 사상압연롤(1)의 회전속도를 제어한다. 이 때 루퍼구동계(6)는 루퍼가 원하는 목표각도(θ)를 유지하도록 목표전류를 계산하는 루퍼전류제어기(7)의 출력에 따라 움직인다. 루퍼전류제어기(7)는 SCC(9)(Supervisory Computer Control)로부터 인가되는 압연스트립(2)의 장력목표치(tf), 목표두께(h), 목표폭(w)에 따라서 루퍼구동계(6)의 목표전류를 계산한다.

상기와 같이 종래 각 스탠드간 장력목표치 설정방법은 루퍼의 각도, 두께, 및 폭 등의 설정치를 이용하여 목표 장력 설정모델을 통해 계산하였으나, 스트립 장력의 목표치를 결정하는 수식모델의 정확도가 떨어져서 목표 장력을 설정하기 힘들며, 이로 인하여 루퍼 전류의 목표치가 실적치와는 다른 값을 가지게 되어 루퍼제어가 어렵게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 사상압연기의 각 스탠드를 통과하는 압연스트립의 단위장력의 목표치를 실제 장력에 맞게 설정하고 보상할 수 있는 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 압연스트립의 이송시 작용되는 장력을 적절하게 조정하여 통판성 및 압연스트립의 품질을 향상시킬 수 있는 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 사용되는 열간 압연 장력 제어기의 구성도,

도 2는 본 발명의 방법이 수행되는 압연 장력제어기의 구성도,

도 3은 본 발명의 방법을 설명하기 위한 플로우차트,

도 4 내지 도 8은 종래 방법 및 본 발명의 방법을 적용한 경우의 실행결과를 나타내는 그라프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 상하부 사상압연롤 2 : (압연)스트립

3 : 루퍼롤 4 : 루퍼암

5 : 하중측정센서 6 : 루퍼구동계

7 : 루퍼전류제어기 8: 높이제어기

9 : SCC 10: 메인모터

11: 마이크로프로세서 12: 데이터수집시스템

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법은, 사상압연기의 각 스탠드간의 스트립장력을 보상하는 방법에 있어서, SCC로부터 스트립의 강종, 사이즈, 압연데이터등의 설정값을 판독하고, 각 스탠드에 설치된 하중센서를 통하여 전 스탠드가 메탈인 되었는 가를 판단하는 제1단계; 루퍼구동계의 전류실적치와 SCC로부터의 강종, 사이즈 등의 셋업치 및 스탠드간 장력의 산출에 필요한 압연데이터를 이용하여 각 스탠드간 단위장력평균치를 산출하는 제2단계; 단위장력평균치(σ*)가 SCC로부터 인가된 장력설정치보다 소정치(α)보다 크거나 작은 경우에 각각 장력보상치를 산출하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 산출된 장력보상치와 그에 따라 보정된 장력설정치를 SCC로 출력하여 루퍼구동계를 제어하는 루퍼전류제어기로 인가하는 제4단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 열간 사상압연기의 스탠드간 장력보상방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 방법은 도 1에 도시되어 있는 종래의 열간압연제어기를 기본으로 하고, SCC(9)로부터 미리 설정, 저장되어 있는 각종 압연관련 데이터와, 각 스탠드(1)로부터 입력되는 데이터들을 이용하여 수행되며, 특히 실시간으로 변동되는 데이터수집을 위한 데이터수집시스템(12)과, 각종 입력데이터들을 이용하여 단위장력평균치와 단위장력보상티를 계산하기 위한 수치계산용 마이크로프로세서(11)를 더 포함하고 있다. 또한 회로적을 단순화시키기 위하여 상기 데이터수집시스템(12)과 마이크로프로세서(11)의 작동을 SCC(9)에서 직접 처리하도록 구성하는 것도 가능함은 명백하다.

상기 데이터수집시스템(12)과 마이크로프로세서(11)를 추가한 구성도가 도 2에 표시되어 있다. 상기 데이터수집시스템(12)은 목표각도와 루퍼구동계의 전류실적치등의 데이터등을 수집하고, 상기 마이크로프로세서(11)는 단위장력평균치를 산출하고 상기 단위장력평균치가 설정치보다 큰거나 작은 것을 판단하는 기능을 수행하며, 후에 상세하게 설명된다.

도 3을 참고하여 본 발명의 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1단계로서 각 스탠드간의 장력조절작업이 시작되기 전에 마이크로프로세서(11)에서 SCC(9)로부터 강종, 사이즈, 압연데이터 등의 설정치를 판독하고 일시저장한다. 상기 설정치는 미리 작업자에 의하여 주어진 데이터들이다. 상기와 같이 설정치가 일시저장된 상태에서 각 스탠드(1,1a,..)에 압연스트립(2)이 치입되는 상태인 메탈인(metal in)이 되었는지를 판단하기 위하여 각 스탠드에 설치되어 있는 하중측정센서(5,5a,..)로부터 측정신호를 입력받는다. 만일 하나의 스탠드라도 메탈인 상태가 아니면 본 발명의 방법이 실행되지 않는다.

전 스탠드에 압연스트립(2)이 치입(metal in) 된 것이 확인되면 제2단계로서 데이터수집시스템(12)으로부터 입력된 루퍼구동계(6)의 전류실적치, SCC(9)로부터의 강종, 사이즈등의 셋업치 및 스탠드간 장력을 계산하는데 필요한 압연기의 제원등의 데이터를 이용하여 각 스탠드간의 단위장력평균치를 하기의 수학식 1을 이용하여 산출한다. 이러한 계산은 마이크로프로세서(11)에 의하여 수행된다.

[수학식 1]

여기에서 T는 각 스탠드간 장력, L₁은 루퍼암의 길이, L_G는 루퍼시스템의 중력중심, T_M은 루퍼모터의 전류로 계산되는 토크, W_L은 루퍼 시스템의 전체 중량, GD²는 루퍼의 관성모멘트, g는 중력가속도, f(θ)는 루퍼각도함수, θ₁은 I 스탠드(1)와 스트립이 이루는 각도, θ₂는 I+1 스탠드(1a)와 압연스트립(2)이 이루는 각도를 나타낸다.

상기한 수학식 1에 의하여 단위장력평균치를 구한 후에 제3단계로서, 단위장력보상치를 산출한다. 보상치는 단위장력평균치의 값이 SCC(9)로부터 전송된 장력설정치보다 어느 정도 큰가를 판단하기 위한 것이다. 단위장력보상치(Δσ_compen)는 하기의 수학식 2에 의하여 산출된다.

[수학식 2]

σ* < (σref ±α), 단위장력보상치(Δσ_compen) = 0,

σ* < (σref ±α), 단위장력보상치(Δσ_compen) = σ*-(σref - α)/(α/2)로 정의하면, 여기에서 장력보상계수인 게인 α는 0.3∼0.5(Kg/mm²)이고, σ*는 평균장력을 의미한다.

수학식 2는 평균장력(σ^*) 이 설정장력치 α( kg/mm²)보다 크거나 적어서 과장력이나 적은 장력이 걸리게 되면 다음에 압연하는 압연스트립(2)의 목표장력을 수학식 2에 따라서 보상하는 것을 의미한다. 그러나 평균장력이 설정장력값의 소정크기범위안에 있으면 목표장력설정치를 그대로 사용한다.

상기와 같이 단위장력보상치가 산출되면 각각의 보정된 단위장력설정치를 출력하여 보상된 목표장력수정치(σ_adj)를 수학식 3에 의하여 산출한다.

[수학식 3]

σ_adj= σ_ref+ Δσ_compen

상기와 같이 산출된 단위장력보상치 및 보정된 단위장력설정치는 루퍼전류제어기(7)를 통하여 루퍼구동계(6)로 인가되어서 루퍼제어가 이루어진다.

상기와 같은 방법에 의한 루퍼제어의 실시예가 도 4 내지 도 8을 참고하여설명되며, 이것은 하기의 표 1에 기재된 압연설정조건을 이용하여 수행되었다.

먼저 도 4를 참고하면, 4,5,6번 스탠드의 루퍼전류가 표시되어 있음을 알 수 있다. 상기한 루퍼전류들은 루퍼가 기동하기 시작할 때 스텝형의 기동전류(forcing current)를 인가하여 루퍼에 도달하는 시간을 감소시킨다. 따라서 도 4의 루퍼전류는 선단부에서 크게 인가되어 있으며 시간이 경과함에 따라서 소정의 전류치를 인가한다.

도 5는 종래 사용되는 제어기에 의한 루퍼 단위장력목표치와 장력실측치에 대한 그라프로서, 장력실측치는 도 4에 표시되는 각 스탠드의 루퍼 전류들을 이용하여 상기 수학식 1에 의하여 산출된 스탠드간의 장력치를 의미한다. 또한 장력목표치는 표 1에 표시되어 있다.

[표 1]

구 분	4번스탠드	5번스탠드	6번스탠드	7번스탠드
입측두께(mm)	5.96	4.2	3.13	2.53
출측두께(mm)	4.2	3.13	2.53	2.27
출측장력(목표치)	0.6	0.8	1.2
일강성	539,000	558,000	527,000	426,000
폭(mm)	1100
루퍼각도	20

출측장력의 단위는 kg/mm², 일강성의 단위는 kg/mm이다.

여기에서 4-6 스탠드의 출측장력의 목표치는 각 스탠드에 대하여 0.6, 0.8, 1.2(kg/mm²)로 주어져 있으나, 장력실측치의 평균장력(σ*)은 각각 1.15, 1.38, 1.83(kg/mm²)로 설정치보다 크게 작용됨을 알 수 있다. 이와 같이 스탠드간에 장력이 크게 작용하는 경우에는 압연통판성이 저하될 뿐만 아니라 압연판의 품질에 나쁜 영향을 미치게 된다.

도 6은 압연판의 출측 폭 편차를 도시하고 있다. 압연판의 품질중 스탠드간의 장력과 밀접한 영향이 있는 것이 폭편차이므로 압연판의 장력의 영향을 가장 잘 반영한다. 도 5와 같이 스탠드간의 장력이 크게 변동되는 경우에는 선단부 폭 불량등의 문제를 야기한다.

도 7 및 도 8에는 본 발명의 방법에 의한 결과들이다. 먼저 식 2를 이용하여 장력보상치를 산출하면 다음과 같다.

Δσ_compen4= (1.15-(0.6+0.5))/0.25 = 0.2 (kg/mm²)

Δσ_compen5= (1.38-(0.8+0.5))/0.25 = 0.3 (kg/mm²)

Δσ_compen6= (1.83-(1.2+0.5))/0.25 = 0.5 (kg/mm²)

여기서 α는 0.5kg/mm²를 적용하였다. 따라서 상기 연산값과 수학식 3으로부터 수정된 장력설정치 σ_adj(=σ_ref+Δσ_compen)는 각각 0.8, 1.1, 1.7(kg/mm²)가 되며, 수정된 장력설정치로부터 도출된 결과가 도 7에 도시되어 있으며, 이것은 도 5에 비하여 장력이 상당히 안정됨을 알 수 있다. 이러한 출측폭편차는 도 8을 참고하면 명확하게 인식할 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면 사상압연기의 각 스탠드를 통과하는 압연스트립의 단위장력의 목표치를 실제 장력에 맞게 설정하고 보상하여 통산성과 압연스트립의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

사상압연기의 각 스탠드간의 압연스트립의 장력을 보상하는 방법에 있어서,

SCC로부터 스트립의 강종, 사이즈, 압연데이터등의 설정값을 판독하고, 각 스탠드에 설치된 하중센서를 통하여 전 스탠드가 메탈인 되었는 가를 판단하는 제1단계;

루퍼구동계의 전류실적치와 SCC로부터의 강종, 사이즈 등의 셋업치 및 스탠드간 장력의 산출에 필요한 압연데이터를 이용하여 각 스탠드간 단위장력평균치를 산출하는 제2단계;

단위장력평균치(σ*)가 SCC로부터 인가된 장력설정치보다 소정치(α)보다 크거나 작은 경우에 각각 단위장력보상치를 산출하는 제3단계; 및

상기 제3단계에서 산출된 장력보상치와 그에 따라 보정된 장력설정치를 SCC로 출력하여 루퍼구동계를 제어하는 루퍼전류제어기로 인가하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법.
제1항에 있어서,

상기 제2단계에서의 단위장력평균치가 하기식에 의하여 산출되고,

T는 각 스탠드간 장력, L₁은 루퍼암의 길이, L_G는 루퍼시스템의 중력중심, T_M은 루퍼모터의 전류로 계산되는 토크, W_L은 루퍼 시스템의 전체 중량, GD²는 루퍼의 관성모멘트, g는 중력가속도, f(θ)는 루퍼각도함수, θ₁은 I 스탠드(1)와 스트립이 이루는 각도, θ₂는 I+1 스탠드(1a)와 압연스트립(2)이 이루는 각도를 나타내는 것을 특징으로 하는 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법.
제1항에 있어서,

상기 제3단계에서의 단위장력보상치가 하기의 식으로 정의되며,

σ* < (σref ±α), 단위장력보상치(Δσ_compen) = 0,

σ* < (σref ±α), 단위장력보상치(Δσ_compen) = σ*-(σref - α)/(α/2),

장력보상계수 게인 α는 0.3∼0.5(Kg/mm²)이고, σ*는 평균장력을 의미하는 것을 특징으로 하는 열간사상압연기의 스탠드간 장력보상방법.