KR20080065306A - 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조시스템 및 이를 이용한 알루미늄 합금 연속 주조 압연슬래브의 제조 설비 및 제조 방법 - Google Patents

알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조시스템 및 이를 이용한 알루미늄 합금 연속 주조 압연슬래브의 제조 설비 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

건전한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브를 얻기 위해서 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도를 적절하게 제어하는 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기를 갖는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템 및 그것을 이용한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 제조 설비 및 제조 방법이 제공된다. 이들은 (1) 쌍 벨트식 주조기로부터 스킨패스 압연기로 진행 동안의 슬래브 속도의 실측값과 라인 속도 설정치를 비교해서 스킨패스 압연기의 롤 속도를 비례/적분 제어에 의해서 제어하고, 동시에, (2) 라인 속도 설정치와 주조 대상인 알루미늄 합금의 응고 수축률에 기초하여 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도를 제어함으로써, 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도를 동조시킨다.
Figure P1020087013548
라인 속도 설정치, 응고 속도, 비례/적분 제어, 알루미늄 합금 슬래브, 슬래브 속도

Description

알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템 및 이를 이용한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 제조 설비 및 제조 방법 {SPEED SYNCHRONIZATION SYSTEM OF ALUMINUM ALLOY SLAB CONTINUOUS CASTING AND ROLLING LINE AND PRODUCTION FACILITY AND METHOD OF PRODUCTION OF ALUMINUM ALLOY CONTINUOUSLY CAST AND ROLLED SLAB USING SAME}
본 발명은 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기를 갖는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템 및 이를 이용한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것이다.
쌍 벨트식 주조 방법은 수직 방향으로 서로 대면하는 2개의 수냉식 회전 벨트 사이에 용탕을 붓고, 이를 벨트의 외측 표면으로부터 냉각하여 용탕을 응고시켜 슬래브를 형성하고, 용탕이 부어졌던 곳에 대향하는 벨트의 조립체의 측으로부터 슬래브를 연속적으로 인출하고, 그리고 이를 코일로 권취하는 연속 주조 방법이다.
특히, 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기를 갖는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인에서, 건전한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브를 얻기 위하여, 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도 및 스킨패스 압연기의 롤 속도는 적절하게 제어되어야 한다.
알루미늄 용탕을 연속적으로 주조하기 위한 주조기의 구조는 금속 스트립의 연속 벨트 주조에서 벨트의 냉각 안내 시스템(일본특허출원공개 제2004-505774호) 및 금속 연속 주조의 열 유동의 제어(일본특허출원공개 제2004-508203호)에 기재되어 있다. 일본특허출원공개 제2004-505774호는 쌍 벨트식 주조기의 주조 벨트를 냉각 및 안내하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 일본특허출원공개 제2004-508203호는 표면 결함 및 주조 캐비티(cavity)의 휘어짐을 회피하기 위하여 열을 제거하는 속도를 제어하는 동시에 주조 금속 스트립을 위한 잉곳을 제조하기 위한 용융 금속을 주조하는 방법에 관한 것이다. 일본특허출원공개 제2004-505774호 및 일본특허출원공개 제2004-508203호에는 쌍 벨트식 주조기의 속도 제어 및 출구 측에서의 얇은 슬래브 속도 제어에 대한 기재가 전혀 없다.
한편, 철 금속의 연속 주조기의 속도에 대해서는, 예를 들어, 일본특허출원공개 제54-39321호에는, 일정한 방향으로 회전하는 주조 휠과 그 외주의 일부에 따라 주조 휠과 동일한 방향으로 운동하는 벨트에 의해 형성된 주형의 상부로부터 용강을 주입하고, 주형의 하부로부터 주물편(cast strip)을 인출하는 연속식 주조 방법에 있어서, 주형의 내부에 주물편의 후단부가 도달했을 때에 주물편의 후단부에서부터 용융면이 응고되고 주물편의 후단부로부터 용강이 누설되지 않는 정도의 속도로 주물편 스트립 인출 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 강용 벨트 캐스터식 연속 주조 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본특허출원공개 제59-24563호에는, 주형 내의 용강의 메니스커스로부터 높이 방향 150㎜까지의 주물편의 이동 속도가 2초 이내가 되도록, 주물편의 인출 속도를 조정함으로써, 특히 오직 시트 두께의 얇고 넓은 주물편을 코일 형상으로 권취하는 데 적합하고 극히 드문 표면 흠 및 내부 균열을 갖는 고품질 주물편을 얻을 수 있는 연속 주조 시스템의 조업 방법이 개시되어 있다. 일본특허출원공개 제54-39321호 및 일본특허출원공개 제59-24563호는 주물편 인출 속도의 제어 방법 또는 조정 방법을 개시하지만, 주물편의 연속 열간 압연의 경우에서 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 열간 압연기의 롤 속도의 제어 방법을 개시하고 있지 않다.
본 발명은 건전한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브를 얻기 위해서 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도를 적절하게 제어하는 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기를 갖는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템 및 그것을 이용한 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 제조 설비 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기를 갖는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템이며, 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기 사이에 주조 슬래브 속도 검출 수단을 제공하고, 슬래브 속도 검출 수단으로부터 산출된 슬래브 속도와 라인 속도 설정치를 비교하고, 그리고 스킨패스 압연기의 롤 속도를 비례/적분 제어하고, 동시에, 라인 속도 설정치와 알루미늄 합금의 응고 수축률로부터 쌍 벨트식 주조기의 적정한 벨트 속도를 산출해서 벨트 구동 장치를 구동시킴으로써, 스킨패스 압연기의 롤 속도와 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도를 동조시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인 속도 동조 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기를 갖는 연속 주조 압연 라인을 포함하는 알루미늄 합금 슬래브 제조 설비에 있어서, 본 발명의 연속 주조 압연 라인 속도 동조 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 제조 설비가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기를 갖고, 상기 스킨패스 압연기의 후방에는 압연기가 존재하지 않고, 스킨패스 압연된 슬래브가 직접 코일러에 감겨지는 연속 주조 압연 라인에 의해 알루미늄 합금 슬래브를 제조하는 방법에 있어서, 본 발명의 연속 주조 압연 라인 속도 동조 시스템을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 있어서는, (1) 쌍 벨트식 주조기로부터 스킨패스 압연기까지 진행중의 슬래브 속도의 실측값과 라인 속도 설정치를 비교해서 스킨패스 압연기의 롤 속도를 비례/적분 제어하고, 동시에, (2) 라인 속도 설정치와 주조 대상인 알루미늄 합금의 응고 수축률에 기초하여 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도를 제어함으로써, 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도를 동조시키므로, 장시간의 조업에 있어서도 안정되게 고품질의 연속 주조 압연 슬래브를 얻을 수 있다.
도1은 본 발명의 라인 속도 동조 시스템을 사용한 알루미늄 합금 슬래브 제조 설비의 일 예를 나타내는 배치도이다.
도2는 레이저에 의한 슬래브 속도의 검출을 위한 각 파라미터를 도시하는 단면도이다.
쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도는, 오퍼레이터에 의해 설정된 라인 속도만으로부터 산출해서 제어될 수 없다. 왜냐하면, 쌍 벨트식 주조기의 출구측에서의 슬래브 속도는, 스킨패스 압연기의 롤 속도뿐만 아니라, 압하율, 슬래브 합금 조성, 슬래브 온도, 압연유의 종류와 양 및 슬래브의 표면 상태와 롤 표면 상태에 의해 결정되는 동마찰계수 등 많은 인자에 의한 영향을 받기 때문이다. 부가적으로, 알루미늄 합금은 쌍 벨트식 주조기의 캐비티 내부에서 액체로부터 고체로 상 변태하지만, 응고에 의한 수축의 비율(체적 응고 수축률)이 비교적 큰 6 내지 7％이다. 만일 이 수축량에 대해서 고려하지 않고 벨트 속도와 롤 속도를 제어하면, 슬래브에 균열이 발생해버려 결함 없는 연속 주조 압연 슬래브를 얻을 수 없다.
따라서, 본 발명은, (1) 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기 사이에 주조 슬래브 속도 검출 수단을 제공하고, 슬래브 속도 검출 수단으로부터 산출된 슬래브 속도와 라인 속도 설정치를 비교하고, 스킨패스 압연기의 롤 속도를 비례/적분 제어하고, 동시에, (2) 라인 속도 설정치와 알루미늄 합금의 응고 수축률로부터 쌍 벨트식 주조기의 적정한 벨트 속도를 산출해서 벨트 구동 장치를 구동시킴으로써, 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도를 동조시킨다.
도1은 쌍 벨트식 연속 주조 압연 라인에 본 발명의 라인 속도 동조 시스템을 사용해서 알루미늄 합금 슬래브를 제조하는 시스템의 개념도이다.
도시된 시스템은 쌍 벨트식 연속 주조 압연 라인(100)과 그 제어 구동 시스템(200)으로 이루어진다. 쌍 벨트식 연속 주조 압연 라인(100)은, 쌍 벨트식 연속 주조기(10)의 한 쌍의 수냉 회전 벨트(12A, 12B)의 사이에 연속 주조기(l0)의 좌단으로부터 용탕(A)를 주입해서, 벨트 사이에서 이를 응고시켜서 슬래브(14)를 형성하고, 용탕이 주입된 곳에 대향하는 벨트의 측[연속 주조기(10)의 우단]으로부터 슬래브를 인출하고, 핀치 롤(l6), 스킨패스 롤(18)을 거쳐, 후면 설비(19)의 그룹의 엣지 트리머(도시 생략), 전단기(20), 브라이들 롤(도시 생략), 및 디플렉터 롤(22)을 거쳐, 코일러(24)에서 권취한다.
본 발명은 쌍 벨트식 연속 주조기(10)와 스킨패스 롤(18) 사이에 레이저 속도계(26), 핀치 롤(16) 또는 다른 슬래브 속도 검출 수단(27)의 제공을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제어 구동 시스템(200)은, 일 제어 구동 시스템에서, 주조 슬래브 속도 검출 수단(27)[도시된 예에서는 레이저 속도계(26)]의 출력을 변환기(28) 및 필터(30)를 통해서 가져오고[도면 중 + 값], 가산기(32)에 의해 라인 속도 설정치(40)[도면 중 - 값]와 비교하여, 비교 결과[즉, 슬래브 실측 속도- 라인 속도 설정치]를 PID 제어기(34)에서 처리하고, 처리의 결과를 가산기(36)에서 라인 속도 설정치(40)에 가산하고, 얻어진 제어값을 사용하여 스킨패스 압연기 구동 시스템(38)을 제어한다.
동시에, 다른 제어 구동 시스템은 주조될 알루미늄 합금에 대해서 알려진 응 고 수축 계수(42)를 가져오고, 이 계수(42)를 승산기(44)에서 라인 속도 설정치(40)에 곱하고, 얻어진 제어 값을 사용하여 쌍 벨트식 연속 주조기(10)의 한 쌍의 냉각 회전 벨트(12A, 12B)의 구동 시스템(46A, 46B)을 제어한다.
이하, 본 발명의 각 구성을 상세하게 설명한다.
<쌍 벨트식 주조기(10)>
쌍 벨트식 주조기(10)는, 상술한 바와 같이, 수직 방향으로 서로 대면하는 수냉식 회전 벨트(l2A, 12B)사이에 용탕(A)을 주입하여, 벨트의 외면(회전의 외측)으로부터 이를 냉각하여 용탕(A)를 응고시켜서 슬래브(14)를 형성하고, 그리고 용탕이 주입된 측에 대향하는 벨트의 측으로부터 슬래브(l4)를 연속적으로 인출한다.
벨트의 외면에 대향하는 벨트의 측에는, 즉, 주조기 본체측(회전의 내측)에는, 복수의 냉각 노즐이 미리 정해진 위치에 제공된다. 주조 동안, 이들 복수의 노즐로부터 분출하되 냉각수가 벨트의 내면을 강제적으로 냉각한다. 회전 벨트 사이에 연속적으로 용탕을 주입함에 의해서, 캐비티 내에서 용탕이 벨트에 접하는 면으로부터 응고를 개시된다. 응고는 용탕이 주입되는 측에 대향하는 벨트의 측으로부터 슬래브가 인출될 때 완전하게 완료된다.
쌍 벨트식 주조기에 의해 주조된 주조 슬래브 두께의 범위는, 바람직하게는, 5 내지 30 ㎜이다. 만일 두께가 5㎜ 미만이면, 단위 시간당 주조기를 통과하는 알루미늄량이 지나치게 작아져서, 주조가 곤란해진다. 반대로 만일 두께가 30㎜를 초과하면, 슬래브 두께 방향 중앙부의 응고 속도가 지나치게 느려져서, 고품질 슬래브를 얻는 것이 어렵게 된다.
<스킨패스 압연기(18)>
스킨패스 압연기(l8)는 수직 방향으로 서로 대면하고 있는 회전 롤을 통해 주조 슬래브(l4)를 통과시키고, 수퍼센트 정도의 경압하율로 이를 압연하기 위한 압연기이다.
스킨패스 압연에 의해서, 쌍 벨트식 주조기(10)로부터 인출된 슬래브(14)의 폭 방향의 프로파일이 평탄화됨과 동시에, 스킨패스 압연기(18)보다 배후에 위치하는 엣지 트리머(도시 생략), 전단기(20), 브라이들 롤(도시 생략), 디플렉터 롤(22), 코일러(24) 및 다른 후면 설비(19)의 가동에 의한 슬래브 장력 변화의 영향이 차단된다.
쌍 벨트식 주조기(10)의 출구측에서의 주조 슬래브 속도는 스킨패스 압연기(18)의 롤 속도뿐만 아니라, 압하율, 슬래브 합금 조성, 슬래브 온도, 압연유의 종류와 양 및 주조 슬래브의 표면 상태와 롤 표면 상태에 의하여 결정되는 동마찰계수 등 많은 인자에 의한 영향을 받는다.
스킨패스 압연기(l8)에 의해 압연되는 주조 슬래브(14)의 압하율은 바람직하게는 1 내지 5％이다. 만일 압하율이 1％ 미만이면, 스킨패스 압연기(18)보다 배후에 위치되는 후면 설비(l9)로서 존재하는 열간 압연기가 없을 때, 엣지 트리머(도시 생략), 전단기(20), 브라이들 롤(도시 생략), 디플렉터 롤(22), 코일러(24) 등의 가동에 의한 슬래브 장력 변화의 영향을 차단하는 것이 곤란하게 된다. 반대로 압하율이 5％을 초과하면, 주조 슬래브 강성이 낮은 합금종의 경우, 스킨패스 압연기의 입구측에서의 주조 슬래브의 변형과 같은 현상이 발생하고, 주조 슬래브 속도를 제어하기 위한 수단으로서의 스킨패스 압연기(18)의 기능의 실현이 곤란하게 된다.
<슬래브 속도 검출 수단(27)>
본 발명에서, 쌍 벨트식 주조기(10)와 스킨패스 압연기(18)는 그들 사이에 제공된 슬래브 속도 검출 수단(27)을 갖는다. 슬래브 속도 검출 수단(27)은 핀치 롤(16)이어도 좋고, 레이저 속도계(26)이어도 된다. 다르게는, 슬래브 속도 검출 수단(27)으로서 레이저 속도계(26)와 핀치 롤(l6)이 함께 사용될 수도 있다. 레이저 속도계(26)를 채용함으로써, 비접촉식으로 고온의 주조 슬래브(14)의 속도를 정확하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
레이저 속도계(26)는 1 파장식 레이저 속도계와 2 파장식 레이저 속도계를 포함한다. 어느 쪽의 레이저 속도계도 사용될 수도 있다. 현재는, 2 파장식 레이저 뿐만 아니라 우수한 기능을 갖는 l 파장식 레이저 속도계도 상업적으로 입수가능하다. 본 발명에서는, 레이저 속도계의 형식을 한정할 필요는 없다.
여기서, 2 파장식 레이저 속도계를 사용한 경우에 대해서 그 측정 원리가 설명된다. 2 파장식 레이저 속도계는 어떤 속도에서 이동하는 물체에 2 종류의 다른 파장(λl, λ2)의 레이저 비임을 조사하고, 그 물체로부터 반사된 2 종류의 다른 파장(λ1', λ2')의 반사된 레이저 비임으로부터 얻어지는 간섭 무늬 사이의 거리를 측정하고, 물체의 속도(레이저 속도계와 물체의 상대 속도)를 산출한다.
도2는 레이저에 의해 슬래브 속도를 검출하기 위한 각 파라미터를 나타낸다. 도2에서는, 설명을 간결화하기 위해서, 레이저 비임(Ki)과 반사된 레이저 비임(Kr) 의 벡터의 주조 슬래브 표면(l4s)에 평행한 성분 방향이 주조 슬래브 속도 벡터(v) 방향과 일치하는 경우가 도시된다. 레이저 속도 검출계(26)의 조사 및 검출 시스템(D)으로부터 방출된 레이저 비임(Ki)은 하프 미러(m1)에 의해 하향 편향되어, 슬래브(14)의 표면(l4s)에 집중된다. 슬래브 표면(14s)으로부터의 반사된 레이저 비임(Kr)은 미러(m2)에 의해서 편향되어, 하프 미러(m1)를 통과하고, 조사 및 검출 시스템(D)에 의해서 검출된다.
주조 슬래브(l4)에 집중되는 레이저 비임(Ki)은 슬래브 표면에 수직인 방향(P)에 대해 각도(θ)를 갖도록 배치된다. 예를 들어, 레이저 속도계(26)는 주조 슬래브 표면(14s)으로부터 550 내지 650 ㎜ 떨어진 위치에 제공된다. 레이저 속도계(26)는 주조 슬래브(14)의 상면측 또는 하면측 중 어느 측에 제공될 수도 있다. 2 종류의 다른 파장(λ1, λ2)의 레이저 비임[Ki(Ki1, Ki2)]이 조사되지만, 주조 슬래브 속도(v)에 기인하여 생긴 도플러 효과는 반사된 레이저 비임[Kr(Kr1, Kr2)]의 파장이 광의 속도를 c이라고 하면 각각 하기 식 1 및 하기 식 2에 의해 나타내는 것와 같이 장파장측으로 시프트되게 한다.
λ1'=λ1{1-(v×sinθ/c)}-1 (식 1)
λ2'=λ2{1-(v×sinθ/c)}-1 (식 2)
λ1': λ1 파장의 레이저 비임(Kil)에 대응하는 반사된 레이저 비임(Krl)의 파장
λ2': λ2 파장의 레이저 비임(Ki2)에 대응하는 반사된 레이저 비임(Kr2)의 파장
v: 주조 슬래브 속도
θ: 레이저 비임의 슬래브 표면에 직각인 방향에 대한 각도
c: 광의 속도
2 종류의 레이저 비임에 의한 간섭 무늬 사이의 간격(L)과 2 종류의 반사된 레이저 비임(Kr)에 기인한 간섭 무늬의 간격(L')은 각각 다음의 식에서 구할 수 있다.
L = λ1λ2/(λ1-λ2) (식 3)
L'= λl'λ2'/(λ1'-λ2')
= {λlλ2/(λ1―λ2)}{1-(V×sinθ/c)}-1 (식 4)
본 발명에서는, 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기는 그들 사이에 미리 제공된 2 파장식 레이저 속도계를 갖는다. λ1, λ2 및 θ는 미리 알고 있기 때문에, 레이저 속도계에 의해 반사된 레이저 비임의 간섭 무늬 사이의 간격(L')을 측정함에 의해서, 식 4에 의해 슬래브 속도를 산출할 수 있다.
2 파장식 레이저 속도계의 경우에는, 식 4로부터도 알 수 있는 것과 같이, 레이저 비임의 파장(λ1, λ2)을 용도에 따라서 설정하고, 2 종류의 반사된 레이저 비임에 의한 간섭 무늬의 간격을 측정 가능한 범위 내로 용이하게 넣을 수 있다.
본 발명에서는, 주조 슬래브 속도가 2 내지 15 m/min의 범위이다. 이는 광의 속도와 비교해 충분히 느리기 때문에, 2 파장식 레이저 속도계를 사용하면, 레 이저 비임의 파장(λ1, λ2)의 차를 비교적 크게 설정함으로써, 2 종류의 반사된 레이저 비임의 간섭 무늬의 간격을 측정가능한 범위 내로 넣을 수 있다.
레이저 속도계를 채용함으로써, 비접촉식으로 고온의 주조 슬래브의 속도를 정확하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
슬래브 속도(v)를 정확하게 온라인 계측하기 위해서는, 레이저 속도계로부터의 레이저 비임의 슬래브 표면에 직각인 방향에 대하여 일정한 각도(θ)를 유지하도록 슬래브의 진동을 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 슬래브 진동 방지 수단으로서 핀치 롤을 사용하여 슬래브의 진동을 방지하고 각도(θ)를 일정하게 유지하고, 레이저 속도계를 사용할 때 더욱 정확한 슬래브 속도의 온라인 측정을 행할 수 있는 것이 가능하다.
또한, 전술한 것과 같이, 슬래브 속도 검출 수단으로서 레이저 속도계(26)와 핀치 롤(16)을 결합하여 사용하는 것도 고려될 수도 있다. 이 경우, 레이저 속도계에 의한 슬래브 속도의 계측 정밀도가 높아질 뿐만 아니라, 레이저 속도계가 고장난 때 핀치 롤이 백업으로서 기능한다. 핀치 롤에는 DC 모터(발전기)가 제공된다. 핀치 롤의 회전에 의해 발생되는 전압의 값을 슬래브 속도로 변환할 수 있도록 미리 검량선이 제공된다. 이 경우, DC 모터 대신에, 고분해능 펄스 발생기를 핀치 롤에 설치하고, 단위 시간당의 회전수로부터 발생되는 펄스를 계수하고, 이를 주조 슬래브 속도로 변환하는 것도 가능하다.
레이저 속도계와 핀치 롤을 결합하여 사용할 때, 이들은 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기의 사이에 제공되지만, 이들은 또한 어느 하나가 라인의 전방 또는 후방에 위치설정될 수도 있다. 라인에서 레이저 속도계와 핀치 롤 사이의 거리는 주조 슬래브의 진동 방지에 의해 일정한 각도(θ)를 유지하도록 바람직하게는 3 m 내이다.
<변환기(28) 및 필터(30)>
레이저 속도계(26)로부터의 출력은 펄스 신호이고, 따라서 변환기(28)는 이 펄스 신호를 단위 시간당의 펄스 수로 변환하여, 이를 디지털화한다. 또한, 디지털화된 신호는 필터(30)에 의해 평균화되어 노이즈가 제거된다.
<스킨패스 압연기의 롤 속도의 비례/적분 제어(34)>
이는 오퍼레이터에 의해 조정된 라인 속도 설정치 제어 장치로부터의 라인 속도 설정치 신호(40)와, 변환기(28) 및 필터(30)에 의해 디지털화된 주조 슬래브 속도 신호를 비교하여, 스킨패스 압연기(18)의 롤 속도를 비례/적분 제어에 의해서 제어한다. 이 비례/적분 제어에 의해서, 원활하고 신속한 스킨패스 압연기의 롤 속도 제어가 가능하게 된다.
보통 압연기에서는, 압연 롤 속도는 보정되지 않는다. 일반적인 관례는 전방 및 후방에서 보조 롤의 속도를 보정하는 것이다. 통상의 압연기에서, 스트립 속도 등을 일정하게 유지하기 위하여 압연 롤 속도를 적극적으로 보정하면, 피압연재와의 접촉면의 동마찰계수가 변동하여, 압하율의 변화, 즉 판 두께의 변동을 일으키기 때문에, 압연 롤의 속도는 바람직하게는 일정하다. 본 발명에서는, 속도 편차에 관한 비례 보정량 및 적분 보정량을 최적으로 조정함으로써 압하율을 변동시키지 않고 안정되게 압연 롤의 속도를 보정하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는, 비례/적분 제어, 즉 비례 제어와 적분 제어는 동시에 수행된다. 단순한 온/오프 제어로는, 조작량의 변화가 너무 커서, 실제의 목표 값이 반복적으로 초과되어, 제어에서 목표 값 근처에서 헌팅이 반복된다. 이 결점을 보상하기 위해서, 점진적인 조정을 위하여 조작량을 목표 값과 현재 값의 차에 비례한 크기로 하는 제어 방법, 즉 비례 제어가 있다. 비례 제어에 의하면 목표 값에는 근접하지만, 조작량이 지나치게 작아져서, 목표 값에 지극히 가까운 상태에서 안정되어, 현재 값은 결코 목표 값에 도달하지 못한다. 이 결점을 보상하기 위해서, 목표 값과 현재 값과의 잔류 편차를 시간적으로 누적하고, 어떤 크기가 되었을 경우에 조작량을 증가시켜 편차를 없애는 제어 방법, 즉 적분 제어가 있다.
본 발명은 라인 속도 설정치(목표 값)와 주조 슬래브 속도(현재 값)를 비교하여, 스킨패스 압연기의 롤 속도의 조작량을 그 차에 비례한 크기로 하도록 하여, 서서히 롤 속도가 라인 속도 설정치(목표 값)에 접근시킨다. 더욱이, 주조 슬래브 속도(현재 값)와 라인 속도 설정치(목표 값) 사이의 잔류 편차를 시간적으로 누적하고, 어떤 크기에 도달한 때 조작량을 증가시켜 편차를 제거한다.
이 비례/적분 제어에서, 속도 편차에 관한 비례 보정량 및 적분 보정량을 최적으로 조정함으로써 압하율을 변동시키지 않고 안정되게 압연 롤의 속도을 보정하는 것이 가능하다.
<쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도의 제어>
알루미늄 합금은, 쌍 벨트식 주조기의 캐비티 내에서 액체로부터 고체로 상 변태(즉, 응고)하지만, 응고에 기인한 수축의 비율(체적 응고 수축률)이 비교적 큰 6 내지 7％이다. 만일 이 수축 양을 고려하지 않고 벨트 속도와 롤 속도를 제어하면, 응고 수축에 수반하는 인장 응력이 주조 슬래브의 주조 방향으로 발생하여 슬래브에 균열이 발생한다.
따라서, 오퍼레이터에 의해 조정된 라인 속도 설정치에 알루미늄 합금의 응고 수축에 수반하는 선 수축(주조 방향으로의 수축)을 보정을 하기 위한 계수{1-(1-ΔVs)1/3}를 고려하여 적절한 벨트 속도가 산출된다. 이 보정된 벨트 속도 신호에 기초하여, 벨트 구동 시스템(모터)이 구동되고, 벨트식 주조기의 상하의 벨트가 적정한 속도로 회전한다.
VB=V0×[1+{1-(1-ΔVs)1/3}]
V0: 라인 속도 설정치
VB: 벨트 속도
ΔVs: 알루미늄 합금의 응고 체적 수축률
통상, 알루미늄 합금의 응고 체적 수축률로서는 0.06이 사용되지만, 합금의 종류에 따라서는 이 값은 변경되어 VB가 산출될 수 있다. 부수적으로, ΔVs가 0.06일 때, 벨트 속도는 라인 속도 설정치의 약 102％의 속도가 된다. ΔVs에 대한 설정으로서, 0.04 내지 0.08의 범위가 적절하다. 만일 ΔVs가 0.04 미만이면, 주조 슬래브 균열이 일어날 가능성이 높아지고, 반면 ΔVs가 0.08 초과이면, 주조 슬래브에 휘어짐을 발생시키는 원인이 된다.
알루미늄 합금 슬래브의 응고 수축률 및 라인 속도 설정치로부터 쌍 벨트식 주조기의 적정한 벨트 속도를 산출함하여 벨트 구동 시스템을 구동시킴으로써, 주조결함이 없는 연속 주조 슬래브를 얻는 것이 가능하게 된다.
<슬래브 연속 주조 압연 라인>
도l에서, 쌍 벨트식 주조기의 캐비티가 수평 방향으로 설정되지만, 이는 용탕 입구측으로부터 슬래브 출구측 방향으로 하향으로 기울어질 수도 있다. 즉, 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기의 사이의 주조 슬래브는, 그 슬래브 표면이 수평면에 평행한 필요는 없다. 또한, 쌍 벨트식 주조기의 캐비티가 연직 방향으로 설정될 수도 있다. 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기가 이렇게 배열되고 그리고 핀치 롤, 레이저 속도계 등이 이에 맞추어 설정되는 경우에도, 속도 동조 시스템은 유사하게 기능한다.
연속 주조 압연 라인에서, 스킨패스 압연기 이후의 설비, 소위 후방 설비는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 후방 설비는 4H 탠덤 열간 압연기가 제공된 설비일 수도 있고 압연기가 없이 스킨패스 압연된 슬래브가 직접 코일러에서 감겨지는 시스템일 수도 있다.
본 발명에 따르면, (1) 쌍 벨트식 주조기로부터 스킨패스 압연기로 진행 동안의 슬래브 속도의 실측값과 라인 속도 설정치를 비교해서 스킨패스 압연기의 롤 속도를 비례/적분 제어에 의해서 제어하고, 동시에, (2) 라인 속도 설정치와 주조 대상인 알루미늄 합금의 응고 수축률에 기초하여 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도를 제어함으로써, 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도와 스킨패스 압연기의 롤 속도를 동조시키므로, 장시간의 조업에서도 안정되게 고품질의 연속 주조 압연 슬래브를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기를 갖는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템에 있어서,
    상기 쌍 벨트식 주조기와 상기 스킨패스 압연기 사이에 주조 슬래브 속도 검출 수단을 제공하고, 상기 슬래브 속도 검출 수단으로부터 산출된 슬래브 속도와 라인 속도 설정치를 비교하고, 그리고 상기 스킨패스 압연기의 롤 속도를 비례/적분 제어에 의해 제어하고,
    동시에, 상기 라인 속도 설정치와 상기 알루미늄 합금의 응고 수축률로부터 상기 쌍 벨트식 주조기의 적정한 벨트 속도를 산출해서 벨트 구동 장치를 구동시킴으로써,
    상기 스킨패스 압연기의 롤 속도와 상기 쌍 벨트식 주조기의 벨트 속도를 동조시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬래브 속도 검출 수단으로서 레이저 속도계를 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬래브 속도 검출 수단으로서 핀치 롤을 사용하는 것 을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인 속도 동조 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 슬래브 속도 검출 수단으로서 레이저 속도계를 사용하고, 주조 슬래브의 진동 방지 수단으로서 핀치 롤을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브 연속 주조 압연 라인의 속도 동조 시스템.
  5. 쌍 벨트식 주조기 및 스킨패스 압연기를 갖는 연속 주조 압연 라인을 포함하는 알루미늄 합금 슬래브 제조 설비에 있어서,
    알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 상기 제조 설비는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 압연 라인 속도 동조 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브 제조 설비.
  6. 쌍 벨트식 주조기와 스킨패스 압연기를 갖고, 상기 스킨패스 압연기의 후방에는 압연기가 존재하지 않고, 스킨패스 압연된 슬래브가 직접 코일러에 감겨지는 연속 주조 압연 라인에 의해 알루미늄 합금 슬래브의 제조 방법에 있어서,
    알루미늄 합금 연속 주조 압연 슬래브의 상기 제조 방법은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 압연 라인 속도 동조 시스템을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 슬래브의 제조 방법.
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