KR19980023433A - 열연 스트립의 권취제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 압연의 최종 공정인 권취 공저에서 열연 스트립의 초반 권취성을 향상시킴으로써 실수율을 향상시킬 수 있는 열연 스트립의 권취 제어 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 맨드릴과 유니트롤을 구비하는 다운 코일러에서 상기 맨들릴에 열연스트립을 권취할 때 상기 스트립의 권취를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 스트립을 권취하기 위해 상기 맨드릴이 3회이상 회전한 후, 상기 맨드릴에 내장시킨 3개의 장력 측정 센서에 의해 스트립 장력을 측정하는 단계와, 상기 3개의 장력 측정 센서로부터 각각 얻은 3개의 측정값을 서로 비교하여 차이가 나는 한 개의 값을 제외한 나머지 2개의 값을 평균하여 스트립 장력값을 얻는 단계와, 상기 스트립 장력값과 설정값을 비교하여 두값이 동일해질 때까지 상기 유니트롤의 압하력과 속도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열연 스트립의 권취 제어 방법

본 발명은 열연 코일 권취시에 스트립이 맨드릴에 가하는 힘의 측정이 요구되는 열연권취 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열간압연의 최종 공정인 권취공정에서 스트립의 장력을 측정하여 이 측정값을 통해 맨드릴(Mandrel)와 유니트 롤(Unit Roll) 사이에 속도를 가변시킴으로써 스트립(Strip) 권취시에 스트립 장력을 일정하게 유지시키도록 하는 스트립 권취 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열연공장에서 스트립의 압연과 냉각을 마친후 최종 공정인 권취 공정에 사용되는 다운코일러는 빠른 속도의 스트립을 권취해야하기 때문에 각 구성 기기들의 신속, 정확성이 요구되는 장치이다. 도 1은 기존의 다운코일러의 구성을 보여주는 개략도이며, 이는 일본특허 공개공보 제5292853호에 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 냉각과정을 거친 스트립(2)은 권취공정 최초공정 최초 과정인 핀치롤(1)에 의해 아래방향에 있는 유니트롤(5)과 맨드릴(6)에 인도된다. 핀치롤(1)에서는 아래로의 스트립(2)에 방향성을 주기위해 상부롤을 하부롤보다 앞쪽으로 치우지게 하는 옵셋(Off Set)량을 준다. 그리고, 스트립 선단이 핀치롤에 도착된 이후 유니트롤(5)과 맨드릴(6)에 포착되기까지 핀치롤(1)의 상하부 롤에 속도(원주속도)편차, 즉 상부롤에 속도 리드율을 줌으로써 스트립의 탄성력에 의해 스트립이 위로 받는 힘을 상쇄하도록 했다. 스트립이 인도된 이후 유니트롤(5)과 맨드릴(6) 각각은 스트립의 권취성을 향상시키기 위해 스트립의 속도보다 빠르게 초기속도가 설정되어 있다. 권취를 시작한 이후 맨드릴 구동모터(7)의 부하전류로부터 계산되는 장력이 설정값 이상이 되거나, 맨드릴의 회전수가 10회가 되면 맨드릴의 지름이 확장되고, 유니트롤은 스트립에서 이탈해서 자체장력에 의해 이후 마지막까지 권취하게 된다.

도 1에서, 미설명 부호 3은 인덕토신(inductosyn), 8은 제어장치를 나타낸다.

또한, 도 1에 도시된 다운 코일러에서는 스트립을 권취할 때 맨드릴 구동 모터(7)로부터 부하 전류검출에 의해 장력을 계산한 후 유압장치(4)로 신호를 보내어 유니트롤(5)의 압하력을 조절한다. 그러나 이러한 방법은 직접 장력을 검출하는 것이 아니고, 부하전류의 변화량으로써 스트립으로부터 맨드릴로의 장력값을 계산하는 것이기 때문에 그 정확도를 신뢰할 수 없으며, 단지 유니트롤(5)에 압하만을 가해서 스트립을 권치하기 때문에 초기에 스트립의 권취성에 문제가 있어 슬립(Slip) 등의 발생을 초래했다. 그리고, 유니트롤(5)의 속도는 단지 스트립 속도와의 관계만 고려해 단 한 번의 설정만이 이루어졌다. 그러나, 유니트롤이 맨드릴과 원주속도가 같거나 혹은 느리게 되는 경우 도 1에서와 같이 스트립의 방향성이 c가 되지 않고 a, b 방향이 되는 경우가 발생했다. 이때 스트립 선단이 유니트롤 상단에 충돌되어 선단 취입성이 좋지 않게되고, 단차회피제어(Quick Open Control) 과정의 권취시에도 스트립이 맨드릴에 충분한 장력으로 감기지 못하기 때문에 QOC부분이 길어져서 실수율이 저하되는 문제점이 발생되었다.

한편, 도 1에 도시된 다운코일러에서 초기에 맨드릴과 유니트롤로 스트립 권취를 시작해서 유니트롤 이탈까지는 유니트롤이 일정한 초기설정 힘으로 가압(Contant Force Mode)하고 있을 경우 권취되면서 선단에 의한 자국(Top Mark)이 생기기 때문에 스트립 선단이 취입된 이후 두 번째 회전부터는 유니트롤이 설정압으로 가압하고 있다가 선단부가 유니트롤에 다가오면 그 부위만 순간적으로 점핑(Jumping)을 해줌으로써 선단에 의한 자국(Mark)을 없애고자 하는 시도가 일본특허 공개공보 제57181721호에서 제시되었다.

이상에서 기술한 바와 같이, 열연 다운코일러에서 권취할 때 초기 선단 권취상태는 유니트롤의 이탈사건을 결정하는 중요한 요소로서 그 이탈시간의 길이에 따라 실수율이 차이가 크다는 결론이 얻어진다.

따라서, 상기의 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 다운코일러의 맨드릴에 로드셀(Load cell)을 내장시켜서, 스트립의 장력신호를 직접 얻어서 그 신호로부터 유니트롤 압하력과 유니트롤 속도가변에 의한 유니트롤과 맨드릴의 상대 속도를 동시에 조절해서 스트립의 장력을 제어하고, 초반권취성을 향상시킴으로써 실수율을 향상시킬 수 있는 스트립 권취 제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 다운 코일러의 구성을 보여주는 개략도.

도 2은 본 발명에 따른 열연 스트립 권취 제어 방법을 설명하기 위한 열연 다운 코일러의 구성도.

도 3(a)는 도 1에 따른 다운 코일러의 제어 블럭도.

(b)는 도 2에 따른 다운 코일러의 제어 블록도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1 : 핀치롤(Pinch Roll)2 : 스트립(Strip)

3 : 인덕토신(Inductosyn)4 : 유압장치

5 : 유니트롤(Unit Roll)6 : 맨드릴(Mandrel)

7 : 맨드릴 구동모터(Motor)8 : 제어장치

9 : 로드셀(Load cell)10 : 유니트롤 구동모터

11 : 설정장력12 : 출력장치

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 맨드릴과 유니트롤을 구비하는 다운 코일러에서 상기 맨들릴에 열연스트립을 권취할 때 상기 스트립의 권취를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 스트립을 권취하기 위해 상기 맨드릴이 3회이상 회전한 후, 상기 맨드릴에 내장시킨 3개의 장력 측정 센서에 의해 스트립 장력을 측정하는 단계와, 상기 3개의 장력 센서로부터 각각 얻은 3개의 측정값을 서로 비교하여 차이가 나는 한 개의 값을 제외한 나머지 2개의 값을 평균하여 스트립 장력 값을 얻는 단계와, 상기 스트립 장력값과 설정값을 비교하여 두 값이 동일해질 때까지 상기 유니트롤의 압하력과 속도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연 스트립의 권취 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하며, 도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 열연 스트립 권취 제어 방법을 설명하기 위한 열연 다운 코일러의 구성도이고 도 3은 다운 코일러의 제어 블록도로서, (a)는 도 1에 따른 다운 코일러의 제어 블록도이고, (b)는 도 2에 따른 다운 코일러의 제어 블록도이다.

도 1을 참조하면, 스트립(1)의 감김으로부터 가해지는 장력을 직접 측정하기 위해 맨드릴(6)에 3개의 로드셀(9)가 내장되어 있다.

기존에는 맨드릴 구동모터(7)에 공급되는 전류를 통해서 스트립의 장력을 측정했다. 즉, 스트립이 잘 감겨져 있으면 맨드릴과 스트립과의 슬립이 발생하지 않기 때문에 맨드릴에 장력이 크게 걸린다. 그래서 맨드릴 구동 모터는 큰 부하 토크를 받게되고 이를 구동시키기 위해서는 큰 전류가 필요하게 된다. 이 스트립 장력과 전류와의 관계는 다음식(1)과 같다.

[수학식 1]

식(1)에서,

T : 스트립이 갖는 장력, K : 정수, I : 모터 전기자 전류, D : 코일 지름.

따라서 로트셀(9)의 설치는 이러한 계산으로부터 얻어진 값에 대한 정확성을 높이고자 한 것이고, 또한 힘 측정 센서가 1개일 경우 유니트롤의 직접적인 가압 상태에 의해 영향을 받을 수 있으므로 3개로 하여 그 정확도를 높이고자 했다. 내장 위치는 유니트롤 압하위치를 고려해 2개 이상의 로드셀이 동시에 유니트롤(5)로부터 직접 압하를 받지 않도록 랜덤(Random)하게 위치시킨다. 그리고, 이 피드백(Feedback)된 장력(12)과 설정장력(11)과의 비교값을 기존에는 도 3(a)에서 도시된 바와 같이 유니트롤의 압하력을 조정하는 유압장치(4)에만 보냈으나 본 발명에서는 도 3(b)에서 도시한 바와 같이, 유니트롤과 맨드릴과의 상대속도 차에 의해서도 스트립장력을 가하기 위해 유니트를 구동모터(10)에도 제어신호를 보내는 것으로 하였다.

유니트롤(5)과 맨드릴(6)과의 상대 속도차에 의한 힘은 유니트롤(5)의 압하력만으로는 줄 수 없는 스트립 흐름방향으로의 힘을 강화시키는 효과가 있다. 이 방법은 압연도중에 스트립의 방향성을 조절하기 위해 양 압연롤의 속도를 조절하는 이주속 압연(Difference Speed Rolling) 등에서 이용되고 있는 방법이다. 이러한 방식에 의해 스트립이 받는 힘을 다음식(2)와 같다.

[수학식 2]

T_t= T_h+ T_v……(2)

식(2)에서,

T_t: 스트립이 받는 힘의 총합,

T_h: 유압장치에서 스트립에 가하는 힘,

T_v= α(V₁-V₂) : 유니트롤과 맨드릴의 속도차에 의해서 발생되는 힘,

α : 속도/힘 변환 상수, V₁: 유니트롤 속도, V₂: 맨드릴 속도.

상시 식(2)의 우변에서 첫 번째 항이 유니트롤의 압하에 의해 스트립에 가해지는 힘이고, 두 번째 항이 유니틀과 맨드릴과의 속도차에 의해서 스트립에 가해지는 힘이다. 기존에는 첫 번째 항만이 있었으나 본 발명에서는 두 번째 항을 첨가해서 두께에 따라 유니트롤의 속도를 증강함으로써 힘의 가변과 분산이 가능한 제어가 이루어지도록 한다.

이 방법의 제어흐름은 유니트롤과 맨드릴에 의해 스트릴 선단의 래핑(Wrapping)될 때 까지만 작동하는 것으로서 그 흐름을 도 2 및 도3(b)를 참조하여 간단하게 다음에 나타냈다. 스트립 선단이 유니트롤(5)과 맨드릴(6)에 들어오면 계수장치로 맨드릴 펄스 로직 제너레이터(PLG)로부터 신호를 받아 맨드릴(5)의 회전수를 센다. 맨드릴(5)의 회전이 3회 이상이 되면 그때부터 로드셀(9)의 값을 읽어 들인다.

여기서, 3회부터 장력을 측정하는 것을 최소한 3회 이상의 권취가 되어야만 유니트롤이 이탈하고 자체장력으로 권취가 가능하기 때문이다. 이 3개의 값들 중 유니트롤(5)의 직접적인 압하에 의해 값이 나오는 경우가 있으므로 로드셀(9) 각각의 값을 비교해 나머지 2개에 비해 일정 점위 이상의 차이가 나는 한 값이 있는 경우 그 값을 제외한 나머지의 평균값을 구해 장력값으로 취한다. 이 신호가 피드백(Feedback)되어 설정된 힘과 비교된 다음 다를 경우 제어장치에서 유압장치(4)와 유니트롤 구동모터(14)에 동시에 신호를 보내 유압장치(4)의 힘과 유니트롤(5)의 속도를 조절하여 스트립의 진행방향을 c의 방향이 되도록 한다. 그리하여 장력이 원하는 상태에 이르면 유니트롤(5)을 개방해서 바로 스트립 자체장력에 의해 권취가 되도록 한다. 이 방법은 기존에 유압장치 하나만으로 권취상태를 제어한 것에서 제어요소를 2개로 분산했기 때문에 제어의 정도와 응답성이 크게 향상될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 기존의 다운 코일러에서는 스트립으로부터 맨드릴에 가해지는 힘을 맨드릴 구동모터에 공급되는 부하전류의 변동에 의해 감지했으나, 본 발명의 스트립 권취 제어 방법은 직접 센서로부터 스트립 장력을 측정함으로써 그 값의 정도를 높일 수 있다. 그리고, 스트립으로부터의 힘을 측정한 다음 그 값에 따라 유니트를 압하력과 유니트롤의 속도를 조절해서 스트립으로부터의 힘을 재 조정할 수 있다. 이상의 두가지가 이루어지면 기존의 시간에 의해 설정된 단차회피제어가 스트립의 장력이 일정값에 도달됐을 때 조기에 종료될 수 있어 실수율을 높일 수 있다.

Claims (1)

1. 맨드릴과 유니트롤을 구비하는 다운 코일러에서 상기 맨들릴에 열연스트립을 권취할 때 상기 스트립의 권취를 제어하기 위한 방법에 있어서,

   상기 스트립을 권취하기 위해 상기 맨드릴에 3회이상 회전한 후, 상기 맨드릴에 내장시킨 3개의 장력 측정 센서에 의해 스트립 장력을 측정하는 단계와,

   상기 3개의 장력 측정 센서로부터 각각 얻은 3개의 측정값을 서로 비교하여 차이가 나는 한 개의 값을 제외한 나머지 2개의 값을 평균하여 스트립 장력값을 얻는 단계와,

   상기 스트립 장력값과 설정값을 비교하여 두값이 동일해질 때까지 상기 유니트롤의 압하력과 속도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연 스트립의 권취 제어방법.