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KR880002504B1 - 판두께의 자동제어장치 - Google Patents

판두께의 자동제어장치 Download PDF

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KR880002504B1
KR880002504B1 KR1019830000256A KR830000256A KR880002504B1 KR 880002504 B1 KR880002504 B1 KR 880002504B1 KR 1019830000256 A KR1019830000256 A KR 1019830000256A KR 830000256 A KR830000256 A KR 830000256A KR 880002504 B1 KR880002504 B1 KR 880002504B1
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Abstract

내용 없음.

Description

판두께의 자동제어장치
제 1 도는 재료의 소성(塑性)병형특선과 압연기의 탄설변형특성을 표시한 그래프도.
제 2 도는 종래의 BISRA AGC을 블럭도.
제 3 도는 차동주속 압연시의 압연하중, 전진율의 예를 표시한 그래프도.
제 4 도는 본 발명의 일실시예를 표시한 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
417 : 압연호울 42 : 지지로울
43 : 전동기 44 : 속도제어장치
45 : 압연하중검출기 46 : 기억장치
47 : 게인(gain)조정기 48 : 차동주속
49,50 : 검출기 51 : 타이밍연산기
52 : 속도검출기 53 : 차동주속연산기
55 : 초기속도설정기
본 발명은 상하로울의 개별구동방식의 압연기에 있어서, 상하 압연로울의 속도차를 조정함으로써 판두께를 제어하는 차동주속(差動周速)압연에 의한 판두께의 자동제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 후판밀, 열간대철밀(Hot strip Mill)등의 압연기에 있어서는 재료의 소성(塑性)변형특성의 변화 및 압연기의 탄성변형, 예를들면 신장으로 인하여 압연기로울의 갭(gap)설정치는 일정하더라도 재료의 압연기출구측 판두께가 변동하다는 것은 공지된 사실이다.
제 1 도는 재료의 소성변형특성과 압연기의 탄성변형 특성을 표시한 그래프이고, P1, P2는 재료소성곡선, M1,M2는 압연기탄상 변형곡선이다. 압연재료의 소성변형 특성은 입구측판두께 H, 출구측판두께 h, 평균변형저항 K, 재료판폭 W 등에 의존되는 것이며, 압연하중 F와 그들 변수와 함수관계에 의하여 표현된다.
((1)식)
F=f(H, h, K, W)…………………………………………………………… (1)
제 1 도의 소성곡선은 (1)식을 도시한 것이지만 지금 압연시점 1에서의 입구측판두께를 H1으로 하고 소성곡선 및 압연기탄성곡선을 P1,M1로울개도 설정치를 S1으로 하면, 압연하중은 F1이 되며 출구측판두께는 h1이 된다.
(동작점 ①).
압연이 진행된 시점 2에 있어서(1)식의 변수중 입구측판두께가 H2(H1<H2)로 변화하고, 타의 파라미터(parameter)가 일정하다면 소성곡선은 대략 P2로 변화하고, 그 결과로 압연하중 온F2(F1<F2)로 증대하고 압연기의 산장에 따라서 출구측판두께는 h2가 된다.
(동작점 ②).
이와 같이 재료의 소성특성변화를 방치하게 되면 일정한 두께의 제품을 얻을 수 없기 때문에 어떠한 수단으로 출구측판두께를 일정하게 할 기능이 필요하지만 종래의 판두께 일정제어(AGC : Automatic Gage Control)로서 일반적으로 사용되는 것에 BISRA AGC(British Iron & Steel Research Assn)가 있었다.
BISRA AGC는 압연하중의 변화에 의한 압연기의 연신을 없애도록 로울개도를 수정하는 방법이며, 다음에서 설명하는 원리에 의한 것이다.
즉, 압연기의 탄성특성을 직선에 근사하게 하고, 그 경사(이하 밀정수(mill constant)라고 칭한다)을 M(Ton/mm)로 하면, 압연기출구측판두께 h는 제 1 도에 의하여 다음식과 같다.
Figure kpo00001
단 h : 압연기출구측의 재표판두께(mm), s : 로울갭(Roll Gap) 설정치(mm), F : 압연하중(Ton), M : 밀정수(Ton/mm)
(2)식에서 출구측판두께의 변동은
Figure kpo00002
따라서 로울갭 설정치를 다음(4)칙과 같이 수정하면 출구측판 두께변화는 영(제로)으로 할 수 있다.
Figure kpo00003
제 2 도는 이러한 종래의 BISRA AGC의 블럭도이며 도면에 있어서 (1)은 압연기의 압연로울, (2)는 지지로울, (3)은 하향압축스크류, (4)는 압연기하우징, (5)는 로울갭을 조정하기 위한 전동기 및 그 속도제어장치, (6)은 로울갭 자동위치 결정장치(APC), (7)은 오울갭검출기, (8)은 로오드셀(load cell)(압연하중검출기), (9)는 기억장치,(10)은 압연기의 연사량을 연산하는 연산기, (11)은 동조(tuning)을 설정기, (S)는 피압연재료이다.
동작에 대하여 설명한다. 재료 S가 압연기(4)에 물려들어가면 그 시점에서의 압연하중 F0가 기억장치(9)에 기억되어 BISRA AGC가 개시된다. 즉 압연진행에 따른 압연하중 F의 변화는 기억치 F0와의 차로서 검출되어(10)의 연신연산기에 의하여(4)식의 연산이 실시되어 APC 장치(6)에 지령치로서 부여된다. 이 결과 압연기로울갭은 제 1 도에 표시한 동작점(3)의 위치로 수정된다.
제 2 도의 블럭에 있는 동조율 설정기(11)의 동조율은 압연기의 연신을 어느정도 수정하는 가를 결정하는 정수이며 0
Figure kpo00004
α
Figure kpo00005
1의 범위에서 세트된다. α=1이면 연신량을 100% 보정하는 것이고, α=0이면 AGC를 동작시키지 않는 것이 된다. 종래의 BISRA AGC 는 상기와같이 구성되어 있기 때문에 첫째 AGC의 동작에 의하여 압연하중의 변화를 조장하는 결점이 있었다.
제 1 도에 의하면 AGC가 동작하지 않을 경우의 압연하중 변화가 F2=F2-F1인데 대하여 AGC를 동작시키면 하중변화는
Figure kpo00006
F3=F3-F1이 되어 ｜
Figure kpo00007
F2｜< ｜
Figure kpo00008
F3｜이다. 그런데 압연하중이 변화하게 되면 압연로울의 편차가 변화하기 때문에 제품의 평탄도가 변동되어 판의 폭방향의 제품품질이 악화되게 된다. 이때문에 종래장치로서는 열간 대철밑에서는 박판(薄板), 광폭제어에서는 최종 스탠드의 BISRA AGC는 적용할 수 없는 경우가 많고 또한 후판밑에서는 AGC를 사용한 최종패스(Pass)후에 형상수정 패스라고 불리우는 경압하의 특수패스를 불가불추가하여야만 하는 경우가 있었다. BISRA AGC에서 동조율 α=1로 한때의 압연하중변화(
Figure kpo00009
F3)와 AGC를 동작시키지 않을 경우의 압연하중변화(
Figure kpo00010
F2)의 비율은 제 1 도에 의하여 구할 수 있으며 다음과 같다.
Figure kpo00011
단 M : Mill 정수(Ton/mm), Q : 소성정수(Ton/mm)(소성곡선의 동작점 근방에서의 경사) 통상의 열간 대철릴의 최종스탠드를 예를들면 판폭 1500mm, 제품두께 1,6mm의 재료로 Q : 3,000Ton/mm, M=600Ton/mm 정도이므로 (5)식의 비율은
Figure kpo00012
F3/
Figure kpo00013
F2=6배에 이른다. 또한 해당 스케줄(Schedule)에 있어 실축 데이터는 α=1로 하여 AGC를 동작시켰을때의 압연하중 변화는 스키드 마아크(skid mark)부분에서 약 300Ton 정도이고, 이 부분에서 에지웨이브(edge wave)가 발생하였다. 또한 제 2의 결점으로는 BISRA AGC는 제 2 도와 같이 밀연신량의 연산을 위하여 밀(탄성)정수 M를 모델로 할 필요가 있지만 밀정수 M는 판폭, 판두께, 로울경, 압연력등의 복잡한 함수가 되기 때문에 그 추정정도(程度)에는 한계가 있고 따라서 AGC 정도향상에도 한계가 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 것의 결점을 배제하기 위하여 발명된 것으로서, 압연시의 상하작업로울에 속도차를 부여함으로써 압연하중을 조작하고, 압연정밀도가 높은 압연제어를 할 수 있는 자동압연 제어장치를 제공하고저하는 것이다. 우선 압연시에 상하 압연로울에 속도차를 부여함으로써 압연하중을 조작할수 있는 것에 대하여 제 3 도에 따라서 설명한다.
제 3 도는 차동주속율과 압연하중 및 전진율의 관계를 표시한 그래프이고, 차동주속율을 변화시킴으로써 압연력을 조작할 수 있는 것이 표시되어 있다. 여기서 차동주속율 X는 고속측로울속도 VH와 저속측로울러속도 VL에 의하여 하기와 같이 정의된다.
Figure kpo00014
차동주속율 X가 변화하면, 재료의 소성특성이 변화하게되므로 (1)식의 함수관계에는 신변수 X가 도입되어 다음(7)식이 된다.
F=F(H,h,K,W,X) ……………………………………………………………… (7)
(7)식을 동작점 근방에서 일차 전개하면
Figure kpo00015
(2)식에서 로울갭 S를 공정하게 되면
Figure kpo00016
따라서 판두께편차
Figure kpo00017
h를 영으로 하려면 (9)식에서
Figure kpo00018
F=0로 하면되고 그러기 위해서는 (8)식에서
Figure kpo00019
(10)식 우변의 괄호내는 상기에 의한 압연력 변화이므로 이것을
Figure kpo00020
FD로 하면
Figure kpo00021
즉(11)식에 의하면 차동주속율을 제어하면 판두께편차를 영으로 할 수 있다.
이하 제 4 도로 표시된 본 발명의 일실시예를 설명한다. 제 4 도에 있어서, 41은 상하의 압연로울, 42는 상하압연울(41)에 접촉하고 있는 상하의 지지로울, 43은 상하의 로울러를 구동하는 전동기, 44는 그 속도제어장치, 45는 하향압축스크류(3)의 로오드셀(load cell)(압력하중검출기), 46은 로오드셀(45)의 신호를 입력하는 기억장치, 47은 게인조정기, 48은 게인조정기(47)로 부터의 입력신호에 기준하여 상하압연로울(41)에 출력하는 차동주속분배기, 49,50은 압연자재존재를 검출하여 타이밍연산기(51)로 신호를 출력하는 검출기, 52는 상하로울러속도 검출기로서, 속도신호를 발생하여 차동주속율연산기(53)로 출력한다. 54는 압연기 하우징이며, 55는 상하압연로울의 초기속도 설정기, S는 피압연재료이다.
다음은 동작에 대하여 제 4 도에 따라 설명한다.
재료 S가 압연기(54)에 접근하면 상·하로울의 속도는 소정의 초기차동주속율 Xo을 부여하게 되는 속도 VoH, VoL에 설정된다.
Figure kpo00022
재료 S선단이 압연기출구측에 설치된 검출기(49)에 도달하면, 그때의 압연하중 Fo가 기억장치(46)에 기억된다. 재료에 입구측판두께 병동등의 이상상태가 있으면, 하중변화
Figure kpo00023
F=F-Fo가 검출되어 개인조정기(47)에 부여된다. 개인조정기(47)은 압연스캐줄과 차동주속율에 의하여 결정되는
Figure kpo00024
의 값을 차동주속율 X의 함수로 기억한 것이며, 미리 압연스케줄(입·출구측판두께, 강종류등)에 의하여 최적치를 구하고 분류화하여 기억하여 둔다. 개인조정기(47)의 출력으로서 차동주속율 수정량X가 얻어지면 차동주속분배기(48)에 의하여 상·하 로울속도 수정량을 정하고 상·하 로울속도제어장치(44)에 의하여 상·하 로울속도를 수정한다. 차동주속분배기(48)은 재료 S의 압연기출구측 속도를 소정치로 한대로 차동주속율을 변경하도록 연산하는 장치이고, 탄댐(tandom)압연기인 열간대철밀등에 있어서는 특히 중요하다.
재료의 압연기출속도 Vs와 고속측, 저속측의 각 작업로울속도 VH, VL와의 관계는
Vs=(1+fH)VH=(1+fL)VL ………………………………………… (13)
재료속도가 불변하려면은 (13)식에서
Figure kpo00026
fH·VHO+(1+fH)
Figure kpo00027
VH=0 ………………………………………… (14)
Figure kpo00028
fL·VLO+(1+fL)
Figure kpo00029
VL=0 ………………………………………… (15)
제 3 도에서 알수 있는 바와 같이 전진율은 차동주속율 X에 의하여 변화하기 때문에 일차변화분을 구하면
Figure kpo00030
(14)-(17)식에서 다음 비율로 VH, VL를 수정하면 스트립속도는 그대로 두고 차동주속율을 수정할 수 있다.
Figure kpo00031
단, VH,VL: 고속, 저속측 로울속도, 1+fH, 1+fL : 출구측 재료속도에 대한 고속측·저속측 로울속도의 전진율,
Figure kpo00032
각 전진율의 차동주속율에 대한 변화분 상기한 구성에 의하여 압연력 F가 변화하면 압연력 변화분
Figure kpo00033
F를 말소하고, 영(제로)에 가까와지도록 차동주속율 X가 조정되기 때문에 압연력은 일정하게 되며, 따라서 재료 S의 출구측판두께는 일정하게 제어된다. 이판두께제어는 재료 S 말단이 압연기 직전에 배치되는 검출기(50)에 도달하면 제어완료로 된다. 더우기 상기한 실시예에 있어서는 출구측판두께 편차의 검출을 위하여 압연하중을 이용하고 있으나, 검출단부로서 압연기출구측에 후도계(厚度計)를 설치하여 그 신호를 이용하여도 되고, 검출단의 여하는 특별한 문제가 되지 않는다. 또한 본 발명의 구체적 제어장치로서 소형계산기, 아날로그 연산증폭기등을 사용할수가 있어 그 수단은 특별한 문제가 되지 않는다. 상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 차동주속의 조정을 실시함으로써 압연하중의 변화가 극소로 유지되기 때문에 완성품형상에 악영향을 미치게 하는일 없이 AGC를 실시하는 것이 가능하고, 또한 제어방식이 피이드백 제어가 되기 때문에 BISRA AGC에 있어 밀정수 추정오차등에 따른 판두께편차는 존재하지 않고 완성품판두께, 형상 등의 면에서 효과가 높은 AGC로 할수가 있다.
본 방식의 AGC를 적용하면 열간대첨일에 있어서 최종스탠드에서 AGC가 가능하게 되고, 또한 후판밑에 있어서는 형상조정패스가 불필요하게 되는 등 품질개선, 조업능율향상의 양면에서 개선할 수 있는 등의 효가가 있다.

Claims (3)

  1. 피압연재료(S)를 압연하는 압연기의 상하 압연로울(Roll) (41)(41),이 상하압연로울(41)(41)을 개별구동하는 전동기(43)(43), 상기 압연기축구측에서의 피압연재료(S)의 판두께 편차에 대응한 신호를 입력하고 이 판두께편차를 영(제로)으로 하는 상기 상하압연로울(41)(41)의 차동주속(差動周速)수정량
    Figure kpo00034
    X를 출력하는 개인(gain)조정기(47), 이 게인조정기(47)의 출력하는 차동주속수정량
    Figure kpo00035
    X를 입력하여 상기 상하 압연로울(41)(41)의 각 속도수정량을 각각 분배하는 차동주속분배기(48), 이 차동주속분배기(48)의 출력하는 상기 상하로울(41)(41)의 각 속도수정량에 의하여 대응하는 상기전동기(43)(43)의 속도를 제어하는 속도제어장치(44)(44)를 구비한 것을 특징으로 하는 판두께의 자동제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 압연기출구측에서의 피압연재료(S)의 판두께편차에 대응한 신호는 압연기에 부착된 압연하중을 검출하는 로오드셀(lood cell)(45)의 검출신호인 것을 특징으로 하는 판두께의 자동제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 압연기출구측에서의 피압연재료(S)의 판두께편차에 대응한 신호는 압연기출그측에 설치되어 상기 피압연재료(S)의 판두께를 계측하는 후도계(厚度計)의 계측신호인 것을 특징으로 하는 판두께의 자동제어장치.
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