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KR100477238B1 - 길이에따라두께가변하는슬래브를압연하는방법및장치 - Google Patents

길이에따라두께가변하는슬래브를압연하는방법및장치 Download PDF

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KR100477238B1
KR100477238B1 KR10-1998-0705942A KR19980705942A KR100477238B1 KR 100477238 B1 KR100477238 B1 KR 100477238B1 KR 19980705942 A KR19980705942 A KR 19980705942A KR 100477238 B1 KR100477238 B1 KR 100477238B1
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KR
South Korea
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roll stand
roll
rolling
torque
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밀톤-스코트 부치론
디트리히 볼트
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

제 1롤스탠드와 제 2롤스탠드 사이의 슬래브(1,5) 내에서 대체로 일정하고 바람직하기로는 낮은 장력이 유지되며 대체로 일정한 출구 두께를 가지는 적어도 2개의 롤스탠드(6,7)를 사용하여 슬래브(1,5)를, 특히 그 두께가 길이에 따라서 변화하는 슬래브를, 압연하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 슬래브 내에서 소요 장력에 도달하기까지, 제 2롤스탠드(7)의 회전속도가 일정하게 유지되고, 제 l롤스 탠드(6)의 토오크는 제 l롤스탠드 및 제2롤스탠드 사이의 슬래브(1,5) 내에 소요 장력을 형성하도록 제어된다. 소요 장력에 도달한 후에는, 제 1롤스탠드(6)의 회 전속도와 제 2롤스탠드(7)의 토오크가 일정하게 유지된다.

Description

길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법 및 장치
슬래브(slab)를 주조함에 있어서, 강철의 품질 상에 존재하는 서로 다른 요구조건 때문에 슬래브가 그 두께와 너비에서 변화할 수 있다. 이는 예컨대 서로 다른 두께를 가지는 2개의 단면 사이에서 증가 또는 감소하는 두께를 가진 슬래브의 소위 테이퍼진 부분에서 발생할 수 있다. 이런 유형의 테이퍼진 부분은 일반적으로 제거되어서 다시 용융된다.
다른 장점과 발명적인 특징은 첨부도면을 참조한 다음의 구체적 실시예에 대한 상세한 설명에서 밝혀진다.
도 1은 변화하는 두께를 가진 슬래브의 측면도이고;
도 2는 변화하는 두께를 가진 다른 슬래브의 측면도이고;
도 3은 슬래브를 압연하기 위한 본 발명에 따른 장치를 도시한 블록도이고;
도 4는 상태 전이 다이아그램의 블록도이고;
도 5는 제 1롤스탠드에 대한 토오크 제어를 도시한 블록도이고;
도 6은 제 2롤스탠드에 대한 토오크 제어를 도시한 블록도이고; 그리고
도 7은 제 2롤스탠드에 대한 다른 토오크 제어를 도시한 블록도이다.
본 발명의 목적은 테이퍼진 부분을 제거하지 않고 슬래브를 압연할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이고, 여기에서 테이퍼진 부분이 품질 요구조건도 유지하면서 동시에 압연될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서 적어도 2개의 롤스탠드(roll stand)를 사용하여 슬래브를, 특히 그 두께가 그들의 길이에 따라서 변화하는 슬래브를 압연하기 위한 장치 및 방법이 있다. 제 1롤스탠드 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에서는 대체로 일정하고 바람직하게는 낮은 장력이 유지된다. 이 경우 제 1롤스탠드의 회전속도와 제 2롤스탠드의 토오크를 일정하게 유지시키는 제어 기구에 의하여 슬래브 내의 장력을 일정하게 유지시키는 것이 특히 효과적인 것으로 입증되었다. 그러나, 소요 정격 장력(desired nominal tension)이 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에 형성되기까지 제 2롤스탠드의 속도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하고, 제 1롤스탠드의 토오크는 소요 정격 장력이 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에 형성되도록 제어된다. 제 1 및 제 2롤스탠드 사이에서 소요 정격 장력이 달성된 후에는, 제 1롤스탠드의 회전속도와 제 2롤스탠드의 토오크를 일정하게 유지하기 위하여 제어 기구가 전환된다.
장력을 직접 제어하기 보다는 상응하는 기준 토오크에 의하여 제어하는 것이 특히 효과적인 것으로 입증되었다. 이렇게 하는 동안에, 측정되고 슬래브 내의 정격 장력에 상응하는 기준 토오크와 비교되는 것은 슬래브 내의 장력이 아니라 오히려 각각의 롤스탠드에서의 토오크가 된다. 이에 따라, 장치 편차(deviation)는 기준 장력과 슬래브 내의 장력 사이의 차이를 구성하지 않고, 오히려 각각의 롤스탠드의 토오크와 기준 토오크 사이의 차이를 구성한다.
본 발명에 따른 장치는 슬래브의 가변하는 두께를 평가하기 위한 평가 유닛을 포함한다. 상기 평가 유닛은 단일 칩 컴퓨터, 특히 마이크로 제어기로서, 또는 다중 칩 컴퓨터, 특히 단일 보드 또는 다중 보드 컴퓨터로서, 또는 프로그램 가능한 제어기로서 설계된다. 또한 상기 평가 유닛은 프로그램 가능한 제어기, 시매딘-디(SIMADYN-D) 장치, VME 버스 장치 및 산업용 PC 중 어느 하나로 설계될 수도 있다.
도 1은 변화하는 두께를 가진 슬래브(1)를 나타낸다. 이 슬래브는 크기가 큰 부분(2)과 크기가 작은 부분(4)을 가지고, 크기가 큰 부분(2) 영역의 슬래브는 크기가 작은 부분(4)의 영역에서 보다 더 두껍다. 슬래브(1)의 상기 크기가 큰 부분(2) 영역과 크기가 작은 부분(4) 영역 사이에는 상기 크기가 작은 부분(4) 및 크기가 큰 부분(2) 사이에서 두께 변화를 만드는 두께가 변화하는 영역, 즉 테이퍼진 부분(3)이 존재한다. 이들 테이퍼진 부분은 대개 제거되고, 크기가 큰 부분(2)과 크기가 작은 부분(4)이 분리되어 압연된다. 본 발명에 따른 장치를 사용하여 작업할 때, 상기 슬래브(1)는 테이퍼진 부분(3)의 영역에서 슬래브를 절단해야할 필요 없이 고품질을 유지하면서 연속적으로 압연될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 슬래브와는 다른 것으로 변화하는 두께를 가진 슬래브(1)를 도시하고 있다. 이 또한 마찬가지로 크기가 큰 부분(2)과 크기가 작은 부분(4)을 가진다. 이 슬래브(1)의 상기 크기가 큰 부분(2) 영역과 크기가 작은 부분(4) 영역 사이에도 마찬가지로 두께가 변화하는 영역, 즉 테이퍼진 부분(3)이 존재한다.
도 3은 고품질을 유지하면서 다른 두께의 슬래브를 압연하기 위한 본 발명에 따른 장치를 보여준다. 이 장치는 슬래브(5)를 압연하기 위한 제 1롤스탠드(6) 및 제 2롤스탠드(7)를 이루는 2개의 롤스탠드를 가진다. 상기 롤스탠드(6 및 7)의 롤 간극 상태는 제어 요소(8 및 9)에 의하여 조정된다. 롤스탠드(6)의 롤 간극은 롤스탠드(6)와 롤스탠드(7) 사이의 재료의 두께를 일정하게 유지하기 위하여 제어 요소(8)에 의하여 제어된다. 상기 제어 요소(8)는 또한 압연력을 위한 값(12)을 인가한다. 제 1롤스탠드(6)의 롤 회전속도는 회전속도 조절기(31)에 의하여 조절되고, 제 2롤스탠드(7)의 롤 토오크는 토오크 조절기(32)에 의하여 조절된다. 상기 회전속도 조절기(31)는 전류 제어부(19) 및 속도 제어부(20)를 가진다. 상기 토오크 조절기(32)는 전류 제어부(28)와, 회전속도 제어부(29), 및 토오크 제어부(30)를 가진다. 이에 덧붙여서, 이 장치는 2개의 롤스탠드(6 및 7) 각각에 대하여 하나의 토오크 센서(11 및 15)을 가진다. 토오크 센서(11 및 15) 중의 각 하나에 대신하여, 이 장치는 각각의 롤스탠드(6 및 7)과 관련된 하나의 하중-토오크 관측기(14 및 21)를 가진다. 상기 2개의 하중-토오크 관측기(14 및 21)의 각각은 모터 전류 값(17 또는 26) 및 롤 회전속도(18 또는 27)로부터 하중 토오크 값(33 또는 34)을 결정한다. 인장력 조절기(13)가 상기 조절기(31 및 32)를 위하여 처리된 변수, 즉 정격 속도(22) 및 정격 토오크(23)를 공급한다. 상기 인장력 조절기(13)는 상기 제 1롤스탠드(6)의 압연력(12) 뿐만 아니라 하중-토오크 관측기(14 및 21)에 의하여 발생하거나 또는 이와 달리 토오크 센서(11 및 15)에 의해 측정되는 하중 토오크 (16 및 25) 또는 (33 및 34)로부터 상기 정격 속도(22) 및 상기 정격 토오크(23)를 결정한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제어되는 압연기 행열의 상태 전이 다이아그램을 도시하고 있다. 압연기 행렬이 초기에는 상태(40), 즉 슬래브가 제 1롤스탠드를 사용하여 처음 압연되나 아직 제 2롤스탠드에는 도달하지 않은 상태에 있다. 이 상태에서, 인장력이 없는 상태에서 스트립 장력과 독립하여 있는 값이 압연력 및 압연 토오크에 대하여 제 1롤스탠드 내에서 결정된다. 슬래브가 제 2롤스탠드에 도달하면, 이 장치는 상태(42)로 전환한다. 상태(42)에서는, 상기 슬래브가 2개 모두의 롤스탠드에 의해 압연되며, 그러나 제 1롤스탠드 및 제 2롤스탠드 사이에서 요구되는 슬래브 내의 정격 장력에는 아직 도달하지 않았다. 상태(42)에서, 제 2롤스탠드의 회전속도는 일정하게 유지되고, 제 1롤스탠드 및 제 2롤스탠드 사이에서 요구되는 슬래브 내의 장력을 형성하기 위하여 제 1롤스탠드 내의 토오크가 조절된다. 만일 제 1롤스탠드 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에서 요구되는 장력이 도달되면, 그런 다음에 이 장치는 상태(43)로 전환한다. 실제의 장력과 정격 장력은 직접 비교되지 않는 것이 바람직하고, 오히려 실제의 압연 토오크와 기준 토오크 사이의 비교를 통하는 것이 바람직하다. 이리하여 장력 측정을 제거할 수 있다. 상태 (43)에서, 롤스탠드(6 및 7)의 회전속도는 정상상태 장력에서 롤스탠드(7)의 압연 토오크의 정격치가 상기 토오크 센서(15) 또는 상기 하중 토오크 관측기(21)를 사용하여 측정될 때까지 일정하게 유지된다. 상태(44)에서는, 제 1롤스탠드의 회전속도 및 제 2롤스탠드의 토오크가 일정하게 유지된다.
도 5는 제 1롤스탠드의 압연 토오크의 폐루프 제어를 묘사한다. 상기 폐루프 제어의 입력 변수들은 제 1롤스탠드의 압연력(86), 슬래브가 제 1롤스탠드를 통과 중인 것을 표시하는 신호(87), 슬래브가 제 2롤스탠드를 통과중인 것을 표시하는 신호(88)와, 제 1롤스탠드 내의 압연 토오크(89), 및 유지 신호(90)도 있다. 상기 폐루프 제어의 출력 변수는 모터 속도를 위해 처리된 변수(91)이다. 압연력의 측정치(86)는 2개의 저역 필터(73 및 74)를 통하여 최초로 평활하게 된다. 2개의 저역 필터 양자 모두 압연력의 측정치(86)를 평활하게 하는데, 그러나 이들은 서로 다른 시정수를 사용하여 구현될 수 있다. 저역 필터(74)의 출력 신호로부터, 신호 평균기(75) 내에서 평균치(Fw1,AV)가 생성된다. 상기 평균은 슬래브가 제 1롤스탠드를 통과되나 아직 제 2롤스탠드를 통과하지는 않은 시간 동안에 일어난다. 이를 위하여, 상기 평균기(75)에는 슬래브의 제 1롤스탠드로의 안내를 알리는 신호(87)가 공급되고, 그리고 슬래브의 제 2롤스탠드로의 안내를 알리는 신호(88)가 공급된다. 하류의 분주기(76) 내에서, 상기 저역 필터(73)로부터의 출력 신호(Fw1)가 상기 평균기(75)로부터의 출력 신호에 의해 나누어진다.
제 1롤스탠드의 압연 토오크 측정치(89)도 마찬가지로 저역 필터(78 및 79)를 통하여 필터링된다. 이 목적으로, 제어는 2개의 다른 저역 필터(78 및 79)를 가지고, 이들은 압연 토오크 측정치를 평활하게 한다. 상기 저역 필터(78)로부터의 출력 신호는 평균기(80)로 공급되고, 이 평균기(80)는 상기 평균기(75)에 의한 압연력 평균과 유사하게 압연 토오크 평균치(Mw1,AV)를 생성한다. 이 평균기(80)로부터의 출력 신호는 곱셈블록(81) 내에서 상기 분주기(76)로부터의 출력 신호에 의하여 곱하여진다. 곱셈기(81)로부터의 출력 신호를 상수 C로 곱셈기(82) 내에서 곱함으로써, 기준 토오크(Mref)가 얻어지고, 이는 스트립 장력 제어를 위하여 스트립 장력에 상응하는 변수로서 사용된다. 상기 기준 토오크 값(Mref)이 다음의 식에 따라 결정되고,
여기에서, FW1 는 상기 제 1롤스탠드 내의 실 압연력이고, FW1,AV 는 슬래브가 제 2롤스탠드에 도달하기 전의 제 1롤스탠드 내의 평균 압연력이고, MW1,AV 는 슬래브가 제 2롤스탠드에 도달하기 전의 제 1롤스탠드 내의 평균 토오크이며, C는 소요 정격 장력을 조정하기 위한 계수이다. 상기 계수 C는 다음의 식에 따라 결정되고,
여기에서, R1 은 상기 제 1롤스탠드의 롤 직경이고, 그리고 Tref는 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 상기 슬래브 내의 소요 정격 장력이다. 기준 토오크(Mref)는 설정점 변수로서 PI 제어기(83)로 공급된다. 실제 값으로서, 상기 PI 제어기(83)는 저역 필터(79)에 의하여 평활하게 된 압연 토오크 측정치(89)를 수신한다. 상기 PI 제어기(83)로부터의 출력 신호는 저역 필터(84) 내에서 평활하게 되고, 이 저역 필터(84)로부터의 출력 신호는 스위치(85)로 공급된다. 이 스위치(85)는 슬래브가 제 2롤스탠드로 통과하게 된 후에 제 1롤스탠드의 속도를 제어하기 위하여 처리된 변수로서의 상기 저역 필터(84)로부터의 출력 신호가 통하도록 스위칭한다. 이를 위하여, 신호(87)와 신호(88)를 게이트하기 위한 AND 게이트(77)의 출력으로 인가되는 신호(92)가 상기 스위치(85)로 공급된다. 상기 PI 제어기(83)를 주어진 개방 제어 루프(open control loop)로 제한하기 위하여, PI 제어기(83)의 적분기가 최대 모터 토오크에 대응하는 값을 유지하도록 하는 유지 신호(90)가 상기 PI 제어기(83)로 공급된다.
도 6은 제 2롤스탠드 내에서의 토오크를 제어하기 위한 폐루프 제어 구조를 도시한다. 제 2롤스탠드 내에서의 토오크를 제어하기 위하여, 제 2롤스탠드 내에서의 토오크 측정치(50)는 2개의 저역 필터(45 및 46) 내에서 최초로 평활하게 된다. 제 2롤스탠드 내의 토오크에 대한 설정점 값(MAV)은 상기 저역 필터(45)에 의해 평활하게 된 제 2롤스탠드의 압연 토오크 신호로부터 생성된다. 슬래브 내의 정격 장력이 도달되었음을 알리는 신호(52)를 인가함으로써 평균기(44) 내에서 평균치가 생성된다. 상기 신호(52)는 지연 요소(51)로 공급되고, 이 지연 요소(51)는 N개의 샘플링 단계를 거쳐 상기 신호(52)를 지연시킨다. N개의 샘플링 단계가 경과한 후에, 상기 평균기(44)에서의 평균치 생성이 중지된다. 설정점 값(MAV), 즉 평활화된 측정치(MK)의 시간 평균은 하류의 PI 제어기(47)를 위한 설정점 변수를 형성한다. 따라서, 설정점 값(MAV)은 다음의 식에 의하여 생성된다.
설정점 값(MAV)과 저역 필터(46)에 의해 평활화된 제 2롤스탠드에서의 토오크 측정치(50) 사이의 차이가 상기 PI 제어기(47)에 대한 장치 편차를 형성한다.
만일 상기 PI 제어기(47)에 의해 결정되는 소요 모터 토오크가 제 2롤스탠드 드라이버의 최대 가능 모터 토오크를 초과하면, 상기 PI 제어기(47)를 주어진 개방 제어 루프로 제한하기 위하여, 상기 PI 제어기(47)의 적분기는 최대 모터 토오크에 대응하는 값으로 유지 신호(53)에 의해 일정하게 유지된다. 상기 PI 제어기(47)로부터의 출력 신호는 저역 필터(48)를 통하여 필터링된다. 상기 제어기의 출력은 스위치(49)를 통해 흐르게 된다. 신호(52)와 지연 소자(51)에 의해 지연된 신호(55)를 게이팅함으로써, 상기 평균치 발생이 상기 평균기(44) 내에서 완료된 후까지도 도 6에 도시된 상기 제어기가 제 2롤스탠드의 속도를 제어하지 않는 것을 보증한다. 도 7은 도 6의 토오크 제어와 다른 실시예를 보여준다. 값(56, 57 또는 60)은 도 6의 값(52, 55 또는 50)에 대응하고, 기능 블록(58, 59, 61 또는 62)은 도 6의 기능 블록(51, 54, 45 또는 44)에 대응한다. 도 6의 평균기(44)와 대조적으로, 도 7의 평균기(62)는 정격 토오크(MAV)를 위한 단일 값을 계산하기 보다는 오히려 상기 제 2롤스탠드의 모터 전류를 제한하기 위한 상한치와 하한치를 계산한다. 이들 한계치는 바람직하기로는 정격 토오크(MAV)의 ±1%에 이른다. 평균기(62)에서의 평균값 생성이 종료할 때까지, 표준 한계치(63)를 사용하여 작업한다. 평균 작업이 종료한 후, 스위치(64)에 의해서 표준 한계치(63)로부터 평균기(62)에 의해 생성되는 한계치(71)로의 전환이 이루어진다. 제 2롤스탠드를 구동시키기 위한 모터 전류(68)는 모터 속도(65)를 위한 설정점 값과 회전속도(66)의 측정치가 인가되는 PI-속도 제어기(67)에 의해 결정된다. 그러나, 상기 PI-제어기(67)는 처리되는 변수(72)가 제한기(69)에 의해 제한되지 않을 때 만은 모터 전류(68)를 위한 설정점 값을 처리되는 변수(72)의 형태로 제공하도록 정하여져 있다. 이런 이유로 인하여, 회전속도 폐루프 제어가 기능 블록 (58, 59, 61, 62 및 64)에 의해 대표되는 토오크 개방루프 제어에 의해 중첩되면서, 도 7의 블록 다이아그램은 전송 회로(transfer circuit)의 방법으로 작동한다.

Claims (8)

  1. 제 1 및 제 2롤스탠드를 사용하여 길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법으로서,
    상기 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에 일정한 장력을 유지함과 동시에 상기 제 1 및 제 2롤스탠드를 통하여 슬래브를 진행시키는 단계, 및
    상기 양 롤스탠드의 출구에서 일정한 두께를 유지하는 단계를 포함하는,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1롤스탠드의 회전속도 및 상기 제 2롤스탠드의 토오크를 일정하게 유지하는 단계를 더 포함하는,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에 일정한 소요 장력이 얻어질 때까지 상기 제 2롤스탠드의 회전속도를 일정하게 유지하는 단계, 및 상기 제 1롤스탠드의 토오크를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1롤스탠드 내의 압연력(FW1)과 상기 소요 장력으로부터 기준 토오크 값(Mref)이 결정되는,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기준 토오크 값(Mref)이 다음의 식에 따라 결정되고,
    여기에서, FW1 는 상기 제 1롤스탠드 내의 실 압연력이고,
    FW1,AV 는 상기 슬래브가 상기 제 2롤스탠드에 도달하기 전의 상기 제 1롤스탠드 내의 평균 압연력이고,
    MW1,AV 는 상기 슬래브가 상기 제 2롤스탠드에 도달하기 전의 상기 제 1롤스탠드 내의 평균 토오크이며,
    C는 상기 소요 정격 장력을 조정하기 위한 계수인,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 계수 C는 다음의 식에 따라 결정되고,
    여기에서, R1 은 상기 제 1롤스탠드의 롤 직경이고,
    Tref는 상기 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 상기 슬래브 내의 소요 정격 장력인,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 방법.
  7. 길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하기 위한 장치로서,
    2개 이상의 롤스탠드와, 상기 제 1 및 제 2롤스탠드 사이의 슬래브 내에 일정한 장력을 유지함과 동시에 상기 제 1 및 제 2롤스탠드를 통하여 상기 슬래브를 진행시키고 상기 양 롤스탠드의 출구에서 일정한 두께를 유지시키기 위한 수단을 포함하는,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    가변하는 두께를 평가하는 평가 유닛을 더 포함하는,
    길이에 따라 두께가 변하는 슬래브를 압연하는 장치.
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