스트립 형상 검출 장치를 구비한 압연 설비(ROLLING MILL FACILITY WITH STRIP SHAPE DETECTION EQUIPMENT)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.7
B21B 37/00
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2005년11월02일
10-0525335
2005년10월25일
(21) 출원번호 10-2001-0010310 (65) 공개번호 10-2002-0012477
(22) 출원일자 2001년02월28일 (43) 공개일자 2002년02월16일
(30) 우선권주장 2000-238136 2000년08월07일 일본(JP)
(73) 특허권자 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
일본국 도쿄토 치요다쿠 마루노우치 1초메 6반 6고
(72) 발명자 노리꾸라다까시
일본이바라끼껭히타치시스와쪼5쪼메21-24
(74) 대리인 장수길
주성민
심사관 : 이내영
(54) 스트립 형상 검출 장치를 구비한 압연 설비
요약
본 발명은 압연 후의 금속 스트립(strip)의 스트립 형태를 용이하게 측정하고 단순한 구조를 갖는 스트립 형상 검출 장치
를 구비한 압연 설비에 관한 것이다. 상기 압연 설비는 스트립 스틸(1)을 압연하는 한 쌍의 상부 및 하부 작업 롤(2,3)을 가
진 단일 또는 복수의 압연기(4)와 상기 압연기(4)의 입구측 및 출구측부 중 적어도 하나에 설치된 스트립 형상 검출기(5,6)
를 포함하며, 상기 스트립 형상 검출기(5,6)는 금속 스트립(1)이 그 위에 감겨진 단일 롤러(14)와, 롤러의 한 측부 상의 적
어도 2개의 베어링 박스(9A,10A) 또는 양 측부 상의 적어도 4개의 베어링 박스 및 상기 베어링 박스(9A,10A)의 각각의
지지 하중을 측정하기 위해 일측부 상의 적어도 2개의 로드 셀(11A,12A) 또는 양측부 상의 4개의 로드 셀을 포함하며, 상
기 베어링 박스(9A,10A)는 롤러를 자유 회전 방식으로 지지한다. 이들 로드 셀(11A,12A)에 의해 측정된 하중값으로부터
스트립(1)의 장력 분포를 연산하고, 상기 장력 분포는 스트립의 스트립 형상으로 변환된다.
대표도
도 1
색인어
압연 설비, 스트립 형상 검출기, 베어링 박스, 로드 셀, 롤러
명세서
도면의 간단한 설명
등록특허 10-0525335
- 1 -
도1은 본 발명의 양호한 제1 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치를 구비한 압연 설비의 정면도.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 취한 단면도.
도3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 단면도.
도4는 롤러의 지지점에서 스트립 장력 분포와 지지 반력 및 지지 모멘트 사이의 관계를 설명하는 도면.
도5는 스트립 장력 분포의 근사 방정식을 설명하는 도면.
도6은 소정의 기능 블록을 이용하여 본 발명의 양호한 제2 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치를 구비한 압연 설비를
도시하는 도면.
도7은 본 발명의 양호한 제3 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치의 주요부분을 도시하는 측면도.
도8은 도2 와 유사한 본 발명의 양호한 제4 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치의 측면도.
도9는 스트립 장력 분포의 근사 방정식을 설명하는 도면.
도10은 도2와 유사한 본 발명의 양호한 제5 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치의 측면도.
도11은 소정의 기능 블록을 이용하여 본 발명의 양호한 제6 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치를 가진 압연 설비를 도
시하는 도면.
도12는 소정의 기능 블록을 이용하여 본 발명의 양호한 제7 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치를 가진 압연 설비를 도
시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 스트립
2,3 : 롤
4 : 압연기
5,6 : 형상 검출기
7 : 감기/공급 롤
30 : 하중 검출부
31 : 장력 분포 연산부
32 : 스트립 형상 연산부
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
등록특허 10-0525335
- 2 -
본 발명은 스트립 형상 검출 장치를 가진 압연 설비에 관한 것으로, 특히, 금속 스트립을 압연하는 압연기의 입구측 및 출
구측 중 적어도 하나에 설치된 스트립 형상 검출 장치를 구비하고 상기 스트립 형상 검출 장치를 이용하여 스트립 형상을
측정하고 높은 생산성을 도모하며 우수한 스트립 형상을 갖는 스트립(s)을 얻는데 이상적으로 적합한 압연 설비에 관한 것
이다.
종래에는, 일본 철강협회에서 발간한 "압연의 이론과 실습"의 269-270 페이지에 개시되어 있듯이 가장 광범위하게 사용
되는 타입은 형상 검출기가 금속 스트립(s)의 압연 후 스트립의 형상을 측정하기 위해 스트립 검출 장치에 설치되는 분절
된 롤러 타입이며, 상기 검출 롤러의 본체부는 약 50mm 피치로 분절되고 이들 링의 각각의 중량 하중이 측정되며, 이로부
터 장력 분포가 계산되고 계산된 장력 분포는 스트립의 스트립 형상으로 변환되어 스트립의 형상을 측정한다. 이러한 분절
된 롤러 타입은 각 세그먼트 링에 대한 직접적인 장력 분포의 측정이 이루어지므로 정밀도가 높을 것이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
그러나, 상기 종래의 기술에서는 후술하는 바와 같은 문제가 있다.
즉, 종래의 분절된 롤러 타입의 스트립 형상 검출기는 검출 정밀도가 우수하다고는 하나, 회전 센서 롤러의 본체부가 여
러개의 세그먼트로 분할되고, 다른 로드 셀이 각 세그먼트에 대해 합체된 복잡한 구조를 갖고 있기 때문에, 상기 디바이스
가 상당히 고가로 된다는 문제가 있다. 또한, 분절된 롤러 타입이기 때문에, 각 세그먼트의 스트립 표면이 스크래칭될 위험
이 있고, 스트립으로부터의 열전달에 기인하여 열변형되는 악영향을 초래할 수 있다.
발명의 구성 및 작용
본 발명의 목적은 단순한 구조를 갖는 스트립 형상 검출 장치를 구비한 압연 설비를 제공하는 것이며, 이를 이용함으로
써, 압연 후에 금속 스트립의 스트립 형상을 손쉽게 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 스트립 형상 검출 장치를 구비한 압연 설비는 상기 목적을 달성하기 위해서 후술하는 구성을 채택하고 있
다.
(1) 먼저, 본 발명에서, 상기 압연 설비는 스트립을 압연하는 한 쌍의 상부 및 하부 작업 롤을 가진 적어도 하나의 압연기
와, 스트립 형상 검출기가 상기 압연기의 입구측과 출구측 중 어느 하나 또는 양측에 설치된 스트립 형상 검출 장치를 포함
하며, 상기 스트립 형상 검출기는 스트립이 그 위에 감겨지는 단일 롤러와, 롤러의 작동측 단부와 구동측 단부 각각에 제공
되어 롤러를 회전 가능하게 지지하는 적어도 편측 2개, 양측 4개의 베어링 박스와, 상기 베어링 박스 각각에 제공되어 각
베어링 박스의 지지 하중을 측정하는 적어도 편측 2개, 양측 4개의 로드 셀을 포함한다.
일 측부 상에 2개의 베어링 박스 또는 양 측부 상에 4개의 베어링 박스 및 일 측부 상에 2개의 로드 셀 또는 양측부 상에
4개의 로드 셀을 하나의 롤러에 구비한 이러한 스트립 형상 검출 장치를 구성함으로써, 스트립의 장력 분포는 로드 셀에
의해 측정된 하중값으로부터 계산될 수 있고, 그 장력 분포가 스트립의 스트립 형상으로 변환될 수 있으므로, 스트립의 스
트립 형상을 간접적으로 측정하여 압연 후에 금속 스트립의 스트립 형상을 단순한 구조로 손쉽게 측정할 수 있게 된다.
또한, 상기 롤러는 분절되지 않은 일체 구조의 롤러이므로, 스트립의 표면이 스크래칭되는 문제가 없으며 또한, 스트립으
로부터의 열전달에 기인하여 열변형이되는 악영향이 없으므로 내구성이 개선된다.
(2) 상기 (1)에서, 양호하게는, 상기 스트립 형상 검출 장치는 상기 스트립 형상 검출기의 로드 셀에 의해 측정된 하중값
으로부터 장력 분포를 계산하고, 상기 장력 분포를 상기 스트립의 스트립 형상으로 변환하는 수단이 더 제공된다.
그래서, 하중값을 측정한 후 스트립 형상의 계산을 자동적으로 즉시 실행될 수 있다.
(3) 상기 (2)에서, 양호하게는, 상기 스트립의 스트립 형상을 계산하는 수단은 상기 스트립 형상 검출기의 작동측 단부 상
의 베어링 박스에 제공된 2개의 로드 셀에 의해 측정된 하중값으로부터 스트립의 절반인 작동측의 스트립 형상으로 변환
하고, 상기 스트립 형상 검출기의 구동측 단부 상의 베어링 박스에 제공된 2개의 로드 셀에 의해 측정된 하중값으로부터
스트립의 절반인 구동측의 스트립 형상으로 변환한다.
그래서, 전체 스트립 형상을 계산할 수 있다.
등록특허 10-0525335
- 3 -
(4) 또한, 상기 (1)에서, 양호하게는, 각 편측에 2개의 베어링 박스가 각각 있는 상기 스트립 형상 검출기는 상기 편측 2개
의 베어링 박스 중 어느 한 베어링 박스에 대하여 지지 하중 방향으로 예비 하중을 가하기 위한 수단이 더 제공된다.
그래서, 베어링 박스와 로드 셀 사이의 갭을 없앨 수 있으므로, 로드 셀을 이용하여 높은 정밀도로 하중을 측정할 수 있다.
(5) 상기 (1)에서, 양호하게는, 상기 스트립 형상 검출 장치에는 스트립의 사행량(amount of meandering movement)을
검출하는 엣지 위치 검출기 및 상기 엣지 위치 검출기로부터 검출된 값에 따라 작동측 판의 폭범위와 구동측 판의 폭범위
를 계산할 뿐만 아니라 스트립 형상 검출기의 작동측 단부의 베어링 박스 상에 제공된 2개의 로드 셀에 의해 측정된 하중
값으로부터 작동측 단부의 스트립의 판의 폭범위의 스트립 형상을 환산하고, 상기 스트립 형상 검출기의 구동측 단부의 베
어링 박스 상에 제공된 2개의 로드 셀에 의해 측정된 하중으로부터 구동측 단부의 스트립의 판의 폭범위의 스트립 형상을
환산하는 수단이 또한 제공된다.
그래서, 상기 판의 사행량이 있을지라도 상기 사행량에 대한 보정에 의해 상기 형상을 검출할 수 있다.
(6) 상기 (1)에서, 양호하게는, 상기 스트립 형상 검출 장치에는 상기 스트립 형상 검출기의 롤러의 적어도 하나의 위치에
서 장력 지지 방향으로 롤러 표면의 변위를 측정하는 변위 측정 수단 및 상기 스트립 형상 검출 장치의 로드 셀에 의해 측
정된 하중과 상기 변위 측정 수단에 의해 측정된 값으로부터 스트립의 장력 분포를 계산하고 상기 장력 분포를 스트립의
스트립 형상으로 변환하는 수단이 제공된다.
그래서, 중앙 좌굴(buckle) 및 엣지 좌굴 형상에 부가하여 복합 좌굴의 형상을 검출할 수 있다.
(7) 상기 (1)에서, 양호하게는, 상기 압연기의 출구 측부 상의 스트립 형상 검출기에 의해 측정된 형상과 미리 설정된 타
겟 스트립 형상 사이의 차가 작아지도록 상기 압연기의 스트립 형상 제어 수단의 피드백 제어를 수행하는 제어 수단이 제
공된다.
그래서, 압연 작동 개시시에 가속율을 증가시키고, 스트립 배기의 빈도를 감소시키기 때문에 생산 효율을 증가시킨다.
(8) 또한, 본 발명에서, 상기 압연 설비는 스트립을 압연하는 한 쌍의 상부 및 하부 작업 롤을 가진 적어도 하나의 압연기
와, 스트립 형상 검출기가 상기 압연기의 입구측 및 출구측 중 적어도 하나에 설치된 스트립 형상 검출 장치를 포함하고,
상기 스트립 형상 검출기는 스트립이 그 위에 감겨진 단일 롤러와, 롤러의 일 측부 상의 적어도 2개의 베어링 박스 또는 양
측부 상의 적어도 4개의 베어링 박스를 포함하고, 상기 베어링 박스는 각각 롤러의 작동측 단부와 구동측 단부 상에 제공
되며 상기 롤러를 자유 회전 방식으로 지지하며, 상기 스트립 형상 검출 장치는 스트립 형상 검출 장치의 베어링 박스 상의
지지 하중과 지지 모멘트를 측정하고 이러한 측정된 값으로부터 스트립의 장력 분포를 계산하며 상기 장력 분포를 상기 스
트립의 스트립 형상으로 변환한다.
그래서, 상기 스트립의 장력 분포를 계산하고 상기 장력 분포를 스트립의 스트립 형상으로 변환하여 스트립의 스트립 형
상을 간접적으로 측정하고 압연 후에 금속 스트립의 스트립 형상을 단순한 구조로 손쉽게 측정할 수 있다.
또한, 롤러가 분절되지 않은 일체 구조의 롤러이므로, 스트립의 표면이 스크래칭되는 문제가 없고 스트립으로부터의 열
전달에 기인하여 열변형되는 악영향이 없으므로 내구성이 향상된다.
(9) 또한, 본 발명에서, 상기 압연 설비는 스트립을 압연하는 한 쌍의 상부 및 하부 작업 롤을 가진 적어도 하나의 압연기
와, 스트립 형상 검출기가 상기 압연기의 입구측 및 출구측 중 적어도 하나에 설치된 스트립 형상 검출 장치를 포함하며,
상기 스트립 형상 검출기는 스트립이 그 위에 감겨진 단일 롤러와, 상기 롤러를 자유 회전 방식으로 지지하고 롤러의 작동
측 단부와 구동측 단부에 각각 제공되는 일 측부 상의 적어도 하나의 베어링 박스 또는 양 측부 상의 2개의 베어링 박스를
포함하고, 상기 스트립 형상 검출 장치는 다소의 미지의 계수를 가진 판의 폭 방향의 함수를 사용하여 스트립의 장력 분포
를 개산(approximates)하고, 상기 베어링 박스 상의 지지 하중, 베어링 박스 상의 지지 모멘트, 롤러의 변형, 상기 롤러의
변형 각도 및/또는 롤러의 밴딩 스트레스의 매개변수 사이의 미지의 계수의 수와 동일한 수의 매개변수를 측정하고, 이들
측정된 값으로부터 미지의 계수의 수와 동일한 수의 조건 방정식을 작성하여 상기 미지의 계수를 연산하여 스트립 장력 분
포를 계산하고, 상기 장력 분포를 스트립의 스트립 형상으로 변환한다.
그래서, 상기 스트립의 장력 분포를 계산하고 상기 장력 분포를 스트립의 스트립 형상으로 변환하여 스트립의 스트립 형
상을 간접적으로 측정하고 압연 후에 금속 스트립의 스트립 형상을 단순한 구조로 손쉽게 측정할 수 있다.
등록특허 10-0525335
- 4 -
또한, 롤러가 분절되지 않은 일체 구조의 롤러이므로, 스트립의 표면이 스크래칭되는 문제가 없고 스트립으로부터의 열
전달에 기인하여 열변형되는 악영향이 없으므로 내구성이 향상된다.
(실시예)
이하, 본 발명의 여러가지의 양호한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 양호한 제1 실시예에 대해 도1 내지 도5를 참조로 설명한다.
도1에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트립 형상 검출 장치로 구성되는 압연 설비는 스트립(1)을 압연하는 한쌍의 상
부 및 하부 작업 롤(2,3)을 가진 압연기(4)와 상기 압연기(4)의 입구측 및 출구측에 위치된 감기(take-up) 및 공급 롤(7,8)
을 포함한다. 상기 압연기(4)는 예를들어, 압연을 위해 감기/공급 롤(7)로부터 나온 재료인 스트립(1)이 압연기(4)의 작업
롤(2,3)에 의해 압연된 후 감기/공급 롤(8)에 의해 감겨지는 가역성 밀이다. 형상 검출기(5,6)는 상기 압연기(4)의 입구측
및 출구측 상의 감기/공급 롤(7,8) 사이에 설치되어 있다. 상기 형상 검출기(5,6)는 본 발명의 양호한 본 실시예에 따른 형
상 검출 장치를 구성하며, 이들은 모두 동일한 구성을 갖는다.
상기 형상 검출기(5)는 도2 및 도3에 상세히 도시되어 있다. 상기 형상 검출기(5)는 스트립(1)에 의해 둘레가 (특정각으
로) 부분적으로 감겨진 단일 롤러(14)와, 자유 회전 방식으로 롤러를 지지하는 베어링(도시생략)을 가진 베어링 박스로서
롤러(14)의 작동측 단부 및 구동측 단부의 양 측부 상에 각각 2개씩 총 4개의 베어링 박스(9A, 10A, 9B, 10B)와, 상기 베
어링 박스(9A, 10A, 9B, 10B)의 하중 표면에 제공되며 각 베어링의 지지 하중을 측정하는 일측부 상에 2개씩, 양측부 상
에 제공되는 총 4개의 로드 셀(11A, 12A, 11B, 12B) 및 상기 로드 셀(11A, 12A, 11B, 12B)을 지지하는 프레임(13A,
13B)을 포함한다.
여기서, 상기 로드 셀(11A, 11B)은 하중 표면으로서 내측 베어링 박스(9A, 9B)의 하면을 지지하고 상기 프레임(13A,
13B)에 의해 지지되며, 로드 셀(12A, 12B)은 하중 표면으로서 외측 베어링 박스(10A, 10B)의 상부면을 지지하고 상측부
상에 프레임(13A, 13B)에 의해 지지되며, 상기 로드 셀(11A, 12A, 11B, 12B)과 프레임(13A, 13B)은 롤러(14)의 두 단부
를 지지하는 고정 지주로서 기능한다.
상기 형상 검출기(5,6)를 이용하는 형상 검출 방법에 대해 설명한다.
도4에서, 상기 스트립(1)은 특정 각으로 롤러(14)와 접촉하고, 스트립(1)의 장력이 롤러(14)에 작용한다. 이 때, 로드 셀
(11A, 12A, 11B, 12B)과 프레임(13A, 13B)은 상술한 바와 같이 롤러(14)의 두 단부를 지지하는 고정 지주로서 기능하고,
프레임(13A, 13B)과 내측 로드 셀(11A, 11B)의 지지 반력(Fa, Fb)은 롤러(14)의 두 단부 상에 상방향으로 작용하며, 프레
임(13A, 13B)과 외측 로드 셀(12A, 12B)의 지지 반력(Qa, Qb)은 하방향으로 작용한다. 이들 지지 반력(Fa, Fb, Qa, Qb)
은 각각 로드 셀(11A, 11B, 12A, 12B)에 의해 수직 하중으로서 검출된다.
또한, 로드 셀(11A, 12A)과 프레임(13A)으로 인한 지지 모멘트(Ma)와 로드 셀(11B, 12B)과 프레임(13B)으로 인한 지
지 모멘트(Mb)는 롤러(14)의 양 단부에 작용하고, 로드 셀(11A, 12A) 사이와 로드 셀(11B, 12B) 사이의 공간이 L 이면,
각 지지 모멘트는 다음의 방정식이 얻어진다.
Ma = L ㆍ(Fa - Qa)
Mb = L ㆍ(Fb - Qb)
상기 스트립(1)의 장력 분포는 빔의 균형으로 인한 지지 모멘트(Ma, Mb)와 지지 반력(Fa, Fb)과 균형을 이룬다.
개념적으로, 상기 지지 반력(Fa, Fb)이 동일 값이고 스트립(1)이 도4(a)에 나타낸 바와 같이 중앙 좌굴된 형상을 가지면,
장력 분포는 판의 중심에서 낮은 값, 엣지에서 높은 값을 갖게되므로, 오목 분포가 형성된다. 상기 스트립(1)이 도4의(b)에
나타낸 바와 같이 평면 형상을 가지면 장력 분포는 평평한 분포를 갖게 된다. 이 경우, 측정된 지지 반력(Fa, Fb, Qa, Qb)
으로부터 계산된 지지 모멘트(Ma, Mb)는 중간 값을 갖는다. 스트립(1)이 도4(c)에 나타낸 바와 같이 엣지 좌굴된 형상을
가지면, 장력 분포는 판의 중심에서 높은 값, 엣지에서 낮은 값을 가지므로, 볼록 분포도를 나타낸다. 이 경우, 측정된 지지
반력(Fa, Fb, Qa, Qb)으로부터 계산된 지지 모멘트(Ma, Mb)는 큰 값을 갖는다.
등록특허 10-0525335
- 5 -
스트립 형상을 계산할 때, 예를 들면, 도5에 도시된 바와 같이, 장력 분포는 2차 방정식 σ(x) = αㆍx2 β으로 계산된다.
이 경우, 상기 장력 분포는 롤러(14)의 중간 지점에서 좌, 우측 부분으로 분할되고, 각각 2차 방정식 σ(x) = αaㆍx2
βa(도면의 우측 절반부) 및 σ(x) = αbㆍx2 βb(도면의 좌측 절반부)로 계산된다. 얻어질 미지의 계수는 각 측부에서 2개,
모두 4개이며, 계수 αa. βa, αb, βb 이다. 각 측부 상의 2개의 미지의 계수는 상기 고정 지주부의 빔 변형 각도 0 의 조건
방정식과 수직 방향 힘의 균형 방정식의 2개의 연립 방정식으로부터 얻어진다. 여기에서, 수직 방향의 힘의 균형 방정식은
σ(x) = αaㆍx2 βa(도면의 우측 절반부) 및 σ(x) = αbㆍx2 βb(도면의 좌측 절반부)로부터 계산된 장력 분포에 기초한
수직 하중과 지지 반력(Fa, Fb, Qa, Qb) 사이의 균형 방정식이며, 상기 고정 지주부의 빔 변형각 0의 조건 방정식은 지지
모멘트(Ma)와 장력 분포의 수직 하중으로부터 계산된 지지 모멘트 사이의 균형 방정식이다.
계산 결과는 다음과 같다. 이 계산은 도5에 도시된 우측 절반부의 장력 분포로부터 얻어졌다.
αa = (15Faㆍ(3C2 - A2) - 90C ㆍMa) / (4A5) ......(1)
βa = (Fa ㆍ(27A2 - 45C2) - 90C ㆍMa) / (12A3) ......(2)
다시말해서, 지지 반력(Fa,Qa)을 측정하고 지지 모멘트(Ma)를 계산함으로써, 미지의 계수(αa, βa)가 상기 방정식으로부
터 구해질 수 있으므로, 장력 분포를 계산할 수 있게 된다. 유사한 방법으로, 도5의 좌측 절반부에 있어서, 지지 반력(Fb,
Qb)을 측정하고 지지 모멘트(Mb)를 계산함으로써, 미지의 계수(αb, βb)가 상기 방정식으로부터 구해질 수 있으므로, 장력
분포를 계산할 수 있게 된다.
또한, 장력 분포로부터 형상으로의 변환이 후술하는 방정식을 이용하여 이루어진다. 여기서, Δσ(x)는 장력 분포의 최소
값에서의 편차이고, E는 탄성 계수이다.
스트립 형상(I - 유닛) = (Δσ(x)ㆍ105) / E .........(3)
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 단순한 구조를 가진 형상 검출기(5,6)를 이용하여, 도5에 도시된 장력 분포에 대응하
는 중심 좌굴 및 엣지 좌굴된 형상을 검출할 수 있다.
또한, 롤러가 비분절 일체 구조의 롤러이므로, 스트립의 표면이 스크래칭되는 문제가 없고, 스트립으로부터의 열전달로
인한 열변형의 악영향이 없으므로, 내구성이 향상된다.
본 발명의 제2 실시예에 대해 도6을 참조로 설명한다. 형상 검출기(5,6)에 의해 검출된 하중으로부터 형상을 계산하는 프
로세스는 컴퓨터에 의해 실행된다.
도6에서, 본 실시예에 따른 형상 검출 장치는 형상 검출기(5,6)에 부가하여, 하중 검출부(30), 장력 분포 연산부(31), 스
트립 형상 연산부(32) 및 화면 표시부(33)를 가진 컴퓨터(100)를 갖는다. 상기 하중 검출부(30)는 형상 검출기(5,6)로부터
검출 신호의 입력을 수신하고, 지지 반력(Fa, Fb, Qa, Qb)을 연산한다.
상기 장력 분포 연산부(30)는 상기 방정식 (1) 및 (2)를 이용하여 하중 검출부(30)에서 얻어진 지지 반력으로부터 미지의
계수(αa, βa, αb, βb)를 연산하고, 장력 분포 근사 함수 σ(x) = αaㆍx2 βa 및 σ(x) = αbㆍx2 βb 가 얻어진다.
상기 스트립 형상 연산부(32)는 장력 분포 연산부(31)에서 얻어진 장력 분포 근사 함수 σ(x) = αaㆍx2 βa 및 σ(x) = αb
ㆍx2 βb로부터 상기 방정식(3)을 이용하여, 스트립 형상 I - 유닛을 연산한다.
화면 표시부(33)는 스트립 형상 연산부(32)에서 연산된 스트립 형상을 표시한다.
본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 도5의 장력 분포에 대응하는 중심 좌굴 및 엣지 좌굴된 스트립 형상의 계산과 검출을
자동적으로 그리고 즉시에 실행할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예가 도7에 도시되어 있다. 본 실시예는 지지부에서의 플레이(play)를 제거한 것이다.
등록특허 10-0525335
- 6 -
도7에서, 본 실시예에 따른 형상 검출 장치는 형상 검출기(25)를 가지며, 상기 형상 검출기(25)는 롤러(14)의 작동측 단
부의 로드 셀(11A, 11B)을 지지하는 프레임(13A)과, 나사에 의해 프레임(13A)에 링크된 볼트(16A, 17A) 및 이들 볼트에
의해 로드 셀(12A)에 대해 밀려지는 판(15A)을 포함하며, 상기 볼트를 조임으로써 예비 하중이 판(15A)을 통해 로드 셀
(12A)에 지지 하중 방향으로 적용된다. 또한, 상기 형상 검출기(25)는 본 발명의 제1 실시예의 형상 검출기(5)와 대응되
며, 유사한 방법으로 형상 검출기(6)의 구성 및 균형이 가능하다.
본 실시예에 의하면, 베어링 박스(9A, 10A), 로드 셀(11A, 12A) 및 프레임(13A)의 갭이 제로(zero)로 될 수 있으므로,
로드 셀(11A, 11B)로부터 하중을 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예를 도8 및 도9를 참조로 설명한다.
도8에서, 형상 검출 장치는 형상 검출기(35)를 가지며, 상기 디바이스(35)는 롤러의 중간 지점의 하측에 제공된 갭 센서
(18)를 포함하며, 롤러(14)의 중간 지점의 변형은 이 갭 센서(18)에 의해 검출된다.
도9에 도시된 바와 같이, 장력 분포는 2차 방정식 σ(x) = αㆍ(x-β) γ에 의해 개산되며, 이경우, 구해야 할 미지의 계수
는 좌측 및 우측부 각각에 α,β,γ총 6개의 계수이다. 각 측부의 3개의 미지의 계수는 고정 지주부의 빔의 변형각 0의 조건
방정식과 수직 방향의 힘의 균형 방정식에 부가하여, 롤러(14)의 중간 지점의 변형을 계산하는 방정식으로 이루어진 총 3
개의 연립 방정식을 이용하여 얻어졌다. 다시말해서, 도9에 도시된 우측 절반부에서, 계수 α,β,γ는 지지 반력(Fa, Qa)을 측
정하고 롤러의 중간 지점의 변형량을 측정하여 얻어지며, 그 후, 장력 분포가 계산된다. 유사한 방법으로, 좌측 절반부에
서, 지지 반력(Fb, Qb)을 측정하고 지지 모멘트(Mb)를 계산하고, 롤러의 중간 지점의 변형량을 측정한 다음 장력 분포를
계산하였다.
본 발명의 실시예에 의하면, 도9의 장력 분포와 동등한 중심 좌굴 및 엣지 좌굴된 형상에 부가하여, 복합 좌굴 형상을 검
출할 수 있다.
또한, 실시예에서, 도6에 도시된 실시예와 유사하게, 컴퓨터를 이용하여 각종의 계산 및 스트립 형상의 표시를 행할 수 있
다.
또한, 지금까지 설명한 양호한 실시예에서, 예들은 2개 또는 3개의 미지의 계수를 가진 판의 폭 방향의 2차 함수를 사용
하여 스트립의 장력분포를 개산했다. 그러나, 지지 반력, 지지 모멘트, 롤러 변형량, 롤러 변형각 및 롤러 밴딩 스트레스의
매개변수(매개변수의 수는 미지의 계수의 수와 같음)를 측정하고, 연립 방정식으로서 이들 방정식을 풀어서 미지 계수를
결정하여 장력 분포를 계산하고, 상기 장력 분포를 스트립의 스트립 형상으로 변환하도록, 보다 많은 수의 미지 계수를 가
진 판 폭 방향으로의 함수를 사용하여 계산을 실행할 수 있다. 미지 계수의 수가 증가함에 따라 검출 정밀도가 증가한다.
도10을 이용하여 본 발명의 제5 실시예를 설명한다.
도10에서, 제5 실시예에 따른 형상 검출 장치는 형상 검출기(45)를 포함하고, 상기 디바이스(45)는 롤러의 작동측 및 구
동측 단부에 베어링 박스(9A, 9B)를 일 측부에 하나 또는 양측부에 2개를 가지며, 이들 베어링 박스에 대응하는 로드 셀
(11A,11B)를 일 측부에 하나 또는 양 측부에 2개를 갖고 있다. 또한, 롤러(14)의 중간 지점의 하부에는 갭 센서(18)가 제
공되며, 상기 롤러(14)의 중간 지점의 변형은 상기 갭 센서(18)에 의해 검출된다. 또한, 연장된 롤러 샤프트부(14A, 14B)
가 특정 길이로 베어링 박스(9A, 9B)를 지나 돌출하는 롤러(14)의 양 단부에 제공되며, 갭 센서(19A, 19B)가 상기 연장된
롤러 샤프트부(14A, 14B)의 하부에 제공되고, 상기 롤러(14)의 두 단부의 변형각은 이들 갭 센서(19A, 19B)를 이용하여
연장된 롤러 샤프트부(14A, 14B)의 단부의 변형량을 검출하는 것에 의해 측정된다. 또한, 롤러(14)는 중공이며, 롤러의 중
간 지점에서의 밴딩 스트레스를 측정하는 뒤틀림(distortion) 게이지(20)가 중공의 롤러의 중간 지점의 내벽에 설치된다.
미지 계수의 수와 동일한 수를 갖는 상태값은 이들 센서를 이용해 측정되며, 미지의 매개변수의 수과 동일한 수를 갖는 조
건 방정식에 의해 상술한 바와 같이, 스트립의 스트립 형상을 높은 정밀도로 계산할 수 있다.
본 발명의 제6 실시예에 대해 도11 을 참조로 설명한다.
도11 에서, 제6 실시예에 따른 형상 검출 장치는 스트립의 사행량을 검출하는 판 엣지 위치 검출기(40,41)와, 하중 검출
부(30)에 부가하여 사행량 보정 연산부(43)와 판 엣지 위치 검출부(42)를 가진 컴퓨터(101)와, 장력 분포 연산부(31)와,
등록특허 10-0525335
- 7 -
스트립 형상 연산부(32) 및 화면 표시부(33)를 포함한다. 상기 판 엣지 위치 검출부(42)는 판 엣지 위치 검출기(40,41)로부
터 검출 신호를 입력으로 취하고, 사행량 (δ)을 연산하고, 상기 사행량 보정 연산부(43)는 사행량(δ)의 값에 따라 다음과 같
이 도5의 치수(A,B)의 값을 변환한다.
A = 판의 폭/2 - δ
B = 판의 폭/2 δ
상기 사행량 보정 연산부(43)에서의 연산 결과는 장력 분포 연산부(31)로 보내져서, 도6에 도시된 실시예와 유사한 방식
으로 처리된다.
본 실시예에 의하면, 판의 사행량이 존재해도, 보정이 가능하고 형상을 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 제7 실시예를 도12를 참조로 설명한다.
도12에서, 제7 실시예는 스트립 형상 제어 수단(48)과 스트립 형상 피드백 제어 연산부(47)를 부가로 제공하며, 상기 스
트립 형상 피드백 제어 연산부(47)는 압연기(4)의 스트립 형상 제어 수단(48)의 피드백 제어를 실행하므로, 이미 입력된
타겟 스트립 형상과 스트립 형상 연산부(32)에 의해 연산된 스트립 형상 사이의 차가 작아진다.
제7 실시예에 의하면, 압연기(4)의 스트립 형상 제어 수단(48)의 피드백 제어를 실행함으로써, 압연 동작 개시시에 가속
률을 증가시킬수 있고, 또한, 스트립 배출 빈도가 감소되기 때문에 생산성이 증가하게 된다.
또한, 상술한 양호한 실시예에서는 압연기가 한 대로 예시되었지만, 일렬의 복수 대로 제공될 수 있으며, 각 압연기의 출
구측에 형상 검출기를 설치해도 된다. 이 경우, 상기 형상이 각각의 대에서 측정되므로, 각 대에서 형상 제어를 실행할 수
있으므로, 우수한 스트립 형상을 갖는 스트립(s)이 얻어질 수 있다. 또한, 이 경우, 각 대의 압연기의 형상 제어 수단의 피드
백 제어를 실행하여 가속률을 증가시킬 수 있으므로, 측정된 형상과 타겟 형상 사이의 차가 좁혀지게 되며, 대와 대 사이에
서의 판의 끊김의 빈도가 작아지므로 생산 효율도 증가된다.
또한, 이러한 형상 검출기가 지지점에서 하중 차이에 의한 스트립의 장력을 계산할 수 있기 때문에, 장력 측정 기구로서
동시에 사용될 수 있다. 이 경우, 도4에서, 상기 스트립의 장력(T)은 스트립의 권선(winding)각을 θ라 할 때 다음의 방정
식에 의해 주어진다.
T = ((Fa - Qa) (Fb - Qb)) / (2ㆍsin(θ/2))
발명의 효과
본 발명에 의하면, 단순한 구조를 사용하여 압연 후에 금속 스트립(s)의 스트립 형상을 손쉽게 측정할 수 있다. 또한, 그
결과, 압연기에서 스트립 형상 제어를 실행할 수 있으므로, 우수한 스트립 형상을 갖는 스트립(s)이 얻어질 수 있으며, 또
한 판의 끊기는 빈도가 작아지므로, 생산성이 높아진다.
또한, 상기 롤러가 비분할 일체 구조의 롤러이므로, 스트립의 표면에 스크래칭이 생기는 문제가 없으며, 또한, 스트립으
로부터의 열전달로 인한 열변형의 악영향이 없으므로, 내구성이 향상된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
삭제
청구항 2.
삭제
청구항 3.
삭제
등록특허 10-0525335
- 8 -
청구항 4.
스트립을 압연하는 한 쌍의 상부 및 하부 작업 롤을 가진 적어도 하나의 압연기와, 스트립 형상 검출기가 상기 압연기의
입구측 및 출구측 중 어느 하나 또는 양측에 설치된 스트립 형상 검출 장치를 포함하는 압연 설비에 있어서,
상기 스트립 형상 검출기는,
스트립이 그 위에 감겨지는 단일 롤러와,
상기 롤러의 작동측 단부와 구동측 단부 각각에 제공되고, 롤러를 회전 가능하게 지지하는 적어도 편측 2개, 양측 4개의
베어링 박스와,
상기 베어링 박스 각각에 제공되고, 각 베어링 박스의 지지 하중을 측정하는 적어도 편측 2개, 양측 4개의 로드 셀을 포함
하며,
각 편측에 2개의 베어링 박스가 있는 상기 스트립 형상 검출기는, 상기 편측 2개의 베어링 박스 중 어느 한 베어링 박스에
대하여 지지 하중 방향으로 예비 하중을 가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 설비.
청구항 5.
스트립을 압연하는 한 쌍의 상부 및 하부 작업 롤을 가진 적어도 하나의 압연기와, 스트립 형상 검출기가 상기 압연기의
입구측 및 출구측 중 어느 하나 또는 양측에 설치된 스트립 형상 검출 장치를 포함하는 압연 설비에 있어서,
상기 스트립 형상 검출기는,
스트립이 그 위에 감겨지는 단일 롤러와,
상기 롤러의 작동측 단부와 구동측 단부 각각에 제공되고, 롤러를 회전 가능하게 지지하는 적어도 편측 2개, 양측 4개의
베어링 박스와,
상기 베어링 박스 각각에 제공되고, 각 베어링 박스의 지지 하중을 측정하는 적어도 편측 2개, 양측 4개의 로드 셀을 포함
하며,
상기 스트립 형상 검출 장치는, 스트립의 사행량을 검출하는 엣지 위치 검출기와, 상기 엣지 위치 검출기로부터 검출된
값에 따라 작동측 판의 폭범위 및 구동측 판의 폭범위를 계산할 뿐만 아니라 상기 스트립 형상 검출기의 작동측 단부의 베
어링 박스 상에 제공된 2개의 로드 셀에 의해 측정된 하중값으로부터 작동측 상의 스트립의 판의 폭 범위의 스트립 형상을
환산하고, 상기 스트립 형상 검출기의 구동측 단부의 베어링 박스 상에 제공된 2개의 로드 셀에 의해 측정된 하중값으로부
터 구동측 상의 스트립의 판의 폭 범위의 스트립 형상을 환산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 설비.
청구항 6.
삭제
청구항 7.
삭제
청구항 8.
삭제
청구항 9.
등록특허 10-0525335
- 9 -
삭제
청구항 10.
삭제
청구항 11.
삭제
청구항 12.
삭제
청구항 13.
삭제
청구항 14.
삭제
도면
도면1
등록특허 10-0525335
- 10 -
도면2
도면3
등록특허 10-0525335
- 11 -
도면4
등록특허 10-0525335
- 12 -
도면5
도면6
등록특허 10-0525335
- 13 -
도면7
도면8
등록특허 10-0525335
- 14 -
도면9
도면10
등록특허 10-0525335
- 15 -
도면11
등록특허 10-0525335
- 16 -
도면12
등록특허 10-0525335
- 17 -