[논문]조압연 공정의 판 폭 퍼짐 예측 모델 - Part II : 평판에의 적용

이동훈; 이경보; 황상무

doi:10.5228/kstp.2014.23.3.145

조압연 공정의 판 폭 퍼짐 예측 모델 - Part II : 평판에의 적용
A New Model for Predicting Width Spread in a Roughing Mill - Part II: Application to Flat Rolling 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.23 no.3, 2014년, pp.145 - 150

이동훈 (포항공과대학교 기계공학과) , 이경보 (포항공과대학교 기계공학과) , 황상무 (포항공과대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Precision control of the slab is crucial for product quality and production economy in hot strip mills. The current study presents a new model for predicting width spread of a slab with a rectangular cross section during roughing. The model is developed on the basis of the extremum principle for a rigid plastic material and a three dimensional admissible velocity field. This model incorporates the effect of process variables such as the shape factor and the ratio of width to thickness. We compare the results of this model to 3-D finite element (FE) process simulations and also to results from a previous study.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 조압연 공정에서 직사각 단면을 가지는 슬라브를 수평 압연할 때 발생하는 폭 퍼짐 을 예측하는 모델을 개발하였다. 도그 본 적용 모델인 식 (12)의 Q(x) 는 Part I에서 소개한 대로 도그 본 높이가 낮아질수록 잘 맞지 않는 경향을 보였으 며, 실제 평판의 유한요소 해석 결과와 일치하지 않았다(Fig.

제안 방법

본 연구에서는 extremum principle 을 기초로 하여 근사해를 구하기 위해 새로운 가용 속도장을 적용하였다. 제시된 폭 퍼짐 예측모델로부터 얻은 결과는 3 차원 비정상상태 유한요소해석(FE simulation)을 이용해 검증하였다.

대상 데이터

Fig. 5(a)와 (b)는 H₁=24.19mm, H₂=19.35mm, b=84.66mm, R=600mm인 공정 조건에 대하여 각각 유한요소 해석과 식 (18)을 이용한 폭 퍼짐 모델의 입측에서 출측까지 bite zone 내부에서의 폭 방향 변위를 나타낸 것이다. Fig.
직사각 단면을 가진 슬라브를 평평한 프로파일을 가지는 롤로 압연한다고 할 때 입측 두께 H₁(y)=H₁이며, 압연 중인 소재의 두께 h(x,y)는 계산의 편의를 위해 다음과 같이 2차식으로 근사화하여 나타내었다. H₂는 출측 두께이다.

데이터처리

폭 퍼짐 예측 모델의 검증을 위해 다양한 공정 조건에 대하여 3차원 비정상상태 유한요소 해석을 실행하였다. 유한요소 해석과 모델의 오차는 대부분 1mm 이내로 모델의 우수한 예측 정밀도를 입증하였다.

이론/모형

본 연구에서는 폭 퍼짐 예측을 위해 extremum principle에 기초를 두고 소성 가공 이론을 바탕으로 유도된 가용 속도장(admissible velocity field)을 이용하였다. 제시된 폭 퍼짐 모델은 유한요소 해석 결과를 분석하여 폭 방향 변위에 관한 함수를 정의하였 고, 상계 정리(upper bound theorem)을 이용하여 폭 퍼짐 양을 구했다.

성능/효과

폭 퍼짐 예측 모델의 검증을 위해 다양한 공정 조건에 대하여 3차원 비정상상태 유한요소 해석을 실행하였다. 유한요소 해석과 모델의 오차는 대부분 1mm 이내로 모델의 우수한 예측 정밀도를 입증하였다.

후속연구

본 모델은 물리적인 이론과 유한요소 해석 결과를 바탕으로 만든 수학적인 예측 모델로 향후 추가적인 실험을 통해 검증하여 모델의 신뢰성을 확보 할 수 있다.
본 연구를 통해 개발된 해석 기법과 결과는 사상 압연에도 적용될 수 있으며, 폭 퍼짐 예측 정밀도 개선을 위한 가치 있는 자료로 쓰이기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	평판에 대한 폭 퍼짐 예측이 필수적인 이유는 무엇인가?	근래 실수율 향상과 자원 절감 차원에서 폭 정밀도의 향상이 요구되고, 특히 조압연에서의 정확한 폭퍼짐 예측에 관한 관심이 높아지고 있다. 조압연 pass schedule 에 따르면 도그 본(dog-bone) 형상 뿐만 아니라 평판 압연도 행해지므로 평판에 대한 폭 퍼짐 예측 또한 필수적이다. 과거 여러 연구자들에 의해 폭 퍼짐에 관한 모델이 제안되었으나 대부분 경험에 의한 실험식이었다[1~6].
	열간 압연은 무엇인가?	열간 압연은 슬라브(slab)를 가열로에서 가열하여 조압연과 사상압연을 통해 원하는 폭과 두께로 압연하여 코일(coil) 형태의 최종 제품을 생산하는 공정이다. 그 중 조압연은 마무리 압연에서의 목표 판형상을 얻기 위해 슬라브를 중간 크기의 두께와 폭을 가지는 바(bar)로 가공하는 열간 압연의 중간 공정이다.
	본 연구에서 폭 퍼짐 모델의 폭 퍼짐을 검증하기 위하여 어떠한 해석을 수행하였는가?	폭 퍼짐 예측 모델의 검증을 위해 다양한 공정 조건에 대하여 3차원 비정상상태 유한요소 해석을 실행하였다. 유한요소 해석과 모델의 오차는 대부분 1mm 이내로 모델의 우수한 예측 정밀도를 입증하였다.

참고문헌 (9)

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T. Shibahara, Y. Misaka, T. Kono, M. Koriki, H. Takemoto, 1981, Edger Set-up Model at Roughing Train in Hot Strip Mill, J. Iron. Steel Inst. Jpn., Vol. 67, No. 15, pp. 2509-2515.
S. I. Oh, Shiro Kobayashi, 1975, An Approximate Method for a Three-dimensional Analysis of Rolling, Int. J. Mech. Sci., Vol. 17, No. 4, pp. 293-305.

상세보기
R. Hill, 1963, A General Method of Analysis for Metal-working Processes, J. Mech. Phys. Solids, Vol. 11, , No. 5, pp. 305-326.

상세보기
J. S. Arora, 1989, Introduction to Optimal Design, McGraw Hill, New York, pp. 301-304.

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