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연속 평각선 압연 공정에서 선재 장력을 제어하는 방법

SKYBLUER
9월 7, 2026
9:14 오전

연속 평각선 압연 공정에서 선재 장력은 소재의 이동 상태, 공정 안정성, 완성된 구리 또는 알루미늄 평각선의 품질 균일성에 영향을 미칩니다. 생산라인의 한 구간에서 발생한 장력 변화는 다른 구간의 작업 조건에도 영향을 줄 수 있습니다.

따라서 안정적인 장력 관리를 위해서는 단순히 특정 모터의 속도를 높이거나 낮추는 것이 아니라, 소재 공급, 압연 및 권취 공정을 적절하게 연동해야 합니다.

이 글에서는 선재 장력 변동의 원인, 주요 제어 방식, 기본 계산 방법 및 적합한 설비를 선정할 때 고려해야 할 사항을 설명합니다.

1. 선재 장력 제어가 중요한 이유

선재 장력은 이동 중인 소재에 길이 방향으로 작용하는 인장력을 의미합니다. 장력은 풀림 저항, 소재 흐름, 구동장치의 작동 상태 및 권취 조건에 따라 달라질 수 있습니다.

장력이 적절하게 제어되지 않으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

치수 편차: 길이 방향 인장력의 변화는 소재의 변형 상태와 최종 선재 치수에 영향을 줄 수 있습니다.
선재 주행 불량: 장력 변동은 선재의 위치 이탈이나 주행 불안정을 악화시킬 수 있으며, 특히 선재 가이드가 올바르게 조정되지 않은 경우 문제가 더욱 커질 수 있습니다.
표면 손상: 선재의 이동이 불안정하면 가이드나 기타 기계 부품과의 불필요한 접촉이 증가하여 표면 손상이 발생할 수 있습니다.
단선 및 생산 중단: 과도한 인장 하중이나 급격한 장력 변화는 생산 공정의 중단으로 이어질 수 있습니다.

그러나 장력만으로 선재의 품질이 결정되는 것은 아닙니다. 압연 롤의 형상, 롤 간극 설정, 소재의 균일성, 윤활 상태 및 설비 정렬 상태도 함께 관리해야 합니다.

금속 선재의 성형 공정에 대한 자세한 내용은 구리 압연 공정 가이드를 참고하시기 바랍니다.

2. 압연 생산라인에서 장력이 변하는 구간

연속 평각선 압연라인은 소재 공급장치(Payoff), 선재 가이드, 하나 이상의 압연 스탠드, 선택적으로 적용되는 장력 제어 장치 및 권취 시스템으로 구성될 수 있습니다.

각 구간은 서로 다른 장력 제어 조건을 요구합니다.

생산라인 구간	제어 목적	주요 영향 요인
소재 공급장치	선재를 일정하게 공급	풀림 저항, 제동력, 가속 조건
압연 스탠드 입구	안정적인 소재 진입 유지	입구 장력, 선재 가이드, 소재 상태
압연 스탠드 사이	소재 흐름의 균형 유지	단면 감소, 속도 정합, 스탠드 간 장력
압연 스탠드 출구	선재를 안정적으로 다음 공정에 전달	출구 속도, 후단 인장력
권취장치	제어된 장력으로 선재 권취	코일 반경 변화, 토크, 권취 속도

소재 공급 구간에서는 제동력이나 코일의 풀림 저항이 변하면 입구 장력이 불안정해질 수 있습니다.

압연 스탠드 사이에서는 앞단에서 공급되는 소재량과 뒷단에서 받아들이는 소재량의 차이로 인해 장력 변동이 발생할 수 있습니다.

권취 구간에서는 코일 반경이 점차 증가하면서 권취 토크와 선재 장력 사이의 관계가 달라집니다.

모든 압연라인에 동일한 종류의 센서나 장력 제어 장치가 필요한 것은 아닙니다.

3. 주요 선재 장력 제어 방법

댄서 롤을 이용한 장력 제어

댄서 롤(Dancer Roll) 방식은 이동 가능한 롤러 기구를 이용하여 선재 이동 상태의 변화를 보상합니다.

댄서 롤의 위치는 연결된 구동장치의 속도를 조절하기 위한 피드백 신호로 활용할 수 있습니다. 설계 방식에 따라 댄서 롤에 가해지는 힘도 선재 장력을 형성하는 데 기여합니다.

댄서 시스템은 선재의 특성과 실제 운전 조건에 맞게 선정하고 조정해야 합니다. 설정이 적절하지 않으면 오히려 공정이 불안정해질 수 있습니다.

로드셀을 이용한 장력 측정

로드셀(Load Cell)은 측정용 롤러에 작용하는 힘을 측정할 수 있습니다.

적절한 기구학적 배치와 정확한 교정이 이루어진 경우, 측정 신호를 이용하여 선재 장력을 추정하고 피드백 제어에 활용할 수 있습니다.

측정 정확도는 센서 설치 상태, 선재의 롤러 감김각, 교정 상태 및 신호 처리 방식 등에 따라 달라집니다.

따라서 측정값을 장력 제어에 사용하기 전에 이러한 요소를 확인해야 합니다.

속도 동기화 및 폐루프 제어

각 압연 스탠드는 서로 적절하게 맞춰진 소재 흐름을 유지해야 합니다. 그러나 모터 회전속도가 같다고 해서 선재의 실제 이동속도까지 동일한 것은 아닙니다.

압연에 따른 단면적 감소, 소재의 폭 방향 퍼짐 및 롤과 선재 사이의 미끄럼 현상이 이러한 관계에 영향을 줍니다.

설비 사양에 포함된 경우, 제어 시스템은 각 구동장치의 속도 지령을 연동하고 댄서 롤 위치 또는 장력 측정값을 피드백 신호로 활용할 수 있습니다.

PLC와 구동 제어기는 감지된 편차에 따라 속도나 토크를 조절할 수 있습니다. 다만 제어 파라미터가 적절하게 설정되지 않으면 진동성 변동이나 응답 지연이 발생할 수 있습니다.

여기에서 설명한 내용은 일반적인 엔지니어링 제어 방식이며, 모든 CRM 압연라인에 이러한 기능이 기본적으로 포함되어 있다는 의미는 아닙니다.

관련 설비 계획에 대한 자세한 내용은 맞춤형 치수의 평각 마그넷 와이어 생산라인 사양을 결정하는 방법을 참고하시기 바랍니다.

4. 장력 및 소재 흐름의 기본 계산

선재 장력과 인장응력

선재의 길이 방향에 작용하는 평균 인장응력은 다음 공식으로 추정할 수 있습니다.

인장응력(N/mm²) = 선재 장력(N) ÷ 단면적(mm²)

공식을 변형하면 다음과 같습니다.

선재 장력(N) = 인장응력(N/mm²) × 단면적(mm²)

예를 들어, 선재의 단면적이 4.5 mm²이고 가정한 인장응력이 2 N/mm²인 경우 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

선재 장력 = 2 × 4.5 = 9 N

이 계산은 수학적 원리를 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 권장 장력 설정값이나 CRM 설비의 보증 성능을 의미하지 않습니다.

실제 장력 설정값은 소재의 특성과 공정 조건을 기술적으로 평가한 후 결정해야 합니다.

소재 흐름의 정합 계산

소재 손실을 무시할 수 있고 밀도가 거의 일정하다고 가정한 이상적인 정상상태 운전 조건에서는 다음 관계가 성립합니다.

입구 단면적 × 입구 속도 ≈ 출구 단면적 × 출구 속도

입구 단면적이 6.0 mm², 출구 단면적이 4.5 mm², 출구 속도가 20 m/min인 경우 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

입구 속도 ≈ (4.5 × 20) ÷ 6.0 = 15 m/min

이 수치는 이론적인 소재 흐름의 연속성을 설명하기 위한 것입니다. 권장 설비 운전속도나 검증된 실제 생산 성능을 나타내는 값이 아닙니다.

실제 압연 롤의 회전속도와 장력 설정값은 롤 미끄럼, 소재의 폭 방향 퍼짐 및 운전 조건 등에 따라서도 달라집니다.

다른 성형 공정과의 차이점은 직사각형 구리 도체 생산을 위한 평각선 압연기와 신선기의 비교에서 확인할 수 있습니다.

5. 선재 장력이 불안정할 때의 문제 해결 방법

장력 문제는 이상 현상이 나타나는 위치와 다른 구간에서 발생할 수 있습니다. 따라서 선재가 이동하는 전체 경로를 점검하는 것이 중요합니다.

발생 현상	가능한 원인	권장 점검 항목
장력이 반복적으로 변동	소재 공급장치의 불안정, 구동장치 간 속도 불일치, 제어기 설정 불량	공급장치 작동 상태, 속도 피드백, 제어 파라미터
과도한 장력 발생	지나치게 높은 설정값, 과도한 제동력, 권취장치와의 속도 불일치	장력 설정값, 제동장치, 구동장치 응답
공정 구간 사이에서 선재가 느슨해짐	속도 또는 가감속 조건의 불일치	스탠드 간 소재 흐름 및 동기화 상태
권취 중 장력 변화	코일 반경 증가, 보상 제어 부족	권취 토크, 권취 제어 시스템
선재 주행 불량 또는 표면 결함	가이드 정렬 불량, 불안정한 선재 이동 경로	가이드 위치, 정렬 상태, 장력 변화 양상