JP5606923B2 - Magnetic domain refinement apparatus and method for grain-oriented electrical steel sheet - Google Patents
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Description
本発明は低鉄損及び低騒音の方向性電磁鋼板の製造装置に係り，より詳しくは方向性電磁鋼板の磁区細分化装置，前記装置を用いて方向性電磁鋼板の磁区を細分化する方法，及び前記方法を用いて磁区を細分化させた方向性電磁鋼板に関する。 The present invention relates to apparatus for producing a low iron loss and low noise grain-oriented electrical steel sheet, which subdivide the magnetic domains of grain-oriented electrical steel sheet with more detail domain refining apparatus oriented electrical steel sheet, said device, And a grain- oriented electrical steel sheet obtained by subdividing magnetic domains using the above-described method.
方向性電磁鋼板は圧延方向に｛１１０｝＜００１＞方位の集合組職を発達させたものである。アメリカ特許第１，９６５，５５９号は方向性電磁鋼板の製造方法を初めに開示した。その後，製造方法の多くの改善とともに新しい製造方法が提示されて来た。方向性電磁鋼板の製造において共通的なものは，抑制剤と呼ばれる１次再結晶粒の成長抑制機能をする析出物又は粒界偏析元素を用いるものである。この抑制剤は１次再結晶された結晶粒の成長を抑制し，成長が抑制された結晶粒の中で｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒が優先的に成長するようにする役目をするものである。これを２次再結晶といい，このように適切な抑制剤を使用して｛１１０｝＜００１＞方位の２次再結晶粒を圧延方向に発達させることが方向性電磁鋼板の製造技術の核心である。 The grain-oriented electrical steel sheet has developed a set organization having a {110} <001> orientation in the rolling direction. U.S. Pat. No. 1,965,559 first disclosed a method for producing grain-oriented electrical steel sheets. Since then, new manufacturing methods have been proposed along with many improvements in manufacturing methods. A common thing in the manufacture of grain-oriented electrical steel sheets is to use a precipitate or grain boundary segregation element called a suppressor that functions to suppress the growth of primary recrystallized grains. This inhibitor suppresses the growth of the primary recrystallized crystal grains, and serves to preferentially grow the crystal grains with {110} <001> orientation among the crystal grains whose growth is suppressed. Is. This is called secondary recrystallization, and the development of {110} <001> oriented secondary recrystallized grains in the rolling direction using an appropriate inhibitor as described above is the core of the production technology for grain-oriented electrical steel sheets. It is.
しかし，実際の方向性電磁鋼板においては，各結晶粒の（１１０）面は板面から少し傾き，また［００１］方向は圧延方向からも僅かに傾いている。ところが，方向性電磁鋼板の磁気的特性はこの傾いた程度に大きく影響され，この分野の研究者らはすべての結晶粒を（１１０）［００１］理想方位に近くなるようにすることで，鉄損を低めることに最大の努力を傾けている。その結果，現在は，板厚が０．２３ｍｍであるとき，Ｗ１７／５０が０．８５ｗａｔｔ／ｋｇ程度の低い鉄損値を持つ方向性電磁鋼板が工業的に生産される。ここで，Ｗ１７／５０は磁束密度１．７Ｔｅｓｌａ，５０Ｈｚの鉄損を言う。 However, in an actual grain- oriented electrical steel sheet, the (110) plane of each crystal grain is slightly inclined from the plate surface, and the [001] direction is slightly inclined from the rolling direction. However, the magnetic properties of grain- oriented electrical steel sheets are greatly affected by this inclination, and researchers in this field have made iron grains close to the (110) [001] ideal orientation by making all crystal grains close to the (110) [001] ideal orientation. We are committed to reducing losses. As a result, at present, when the sheet thickness is 0.23 mm, grain oriented electrical steel sheets having a low iron loss value of W17 / 50 of about 0.85 watt / kg are industrially produced. Here, W17 / 50 is an iron loss of a magnetic flux density of 1.7 Tesla, 50 Hz.
しかし，各結晶粒を理想方位に近接させることだけで，鉄損を低めるのには限界がある。一般に，鉄損は結晶方位の外にも結晶粒度にも依存する。方向性電磁鋼板において結晶粒サイズは前述した（１１０）［００１］結晶方位を得るために数ｍｍないし数ｃｍの範囲である。この結晶粒サイズは現在研究者が任意に調節することができない。その理由は，長期間の熱処理過程によって（１１０）［００１］結晶方位を優先的に得なければならないからである。したがって，研究者は人為的な結晶粒サイズの調節のための技術を開発するに至った。人為的な結晶粒サイズの調節技術は，２次再結晶が完了し，最終の絶縁及び張力コーティングが施された後，硬化が済んだ最終製品を用いて，アメリカ特許第３，６４７，５７５号のように，鋼板表面に先の鋭い道具，つまり刀や鉄ブラシなどで鋭い傷を出す方法が登場した。 However, there is a limit to reducing iron loss simply by bringing each crystal grain close to the ideal orientation. Generally, iron loss depends on crystal grain size as well as crystal orientation. In the grain-oriented electrical steel sheet, the crystal grain size is in the range of several millimeters to several centimeters in order to obtain the aforementioned (110) [001] crystal orientation. This grain size is currently not adjustable by researchers. This is because the (110) [001] crystal orientation must be obtained preferentially by a long-term heat treatment process. Therefore, researchers have developed a technique for artificially adjusting the grain size. Artificial grain size adjustment techniques are described in US Pat. No. 3,647,575 using a final product that has been cured after secondary recrystallization has been completed and final insulation and tension coating has been applied. In this way, a method has been developed to sharpen the steel plate surface with sharp tools such as swords and iron brushes.
その後，より進歩した方法として，レーザーを鋼板の表面に照射して人為的な結晶粒界のような不連続面を提供することで鉄損を減少させるものが現れた。また，レーザー種類はＮｄ−ＹＡＧレーザーであり，Ｑ−スイッチモードが使用されている。これは，鋼板にレーザービームを照射するとき，鋼板の表面に塗布されたコーティング層がレーザービームの衝撃によって蒸発するため，さらにコーティングを施さなければならず，これは生産性を阻害する要因となる。
その後，レーザービームをスキャンする装置として，平面鏡を用いて，鋼板の幅方向にレーザービームを往復運動させるレーザー照射装置が登場したが，この装置はそれ以上発展できなかった。その理由は次の通りである。第１に，レーザービームが鏡の一点を継続して照射するので，鏡がレーザー出力エネルギーを受けて一部を反射しながら一部は吸収することによって内部温度が上昇することにより破損しやすかった。結局，鏡の熱的問題を解決することができなかったので，この技術はそれ以上発展しなかった。第２に，鏡が往復運動することにより鋼板上の照射線がジグザグ形に形成される。これは，照射線の間隔が連続して変化するため，効果が均一に得られない欠点があった。第３に，鏡の往復速度が速くなかったため，生産性が低かった。
Later, a more advanced method appeared to reduce iron loss by providing a discontinuous surface such as an artificial grain boundary by irradiating the surface of a steel plate with a laser. The laser type is Nd-YAG laser, and the Q-switch mode is used. This is because when the steel plate is irradiated with a laser beam, the coating layer applied to the surface of the steel plate evaporates due to the impact of the laser beam, which requires further coating, which impedes productivity. .
Later, as a laser beam scanning device, a laser irradiation device that reciprocated the laser beam in the width direction of the steel plate using a plane mirror appeared, but this device could not be further developed. The reason is as follows. First, since the laser beam continuously irradiates one point of the mirror, the mirror receives the laser output energy and reflects part of it, but absorbs part of it, so that the internal temperature rises and is easily damaged. . Eventually, the technology could not be further developed because the thermal problem of the mirror could not be solved. Second, the reciprocating motion of the mirror forms an irradiation line on the steel plate in a zigzag shape. This has the disadvantage that the effect cannot be obtained uniformly because the interval between the irradiation lines changes continuously. Third, productivity was low because the reciprocating speed of the mirror was not fast.
前記平面鏡から生じる問題点を解決するために，多面鏡を用いるレーザービーム照射鏡が提案された。これは，円形の回転体の表面に多数枚の平面鏡を付着し回転体を回転させるので，それぞれの鏡は短時間の間にレーザービームを鋼板表面に照射し，ついで隣接した他の鏡がレーザービームを受けて照射することを連続して生じさせる方式である。しかし，多面鏡の方式は，回転体の直径が３００ｍｍ以上で，高価な鏡を数十枚も装着するため，騒音が大きく，値段が高いという問題点がある。また，Ｎｄ−ＹＡＧレーザーとＱ−スイッチモードを使用するため，鋼板のコーティングが劣化することを避けることができなかった。 In order to solve the problems caused by the plane mirror, a laser beam irradiation mirror using a polygon mirror has been proposed. This is because a large number of plane mirrors are attached to the surface of a circular rotating body and the rotating body is rotated, so that each mirror irradiates the surface of the steel plate in a short time, and then the other mirrors adjacent to the laser rotate the laser. This is a system that continuously receives and irradiates a beam. However, the method of the polygon mirror has a problem that the diameter of the rotating body is 300 mm or more and dozens of expensive mirrors are mounted, resulting in a large noise and a high price. In addition, since the Nd-YAG laser and the Q-switch mode are used, it is impossible to avoid the deterioration of the coating on the steel sheet.
また，レーザービームが平行レンズを通じて平行ビームに集束されるとき，平行ビームが多面鏡に入射した後，入射平行ビームはＦθレンズを通じて集束されてから鋼板に照射される。集束されたレーザービームは距離に比例して拡散されるため，多面鏡とＦθレンズとの間の距離増加に限界があり，よって多面鏡を用いるレーザービームの照射距離は大きくても数十ｍｍである。したがって，多面鏡を用いるレーザー照射装置において，多面鏡を用いる照射幅は数十ｍｍであるため，方向性電磁鋼板の幅が１０００ｍｍであると仮定すれば，少なくとも１０個の多面鏡とこの多面鏡の数に対応するレーザーが必要である。また，照射領域間の境界が二重に照射されるので，鉄損の改良効果が低下する。 In addition, when the laser beam is focused on the parallel beam through the parallel lens, the parallel beam is incident on the polygon mirror, and then the incident parallel beam is focused through the Fθ lens and then irradiated onto the steel plate. Since the focused laser beam is diffused in proportion to the distance, there is a limit to the increase in the distance between the polygon mirror and the Fθ lens. Therefore, the irradiation distance of the laser beam using the polygon mirror is several tens mm at most. is there. Therefore, in a laser irradiation apparatus using a polygon mirror, the irradiation width using the polygon mirror is several tens of mm. Therefore, assuming that the width of the grain- oriented electrical steel sheet is 1000 mm, at least 10 polygon mirrors and this polygon mirror are used. A laser corresponding to the number of Moreover, since the boundary between irradiation areas is irradiated twice, the effect of improving the iron loss is reduced.
したがって，本発明は前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので，その目的は，方向性電磁鋼板の表面にレーザービームを照射することで，鉄損を減少させるとともに騒音の原因となる磁気歪を低減させる装置を提供することであり，特に二つのレーザーと６枚の平面鏡を用いて鋼板幅にレーザービームを照射することにより，磁区細分化効果に優れ，コーティング層の劣化がないので再コーティングが必要でない磁区細分化装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to reduce the iron loss and cause noise by irradiating the surface of the grain- oriented electrical steel sheet with a laser beam. In particular, by using two lasers and six plane mirrors to irradiate a laser beam to the steel plate width, the magnetic domain subdivision effect is excellent, and the coating layer is deteriorated. It is to provide a magnetic domain fragmentation device that does not require recoating.
前記目的を達成するために，本発明の第１の側面は，所定の直径を有する円形レーザービームを発生させるレーザー発光部と；前記レーザー発光部から伝送された前記円形レーザービームを受けて前記円形レーザービームの直径と同一長さの長軸と前記直径よりも小さな短軸を持つ第１楕円形レーザービームに変形して伝送するトロイダルミラーと；前記トロイダルミラーから伝送された前記第１楕円形レーザービームを受けて該第１楕円形レーザービームの伝送方向を変換しながら交互に伝送するスイッチミラーと；前記スイッチミラーから交互に伝送される前記第１楕円形レーザービームを受けると共にスキャン方向に移動しながら伝送する一対のスキャンミラーと；前記スキャンミラーから伝送された前記第１楕円形レーザービームを，該第１楕円形レーザービームの楕円の長軸及び短軸よりも短い長軸及び短軸を持つと共に，前記第１楕円形レーザービームの楕円に対し扁平率の大きな楕円形の第２楕円形レーザービームに変形させて長手方向に移動する方向性電磁鋼板に照射するシリンダーミラー；を含み，前記第２楕円形レーザービームが移動中の前記方向性電磁鋼板の幅方向と平行に照射されるよう，前記シリンダーミラーの長手方向を前記方向性電磁鋼板の幅方向に対し斜めに配置した光学系を含んでなる，方向性電磁鋼板の磁区細分化装置を提供する。 To achieve the above object, a first aspect of the present invention, the laser light emitting unit for generating a circular laser beam and having a predetermined diameter; the circular receiving said circular laser beam transmitted from the laser emitting portion A toroidal mirror that transforms and transmits a first elliptical laser beam having a major axis equal to the diameter of the laser beam and a minor axis smaller than the diameter; and the first elliptical laser transmitted from the toroidal mirror; A switch mirror that receives the beam and alternately transmits the transmission direction of the first elliptical laser beam; and receives the first elliptical laser beam that is alternately transmitted from the switch mirror and moves in the scanning direction. a pair of scanning mirrors for transmitting while; the first elliptical laser beam transmitted from said scan mirror An elliptical second elliptical laser having a major axis and a minor axis that are shorter than the major axis and minor axis of the ellipse of the first ellipse laser beam and having a large flatness with respect to the ellipse of the first ellipse laser beam. A cylindrical mirror that irradiates a directional electromagnetic steel sheet that is deformed into a beam and moves in the longitudinal direction; and the second elliptical laser beam is irradiated in parallel with the width direction of the moving directional electromagnetic steel sheet, There is provided a magnetic domain refinement apparatus for a directional electromagnetic steel sheet, comprising an optical system in which a longitudinal direction of the cylinder mirror is disposed obliquely with respect to a width direction of the directional electromagnetic steel sheet.
前記装置において，前記一対のスキャンミラーは互いに反対方向に左右に往復運動をする。 In the apparatus, the pair of scan mirrors reciprocate left and right in opposite directions.
また，前記スイッチミラーは，スキャンミラーが特定の方向に駆動するときだけビームを伝送し，反対方向に駆動するときはビームを伝送しないようにすることで，一対のスキャンミラーのそれぞれに前記第１楕円形レーザービームを交互に伝送する。 The switch mirror transmits a beam only when the scan mirror is driven in a specific direction, and does not transmit a beam when the scan mirror is driven in the opposite direction . Alternately transmit elliptical laser beams.
上記の装置構成において，前記方向性電磁鋼板上に３００mm以上の連続したスクラッチが形成されるように，前記一対のスキャンミラーの往復回転角度を設定する。In the above apparatus configuration, the reciprocating rotation angle of the pair of scan mirrors is set so that a continuous scratch of 300 mm or more is formed on the grain-oriented electrical steel sheet.
前記磁区細分化装置は，前記方向性電磁鋼板の幅方向にレーザービームの照射範囲を倍加させるために，複数の前記光学系を備える。 The domain refining apparatus, in order to double the irradiation range of the laser beam in the width direction of the grain-oriented electrical steel sheet, comprising a plurality of said optical system.
前記装置において，前記一対のスキャンミラーのそれぞれは銅の支持部上に接着され，前記銅の支持部の内部には冷却水が通過するように微細な管が形成されている。 In the apparatus, each of the pair of scan mirrors is bonded onto a copper support portion, and a fine tube is formed inside the copper support portion so that cooling water can pass therethrough.
また，前記装置において，前記一対のスキャンミラーのそれぞれの表面には冷却用窒素が噴射されることにより，スキャンミラーの冷却とほこり汚染を防止する。 Further, in the apparatus, cooling nitrogen is sprayed on the respective surfaces of the pair of scan mirrors to prevent the scan mirrors from being cooled and contaminated with dust.
また，前記装置において，前記レーザーとしては連続波モードを持つ二酸化炭素レーザーが使用されることにより，鋼板のコーティング被膜の損傷を防止し，前記レーザー発光部と前記トロイダルミラーの間には，前記レーザービームを反射して前記トロイダルミラーに伝送する反射ミラーが備えられる。 In the apparatus, a carbon dioxide laser having a continuous wave mode is used as the laser to prevent damage to the coating film on the steel sheet, and the laser is disposed between the laser emitting unit and the toroidal mirror. A reflecting mirror is provided that reflects the beam and transmits it to the toroidal mirror.
本発明の別の側面は，レーザービームを方向性電磁鋼板に照射して鋼板の幅方向にジグザグ線を有しないスクラッチを形成する方向性電磁鋼板の磁区細分化方法に関し，
所定の直径を有する円形レーザービームを発生させる段階と；前記円形レーザービームを前記直径と同一長さの長軸と前記直径よりも小さな短軸を持つ第１楕円形レーザービームに変形して伝送する段階と；前記第１楕円形レーザービームを左右に往復運動する一対のスキャンミラーのそれぞれに交互に伝送する段階と；前記一対のスキャンミラーを交互にスキャン方向に移動させながら前記第１楕円形レーザービームをシリンダーミラーに伝送する段階と；前記シリンダーミラーによって前記第１楕円形レーザービームを，前記第１楕円形レーザービームの楕円の長軸及び短軸よりも短い長軸及び短軸を持つと共に，前記第１楕円形レーザービームの楕円に対し扁平率の大きな楕円形の第２楕円形レーザービームに変形させて長手方向に移動する方向性電磁鋼板に照射する段階と；を含んでなり，前記方向性電磁鋼板の幅方向に対し斜めに配置した前記シリンダーミラーによって移動中の前記方向性電磁鋼板の幅方向と平行に前記第２楕円形レーザービームを照射する方向性電磁鋼板の磁区細分化方法を提供する。
Another aspects of the present invention relates to a magnetic domain refining method of the grain-oriented electrical steel sheet to form a scratch having no zigzag line in the width direction of the steel sheet by irradiating a laser beam on the grain-oriented electrical steel sheet,
Generating a circular laser beam having a predetermined diameter; and transforming and transmitting the circular laser beam into a first elliptical laser beam having a major axis having the same length as the diameter and a minor axis smaller than the diameter. phase and; said step and the first elliptical laser beam transmitted to each of the pair of scanning mirrors which reciprocates to the right and left alternately, the first elliptical laser while moving in the scanning direction alternately the pair of scanning mirrors Transmitting the beam to a cylinder mirror; and by means of the cylinder mirror, the first elliptical laser beam has a major axis and a minor axis that are shorter than the major and minor axes of the ellipse of the first elliptical laser beam; The ellipse of the first elliptical laser beam is transformed into an elliptical second elliptical laser beam having a large flatness and moved in the longitudinal direction. A step of irradiating the oriented electrical steel sheet; a comprise Ri Na, parallel to the width direction of the grain-oriented electrical steel sheet during movement by the cylinder mirror to the width direction and disposed obliquely of the oriented electrical steel sheet A method for subdividing a magnetic domain of a grain- oriented electrical steel sheet that irradiates a second elliptical laser beam is provided.
前記一対のスキャンミラーの往復回転角度の設定により前記方向性電磁鋼板上に３００mm以上の連続したスクラッチを形成する。A continuous scratch of 300 mm or more is formed on the grain-oriented electrical steel sheet by setting the reciprocating rotation angle of the pair of scan mirrors.
前記方法において，前記スキャンミラーと前記シリンダーミラー間の距離を増加させることにより，前記第１楕円形レーザービームの前記シリンダーミラーに対する連続照射長さを長くする。In the method, the continuous irradiation length of the first elliptical laser beam to the cylinder mirror is increased by increasing the distance between the scan mirror and the cylinder mirror.
前記円形レーザービームを第１楕円形レーザービームに，また，第１楕円形レーザービームを第２楕円形レーザービームにそれぞれ変形させる段階は，曲面状のトロイダルミラー又は曲面状のシリンダーミラーにレーザービームを伝送することによって実施する。 The pre-Symbol circular laser beam to the first elliptical laser beam, also the step of deforming each of the first elliptical laser beam to the second elliptical laser beam is curved toroidal mirror or curved laser beam to the cylinder mirror Is carried out by transmitting.
本発明のさらに別の側面は，絶縁皮膜がコーティングされた方向性電磁鋼板上にレーザービームによって方向性電磁鋼板の幅方向に多数のスクラッチが形成された方向性電磁鋼板において，前記方向性電磁鋼板には長さ３００ｍｍ以上の連続した直線形スクラッチが形成され，コーティングされた絶縁皮膜はスクラッチによって損傷されていない，磁区細分化処理された方向性電磁鋼板を提供する。 Yet another aspect of the present invention, in a number of grain-oriented electrical steel sheet scratches are formed in the width direction of the grain-oriented electrical steel sheet by the laser beam on the grain-oriented electrical steel sheet insulating film is coated, the directional electromagnetic steel plates The present invention provides a grain- oriented electrical steel sheet in which a continuous linear scratch having a length of 300 mm or more is formed, and the coated insulating film is not damaged by the scratch, and is subjected to a magnetic domain refinement treatment.
この際，前記方向性電磁鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区細分化処理される。また，前記方向性電磁鋼板はジグザグ線がないスクラッチを備える。また，前記方向性電磁鋼板は，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成される。 At this time, the grain- oriented electrical steel sheet is subjected to magnetic domain refinement at a steel plate speed of 20 mpm or more. Further, the grain- oriented electrical steel sheet includes a scratch having no zigzag line. In the grain- oriented electrical steel sheet, one or four scratches are formed on the steel sheet having a width of 1000 mm or more in the width direction of the steel sheet.
本発明のさらに別の側面は，前記磁区細分化方法によって磁区細分化処理された方向性電磁鋼板を提供する。 Yet another aspect of the present invention provides a grain- oriented electrical steel sheet that has been subjected to magnetic domain refinement by the magnetic domain refinement method.
本発明による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は，鉄損を１０％以上減少するとともにコーティング層が劣化しない利点がある。また，本発明による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は，従来の大型多面鏡型とは異なり，極小型の平面スキャンミラーとスイッチミラーを互いに連動させてレーザービームを鋼板上に連続して照射するので，ジグザグ形のラインパターンのスクラッチを形成せずに３００ｍｍ以上の連続したスクラッチが方向性電磁鋼板上に形成され，その結果，鋼板の広い幅に照射することができ，トロイダルミラーとシリンダーミラーが最少のレーザー及びミラー（スイッチミラー及びスキャンミラー）とともに使用され，よって方向性電磁鋼板の照射範囲が倍加され，方向性電磁鋼板の磁区細分化を速いライン速度でなすことができる利点がある。また，本発明による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は，騒音がなくて管理補修が極めて容易であるので，従来の装置に比べ，環境に優しく，且つ生産コストを格段に節減することができる利点がある。 The grain subdivision apparatus for grain-oriented electrical steel sheets according to the present invention has the advantage that the iron loss is reduced by 10% or more and the coating layer does not deteriorate. Further, magnetic domain refining apparatus oriented electrical steel sheet according to the present invention, unlike the conventional large polygon mirror type, continuously irradiated with a laser beam onto a steel plate in conjunction with each other the plane scanning mirror and a switch mirror minimum type Therefore, a continuous scratch of 300 mm or more is formed on the grain- oriented electrical steel sheet without forming a zigzag line pattern scratch, and as a result, a wide width of the steel sheet can be irradiated. there are used with minimal laser and mirror (the switch mirror and the scan mirror), thus the irradiation range of grain-oriented electrical steel sheet is doubled, there is an advantage that it is possible to form a magnetic domain refining oriented electrical steel sheet at a faster line speed. Further, magnetic domain refining apparatus oriented electrical steel sheet according to the present invention, since the management repaired without noise is extremely easy, compared with the conventional apparatus, environmentally friendly, and the production cost can be remarkably reduced There are advantages.
以下，本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が本発明の技術的思想を容易に実施することができるように本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。しかし，本発明は以下の実施例に限定されることなく他の形態においても具現化可能である。以下の実施例は，本発明の範囲及び精神を完全に理解できるようにかつ本発明の技術的思想を当業者に十分に伝達することができるように提供するものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can easily implement the technical idea of the present invention. However, the present invention is not limited to the following embodiments and can be embodied in other forms. The following examples are provided so that the scope and spirit of the invention may be fully understood and the technical spirit of the invention may be fully communicated to those skilled in the art.
本発明の実施例において，第１及び第２などの用語は本発明の構成要素を説明するために使用するもので，本発明の構成要素をこれら用語に限定して解釈してはいけない。これら用語は所定の構成要素を他の構成要素と区別するために使用される。 In the embodiments of the present invention, terms such as “first” and “second” are used to describe the components of the present invention, and the components of the present invention should not be construed as being limited to these terms. These terms are used to distinguish a given component from other components.
以下，図面を参照するが，同一符号は全図にわたって同一ないし類似の構成要素を指示するのに使用される。 In the following, reference is made to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like or similar elements throughout the drawings.
図１は方向性電磁鋼板の磁区細分化過程を説明する概略図である。図１を参照すれば，ロール状態の方向性電磁鋼板２は巻出リール(pay off reel)１から解けて，第１ピンチロール(pinch roll)３及び第２ピンチロール３’によって経路ライン(path line)をなす。これにより，方向性電磁鋼板２は巻出リール１から解けて巻取ロール１４に再び巻き取られる。第１レーザー発光部６から発光したレーザービーム９は一対の第１スキャンミラー１２に到逹する。一対の第１スキャンミラー１２は左右に往復運動しながらレーザービーム９を放物面反射鏡であるシリンダーミラー５に照射する。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the magnetic domain refinement process of grain- oriented electrical steel sheets. Referring to FIG. 1, a rolled directional
シリンダーミラー５はその下で移送される方向性電磁鋼板２上にレーザービームを照射して方向性電磁鋼板２の磁区を細分化させる。同様な方式で，第２レーザー発光部７，レーザービーム８，一対の第２スキャンミラー１３，シリンダーミラー５によって方向性電磁鋼板２の磁区が細分化される。
The cylinder mirror 5 irradiates a laser beam onto the directional
レーザービームが照射された方向性電磁鋼板２は連続式鉄損測定器３０を通過すると同時に方向性電磁鋼板の鉄損が測定される。磁区細分化装置を通過するに先立ち，方向性電磁鋼板２上にＸ線厚さ測定器４が配置される。測定された鉄損とＸ線厚さの信号によって，単位重量当たり鉄損を表示することできる。これにより，作業者が磁区細分化の効果を認識することができる。
The grain- oriented
以下，図２を参照して，本発明の実施例による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置を詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 2, a magnetic domain subdivision apparatus for grain- oriented electrical steel sheets according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
方向性電磁鋼板の磁区細分化装置１００は，第１光学系と第２光学系でなり，第１光学系と第２光学系は方向性電磁鋼板２の幅方向にそれぞれ２分の１領域にレーザービームを照射する。例えば，第１及び第２光学系はそれぞれ幅方向に６００ｍｍにわたってレーザービームを照射する。前記第１光学系は，第１レーザー発光部６，一対の第１反射鏡１５，１６，第１トロイダルミラー１７，第１スイッチミラー１１，一対の第１スキャンミラー１２，及びシリンダーミラー５で構成される。前記第２光学系は，第２レーザー発光部７，一対の第２反射鏡１８，１９，第２トロイダルミラー２０，第２スイッチミラー１０，一対の第２スキャンミラー１３，及びシリンダーミラー５で構成される。
Magnetic domain refining apparatus of a grain-oriented
前記第１光学系と第２光学系は同一方式で駆動するので，第１光学系についてだけ以下に説明する。 Since the first optical system and the second optical system are driven in the same manner, only the first optical system will be described below.
前記第１光学系は，第１レーザー発光部６から円形レーザービーム９が発光される。前記円形レーザービーム９としては，ビームの進行の際に拡散しない連続波モード(continuous wave mode)の二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーが適当であり，発光された円形レーザービーム９を集光するためのコリメートレンズを必要としない。前記円形レーザービーム９は一対の第１反射鏡１５，１６によって経路が修正されて第１トロイダルミラー１７に到逹する。前記第１トロイダルミラー１７は曲面鏡であって，前記円形レーザービーム９を第１楕円形レーザービーム２１に変形させる。第１楕円形レーザービーム２１は第１トロイダルミラー１７から第１スイッチミラー１１に伝送される。第１スイッチミラー１１は一対の第１スキャンミラー１２のいずれか一方に第１楕円形レーザービーム２１を交互に伝送する。二つの第１スキャンミラー１２は互いに反対方向に往復運動する。すなわち，第１スキャンミラー１２のいずれか一方１２ａがシリンダーミラー５の左側から右側にスキャンするために，第１スイッチミラー１１から第１楕円形レーザービーム２１を受ける瞬間，第１スキャンミラー１２の他方１２ｂはシリンダーミラー５に第１楕円形レーザービーム２１を伝送して右側から左側に復帰する。
Wherein the first optical system is circular Katachire Zabimu 9 is emitted from the first
前記スイッチミラー１１は，第１スキャンミラー１２が一方向にだけ第１楕円形レーザービーム２１をシリンダーミラー５に伝送するとき第１楕円形レーザービーム２１を第１スキャンミラー１２に伝送し，第１スキャンミラー１２が反対方向に第１楕円形ビーム２１をシリンダーミラー５に伝送するとき第１楕円形レーザービーム２１を遮断するので，スイッチミラー１１は第１楕円形レーザービーム２１がジグザグに照射されることを防止することができる。
The
前記第１スキャンミラー１２から伝送された第１楕円形レーザービーム２１はビームの進行の際，拡散しないので，第１スキャンミラー１２とシリンダーミラー５間の距離を大きくすることができ，第１スキャンミラー１２とシリンダーミラー５間の距離を増加させることにより第１楕円形レーザービーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さを増加させることで方向性電磁鋼板上に連続したスクラッチを長く形成することができる。
Since the first
また，第１スキャンミラー１２の往復回転角度を変化させることにより，第１楕円形レーザービーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さを容易に調節することができる。この際，第１楕円形レーザービーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さが増加するように，第１スキャンミラー１２の往復回転角度を設定して鋼板上に３００ｍｍ以上の連続したスクラッチを付与することが好ましい。これにより，幅１０００ｍｍ以上の鋼板，特に約１２００ｍｍ幅の鋼板上に連続したスクラッチが鋼板幅に四つ以下で付与されるので，四つ以下のレーザーとミラー（スイッチミラー，トロイダルミラー，シリンダーミラー）及び４対以下のスキャンミラーによって効果的に磁区を細分化することができ，生産設備の効率性を極大化して維持補修コストを節減することになる。
Further, by changing the reciprocating rotation angle of the
シリンダーミラー５に到逹した第１楕円形レーザービーム２１はシリンダーミラー５によって第２楕円形レーザービーム２２に変形される。第２楕円形レーザービーム２２が方向性電磁鋼板２に照射されることにより，方向性電磁鋼板２の磁区が細分化される。
The first
本発明の実施例において，レーザービームがミラー（トロイダルミラー，スイッチミラー，スキャンミラー，シリンダーミラーなど）に継続して照射されるので，ミラーの温度上昇を防ぐための冷却とほこりによる汚染を防止することが必要である。ミラーの冷却のために冷却水を利用することができる。例えば，支持部上にミラーを接着し，支持部の内部に微細管を形成し，冷却水を流すことができ（又は，ミラーそのものが支持体をも兼ねる場合には，ミラーそのものに冷却水を流すことができる），冷却水の流量調節によって冷却能を調節することができる。一方，レーザービームが照射されるミラーの表面のほこり汚染を防止するために，ミラーの表面上にエアカーテンを形成することができる。例えば，ミラーの表面に冷却用窒素を供給してミラーのほこり汚染及びミラーの温度上昇を同時に防止することができる。 In the embodiment of the present invention, since the laser beam is continuously applied to the mirror (toroidal mirror, switch mirror, scan mirror, cylinder mirror, etc.), cooling to prevent the temperature of the mirror from rising and contamination due to dust are prevented. It is necessary. Cooling water can be used for cooling the mirror. For example, a mirror can be bonded on the support, a fine tube can be formed inside the support, and cooling water can flow (or if the mirror itself also serves as a support, cooling water can be applied to the mirror itself. The cooling capacity can be adjusted by adjusting the flow rate of the cooling water. On the other hand, an air curtain can be formed on the surface of the mirror in order to prevent dust contamination on the surface of the mirror irradiated with the laser beam. For example, by supplying cooling nitrogen to the mirror surface, dust contamination of the mirror and temperature rise of the mirror can be prevented at the same time.
図３を参照して，本発明の実施例による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置のレーザービーム形状変化を説明する。円形レーザービーム９はトロイダルミラー１７によって第１楕円形レーザービーム２１に変形される。第１楕円形レーザービーム２１はシリンダーミラー５によって長い形態の第２楕円形レーザービーム２２に変形される。一対の第１スキャンミラー１２及び一対の第２スキャンミラー１３によって，方向性電磁鋼板２上に照射線２３，２４が交互に形成される。本発明の実施例によれば，円形ビームでない楕円形ビームを使用して磁区細分化を向上させるので，速いライン速度に対応することができる。これは，楕円形ビームが円形ビームより短時間に細分化をなすことができるからである。
With reference to FIG. 3, the laser beam shape change of the magnetic domain fragmentation apparatus of the grain- oriented electrical steel sheet according to the embodiment of the present invention will be described. The circular laser beam 9 is transformed into a first
図４を参照すれば，一対の第１スキャンミラー１２及び一対の第２スキャンミラー１３は前記シリンダーミラー５の長手方向に沿って前記第１楕円形レーザービーム２１を伝送する。前記シリンダーミラー５はその長手方向が方向性電磁鋼板２の幅方向に対して斜めに配置され，第２楕円形レーザービーム２２が方向性電磁鋼板２の幅方向に平行に照射される（図４で矢印は方向性電磁鋼板の進行方向を示す）。よって，方向性電磁鋼板にビームがジグザグに照射されないので，照射線の間隔が一定であって磁区細分化の効果を均一にすることができる。
Referring to FIG. 4, a pair of first scan mirrors 12 and a pair of second scan mirrors 13 transmit the first
前述したような方向性電磁鋼板の磁区細分化装置によって方向性電磁鋼板の磁区を細分化する方法を以下に説明する。まず，第１スキャンミラー１２ａ，１２ｂを運動方向が互いに反対になるように左右に往復運動させた状態で，レーザー発光部６から円形レーザービーム９を発生させる段階を遂行する。
Illustrating a method of subdividing magnetic domains of grain-oriented electromagnetic steel sheet by magnetic domain refining apparatus of the grain-oriented electrical steel sheet as described above as follows. First, a step of generating a circular laser beam 9 from the
ついで，円形レーザービーム９をトロイダルミラー１７に伝送して第１楕円形レーザービーム２１に変形する段階を遂行する。この際，前記第１楕円形レーザービーム２１の短軸の長さが円形レーザービーム９の直径より小さくなるようにすることが好ましい。これは，方向性電磁鋼板に照射されるビームの長軸が照射方向に形成されるようにするためである。
Then, performing the step of deforming the first
その後，第１楕円形レーザービーム２１を受けた第１スイッチミラー１１はスキャンミラー１２ａ，１２ｂに交互に第１楕円形レーザービーム２１を伝送する段階を遂行する。
Then, the
前記スキャンミラー１２ａ，１２ｂのそれぞれは交互にスキャン方向に運動しながらスイッチミラー１１から交互に伝送された第１楕円形レーザービーム２１をスキャンする段階を遂行する。
Each of the scan mirrors 12a and 12b performs a step of scanning the first
ついで，方向性電磁鋼板に照射されるビームの形態をより適切に形成するために，前記第１楕円形レーザービーム２１をシリンダーミラー５によって第２楕円形レーザービーム２２に変形する段階を遂行する。第２楕円形レーザービーム２２は方向性電磁鋼板の幅方向に照射されてスクラッチを形成することで方向性電磁鋼板の磁区を細分化させる。
Next, in order to more appropriately form the beam irradiated on the grain- oriented electrical steel sheet, a step of deforming the first
前述したような方法によって磁区細分化処理された方向性電磁鋼板はジグザグ形スクラッチなしに直線形のスクラッチが形成されるので，鉄損が大きく改善される。 The grain- oriented electrical steel sheet that has been subjected to the magnetic domain refinement process by the above-described method forms a linear scratch without a zigzag scratch, and thus the iron loss is greatly improved.
また，照射方向に長軸を成する第２楕円形レーザービーム２２として照射されるので，レーザー照射速度が向上し，スクラッチの形成過程で方向性電磁鋼板表面にコーティングされた絶縁皮膜が損傷されることを防止することができる。
In addition, since it is irradiated as a second
通常の方向性電磁鋼板は１０００ｍｍ以上の幅，特に約１２００ｍｍの幅を持つので，スクラッチの長さが３００ｍｍ未満の場合，五つ以上のスクラッチが方向性電磁鋼板の幅方向に付与される。これは磁区細分化による鉄損の改善効果を低下させる要因として作用するだけでなく，五つ以上のレーザーとミラー（スイッチミラー，トロイダルミラー，シリンダーミラー）及び５対以上のスキャンミラーを必要とするものなので，生産設備の効率性の面で適合せず維持補修コストを増加させる問題をもたらすことになる。したがって，長さ３００ｍｍ以上の連続したスクラッチを方向性電磁鋼板上に付与して，１０００ｍｍ以上の幅の鋼板，特に約１２００ｍｍ幅の方向性電磁鋼板上に一つないし四つのスクラッチを形成することが好ましい。 Since a normal grain- oriented electrical steel sheet has a width of 1000 mm or more, particularly about 1200 mm, when the scratch length is less than 300 mm, five or more scratches are applied in the width direction of the grain-oriented electrical steel sheet. This not only acts as a factor to reduce the iron loss improvement effect due to magnetic domain subdivision , but also requires five or more lasers and mirrors (switch mirror, toroidal mirror, cylinder mirror) and five or more pairs of scan mirrors. As a result, the efficiency of the production equipment is not met, which causes a problem of increasing maintenance and repair costs. Therefore, it is possible to apply continuous scratches having a length of 300 mm or more on a grain- oriented electrical steel sheet to form one to four scratches on a steel sheet having a width of 1000 mm or more, particularly a grain- oriented electrical steel sheet having a width of about 1200 mm. preferable.
本発明の実施例で使用されるレーザーは連続波モードの二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーである。レーザー出力強度は鉄損改善率が良好でありながらも鋼板表面のコーティング層が蒸発しない適正範囲内で調節する。 The laser used in the embodiments of the present invention is a continuous wave mode carbon dioxide (CO 2 ) laser. The laser output intensity is adjusted within an appropriate range in which the coating loss layer on the steel sheet surface does not evaporate while the iron loss improvement rate is good.
それぞれのレーザー発光部から発光された二つのレーザービーム８，９は方向性電磁鋼板２上にそれぞれ幅方向に６００ｍｍずつ照射することが効果的である。これは，現在までスキャンミラー１０，１１の運動速度の限界に起因する。本発明の一実施例によれば，スキャンミラー１０，１１の往復運動速度を考慮して，それぞれのレーザー発光部から発光された二つの円形レーザービーム８，９を変形して幅１２００ｍｍの方向性電磁鋼板２上にそれぞれ幅方向に６００ｍｍずつ照射して二つのスクラッチを形成した。レーザー発光部から発光された円形レーザービーム９は直径が２５ｍｍ程度である円形であり，トロイダルミラー１７によって円形レーザービームの形状が直径２５ｍｍの円形から長軸２５ｍｍ，短軸８ｍｍの楕円形である第１楕円形レーザービームに変化され，シリンダーミラー５によって第１楕円形レーザービームの形状が長軸８ｍｍ，短軸０．２ｍｍ程度の楕円形である第２楕円形レーザービームに変化される。
It is effective to irradiate the two
方向性電磁鋼板の速度２０ｍｐｍ，スクラッチ間隔５ｍｍの条件下でレーザーを照射して磁区を細分化した結果，ジグザグ線が発生しない６００ｍｍの連続した直線形スクラッチが方向性電磁鋼板上に形成され，鉄損改善率は平均１０％で，良好であった。また，方向性電磁鋼板の速度を３０ｍｐｍ，５０ｍｐｍ，８０ｍｐｍにして前記スクラッチを形成した結果においても，ジグザグ線が発生しない６００ｍｍの連続した直線形スクラッチが方向性電磁鋼板上に形成され，鉄損改善率も１０±２％で，良好であった。この結果から，本発明の磁区細分化方法によれば，２０ｍｐｍ以上，８０ｍｐｍ以下の速い鋼板速度においても有効に磁区を細分化することができることを確認することができた。 Rate of grain-oriented electrical steel sheet 20Mpm, results ized subdivide the magnetic domains by irradiating a laser under the conditions of the scratch interval 5 mm, continuous linear scratches of 600mm which zigzag line is not generated is formed on a grain-oriented electrical steel sheet, iron The loss improvement rate was 10% on average and good. Further, 30 mpm speed oriented electrical steel sheet, 50Mpm, even in a result of forming the scratches in the 80Mpm, continuous linear scratches of 600mm which zigzag line is not generated is formed on a grain-oriented electrical steel sheet, iron loss improvement The rate was also good at 10 ± 2%. From these results, it was confirmed that the magnetic domain subdivision method of the present invention can effectively subdivide the magnetic domain even at a high steel plate speed of 20 mpm or more and 80 mpm or less.
図５はレーザー出力強度による方向性電磁鋼板の鉄損改善率を示す。試験に使用された試料は磁束密度Ｂ１０＝１．９２Ｔｅｓｌａ，鉄損（Ｗ１７/５０）＝０．９０ｗａｔｔ/ｋｇであった。試験に使用されたレーザーはＣＯ2レーザーであり，レーザーのビームモードは連続波モードである。図５から，レーザー出力強度１．１ＫＷ以上では鉄損改善率が約１０％であることが分かる。また，２．３ＫＷ以上では鉄損改善率は良いが，方向性電磁鋼板の表面コーティング層が蒸発する現象が現れた。したがって，十分な磁区細分化効果を奏する好ましい領域は１．０ＫＷ〜２．２ＫＷの範囲に限定することが好ましい。 FIG. 5 shows the iron loss improvement rate of the grain-oriented electrical steel sheet according to the laser output intensity. The sample used for the test had a magnetic flux density B10 = 1.92 Tesla and iron loss (W17 / 50) = 0.90 watt / kg. The laser used for the test is a CO 2 laser and the laser beam mode is a continuous wave mode. FIG. 5 shows that the iron loss improvement rate is about 10% when the laser output intensity is 1.1 KW or more. Moreover, the iron loss improvement rate is good at 2.3 KW or more, but the phenomenon that the surface coating layer of grain- oriented electrical steel sheet evaporates appeared. Therefore, it is preferable to limit the preferable region exhibiting a sufficient magnetic domain refinement effect to a range of 1.0 KW to 2.2 KW.
本発明の実施例によれば，方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は騷音が少なく，維持補修が極めて簡単で低費用である利点がある。また，方向性電磁鋼板のコーティング層が劣化しないので，再コーティングの必要がない。 According to the embodiment of the present invention, the magnetic domain subdividing apparatus for grain- oriented electrical steel sheets has the advantages of low noise, extremely simple maintenance and low cost. In addition, there is no need for re-coating because the coating layer of grain-oriented electrical steel does not deteriorate.
Claims (6)
前記レーザー発光部から伝送された前記円形レーザービームを受けて前記円形レーザービームの直径と同一長さの長軸と前記直径よりも小さな短軸を持つ第１楕円形レーザービームに変形して伝送するトロイダルミラーと；
前記トロイダルミラーから伝送された前記第１楕円形レーザービームを受けて該第１楕円形レーザービームの伝送方向を変換しながら交互に伝送するスイッチミラーと；
前記スイッチミラーから交互に伝送される前記第１楕円形レーザービームを受けると共にスキャン方向に移動しながら伝送する一対のスキャンミラーと；
前記スキャンミラーから伝送された前記第１楕円形レーザービームを，該第１楕円形レーザービームの楕円の長軸及び短軸よりも短い長軸及び短軸を持つと共に，前記第１楕円形レーザービームの楕円に対し扁平率の大きな楕円形の第２楕円形レーザービームに変形させて長手方向に移動する方向性電磁鋼板に照射するシリンダーミラーと；
前記第２楕円形レーザービームが移動中の前記方向性電磁鋼板の幅方向と平行に照射されるよう，前記シリンダーミラーの長手方向を前記方向性電磁鋼板の幅方向に対し斜めに配置した光学系を含み；
前記一対のスキャンミラーは平面形であって支持部上に接着し，前記支持部の内部には冷却水が通過するように微細な管が形成されており，
前記一対のスキャンミラーのそれぞれの表面には冷却用窒素が噴射されてスキャンミラーを冷却すると共に，ほこり汚染を防止し，
前記レーザービームは連続波モードを持つ二酸化炭素レーザーが使用されることにより，前記方向性電磁鋼板のコーティング被膜の損傷が防止されていることを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。 A laser emitting section for generating a circular laser beam having a predetermined diameter;
Upon receiving the circular laser beam transmitted from the laser emitting unit, the circular laser beam is deformed and transmitted to a first elliptical laser beam having a major axis having the same length as the diameter of the circular laser beam and a minor axis smaller than the diameter. With toroidal mirrors;
A switch mirror that receives the first elliptical laser beam transmitted from the toroidal mirror and alternately transmits the first elliptical laser beam while changing the transmission direction of the first elliptical laser beam;
A pair of scan mirrors that receive the first elliptical laser beam transmitted alternately from the switch mirror and transmit it while moving in the scan direction;
The first elliptical laser beam transmitted from the scan mirror has major and minor axes shorter than the major and minor axes of the ellipse of the first elliptical laser beam, and the first elliptical laser beam A cylinder mirror that irradiates a directional electromagnetic steel sheet that is deformed into an elliptical second elliptical laser beam having a large aspect ratio with respect to the ellipse and moves in the longitudinal direction ;
An optical system in which the longitudinal direction of the cylinder mirror is arranged obliquely with respect to the width direction of the directional electromagnetic steel sheet so that the second elliptical laser beam is irradiated in parallel with the width direction of the moving directional electromagnetic steel sheet the unrealized;
The pair of scan mirrors are flat and are bonded on a support part, and a fine tube is formed inside the support part so that cooling water passes through the pair of scan mirrors.
Cooling nitrogen is sprayed on the surface of each of the pair of scan mirrors to cool the scan mirror and prevent dust contamination,
A magnetic domain subdivision apparatus for a grain-oriented electrical steel sheet, wherein a carbon dioxide laser having a continuous wave mode is used as the laser beam to prevent damage to the coating film of the grain-oriented electrical steel sheet.
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