JP6826606B2 - 方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置 - Google Patents
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Description
方向性電磁鋼板の鉄損を低減するために、鋼板表面に機械的方法やレーザビームを照射して圧延方向に対して垂直方向に磁区を細分化することによって、鉄損を減少させる技術が開示されている。
一時磁区細分化方法は、応力除去焼鈍後に磁区細分化効果を失うという欠点がある。一時磁区細分化方法は、鋼板表面に局部的な圧縮応力部を形成させることによって磁区を細分化させる。しかし、このような方法は、鋼板表面の絶縁コーティング層の損傷を起こすため、再コーティングが要求され、最終製品でない中間工程で磁区細分化処理をすることから、製造費用が高いという欠点がある。
前記磁区細分化方法は、鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御段階を更に含んでもよい。
前記後処理段階は、ブラシロールで鋼板表面に付いたヒルアップ及びスパッタを除去するブラシ段階を含むことができる。
前記張力制御段階は、テンションブライドルロール(Tension Bridle Roll)によって鋼板に張力を印加する鋼板張力印加段階と、鋼板張力印加段階を行った鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定段階と、鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力に基づき、テンションブライドルロールの速度を調整して鋼板の張力を制御する鋼板張力制御段階と、を含むことができる。
前記レーザ照射段階において、レーザ発振器は、ガウシアンエネルギー分布(Gaussian energy distribution)連続波レーザビームを発振することができる。
前記レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階を更に含んでもよい。
前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射することができる。
前記レーザ照射段階は、レーザビームの散乱光及び熱が、レーザ照射設備の光学系に流入するのを遮断する遮断段階を更に含んでもよい。
前記集塵段階は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するための噴射段階を含むことができる。
前記磁区細分化装置は、鋼板が平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備を更に含んでもよい。
前記後処理設備は、レーザルームの後段に配置され、鋼板表面のヒルアップ及びスパッタを除去するブラシロールを含むことができる。
前記光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザ照射線の間隔を圧延方向に沿って2〜30mmに調整することができる。
前記レーザ照射設備は、レーザ散乱光及び熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部を更に含んでもよい。
前記溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフと、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フードと、を含むことができる。
また、磁区細分化効率を高め、作業性を改善して磁区細分化処理能力を増大させることができる。
また、レーザ照射により形成されたヒルアップとスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高めることができる。
更に、工程に必要な最適な動作環境を提供することによって、高品質の製品を大量に生産することができる。
図1は、本実施例による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置を概略的に示しており、図2は、本実施例により磁区細分化処理された鋼板を示している。以下の説明において、圧延方向又は鋼板の移動方向は、図2におけるx軸方向を意味し、幅方向は、圧延方向に直角の方向で図2におけるy軸方向を意味し、幅は、y軸方向に対する鋼板の長さを意味する。図2において、図面符号31は、レーザビームによって溝状に凹まれて鋼板1表面に連続的に形成された照射線を指し示す。
本実施例の磁区細分化装置は、鋼板1を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルーム20と、を含むことができる。
更に、磁区細分化装置は、鋼板1が傾くことなく平らに展開された状態に保持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備を更に含んでもよい。
ヒルアップ(hill up)は、鋼板表面にレーザビームを照射して溝を形成する時に、鋼板の溝部位の両側に溶融した鉄が一定の高さ以上に盛り上がって形成される部分を意味する。スパッタ(spatter)は、レーザビーム照射時に発生して鋼板表面に凝固した溶融鉄を意味する。
蛇行測定センサ4は、ステアリングロール2Bの後段に配置され、ステアリングロールを通過する鋼板の実際の蛇行量をリアルタイムで検出する。
蛇行制御設備は、レーザ照射による鋼板表面の溝形成前工程において、蛇行測定センサ4によって鋼板の蛇行量が測定される。蛇行測定センサ4によって測定された値は、鋼板中央位置制御系に出力され、鋼板中央位置制御系は、蛇行測定センサの出力値を演算して、演算された蛇行程度に応じてステアリングロール2A、2Bの軸を回転及び移動させる。このように、ステアリングロール2A、2Bが回転及び移動されることによって、ステアリングロールに巻かれて移動する鋼板の動く方向が調整される。これにより、鋼板の蛇行量が制御され、鋼板1の蛇行量を±1mm以内に制御することができる。
本実施例において、鋼板の張力は、レーザ照射設備のレーザ照射位置における鋼板表面の形状を平らにしつつ、過度な張力によって鋼板の破断が発生しないように設定される。
本実施例において、レーザルーム20の内部には、レーザ照射設備の直下に鋼板支持ロール9が配置され、鋼板支持ロールを挟んで両側にそれぞれデフレクタロール(Deflector Roll)8A、8Bが配置される。
レーザ照射設備は、レーザ発振器制御器13と、連続波レーザビーム16を発振するレーザ発振器14と、光学系15と、を含むことができる。
シャッタ38は、モジュールプレート37の下部に設けられ、モジュールプレート37を開閉する。シャッタ38は、レーザビームが集光ミラー35から下部に照射される時に開放され、レーザビームと干渉を防止し、レーザビームが照射されない時は閉鎖され、外部のヒュームや異物が光学系15の内部に流入するのを遮断する。
レーザ発振器14と光学系15とは、レーザビームを鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅、及び深さがそれぞれ70μm以内、10μm以内、及び3〜30μmの溝を形成すると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成するように、鋼板の溶融に必要な1.0〜5.0J/mm2の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達することができる。
レーザビームが照射される位置である離隔角度Rが3°より小さい場合には、鋼板から再反射するレーザビームの一部が光学系やレーザ発振器に流入しうる。離隔角度Rが7°を超えると、レーザビームによる溝形成がうまく行われず、溝の形成不良が発生しうる。
溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフ17と、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フード19A、19Bとを含むことができる。エアナイフと集塵フードを介してレーザ照射時に生成されたヒュームが除去され、光学系の内部にヒュームが流入するのを防止することができる。エアナイフ17は、鋼板1の溝内部に一定大きさの圧力Paを有する圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去する。エアナイフ17で、圧縮乾燥空気は0.2kg/cm2以上の圧力Paを有することが好ましい。圧縮乾燥空気の圧力が0.2kg/cm2より小さい場合には、溝内部の溶融鉄の除去が不可能で、鉄損改善効果を確保できないからである。エアナイフによって除去されたヒューム及びスパッタは、レーザ照射位置の前後に配置された集塵フード19A、19Bによって除去される。
レーザルーム20は、内部空間を有するルーム構造物で、内部にはレーザ照射設備と鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部と隔離させ、これらの円滑な駆動のための適切な動作環境を提供する。
このように、レーザルーム20の内部空間は、作業環境に適した温度と湿度に維持され続けて、鋼板に対して最適な状態で磁区細分化工程を遂行できるようにする。従って、工程に必要な最適な動作環境下で高品質の製品を大量に生産することができる。
ヒルアップ及びスパッタは、製品の絶縁性と占積率低下の原因になるので、後処理設備により完全に除去することによって、製品の品質を高めることができる。
連続的に移送される鋼板は、蛇行制御設備と張力制御設備とを経てレーザルームの内部に進入して2m/sec以上の速度で進行し、磁区細分化処理される。レーザルームの内部に進入した鋼板は、レーザ照射設備により永久磁区細分化処理された後、レーザルームの外部に引き出される。レーザルームの外部に引き出された鋼板は、後処理設備を経て表面に残存するヒルアップ及びスパッタなどが除去され、後工程に送られる。
レーザルームは、内部を外部と隔離して外部汚染物質の流入を遮断し、レーザルームの内部温度、圧力、及び湿度を磁区細分化形成のための動作環境に合わせて制御する。
このように、レーザルームによってレーザビーム照射のための最適な環境が提供され、鋼板は、蛇行制御設備、張力制御設備、そして鋼板支持ロール位置調節設備を経て、レーザの照射位置に正確に位置される。
蛇行測定センサは、鋼板の蛇行量を持続的に検出し、鋼板が蛇行すると、蛇行測定センサで検出された信号を演算して、鋼板中央位置制御系がステアリングロールの軸を回転及び移動させて鋼板を正位置に移動させる。このように鋼板の位置に応じて持続的にステアリングロールを制御することによって、鋼板を引き続き生産ラインの中央を外れることなく連続的に移動させることができる。
鋼板支持ロールは、鋼板を上下に移動させてレーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。
光学系は、レーザビームの方向を切り替えて鋼板の表面にレーザを照射することによって、鋼板表面に連続的に溶融溝を形成して磁区細分化処理する。
光学系は、レーザの走査速度を制御する機能があり、圧延方向に対してレーザ照射線の間隔を調整することができる。
レーザルームから排出された鋼板は、後処理過程を経て、鋼板表面に付着したヒルアップ及びスパッタを除去する過程を経る。
ブラシロールを経た鋼板は、二次的に清浄ユニットを経て、鋼板とアルカリ溶液との電気分解反応により残存するヒルアップ及びスパッタが最終的に除去される。清浄ユニットを経てヒルアップとスパッタが除去された鋼板は、後工程に移送される。
Claims (22)
- 鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、
レーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、
前記レーザビームを照射するレーザルーム内部の動作環境を設定し維持する設定維持段階と、を含み、
前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する前記鋼板の表面に対して、前記レーザビームの照射方向が、前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂部を通る際のレーザビームの照射位置を基準点とし、前記基準点に対して前記鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って3〜7°離隔した範囲に、前記レーザビームを照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。 - 前記鋼板が左右に偏ることなく生産ラインの中央に沿って移動するようにする蛇行制御段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記鋼板を平らに展開された状態で維持するように、前記鋼板に張力を付与する張力制御段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記設定維持段階は、前記レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する遮断段階と、前記レーザルームの内部温度、圧力、及び湿度を制御する段階と、を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記レーザ照射段階を経て前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ(hill up)及びスパッタ(spatter)を除去するための後処理段階を更に含むことを特徴とする請求項4に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記後処理段階は、ブラシロールで前記鋼板の表面に形成された前記ヒルアップ及びスパッタを除去するブラシ段階を含むことを特徴とする請求項5に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記後処理段階は、前記鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて前記鋼板の表面に残存する前記ヒルアップ及びスパッタを追加除去する清浄段階と、前記清浄段階で前記鋼板から除去され、前記アルカリ溶液内に含まれている異物を前記アルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング段階と、を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記レーザ照射段階は、前記鋼板の表面に照射される前記レーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階を更に含むことを特徴とする請求項4に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記角度変換段階は、前記鋼板の幅方向に対して前記レーザビームの照射線の角度を±4°の範囲で変換することを特徴とする請求項8に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記レーザ照射段階は、レーザビーム照射時に発生したヒューム(fume)を遮断する遮断段階と、前記鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して前記溝内部に残存する溶融鉄を除去するための噴射段階と、前記ヒューム及び前記溶融鉄を吸入して除去する集塵段階と、を含むことを特徴とする請求項4に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 前記レーザ照射段階は、前記レーザビームの散乱光と熱とがレーザ照射設備の光学系に流入するのを遮断する前記遮断段階を含むことを特徴とする請求項4に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
- 鋼板を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、
前記鋼板支持ロール位置調節設備及び前記レーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームと、を含み、
前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する前記鋼板の表面に対して、前記レーザビームの照射方向が、前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂部を通る際のレーザビームの照射位置を基準点とし、前記基準点に対して前記鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って3〜7°離隔した範囲に、前記レーザビームを照射する設備であることを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。 - 前記鋼板が左右に偏ることなく生産ラインの中央に沿って移動するようにする蛇行制御設備を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記鋼板を平らに展開された状態で維持するように、鋼板に張力を付与する張力制御設備を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記レーザルームは、前記レーザ照射設備及び鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部と隔離させるように内部空間が形成され、前記鋼板の進行方向に沿って両側面には入口及び出口が形成され、内部は前記レーザルームの内部圧力を外部より高めるための陽圧装置、前記レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を前記鋼板の通る下部空間と分離させる光学系下部フレーム、及び前記レーザルームの内部温度と湿度とを制御する恒温恒湿制御器を含むことを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ(hill up)及びスパッタ(spatter)を除去するための後処理設備を更に含むことを特徴とする請求項15に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記後処理設備は、前記レーザルームの後段に配置され、前記ヒルアップ及びスパッタを除去するブラシロールを含むことを特徴とする請求項16に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記後処理設備は、前記ブラシロールの後段に配置され、前記鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて前記鋼板の表面に残存するヒルアップ及びスパッタを追加除去する清浄ユニットと、前記清浄ユニットに連結され、前記清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物を前記アルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部と、を更に含むことを特徴とする請求項17に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記光学系は、駆動部によって回転可能な構造からなり、前記鋼板に対して回転して、前記鋼板の幅方向に対して前記レーザビームの照射線の角度を変換する構造であることを特徴とする請求項15に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記レーザ照射設備は、前記鋼板に前記レーザビームの照射により生成されたヒューム及びスパッタを除去するための溶融鉄除去設備を含むことを特徴とする請求項15に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記レーザ照射設備は、レーザ反射光と散乱光とが前記光学系に流入するのを遮断する遮蔽部を含むことを特徴とする請求項15に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
- 前記レーザ照射設備は、前記鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して前記溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフと、ヒュームと前記融鉄を吸入して除去する集塵フードと、を含むことを特徴とする請求項15に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
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