KR100311802B1

KR100311802B1 - 무기질 절연코팅용액의 코팅방법

Info

Publication number: KR100311802B1
Application number: KR1019970073557A
Authority: KR
Inventors: 박순복
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2001-11-15
Also published as: KR19990053854A

Abstract

본 발명은 강판 스트립의 표면에 절연코팅용액을 코팅하는 방법에 관한 것이며; 그 목적은 1/2 역방향 3롤 타입의 코터에 의해 강판 스트립에 무기질절연코팅용액을 코팅하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 1/2 역방향코팅장치(100)를 이용하여 스트립(15)의 표면에 도포하는 무기질절연코팅용액의 코팅방법에 있어서, 상기 무기질절연코팅용액은 비중이 1.38~1.39이고, 점도가 5~6cps이며, 그 온도가 30~35℃ 의 범위인 용액을 사용하고; 상기 상하부절연코터롤의 주속비는 상하픽업롤(13)(23)의 경우 60~65%, 상하두께조절롤(14)(24)의 경우 80~90%, 상하도포롤(16)(26)의 경우 110~115%의 범위로 설정하고; 상기 상하부도포롤(16)(26)의 중심거리 간의 편차를 22.8~23mm의 범위로 유지하고; 그리고 상기 인입 스트립(15)의 강판온도는 35~40℃의 범위로 하여 스트립의 인입각(θ)을 4.0~4.76。 로 유지한 상태에서 스트립의 표면에 무기질절연코팅용액을 도포하는 무기질절연코팅용액의 코팅방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

무기질절연코팅용액의 코팅방법

본 발명은 강판 스트립의 표면에 절연코팅용액을 코팅하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3롤 타입의 코터에 의해 강판 스트립에 무기질절연코팅용액을 코팅하는 방법에 관한 것이다.

보통 무방향성 전기강판은 약 0.5mm 두께의 박판 스트립으로 냉각압연후 탈탄과 소둔이 끝난 박판의 용도에 따라 내식성 및 와전류손실(eddy current loss) 방지를 목적으로 유기질 또는 무기질, 또는 유무기질 복합코팅용액으로 절연코팅처리한 다음, 코어등과 같은 형태로 타발하여 사용하므로써 절연코팅에 따른 박판 스트립 표면의 절연성과 내식성을 향상시키게 된다.

무방향성 전기강판과 같은 스트립상의 절연코팅은 도1과 같은 3롤 타입의 코팅장치(3 roll-type coater)(100)를 사용한다. 절연코팅장치(100)은 도1과 같이, 상부용액저장팬(12)에 저장된 절연코팅용액(11)을 픽업하는 상부픽업롤(13), 상부두께조절롤(14), 상부도포롤(16)을 포함하는 상부절연코터롤(10)과 하부용액저장팬(22)에 저장된 절연코팅용액(21)을 픽업하는 하부픽업롤(23), 하부두께조절롤(24), 하부도포롤(26)을 포함하는 하부절연코터롤(20)이 코터스탠드(coater stand)(9)에 설치되어 구성된다. 도2에는 이러한 절연코터롤(10)(20)의 상세한 구성을 보이고 있다. 상부절연코터롤(10)의 상부픽업롤(13)은 상부용액저장팬(12)의 용액을 픽업하며, 픽업된 용액은 상부두께조절롤(14)에 전달되어 용액의 두께를 조절된다. 또 상부두께조절롤(14)의 용액은 도포롤(16)에 의해 전달되어 용액을 스트립(15)의 표면에 도포시켜 준다. 하부절연코터롤(20)의 경우 상기 상부절연코터롤(10)과 대칭을 이루며 각각 동일한 역할을 한다. 스트립(15)은 지지롤(6)과 일정한 각도(θ)를 이루며 상기 상하도포롤(16)(26) 사이에 인입되어 코팅된 다음, 코팅된 스트립(15)은 바로 건조로(200)에서 건조가 행해진다.

이러한 3롤 타입의 코팅장치를 이용한 스트립의 절연코팅은 보통 4가지로 대별될 수 있다. 우선, 도3 내지 도6에 도시된 바와 같이, 용액저장팬(12)내의 용액이 픽업롤(13)에 묻어 두께조절롤(14)과의 사이에 고였다가 픽업롤(13)과 두께조절롤(14)을 통과하게 되는데, 이때 통과한 용액을 1로 보았을 때 픽업롤(13)의 회전방향과 두께조절롤(14)의 회전방향이 서로 다르면 두께조절롤(14)에는 1/2 의 용액이 전달된다. 또한, 도3과 도4와 같이, 두께조절롤(14)의 회전방향과 도포롤(16)의 회전방향이 동일하면 도포롤(16)에 묻어 나오는 용액은 전부 도포롤(16)에 전달되어 1/2의 용액이 전달된다. 반면 도5와 도6과 같이, 두께조절롤(14)의 회전방향과 도포롤(16)의 회전방향이 반대방향이면 도포롤(16)에 전달되는 용액은 1/4 이 전달된다. 또한, 스트립에 1/2의 용액이 도포되는 경우 도3과 같이, 스트립(15)과 도포롤(16)이 접촉할 때 스트립(15)의 진행방향과 도포롤(16)의 회전방향이 동일하면 정방향 코팅(forward coating)이라 하고, 도4와 같이 반대이면 역방향 코팅(reverse coating)으로 구분된다. 도5는 정방향 코팅방법을, 그리고 도6은 역방향 코팅방법을 보이고 있다. 따라서, 절연코터의 코팅방법은 롤의 구동방향에 따라 1/2 정방향(도2), 1/2 역방향 코팅(도3)과 1/4 정방향(도4), 1/4 역방향 코팅(도5)으로 대별된다.

종래에는 저급재 무방향성 전기강판의 경우 유무기질 복합코팅용액을 이용하여 도3과 같은 1/2 역방향 코팅을 주로 이용하였다. 표1에는 저급재에 도포되는 유무기질 복합코팅용액을 보이고 있다. 표1과 같이 저급재에 도포되는 유무기질 복합코팅용액은 유기질과 무기질이 혼합되어 있기 때문에 이를 안정화시키기 위해 계면활성제가 첨가되는 것이 보통이다.

화학성분(중량%)	물리 화학적 특성	비고
칼슘크로메이트	클로이달실리카	비고	수지	EG	비중	점도(cps)	pH
42.0	23.2	30.0	4.8	1.21~1.22	5~8	5~7	C-6용액

그러나, 유무기질 복합코팅용액은 계면활성제가 안정화되지 못하여 물결무늬를 발생시켜 코팅표면이 거칠어 점적율이 떨어지고 거품이 대량으로 생성되는 것으로 알려져 있다. 거품은 계면활성화제의 불안정과 클로이달 실리카(colloidal silica) 작용에 의한 것으로 추정되며 코터롤의 주속비, 낙차에 의해 거품형성의 간접 요인이된다. 구체적으로 용액거품으로 인한 문제점으로는 도2와 같은 1/2역방향 코팅을 예로들면, 코팅용액이 저장팬(12)에 넘쳐 스트립(15)에 낙하되어 스트립(15)상에 과피막을 형성하거나 작은 거품들은 픽업롤(13)에 묻어 회전하여 두께조절롤(14)을 통과하면서 기포가 터져 두께조절롤(14)의 표면에 줄무늬를 형성하고, 이로 인해 도포롤(16)과 스트립(15)의 코팅면에 작은 줄무늬를 남기므로써 강판의 외관품질에 악영향을 미치게 된다. 또한, 코팅후 건조시 48시간이상 경과하면 점도상승으로 평활성이 악화되는 양면성을 갖고 있으며, 품질면에서 특히 내식성과 절연치가 떨어지는 결점을 일으킨다.

따라서, 최근 무방향성 전기강판, 특히 고급재 무방향성 전기강판의 코팅에 있어서는 용액거품발생이 없는 무기질절연코팅용액을 주로 사용하며 도6과 같은 1/4 역방향 코팅을 행하고 있다. 무기질절연코팅용액의 대표적인 예로서, 중량%로, H₃PO₄: 57~69%, Al(OH)₃: 9~21%, H₃BO₃: 2~5%, 정수: 11~23%로 조성되는 Al인산염: 44~55%와 CrO₃: 25~35%, Mg(OH)₂: 15~25%, 정수: 44~54%로 조성되는 Mg크로메이트용액: 14~24%와 80% 이상함유 콜로이달규산: 26~36%를 혼합한 무기질절연코팅용액을 들 수 있다. 무방향성 전기강판의 절연코팅시 무기질절연코팅용액을 사용하는 경우 유무기질 복합코팅용액의 경우와는 달리 용액거품으로 인한 문제는 없으나 1/4 역방향 코팅의 경우 그 코팅층의 두께가 적어 내식성뿐만아니라 절연성이 다소 떨어지는 경향이 있다. 이러한 문제로 현재 1/2 역방향 코팅에 의한 무기질절연용액을 사용한 코팅이 개발중에 있으나 기존의 1/4 역방향 코팅 조업조건과 유사한 조건을 그대로 사용하기 때문에 아직까지도 코팅작업성뿐만아니라 코팅층의 내식성 및 절연성이 확보되지 못하고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 무기질절연코팅용액의 조건과 코팅조업조건을 적절히 조절하므로써 무기질절연코팅용액을 이용하여 1/2 역방향 코팅 조업의 실용화할 수 있는 무기질절연코팅용액의 코팅방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반 3롤 타입의 코팅장치의 전체구성도

도2는 도1의 상하부코팅롤의 상세도

도3 내지 도6은 여러 가지 형식의 코팅방식을 설명하기 위한 코팅롤의 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

6 ...... 지지롤 8 ....... 도포롤 간의 편차

9 ...... 코터스탠드 10, 20 ...... 상하부절연코터롤

11, 21 ...... 절연코팅용액 12, 22 ...... 용액저장팬

13, 23 ...... 픽업롤 14, 24 ...... 두께조절롤

15 .......... 스트립 16, 26 ......도포롤

상기 목적달성을 위한 본 발명은 상부용액저장팬에 저장된 무기질절연코팅용액을 픽업하는 상부픽업롤, 상부두께조절롤, 상부도포롤을 포함하는 상부절연코터롤과 하부용액저장팬에 저장된 무기질절연코팅용액을 픽업하는 하부픽업롤, 하부두께조절롤, 하부도포롤을 포함하는 하부절연코터롤을 갖는 무기질절연코팅장치를 이용하여 상하부픽업롤을 서로 다른 방향으로 회전시켜 용액저장팬내의 무기질절연코팅용액을 상하부두께조절롤로 각각 픽업시키고, 상하부두께조절롤을 각각 상기 상하부픽업롤의 회전방향과 반대방향으로 회전시켜 픽업된 용액을 상하부도포롤로 전달하고, 상하부도포롤을 각각 상하부두께조절롤의 회전방향과 같은방향으로 회전시켜 전달된 무기질절연코팅용액을 상하부도포롤 사이로 인입되는 스트립의 표면에 도포하는 무기질절연코팅용액의 코팅방법에 있어서,

상기 무기질절연코팅용액은 비중이 1.38~1.39이고, 점도가 5~6cps이며, 그 온도가 30~35℃ 의 범위인 용액을 사용하고; 상기 상하부절연코터롤의 주속비는 상하픽업롤(13)(23)의 경우 60~65%, 상하두께조절롤(14)(24)의 경우 80~90%, 상하도포롤(16)(26)의 경우 110~115%의 범위로 설정하고; 상기 상하부도포롤(16)(26)의 중심거리 간의 편차를 22.8~23mm의 범위로 유지하고; 그리고 상기 인입 스트립(15)의 강판온도는 35~40℃의 범위로 하여 스트립의 인입각(θ)을 4.0~4.76。 로 유지한 상태에서 스트립의 표면에 무기질절연코팅용액을 도포하는 무기질절연코팅용액의 코팅방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은 도2 또는 도3과 같은 1/2 역방향 코팅장치에 적용된다. 이러한 1/2 역방향 코팅장치는 도2와 같이, 크게 상부절연코터롤(10)과 하부절연코터롤(20)을 갖는 무기질절연코팅장치(100)로 구성된다.

상부절연코터롤(10)은 상부용액저장팬(12)에 저장된 무기질절연코팅용액(11)을 픽업하는 상부픽업롤(13), 픽업된 용액의 양을 조절하여 용액을 도포롤(16)에 전달하는 상부두께조절롤(14), 및 전달된 용액을 스트립(15)의 표면에 도포하는 상부도포롤(16)을 포함한다.

또한, 하부절연코터롤(20)은 하부용액저장팬(22)에 저장된 무기질절연코팅용액(21)을 픽업하는 하부픽업롤(23), 픽업된 용액의 양을 조절하여 하부도포롤(26)에 전달하는 하부두께조절롤(24), 및 전달된 용액을 스트립(15)의 표면에 도포하는 하부도포롤(26)을 포함한다.

1/2 역방향 코팅장치의 특징은 각 롤의 회전방향에 있다. 즉, 1/2 역방향 코팅장치는 상하부픽업롤(13)(23)을 서로 다른 방향으로 회전시켜 용액저장팬내의 무기질절연코팅용액을 상하부두께조절롤(14)(24)로 각각 픽업시키고, 상하부두께조절롤(14)(24)을 각각 상기 상하부픽업롤(13)(23)의 회전방향과 반대방향으로 회전시켜 픽업된 용액을 상하부도포롤(16)(26)로 전달하고, 상하부도포롤(16)(26)을 각각 상하부두께조절롤(14)(24)의 회전방향과 같은방향으로 회전시켜 전달된 무기질절연코팅용액을 상하부도포롤(16)(26) 사이로 인입되는 스트립의 표면에 도포하도록 구성된다.

이하, 이같은 1/2 역방향 코팅장치를 이용한 본 발명의 무기질절연코팅용액의 적절한 코팅조건에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 부합되는 무기질절연코팅용액은 비중이 1.38~1.39이고, 점도가 5~6cps이며, 그 온도가 30~35℃ 의 범위인 용액이면 바람직하다.

상기 용액의 비중이 1.38미만으로 되거나 점도가 5cps미만으로 되면 코팅시 코팅두께가 얇아 얇은 피막이 되어 코팅층의 절연성이 저하되는 문제가 있다. 또한 용액의 비중이 1.39초과하거나 점도가 6cps를 초과하게 되면 뻑뻑해진 무기질절연코팅용액으로 인해 스트립(15)의 중앙에서 양단부측으로 물결무늬 모양이 주기적으로 나타나는 코팅두께 과다현상이 초래되어 바람직하지 않다.

또한 무기질절연코팅용액의 온도를 30℃미만으로 유지하면 용액이 뻑뻑해지며, 용액의 온도가 35℃을 초과하게 되면 용액의 점도가 떨어져 바람직하지 않다.

상기 상하부절연코터롤(10)(20)의 주속비는 상하픽업롤(13)(23)의 경우 60~65%, 상하두께조절롤(14)(24)의 경우 80~90%, 상하도포롤(16)(26)의 경우 110~115%의 범위로 설정함이 바람직하다.

만일 상하픽업롤(13)(23)의 주속비를 60%미만으로 하는 경우 픽업되는 용액의 양이 부족하여 얇은 피막이 발생되거나 코터롤의 떨림현상이 생겨 바람직하지 못하다. 반면 상하픽업롤(13)(23)의 주속비가 65%를 초과하면 과다하게 픽업되는 코팅용액으로 인해 코팅두께가 두껍게 도포되는 결점이 있다.

또한, 상하두께조절롤(14)(24)의 주속비를 80%미만으로 하면 도포롤(16)(26)에 전달되는 용액의 양이 부족하여 얇은 피막이 형성되어 절연치가 낮게 나온다. 반면 상하두께조절롤(14)(24)의 주속비가 90% 를 초과하면 도포롤(16)(26)에 전달되는 무기질절연코팅용액이 과다하여 너무 두꺼운 피막이 발생되어 균일한 도포가 코팅이 곤란하다.

또한, 상하도포롤(16)(26)의 주속비가 110%미만으로 유지되면 코터롤의 떨림현상이 발생되거나 얇은 코팅층이 형성되어 절연성이 저하된다. 반면 상하도포롤(16)(26)의 주속비가 115%를 초과시키면 미려한 코팅롤 표면이 조기 훼손되어 롤의 수명이 단축되는 단점이 있다.

한편, 도2와 같이 상기 상하부도포롤(16)(26)의 중심거리 간의 편차(8)는 22.8~23mm의 범위로 유지함이 바람직한데, 그 이유는 상기 편차를 22.8mm미만으로 하면 하부도포롤(26)에 가해지는 압하력이 과다하여 롤 떨림현상이 발생되며, 스트립(15)의 하부에 횡방향으로 롤 떨림무늬가 형성되고, 상기 편차가 23mm를 초과하면 코팅후 스트립(15)이 폭방향으로 휘게되는 "L" 반곡현상이 초래되기 때문이다.

또한 상기 인입 스트립(15)의 강판온도는 35~40℃의 범위로 함이 바람직하다. 스트립(15)의 인입온도가 35℃미만으로 되면 냉각시에 무기질절연코팅용액과의 반응력이 현저하게 저하되며, 스트립(15)이 건조로(200)에 진입시 온도편차로 스트립(15)의 표면에 미세한 물방울의 형성으로 코팅층이 박리되는 요인이 될 수 있다. 반면 스트립의 온도가 40℃를 초과하면 코팅용액이 도포되는 순간 동시에 급속한 수분증발을 초래하게 되고 코팅용액의 점도상승을 가져와 표면에 도포되는 코팅용액에 피막의 박리가 진행하여 표면이 거칠어지는 단점이 있다.

그리고, 상기 스트립과 지지롤(6)과 이루는 인입각(θ)을 4.0~4.76。 로 유지한 상태에서 코팅작업을 실시함이 바람직한데, 그 이유는 상기 인입각이 4.0。 보다 적으면 하부도포롤(26)에서 횡방향으로 "L" 반곡이 발생되고, 4.76。보다 크면 하부도포롤(26)에 의해 스트립의 폭방향으로 "L" 반곡이 발생되어 바람직하지 않기 때문이다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.

[실시예]

두께 약 0.5mm인 무방향성 전기강판 스트립에 대해 도2와 같은 1/2 역방향 코팅장치를 이용하여 절연코팅을 실시하였다. 이때 절연코팅용액은 비교예의 경우 유기질용액을 , 그리고 발명예의 경우 무기질용액을 사용하였으며, 각각의 용액조건은 표2와 같았다. 또한, 상기 1/2 역방향 코팅장치의 각 롤의 주속비, 도포롤간의 편차와 스트립의 인입각은 표3과 같았다.

구분	성분	온도(℃)	비중	점도(cps)
비교용액	유기질	5	1.4	12~14
발명용액	무기질	30	1.38	5

실시예	스트립조건	도포롤간의 편심(mm)	주속비(%)
실시예	인입각(。)	도포롤간의 편심(mm)	온도(℃)	픽업롤	두께조절롤	도포롤
비교예	4	10	20	50	100	100
발명예	4.7	35	22.8	115	90	65

이같은 코팅조건에서 절연코팅을 실시한 강판에서 시편을 채취하여 각각의 특성을 비교하여 그 결과를 표4에 나타내었다.

실시예	코팅층두께(mm)	절연치(Amps)	광택도	외관품질	"L"반곡정도	피막의 박리정도	표면조도(㎛)
실시예	코팅층두께(mm)	절연치(Amps)	광택도	외관품질	"L"반곡정도	피막의 박리정도	SAR전	SAR후
비교예	0.09	0.82	양호	폭방향줄무늬발생	없음	약간발생	0.45	0.46
발명예	0.07	0.75	매우양호	양호	없음	없음	0.39	0.41

표4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우 비교예보다 무방향성 박판 표면에 좀더 치밀한 코팅층이 형성되어 조도가 향상되었음을 알 수 있었다. 그리고, 피막의 광택도, 외관품질의 품질은 물론 절연성과 내박리정도도 극히 양호함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 무기질절연코팅용액의 조건과 코팅조업조건을 최적으로 조절하므로써 기존에는 불가능했던 무기질절연코팅용액을 이용한 1/2 역방향 코팅 조업의 실용화가 가능하며, 또한 이러한 1/2 역방향 코팅에 의한 무기질절연코팅층을 갖는 코팅재는 내식성뿐만아니라 표면품질, 그리고 절연성이 매우 우수한 효과가 있다.

Claims

상부용액저장팬에 저장된 무기질절연코팅용액을 픽업하는 상부픽업롤(13), 상부두께조절롤(14), 상부도포롤(16)을 포함하는 상부절연코터롤(10)과 하부용액저장팬에 저장된 무기질절연코팅용액을 픽업하는 하부픽업롤(23), 하부두께조절롤(24), 하부도포롤(26)을 포함하는 하부절연코터롤(20)을 갖는 무기질절연코팅장치(100)를 이용하여 상하부픽업롤(13)(23)을 서로 다른 방향으로 회전시켜 용액저장팬내의 무기질절연코팅용액을 상하부두께조절롤(14)(24)로 각각 픽업시키고, 상하부두께조절롤(14)(24)을 각각 상기 상하부픽업롤(13)(23)의 회전방향과 반대방향으로 회전시켜 픽업된 용액을 상하부도포롤(16)(26)로 전달하고, 상하부도포롤(16)(26)을 각각 상하부두께조절롤(14)(24)의 회전방향과 같은방향으로 회전시켜 전달된 무기질절연코팅용액을 상하부도포롤(16)(26) 사이로 인입되는 스트립의 표면에 도포하는 무기질절연코팅용액의 코팅방법에 있어서,

상기 무기질절연코팅용액은 비중이 1.38~1.39이고, 점도가 5~6cps이며, 그 온도가 30~35℃ 의 범위인 용액을 사용하고; 상기 상하부절연코터롤의 주속비는 상하픽업롤(13)(23)의 경우 60~65%, 상하두께조절롤(14)(24)의 경우 80~90%, 상하도포롤(16)(26)의 경우 110~115%의 범위로 설정하고; 상기 상하부도포롤(16)(26)의 중심거리 간의 편차를 22.8~23mm의 범위로 유지하고; 그리고 상기 인입 스트립(15)의 강판온도는 35~40℃의 범위로 하여 스트립의 인입각(θ)을 4.0~4.76。 로 유지한 상태에서 스트립의 표면에 무기질절연코팅용액을 도포함을 특징으로 하는 무기질절연코팅용액의 코팅방법