KR100332898B1 - Method for manufacturing soft magnetic core including steelmaking dust - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연자성 소결코아의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 순철분말에 제철소 분진을 첨가하여 분말야금법으로 소결코아를 제조함으로써 순철 소결코아와 비교하여 동등 수준 이상의 자기적 특성을 가지는 제철소 분진함유 연자성 소결코아의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing soft magnetic sintered core, and more particularly, by adding steel mill dust to pure iron powder to produce sintered core by powder metallurgy, which has magnetic properties equivalent to or higher than that of pure iron sintered core. It relates to a method for producing a soft magnetic sintered core containing dust in steelworks.
최근 OA, 컴퓨터 관련분야 및 더 나아가 기계산업분야의 메카트로닉스화에 동반하여, 전자·전기·기계부품의 코아로서 고주파용 응용부품의 소재가 아닌ARS(Anti-Lock Brake System) 등의 감지시스템, DC 모터의 고정자, 솔레노이드의 플런저(Solenoid Plunger) 및 프린터 헤드(Printer-Head)등과 같은 부품의 소재로 소형 및 고성능의 특성을 가짐과 동시에 복잡한 최종부품의 형상을 가진 코아에 대한 수요가 급속히 증대되고 있다. 이와 같은 수요를 만족시키기 위하여 Fe계, Fe-Ni계와 같이 연자기 특성이 우수한 재료를 분말 야금법으로 최종 부품의 형상 혹은 그것에 가까운 형상으로 제조함으로써 재료의 손실을 최소화하고 생산 효율이 우수한 자성코아를 제작하고자 하는 연구가 진행되어 왔다.Along with the recent mechatronics of OA, computer-related fields, and even the mechanical industry, cores of electronic, electrical and mechanical parts, detection systems such as ARS (Anti-Lock Brake System), which are not materials for high-frequency application parts, DC Materials such as motor stators, solenoid plungers, and printer heads are rapidly increasing in demand for cores with small and high performance characteristics and complex end parts. . In order to satisfy such demands, magnetic cores with excellent soft magnetic properties, such as Fe-based and Fe-Ni-based materials, are manufactured in powder metallurgy to the shape of the final part or the shape close to it, minimizing material loss and having excellent production efficiency. Research has been underway to produce.
그러나, 일반적으로 소결재는 원료가 분말이라는 특성상 밀도 증가가 어렵고, 특히 용제재에 비하여 상당히 열악한 자기적특성을 나타낸 다는 것은 주지의 사실이다. 따라서, 보다 높은 소결밀도와 그에 따른 양호한 자기특성을 발현시키기 위한 노력(일본공개특허공보 (소) 52-32809, (소) 62-103343, (평) 2-57615)이 경주되어 왔다.However, in general, it is well known that sintered material is difficult to increase the density due to the nature of the raw material is a powder, and in particular, exhibits significantly poor magnetic properties compared to the solvent material. Therefore, efforts to express higher sintered densities and thus good magnetic properties (Japanese Patent Laid-Open No. 52-32809, Japanese Laid-Open No. 62-103343, and 2-57615) have been raced.
한편, 제선 및 제강설비를 갖춘 일관제철소에서는 발생공정에 따라 물리화학적 특성의 상이한 막대한 량의 분진의 발생하고 있다.On the other hand, in integrated steelworks with steelmaking and steelmaking facilities, a huge amount of dust of different physicochemical properties is generated depending on the generation process.
이렇게 발생되는 분진을 활용 및/또는 폐기처분하기 위해서는 추가적인 부대 설비와 비용을 필요로 하게 된다.The utilization and / or disposal of these dusts will require additional equipment and costs.
또한, 이와 같은 과정에서 어떠한 형태로건 인체에 유해한 중금속 성분의 폐기물이 존재하게 되므로 환경보호적인 측면에서도 문제점이 제기되고 있다.In addition, in such a process there is a problem in terms of environmental protection because there is a waste of heavy metal components harmful to the human body in any form.
이미 언급한 바와 같이, 일반적으로 분말야금법에 의하여 제조한 연자성 소결재료는 불가결하게 내부에 존재하는 기공(pore)으로 인하여 용해로 제조한 재료에 비하여 자기적 특성이 열악하다. 또한, 연자기 특성의 척도가 되는 보자력, 투자율등은 구조 민감성(structure sensitive)으로 인하여 재료의 조성, 구조, 공정 변수의 조그만 차이에도 물성이 심하게 변화함은 물론, 입자의 크기, 소결품의 순도, 성형시 내부응력분포 및 기공율(소결밀도) 등에 크게 영향을 받는다.As already mentioned, in general, the soft magnetic sintered material produced by the powder metallurgy method is inferior in magnetic properties compared to the material produced by melting due to the pores (pore) inherent therein. In addition, the coercive force and permeability, which are the soft magnetic properties, are not only severely changed in physical properties due to structure sensitivity, but also change in physical properties, particle size, purity of sintered products, It is greatly influenced by internal stress distribution and porosity (sinter density) during molding.
따라서, 본 발명자는 제철소분진을 순철에 첨가하여 소결코아를 제조하여도 불순물의 첨가에 의한 자기특성이 저하하는 현상을 방지할 수 있도록 야금학적인 연구와 실험을 한 결과, 제철소 분진을 고부가가치화 함과 동시에 자기특성이 순철 소결코아와 비교하여 동등수준을 가지는 제철소 분진함유 소결코아의 제조방법을 제안하기에 이르렀다.Therefore, the present inventors have conducted metallurgical studies and experiments to prevent the phenomenon of deterioration of magnetic properties due to the addition of impurities even when steelmaking dust is added to pure iron to produce sintered cores. At the same time, a method for producing a sintered core containing dust in steelworks having a magnetic level equivalent to that of a pure iron sintered core has been proposed.
즉, 본 발명의 목적은 제철소 발생분진을 순철에 적정량과 적정입도로 첨가하여 제조방법을 제어함으로써, 순철소결코아와 비교하여 동등수준 이상의 연자기 특성을 가지는 제철소분진 함유 소결코아의 제조방법을 제공하는 데 있다That is, an object of the present invention is to provide a method for producing iron-containing dust containing sintered cores having soft magnetic properties equal to or higher than that of pure iron-sintered cores by controlling the manufacturing method by adding iron-generating dusts to pure iron at an appropriate amount and proper particle size. To have
도 1은 본 발명방법에 의하여 제조된 소결코아의 미세조직 사진1 is a microstructure photograph of the sintered core prepared by the method of the present invention
도 2는 본 발명방법에 의하여 제조된 스테인레스강 제강공정 분진 함유 소결코아에 있어서, 소결온도와 분진 첨가량에 따른 교류자기특성, 소결밀도의 변화를 나타내는 그래프Figure 2 is a graph showing the change of alternating magnetic properties and sintered density according to the sintering temperature and the amount of dust added in the stainless steel dust dust sintered core manufactured by the method of the present invention
도 3은 본 발명방법에 의하여 제조된 제강공정중 레들로공정 분진 함유 소결코아에 있어서, 소결온도와 분진 첨가량에 따른 교류자기특성, 소결밀도의 변화를 나타내는 그래프Figure 3 is a graph showing the alteration of alternating magnetic properties and sintered density according to the sintering temperature and the amount of dust added in the ladle process dust containing sinter core during the steelmaking process produced by the method of the present invention
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연자성 소결코아를 제조하는 방법에 있어서,The present invention for achieving the above object in the method for producing a soft magnetic sintered core,
융점이 1200℃이하이고, 산소를 제외한 금속성분만을 중량비로 환산했을 때 철(Fe)이 12중량%이상 함유된 산화물형태로 존재하는 제철소 분진을 250㎛이하의 입도로 분급하는 단계;Classifying steel mill dust having a melting point of 1200 ° C. or less and oxygen in an oxide form containing 12 wt% or more of iron (Fe) in a weight ratio of only 250 μm or less;
상기 분급된 분진과 입자크기가 44-150㎛인 순철(Fe) 분말을 혼합하는 단계;Mixing pure iron (Fe) powder having a particle size of 44-150 μm with the classified dust;
상기 혼합분말에 0.5-2중량% 범위의 결합제를 첨가한 후 용제로 용해시키고, 이를 혼합하여 건조시키는 단계;Adding a binder in the range of 0.5-2% by weight to the mixed powder, dissolving it in a solvent, and mixing and drying the mixture;
상기 건조된 분말을 8-10ton/㎠의 압력범위로 성형하는 단계; 및Molding the dried powder to a pressure range of 8-10 ton / cm 2; And
상기 성형체를 10-5torr이하의 진공분위기에서 1200-1350℃의 범위로 0.5-3시간 동안 소결하는 단계;를 포함하여 구성하는 제철소 분진 함유 연자성 소결코아의 제조방법에 관한 것이다.And sintering the molded body in a vacuum atmosphere of 10 −5 torr or less for 0.5-3 hours in a range of 1200-1350 ° C., to a method for manufacturing a steelworks dust-containing soft magnetic sintered core.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
우선, 본 발명에 적합한 제철소 분진은 융점이 1200℃이하이고, 산소를 제외한 금속성분만을 중량비로 환산했을 때 철(Fe)이 12중량%이상 함유된 산화물형태로 존재하는 제철소 분진이면 가능하다. 그 이유는, 도 1에 나타난 바와 같이, 순철 분말에 첨가되는 산화물형태의 분진은 철의 융점과 소결온도(1200-1350℃)보다 낮아야 소결공정에서 용융되어 순철소결체 내부의 기공을 일부 채움과 동시에 순철과 반응하지 않고 응고되어 순철과 혼합상태로 존재할 수 있기 때문이다. 즉, 소결시 융점이 낮은 분진이 먼저 용융하고, 액상의 표면장력으로 분진만 합체되어 순철과 물질이동을 하지 않아야 한다. 따라서, 새로운 화합물 혹은 개재물을 생성시키지 않고 단순히 철과 혼합상태로 존재하므로 소결코아의 불순물의 영향을 최소화하고 자속밀도, 투자율, 철손, 보자력 등의 자기특성을 유지할 수가 있다.First, steel mill dust suitable for the present invention may be a steel mill dust having a melting point of 1200 ° C. or less and present in an oxide form containing iron (Fe) by 12% by weight or more when only a metal component excluding oxygen is included in a weight ratio. The reason is that, as shown in Figure 1, the oxide-type dust added to the pure iron powder must be lower than the melting point of the iron and the sintering temperature (1200-1350 ℃) to be melted in the sintering process to partially fill the pores inside the pure iron sintered body This is because it may solidify without reacting with pure iron and exist in a mixed state with pure iron. That is, during sintering, dust having a low melting point should melt first, and only the dust is coalesced by the surface tension of the liquid, so that material movement with pure iron should not be performed. Therefore, since it is simply mixed with iron without generating new compounds or inclusions, the influence of impurities in the sintered core can be minimized and magnetic properties such as magnetic flux density, permeability, iron loss, and coercivity can be maintained.
또한, 철(Fe)이 12중량%이상 함유되어야 하는 이유는, 산화물형태의 분진의 밀도가 너무 작으면 즉, 철의 함량이 12중량% 이하이면 밀도가 순철에 비해 훨씬낮은 분진이 코아중 다량 함유됨을 의미하며, 이는 체적의 증가로 소결체의 밀도가 현저히 감소하는 등 자기적특성이 열악해지기 때문이다. 이를 최대한 억제하기 위하여 산소를 제외한 금속성분만을 중량비로 환산했을 때 분진의 중량은 철(Fe)이 12중량%이상 함유되는 것이 바람직하다.In addition, the reason that the iron (Fe) should be contained more than 12% by weight, if the density of the oxide dust is too small, that is, if the iron content is less than 12% by weight, the dust is much lower than the pure iron in the dust much amount of core This is because the magnetic properties deteriorate, such as the density of the sintered body is significantly reduced by increasing the volume. In order to suppress this as much as possible, it is preferable that the weight of the dust contains 12 wt% or more of iron (Fe) when converting only the metal component excluding oxygen.
본 발명에 적합한 제철소 분진의 대표적인 종류로는 산소를 제외한 금속성 분만을 중량비로 환산했을 때 Fe:40-45중량%, Cr:13-17중량%, Ca:9-12중량%가 주성분이고, 나머지 Cl, Zn, Mn, Cu, Si, Ni, K를 포함하여 구성되는 스테인레스강 제강공정에서 발생하는 분진을 들 수 있다.Representative types of steel mill dust suitable for the present invention are Fe: 40-45% by weight, Cr: 13-17% by weight, Ca: 9-12% by weight in terms of weight ratio of metallic part excluding oxygen, and the rest And dust generated in the stainless steel making process including Cl, Zn, Mn, Cu, Si, Ni, and K.
본 발명에 적합한 제철소 분진의 대표적인 다른 종류로는 산소를 제외한 금속성분만을 중량비로 환산했을 때 Mg:25-30중량%, Ca:22-26중량%, Fe:12-26중량%가 주성분이고, 나머지 Mn, K, Si, Al, P, S, 및 Ti을 포함하여 구성되는 제강공정 중 레들로(Ladle Furnace)공정에서 발생하는 분진을 들 수 있다.As another representative type of steel dust suitable for the present invention, Mg: 25-30% by weight, Ca: 22-26% by weight, Fe: 12-26% by weight when only the metal components excluding oxygen are converted in weight ratio, Dust generated in the ladle furnace process of the steelmaking process including the remaining Mn, K, Si, Al, P, S, and Ti.
상기와 같은 분진들은 제강공정에서 기화된 금속이 로내의 산소와 반응하여 복합산화물 형태된 후 통상 집진기에 의하여 포집되는데, 그 크기는 1㎛ 이하의 평균입경을 가지는 미분이며 경우에 따라 극히 일부이기는 하나 1000㎛이 넘는 것도 발견된다. 이와 같은 분진은 250㎛이하의 체를 사용하여 소결체의 밀도를 작게 하여 소결코아의 자기특성중 자속밀도을 작게 할 가능성이 있기 때문이다.Such dusts are usually collected by a dust collector after the vaporized metal reacts with oxygen in the furnace to form a composite oxide, the size of which is a fine powder having an average particle diameter of 1 μm or less, and in some cases, is a fraction More than 1000 micrometers is also found. This is because such a dust may reduce the magnetic flux density in the magnetic properties of the sintered core by reducing the density of the sintered compact by using a sieve of 250 µm or less.
상기와 같이 분급된 분진은 순철(Fe) 분말과 혼합하는데, 그 첨가량은 순철 분말량에 대하여 상기 스테인레스강 공정에서 발생하는 분진은 3-10중량%로 첨가하고, 상기 제강공정중 레들로공정에서 발생하는 분진은 3-5중량%로 첨가하는 것이바람직하다. 그 이유는 3중량%이하 첨가시 순철 소결코아와 비교하여 비교적 양호한 자기특성은 얻어지나 분진의 재활용적인 측면에서 활용 가능한 분진의 양이 작아 의미가 없으며, 스테인레스강 공정 분진과 제강공정중 레들로공정 분진은 각각 10중량%이상 또는 5중량%이상 첨가할 경우 복합산화물형태로 밀도가 순철에 비해 훨씬 낮은 분진이 코아중 다량 함유됨을 의미하므로 이는 체적의 증가로 자속밀도가 현저히 감소하는 등 소결코아의 자기특성에 심각한 악 영향을 미치기 때문이다.The classified dust as described above is mixed with pure iron (Fe) powder, the addition amount of the dust generated in the stainless steel process to the amount of pure iron powder is added in 3-10% by weight, and in the ladle process during the steelmaking process The amount of dust generated is preferably added at 3-5% by weight. The reason is that when it is added below 3% by weight, relatively good magnetic properties are obtained in comparison with pure iron sintered core, but the amount of dust available in terms of recycling of dust is not significant. When more than 10% by weight or 5% by weight of dust is added, it means that the core contains much larger dust in the form of composite oxide in the form of composite oxide, which means that the magnetic flux density decreases significantly as the volume increases. This is because it severely affects the magnetic properties.
이때, 순철분말이 입자크기는 44-150㎛이 바람직한데, 그 이유는 44㎛ 이하의 것은 소결완료후의 자기특성중 자속밀도값은 높으나 분말의 표면적 증가에 의한 표면에서의 오염과 작은 결정입경에 연유하여 증가한 입계가 보자력 및 투자율 등의 연자기 특성에 악영향을 주며, 150㎛ 이상의 것은 분말간 접촉면적의 감소로 소결시 높은 소결밀도를 얻을 수 없으므로 높은 자속밀도를 얻을 수 없기 때문이다. 이때, 최고의 연자기 특성 발현을 위하여 보다 바람직하게는 74-150㎛범위의 것을 사용하면 좋다.At this time, the pure iron powder has a particle size of 44-150㎛, because the magnetic density after the sintering is higher than the magnetic flux density value is high, but the contamination on the surface due to the increase of the surface area of the powder and the small grain size The grain boundary increased due to condensation adversely affects the soft magnetic properties such as coercive force and permeability, and it is because high magnetic flux density cannot be obtained because high sintered density cannot be obtained during sintering due to the reduction of contact area between powders. At this time, more preferably in the range of 74-150㎛ for the best soft magnetic properties.
상기와 같이 혼합된 혼합분말은 성형시 강도증가를 위하여 0.5-2중량% 범위의 결합제를 첨가하는데, 그 이유는 0.5중량% 이하 첨가할 경우 소결전 진공 오븐에서 결합제를 제거하면 성형강도가 현저히 저하되어 코아형태가 붕괴되거나 취급이 매우 곤란하게 되며, 2.0중량% 이상 첨가할 경우 동일 소결온도에서 동일 소결밀도를 나타내기 위한 소결시간이 길어져 생산성의 문제와 잔류 결합제의 연자기 특성에 악 영향을 줄 가능성이 증가하기 때문이다. 보다 바람직하게는 1.0중량%의 결합제를 첨가하면 더욱 좋다. 이때, 상기 결합제의 대표적인 종류로는 파라핀을예로 들 수 있다.The mixed powder mixed as described above adds a binder in the range of 0.5-2% by weight to increase the strength during molding. The reason for this is that when 0.5 wt% or less is added, the binder strength is significantly reduced when the binder is removed from the vacuum oven before sintering. The core form collapses or becomes very difficult to handle, and when 2.0 wt% or more is added, the sintering time for the same sintering density is increased at the same sintering temperature, which adversely affects productivity problems and soft magnetic properties of the residual binder. This is because the possibility increases. More preferably, 1.0 weight% of binder is added. In this case, a representative type of the binder may be paraffin.
상기와 같이 혼합분말에 첨가된 결합제를 용제로 용해시키고 이를 혼합하여 건조시키는데, 상기 용제는 파라핀을 용해시키면 되는 것으로서 헥산 또는 톨루엔중 1종을 첨가하여 용해하면 된다.As described above, the binder added to the mixed powder is dissolved in a solvent, mixed and dried. The solvent may be dissolved in paraffin, and may be dissolved by adding one of hexane and toluene.
상기와 같이 건조된 분말의 소결밀도 증가를 위하여 가능한한 성형체 밀도를 증가시키면 좋은데, 이때 성형압력은 8-10ton/㎠ 범위로 하여 윤활재가 도포된 금형으로 성형하는 것이 바람직하다.In order to increase the sintered density of the dried powder as described above, it is good to increase the density of the molded body as much as possible. In this case, the molding pressure is preferably in the range of 8-10 ton / cm 2 and molded into a mold coated with lubricant.
그 이유는 8ton/㎠ 이하에서는 높은 성형밀도를 얻을 수 없으며, 10ton/㎠이상에서는 금형의 파손이 우려되며 금형내부와 분말의 강한 마찰로 분말 내부의 응력이 자기특성에 악 영향을 줄 가능성이 있기 때문인데, 보다 바람직하게 10ton/㎠의 압력이면 좋다.The reason for this is that high molding density cannot be obtained below 8ton / cm2, and mold breakage is feared above 10ton / cm2, and the stress inside the powder may adversely affect the magnetic properties due to the strong friction between the mold and the powder. This is because the pressure is more preferably 10 ton / cm 2.
상기와 같이 성형된 성형체는 10-5torr이하의 진공분위기에서 1200-1350℃의 범위로 0.5-3시간 동안 소결하는 것이 바람직하다.The molded article molded as described above is preferably sintered for 0.5-3 hours in the range of 1200-1350 ° C. in a vacuum atmosphere of 10 −5 torr or less.
상기 진공도 조건을 벗어날 경우 반응실내에 잔류한 미량의 산소 또는 질소가 소결체의 미세조직에 산소 및 질소화합물을 생성시켜 구조에 민감한 연자기 특성에 악영향을 미치기 때문이다.This is because a small amount of oxygen or nitrogen remaining in the reaction chamber when the vacuum condition is out of the conditions may adversely affect the soft magnetic properties sensitive to the structure by generating oxygen and nitrogen compounds in the microstructure of the sintered body.
또한, 소결온도, 시간은 각각 1100-1350℃, 1-3시간이 적합한데, 그 이유는 소결온도가 낮고 소결시간이 짧으면 소결밀도가 저하되고 필요이상 소결온도가 높고 시간이 길면 코아 형상의 변화 및 자구의 고착등으로 코아 특성에 오히려 바람직하지 않는 결과를 초래할 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 1350℃에서 1시간이면 좋다.In addition, the sintering temperature and time are preferably 1100-1350 ° C and 1-3 hours, respectively, because the low sintering temperature and the short sintering time decrease the sintering density and the change in the core shape when the sintering temperature is high and the time is longer than necessary. And sticking of magnetic domains may lead to rather undesirable effects on core properties. More preferably, 1 hour is good at 1350 degreeC.
이와 같이 본 발명에서 제시된 조건에 따라 순철분말과 분진을 혼합한 혼합분말을 성형 소결을 하면 연자기 특성이 우수한 제철소 분진이 첨가된 소결코아의 제조가 가능하다.As described above, molding and sintering the mixed powder containing pure iron powder and dust according to the conditions of the present invention enables the production of sintered core to which steel mill dust having excellent soft magnetic properties is added.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
실시예 1Example 1
복합산화물 형태의 분진으로 산소를 제외한 금속성분만을 중량비로 환산했을 때 Fe:40-45중량%, Cr:13-17중량%, Ca:9-12중량%가 주성분이고, 나머지 Cl, Zn, Mn, Cu, Si, Ni, K를 포함하여 구성되는 스테인레스강 제강공정에서 발생하는 분진을 250㎛이하의 입도로 분급하고, 제조될 코아의 중량에 대하여 1-20중량%가 되도록 평량한후 150㎛의 순철(Fe) 분말에 5중량%, 10중량%, 20중량% 혼합하였다.Composite oxide type dust is the main component of Fe: 40-45% by weight, Cr: 13-17% by weight, Ca: 9-12% by weight in terms of weight ratio of only metal components excluding oxygen. The remaining Cl, Zn, Mn Dust generated in the stainless steel making process including Cu, Si, Ni, and K is classified to a particle size of 250 μm or less, and weighed to be 1-20% by weight based on the weight of the core to be manufactured, and then 150 μm. 5 wt%, 10 wt%, and 20 wt% of pure iron (Fe) powder were mixed.
상기 각각의 혼합분말에 제작될 코아 중량의 1중량%의 파라핀을 첨가하여 헥산에 용해시킨 후 분말과 잘 혼합하여 건조한 다음 윤활제로서 스테아린산 아연이 도포된 내경, 외경이 각각 ø10mm, 15ø mm인 금형에 장입한 후 10ton/㎠의 단압식 수직 압력으로 약 2mm 두께의 성형체를 제작하였다. 이후 150℃의 진공오븐에서 1시간동안 파라핀을 제거한 후 진공도가 10-5torr이하인 진공소결로에서 1100-1350℃의 소결온도에서 1시간 동안 소결을 실시하였다.1% by weight of paraffin of the core weight to be prepared in each of the mixed powder was dissolved in hexane, mixed well with powder and dried, and then applied to a mold having zinc stearate coated with a lubricant and an outer diameter of ø10 mm and 15 ø mm, respectively. After charging, a molded article having a thickness of about 2 mm was produced at a pressure of 10 tons / cm 2 of vertical pressure. After the paraffin was removed in a vacuum oven at 150 ° C. for 1 hour, sintering was performed at a sintering temperature of 1100-1350 ° C. in a vacuum sintering furnace having a vacuum degree of 10 −5 torr or less.
상기한 방법으로 제작된 코아의 교류자기특성 및 소결밀도에 미치는 소결온도 및 분진 첨가량의 영향을 상온에서 측정하였으며 그 결과를 순철코아의 자기특성과 비교하여 도 2에 나타내었다. 도 2에서 자속밀도(B15), 보자력(Hc)은 60Hz, 150e의 교류인가자장중에서 측정된 값이다.The effects of the sintering temperature and the amount of dust added on the alternating magnetic properties and the sintered density of the cores produced by the above method were measured at room temperature, and the results are shown in FIG. 2 in comparison with the magnetic properties of pure iron cores. In FIG. 2, the magnetic flux density B 15 and the coercive force Hc are measured values in an alternating magnetic field of 60 Hz and 150e.
도 2에 나타난 바와 같이 자기특성에 큰 영향을 미치는 밀도는 온도 증가와 함께 미약한 증가의 경향을 나타내며, 약 1100℃ 정도에서 소결반응의 거의 대부분이 완료되었음을 알 수 있었다. 특히, 순철분말의 경우는 7.4g/㎠정도로 철의 이론 밀도의 95%에 육박하는 매우 큰 소결밀도를 나타내고 있었다. 한편, 분진의 첨가량에 따른 소결밀도는 첨가량이 증가할수록 계통적으로 감소하여 20중량% 첨가시 6.64g/㎠ 정도로 철분말코아의 90% 수준의 값이었다. 이는 밀도가 작은 복합산화물 형태의 분진 첨가에 따른 당연한 결과로 판단된다.As shown in FIG. 2, the density having a large influence on the magnetic properties shows a tendency of a slight increase with increasing temperature, and it was found that almost all of the sintering reaction was completed at about 1100 ° C. In particular, pure iron powder exhibited a very high sintered density of about 7.4 g / cm 2, reaching 95% of the theoretical density of iron. On the other hand, the sintered density according to the amount of dust added was systematically decreased as the amount added, the value of 90% of the iron powder core at 6.64g / ㎠ when added 20% by weight. This is considered to be a natural result of the addition of dust in the form of a low density composite oxide.
자기특성으로써 자속밀도(B15) 및 보자력(Hc)도 소결온도가 증가할 때 소결 밀도와 동일하게 증가하는 경향을 나타내었다. 자속밀도(B15)는 단위 면적당 자속의 수이므로 소결밀도가 클수록 증가하는 것은 당연하며, 소결온도 및 분진 첨가량에 대한 소결밀도 변화와 정성적으로 잘 일치하고 있었다.As magnetic properties, magnetic flux density (B 15 ) and coercive force (Hc) also showed the same tendency to increase as the sintering temperature increased. Since the magnetic flux density (B 15 ) is the number of magnetic fluxes per unit area, it is natural to increase as the sintering density increases, and it is in good agreement with the sintering density change with respect to the sintering temperature and the amount of dust added.
특히, 순철분말코아의 자속밀도(B15)는 1350℃에서 소결하였을 때 1.29테슬러(T) 정도를 나타내고 5중량%, 10중량% 분진 첨가시는 자속밀도(B15)특성이 다소 열악해지나 체적으로 상당량의 미분진이 첨가되었음에도 불구하고 순철분말의 88%인 1.14테슬로(T), 77%인 0.98테슬로(T)로 매우 양호한 특성을 각각 나타내고 있었다. 이는 자기적으로 150e의 인가자장에서 미분진의 첨가에도 불구하고 자화과정이 그만큼 용이하게 진행될 수 있다는 것을 의미한다.Particularly, the magnetic flux density (B 15 ) of pure iron powder core shows 1.29 Tesla (T) when sintered at 1350 ° C, and the magnetic flux density (B 15 ) characteristics are somewhat poor when 5 wt% and 10 wt% dust is added. Although a considerable amount of fine dust was added in the volume, very good characteristics were shown as 1.14 Teslo (T), 88% of pure iron powder, and 0.98 Teslo (T), 77%, respectively. This means that the magnetization process can be easily carried out in spite of the addition of fine dust in the magnetic field of 150e magnetically.
한편, 보자력(Hc)은 소결온도 및 분진 첨가량에 대한 자속밀도(B15) 변화의 경향과 거의 동일한 거동을 나타내고 있다. 즉, 소결온도가 낮을수록 분진의 첨가량이 많을수록 보자력(Hc)은 작은값을 나타내는데, 150e 인가자기장에서 측정된 이 결과만으로 평가할때는 분진 첨가량이 증가할수록 자속밀도(B15)는 작지만 작은 보자력(Hc)으로 연자기 특성을 나타낸다고 볼수 있었다.On the other hand, the coercive force (Hc) exhibits almost the same behavior as that of the change in magnetic flux density (B 15 ) with respect to the sintering temperature and the amount of dust added. That is, the lower the sintering temperature, the larger the amount of dust added, the smaller the coercive force (Hc) is.The value measured in the 150e applied magnetic field only shows that the magnetic flux density (B 15 ) is smaller but the smaller coercive force (Hc) is increased when the dust content is increased. ) Soft magnetic properties.
하기 표1에는 본 발명에서 최고의 자기특성을 나타낸 1350℃에서 소결한 발명예와 비교예의 직류자기특성을 나타내었다.Table 1 below shows the DC magnetic properties of the inventive examples and the comparative examples sintered at 1350 ° C. showing the best magnetic properties in the present invention.
상기 표1에 나타난 바와 같이, 발명예(1-4)와 비교예(1)은 성형압력, 소결분위기를 포함한 소결조건등 완전히 동일한 공정변수에서 얻어진 값이 아니므로 정량적으로 정확하게 비교하는 것은 곤란하나, 코아중량의 10중량%까지의 스테인레스강 제강공정분진을 첨가할 때 비교예(1)의 순철분말 소결코아의 자기특성중 비교적 나쁜쪽 범주(Bmax=10kG, Hc=2.50e, μmax=1800, ρ=6.8g/㎤ )는 충분히 들어가는 양호한 자기특성을 나타내고 있었다.As shown in Table 1, Inventive Example (1-4) and Comparative Example (1) are difficult to compare quantitatively and precisely because they are not obtained from completely identical process variables such as molding pressure and sintering conditions including sintering atmosphere. When the addition of stainless steel process dust up to 10% by weight of the core weight, the relatively poor category of the magnetic properties of the pure iron powder sintered core of Comparative Example (1) (B max = 10kG, Hc = 2.50e, μ max = 1800, p = 6.8g / cm <3>) showed favorable enough magnetic characteristics.
또한, 상기 표2와 같은 ASTM A811-87에서 규정하는 순철분말의 자기특성(150e 인가자기장에서 측정된값)의 한도내에 들어가 있음을 확인할 수 있었다.In addition, it was confirmed that the magnetic properties of the pure iron powder (measured at 150e applied magnetic field) defined in ASTM A811-87 as shown in Table 2 were within the limits.
이러한 특성의 원인은 발명예(4)의 미세조직사진를 통해서 명확히 알수 있었다. 즉, 도 1에 나타난 바와같이, 1350℃ 소결조직에서는 융점이 낮은 분진이 먼저 용융하여 분진이 합체된 상(B)이 형성되고, 이 분진이 합체된 상(B)은 철의 소결조직인 기지상(A)에 존재하는 것이 관찰되었다. 또한, 기지상(A)과 분진이 합체된 상(B)의 성분분석 결과, 소결과정중 물질(성분)의 이동이 없었음을 확인할 수 있었다. 즉, 기지상(A)에서 분진이 합체된 상(B)의 성분이 검출되지 않았고, 이는 소결 조직에서 기지상(A), 분진이 합체된 상(B)은 혼합상태로 존재하고 있는 것으로 판단할수 있었다. 이러한 소결조직의 특성이 소결코아의 자속밀도(B15), 보자력(Hc) 투자율, 철손 등의 자기특성을 순철소결코아와 비교하여 동등수준이상을 유지할 수 있는 것으로 사료되었다.The cause of this characteristic can be clearly seen through the microstructure photograph of the invention example (4). That is, as shown in Fig. 1, in the sintered structure of 1350 ° C, dust having a low melting point is melted first to form a phase (B) in which dust is coalesced, and the phase (B) in which the dust is coalesced is a known phase (the sintered structure of iron) It was observed in A). In addition, as a result of the component analysis of the phase (B) in which the matrix (A) and the dust are combined, it was confirmed that there was no movement of the substance (component) during the sintering process. That is, the components of the phase (B) in which dust was coalesced in the known phase (A) were not detected, which means that the matrix (A) and the phase (B) in which the dust was coalesced were present in the mixed state in the sintered structure. . It is considered that the characteristics of the sintered structure can maintain magnetic properties such as magnetic flux density (B15), magnetic permeability (Hc) permeability, and iron loss of the sintered core compared to the pure iron sintered core.
실시예 2Example 2
복합산화물 형태의 분진으로 산소를 제외한 금속성분만을 중량비로 환산했을 때 Mg:25-30중량%, Ca:22-26중량%, Fe:12-26중량%가 주성분이고, 나머지 Mn, K, Si, Al, P, S, 및 Ti을 포함하여 구성되는 제강공정 레들로공정발생하는 분진을 실시예 1과 동일한 방법으로 분급, 순철분말과 일정 중량비로 혼합, 성형 및 소결을 완료하여 코아를 제조한 다음 측정한 코아의 교류자기특성 및 소결밀도에 미치는 소결온도 및 분진 첨가량이 영향을 상온에서 측정하였으며 그 결과를 순철코아의 자기특성과 비교하여 도 3에 나타내었다. 도 3에서 자속밀도(B15), 보자력(Hc)은 60Hz, 150e의 교류인가자장중에서 측정된 값이다.Composite oxide type dust is Mg: 25-30% by weight, Ca: 22-26% by weight, Fe: 12-26% by weight in terms of weight ratio of only metal components excluding oxygen, and the remaining Mn, K, Si The core produced by mixing, forming and sintering the dust generated in the process of steelmaking process ladle comprising Al, P, S, and Ti in the same manner as in Example 1 was mixed, molded and sintered in a certain weight ratio. Next, the effects of sintering temperature and dust addition amount on the alternating magnetic properties and sintered density of the cores were measured at room temperature. The results are shown in FIG. 3 in comparison with the magnetic properties of pure iron cores. In Fig. 3, the magnetic flux density B 15 and the coercive force Hc are values measured in an alternating magnetic field of 60 Hz and 150 e.
도 3에 나타난 바와 같이, 자기특성의 변화는 도 2의 변화와 정성적으로 일치하므로 동일한 내용으로 결과에 대한 고찰이 가능하였다. 단, 자속밀도(B15)에 가장 큰 영향을 미치는 소결밀도는 스테인레스강 제강공정 발생 분진 첨가시와 비교하면 5중량%, 10중량%, 20중량% 첨가할 때 각각 7.32g/㎤에서 6.81g/㎤로, 6.94g/㎤에서 6.72g/㎤로 그리고 6.64g/㎤에서 6.02g/㎤로 떨어졌으며 이에 따라 자속밀도(B15)도 각각 11.4테슬러(T)에서 0.91테슬러(T)로, 0.98테슬러(T)에서 0.72테슬러(T)로, 그리고 0.72테슬러(T)에서 0.42테슬러(T)로 현저히 낮아졌다.As shown in FIG. 3, since the change in magnetic properties is qualitatively consistent with the change in FIG. 2, the result can be considered with the same contents. However, the sintered density which has the greatest influence on the magnetic flux density (B 15 ) is 7.81g / cm3 to 6.81g when 5% by weight, 10% by weight, and 20% by weight are added, respectively, compared to the dust generated in the stainless steelmaking process. / Cm 3, from 6.94 g / cm 3 to 6.72 g / cm 3 and from 6.64 g / cm 3 to 6.02 g / cm 3, thus the magnetic flux density (B 15 ) is also reduced from 11.4 tesla (T) to 0.91 tesla (T), respectively. And significantly lowered from 0.98 Tesla (T) to 0.72 Tesla (T) and 0.72 Tesla (T) to 0.42 Tesla (T).
이 결과는 레들로공정 분진은 철의 량에 있어 스테인레스 제강공정 발생 분진보다 작고 Cr, Ni, 성분이 없는 대신 Mg, Al과 같은 경금속이 다량 함유된 산화물이었음에 기인한 것으로 사료되었다.This result may be due to the fact that the ladle process dust was smaller than the stainless steel production dust in the iron content and was free of Cr, Ni and components, but contained a large amount of light metals such as Mg and Al.
하기 표3에는 본 발명에서 최고의 자기특성을 나타낸 1350℃에서 소결한 발명예와 비교예(1)의 직류자기 특성을 나타내었다.Table 3 below shows the direct current magnetic properties of the inventive example and the comparative example (1) sintered at 1350 ° C. showing the best magnetic properties in the present invention.
상기 표3에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서와 마찬가지로 코아중량의 5중량%까지의 일반제강공정중 레들로공정 분진을 첨가할 때, 비교예(1)의 순철분말 소결코아의 자기특성중 비교적 나쁜쪽 범주(Bmax=10kG, Hc=2.50e, μmax=1800, ρ=6.8g/㎤ )는 들어가는 양호한 자기특성을 나타내고 있었다.As shown in Table 3, when the process dust is added to the ladle during the general steelmaking process up to 5% by weight of the core weight as in Example 1, the magnetic properties of the pure iron powder sintered core of Comparative Example (1) The bad category (B max = 10 kG, Hc = 2.50e, μ max = 1800, p = 6.8 g / cm 3) showed good magnetic properties.
또한, 상기 표2와 같은 ASTM A811-87에서 규정하는 순철분말의 자기특성(150e 인가자기장에서 측정된값)의 한도내에 들어가 있음을 확인할 수 있었다.In addition, it was confirmed that the magnetic properties of the pure iron powder (measured at 150e applied magnetic field) defined in ASTM A811-87 as shown in Table 2 were within the limits.
상술한 바와 같이, 본 발명은 제철소분진의 적정량을 적정입도로 첨가하고 제조방법을 제어함으로써, 순철과 물질이동을 하지 않고 새로운 화합물 또는 개재물을 생성시키지 않아 단순히 철과 혼합상태로 존재함으로 순철소결코아와 비교하여 동등수준 이상의 연자기 특성을 가지는 제철소분진 함유 소결코아의 제조방법을 제공할수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, by adding the appropriate amount of steel dust at an appropriate particle size and controlling the manufacturing method, pure iron sintered core does not move material with pure iron and does not generate new compound or inclusions and is simply mixed with iron. Compared with the above, there is an effect that can provide a method for producing a sintered core containing steel mill dust having soft magnetic properties equal to or higher than that.
또한, 본 발명은 폐기되어지거나 재생산에 추가적인 설비가 필요한 제철소 분진을 고부가가치화 할 수 있고, 소형 및 고성능의 특성이 요구되는 부품의 코아에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있다.In addition, the present invention has a useful effect that can be added to the core of the parts that require high value added to the steel mill dust to be discarded or require additional equipment for reproduction, and is required for small size and high performance.
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