KR100442914B1 - 비정질금속박대의제조방법및장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 본 발명은, 간단한 설비, 값싼 운영비용, 양호한 작업환경 및 안전작업으로 표면성상이 우수한 광폭의 비정질 금속박대를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[해결수단] 고속 회전하는 냉각로울 상에 슬릿형 개구를 갖는 노즐로부터 용융금속을 사출하여 상기 냉각로울 상에 용융철을 형성하고, 이 용융철을 넓혀서 급냉응고시켜 비정질 금속박대를 제조할 때, 상기 용융철 위치로부터 상기 냉각로울의 회전방향의 상류측에서, 초음파 진동을 부가한 CO2가스를 분무하여 상기 냉각로울의 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법이다.

Description

비정질 금속박대 (金屬薄帶) 의 제조방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING AMORPHOUS METAL RIBBON}
본 발명은 비정질 금속박대의 제조방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 단 (單) 로울법 등으로 주조되는 상기 비정질 금속박대의 품질향상 기술에 관한것이다.
근래에는, 단로울법이나 쌍로울법 등의 급냉법을 사용하여 용융금속을 급냉시켜, 비정질 금속박대를 제조하게 되었다. 이와 같은 용융금속으로부터 직접 박대를 제조하는 기술에서는, 어떻게 판 두께나 표면성상을 균일하게 하는가가 중요하게 된다. 특히, 변압기(트랜스) 재료로서 사용되는 비정질 금속박대는 적층하여 사용되므로, 그 한 장 한 장의 표면성상의 우열이 변압기 전체의 특성을 좌우한다 (박대 품질의 표면의 요철이 크면, 일정 용적의 변압기 내에서 차지하는 금속중량, 즉 점적율 (占積率) 이 줄어들게 되므로, 품질이 양호한 것과 동일 성능을 발휘시키는데는 변압기의 대형화가 필요하게 된다).
그런데, 비정질 금속박대 (이하, 간단히 박대라 한다) 의 표면성상의 열화원인은, 고속 회전하고 있는 냉각로울 (이하, 로울이라 한다) 의 표면에 흡착하는 소위 공기층이, 로울 상의 용융금속의 용융철 (이하 퍼들 (puddle) 이라 한다) 과 그 로울 표면과의 사이 (경계) 에 들어가고, 이 공기층이 그대로 로울 상에서 응고되어 있는 박대의 내부에 갇히기 때문이다. 공기층이 상기 경계에 들어가는 메카니즘은, 퍼들이 어떠한 외력에 의해서 진동되고, 로울 표면과 퍼들이 형성하는 침수각(wet angle)을 변화시키고, 공기가 들어가기 쉬운 공기취입부 (공기·주머니) 를 주기적으로 형성하는 것이다. 그 결과, 제조된 박대에는, 상기 주기에 일치된 피쉬·스케일(fish scale) 이 형성되고, 박대의 표면성상을 악화시키는 것이다.
이러한 박대의 표면성상을 악화시키는 퍼들진동에 대해서는, 종래부터 많은연구가 행해지고 있으며, 2 종류의 진동 형태가 있다고 보고되어 있다. 그 하나는, 공기가 상기 퍼들에 충돌함으로써 퍼들의 표면막이 진동한다는 운동학적 원인 (모세관 파동) 에 의한 것이며, 다른 하나는, 공기가 퍼들에 부딪혀, 용융금속의 표면을 불균일하게 산화시키고, 표면장력이 불균일하게 된 결과로서 진동한다는 화학반응적 원인 (마랑고니 효과 (Marangoni effect)) 에 의한 것이다.
한편, 이들 원인에 의한 박대 표면성상의 열화 방지법도 종래부터 연구되어, 퍼들에 충돌하는 공기를 희박하게 하든지, 저밀도의 불활성 가스, 또는 환원성가스로 치환하는 방법 등이, 다수 개시되고 있다. 예를 들면, 일본국 특개소 51-109221 호 공보는, 개량합금 필라멘트를 감압실 내에서 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 제조방법은, 실험실적 또는 소량의 박대를 제조하는 경우에는 유효했지만, 대량생산에 대해서는 설비비 및 운영비용이 비싸다는 문제가 있었다. 또, 일본국 특개소 59-209457 호 공보는, 상기 일본국 특개소 51-109221 호 공보에 기재된 방법의 설비적 문제를 개량하고, 저밀도이며 고온의 불활성가스를 사용하는 것을 제안하였다. 그러나, 이 방법에 유효한 저밀도의 헬륨, 크립톤, 크세논 등의 불활성가스는 매우 고가라서, 역시 운영비용면에서 문제가 있었다. 또한, 일본국 특개소 60-37249 호 공보는, 발열성의 환원성 분위기 하에서 박막을 제조할 때, 값이 싼 일산화탄소를 연소시켜서 저밀도의 환원성가스로 하여, 상기 운영비용이 고가인 문제를 해소하였다. 그러나, 일산화탄소는, 폭발의 위험성과 인체에 중독증을 일으키는 가스이므로, 안전상의 문제가 별도로 발생하였다. 이들 문제점을 모두 해결하는 방법으로서는, 독일 공개특허 제 266046 호 공보에 기재된 박대 제조장치가 있으며, CO2가스를 퍼들의 근방에 분무하여, 박대의 표면성상을 대폭으로 개선하는 방법이 제안되었다. 그러나, 그 방법도, 100 mm 이상의 광폭 (廣幅) 의 박대가 되면, 안정되고 양호한 표면 조도 (표면 조도가 작을수록 바람직하다) 를 얻을 수 없다는 또 다른 문제가 있었다. 게다가 그 방법은, 실험실 규모가 수십 ∼ 수백 g 정도의 박대를 제조하는데는 좋지만, 수백 킬로그램(kg) ∼ 수십 톤(ton) 의 공업규모에서 제조한 예의 보고는 없다.
본 발명은, 이러한 사정을 고려하여, 간단한 설비, 값싼 운영비용, 양호한 작업환경, 및 안전작업으로 표면성상이 우수한 광폭의 비정질 금속박대를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1 은 본 발명에 관한 비정질 금속박대의 제조장치와 퍼들 주변의 상황을 도시한 측면도.
도 2 는 도 1 의 평면도.
도 3 은 CO2가스의 적정한 유량을 결정한 실험결과를 나타내는 도면.
도 4 는 본 발명에 관한 비정질 금속박대의 제조장치의 다른 태양 (일체형) 을 도시한 측면도.
도 5 는 본 발명에 관한 비정질 금속박대의 제조장치의 다른 태양 (분리형) 을 도시한 측면도.
도 6 은 본 발명예와 비교예의 비정질 금속박대의 폭 방향에 있어서의 표면 조도 분포를 나타내는 도면.
도 7 은 본 발명예와 비교예의 비정질 금속박대의 폭 방향에 있어서의 표면 조도 분포를 나타내는 도면.
도 8 은 본 발명예와 비교예의 비정질 금속박대를 변압기에 사용한 경우에 나타나는 자속밀도를 도시한 도면.
도 9 는 본 발명예와 비교예의 비정질 금속박대를 변압기에 사용한 경우에 나타나는 철손을 도시한 도면.
도 10 은 본 발명예와 비교예의 비정질 금속박대의 표면 조도를 나타내는 도면으로, (a) 는 박대의 L 방향, (b) 는 C 방향에 대응하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 주조용 노즐 2 : 냉각로울
3 : 퍼들 (용융철) 4 : 비정질 금속박대
5 : 압력·헤더 6 : CO2가스
7 : 초음파 발진기 8 : 로울의 회전방향
9 : 로울의 둘레길이 10 : 슬릿형 개구
11 : 건조공기 12 : 흡인박스
13 : 가스의 흡인방향 14 : 공기·헤더
15 : 흡인 블로어 16 : 송풍 블로어
17 : 턴디시
본 발명의 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 CO2가스의 이용기술을 개선하는 것에 착안함과 동시에, 로울 표면과 퍼들과의 경계의 청정화를 도모하면 좋다고 생각하여, 예의의 연구를 하였다. 본 발명은, 그 연구 성과를 구체화한 것이며, 즉, 고속 회전하는 냉각로울 상에 슬릿형 개구를 갖는 노즐로부터 용융금속을 사출하여 상기 냉각로울 상에 용융철을 형성시키고, 그 용융철을 넓혀서 급냉응고시켜 비정질 금속박대를 제조할 때, 상기 용융철 위치부터 상기 냉각로울의 회전방향의 상류측에서, 초음파 진동을 부가한 CO2가스를 분무하여 상기 냉각로울의 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법이다.
또, 본 발명은 상기 CO2가스를 냉각로울 표면의 일정 영역에 균일하게 분무하거나, 또는 하기 식 ① 을 만족하는 유량 (Q) 으로 하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법이다.
N·W/140 ≤ Q ≤ N·W/50 … ①
단,
Q : CO2가스 유량 (㎥/min)
W : 박대의 폭 (mm)
N : 슬릿의 수
이 경우, 냉각로울 표면의 일정 영역이란, 박대가 통과하는 1 ∼ 1.4 배의 폭에 상당하는 로울 표면 부분이다.
또한, 본 발명은, 상기 CO2가스의 분무 전에, 미리 상기 냉각로울 표면을 초음파 진동을 부가한 건조공기의 분무로 세정하고, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법이기도 하다.
게다가, 본 발명은, 고속 회전하는 냉각로울과, 용융금속을 상기 냉각로울 상에 사출하는 슬릿형 개구를 갖는 노즐을 구비한 비정질 금속박대의 제조장치에 있어서, 초음파 진동기를 내장하고, CO2가스를 상기 냉각로울 표면에 분무하는 압력·헤더를, 상기 용융철 위치로부터 상기 냉각로울의 회전방향의 상류측에설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치이다.
더욱이, 본 발명은, 상기 압력·헤더를, 상기 용융철 위치로부터 로울회전방향의 상류측에, 로울 표면 둘레길이에서 20 mm 이상 200 mm 이하의 거리만큼 떨어뜨려 설치하거나, 또는 상기 압력·헤더의 슬릿형 개구의 길이를 제조하는 박대 폭의 1 ∼ 1.4 배로 함과 동시에, 상기 개구 두께를 0.2 ∼ 0.7 mm 로 하거나, 또 상기 압력·헤더를 냉각로울의 회전방향을 따라서 복수개 설치하고, 이웃하는 2 개의 헤더 사이에, 사용이 완료된 가스를 흡인 배출하는 흡인박스를 이들 헤더와 일체로 구비한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치 (이하, 일체형 헤더) 이다.
그리고, 본 발명은, 상기 압력·헤더 내의 CO2가스의 압력을 10 ∼ 30 kPa 로 설정하거나, 또는 상기 압력·헤더 위치로부터 로울 회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치 (이하, 분리형 헤더) 이기도 하다.
이러한 본 발명에 의하면, 간단한 장치로 박대의 표면이 청정되므로, 값싼 운영비용 및 양호한 작업환경 및 안전작업으로, 표면성상이 우수한 광폭의, 특히 200 mm 폭 이상의 비정질 금속박대를 제조할 수 있게 되었다.
이하, 본 발명에 이르는 경위를 설명함과 동시에, 본 발명의 내용을 설명한다.
발명자는, 상기 독일 공개특허공보에 기재된 「퍼들 근방을 CO2가스 분위기로 하는」 것의 의미를 고려하여, 다음과 같이 결론지었다.
즉, CO2가 용융금속 등의 외열 (外熱) 에 의해서 가열되어 다음 식의 가스분해반응을 일으키고, 이 분해로 생성된 활성이 큰 산소로 퍼들 표면에, 하기 식으로 나타내는 산화막을 균일하게 형성하였다.
CO2→ CO ＋ O
(O) ＋ (Fe, Si, B) → (Fe2SiO4, SiO2, B2O3)
이 균일한 산화막의 형성으로 상기 용융금속의 계면에서의 온도가 저하되고, 점성이 커진다. 그 결과, 퍼들의 상류측에서, 퍼들과 로울와의 접촉각이 90 도에 가까워지고, 가스를 다시 되돌려 보내기 때문에, 퍼들로의 가스의 취입이 적어진다고 생각할 수 있다. 따라서, 박대의 표면에 통상 발생하고 있던 가스·주머니가 감소하고, 박대의 표면 조도가 개선된다.
또한, 본 발명의 발명자들이 더욱 연구한 것에 의하면, 퍼들 내로 취입된 가스는 팽창하여 가스·주머니가 된다는 것도 알 수 있었다. CO2가스의 분위기를 이용하면, 퍼들 도입까지 상기 CO2가스가 1200 ℃ 이상의 고온이 되며, 퍼들 내에서의 열팽창이 적어지며, 가스·주머니의 형성을 방지할 수 있다.
그러나, 로울의 고속 회전으로 이끌리는 공기나 미립자가 상기 로울 표면에 부착, 또는 부착하여 형성된 공기층이나 미립자 먼지는 딱딱하므로, 퍼들 근방을 CO2가스 분위기로 하는 정도로는 간단히 제거할 수 없다. 그리고, 이들 공기층이나 미립자 먼지가 그대로 퍼들에 진입하면, 상기 CO2가스의 분무 효과가 경감된다.
그런데, 본 발명자들은 우선, 이 공기층을 CO2가스의 분무 뿐만 아니라, 그에 초음파를 부하하고, 상기 초음파가 갖는 충격 에너지에 의해 파괴함과 동시에, 로울 표면의 미립자 먼지까지도 박리하는 방법을 생각하고, 다시, 이 분무로, CO2가스는 로울 표면에 흡착한다고 생각한 것이다. 이러한 생각은, 도 1 에 도시된 장치를 개발하는 것으로 구체화되었다.
이는, 초음파 발생기 (7) 를 내장하고, CO2가스 (6) 를 상기 냉각로울 (2) 의 표면 상에 분사하는 압력·헤더 (5) 로 이루어진 간단한 것이다. 그러나, 본 발명에서는, 이 장치를 로울 (2) 의 적절한 위치 (기호 (9) 로 표시하는 거리만큼, 퍼들 (3) 보다 로울 (2) 의 회전방향 (8) 의 상류측에 있다) 에 배치하여 큰 효과를 올릴 수 있었다. 또, 압력·헤더 (5) 로부터 공급된 CO2가스 (6) 는 로울 (2) 의 표면 상에 흡착하는 작용도 발휘하였다.
본 발명에서, 상기 압력·헤더 (5) 의 위치 (9) 를 20 mm ∼ 200 mm 가 바람직하다고 한 이유는, 20 mm 보다 퍼들 (3) 에 가까워지면, 상기 헤더 (5) 로부터 나오는 CO2가스 (6) 의 분무력으로 퍼들 (3) 의 형상이 흐트러지고, 오히려 박대 (4) 의 성상이 악화되기 때문이며, 한편 200 mm 이상으로 멀어지면, 초음파에 의해 파괴된 로울 (2) 상의 공기층이 다시 부착함과 동시에, 퍼들 (3) 주변에서의 CO2가스 (6) 의 농도가 10 % 이하 (나머지는 공기이다) 가 되며, 박대 (4) 의 성상 개선효과가 나타나지 않기 때문이다. 또한 도 1 에서 참조부호 1 은 주조용 노즐, 참조부호 8 은 로울의 회전방향, 참조부호 17 은 턴디쉬이다.
또한, 통상 초음파 발진기로는, 주파수 20 ∼50 kHz 로 100 ∼ 200 db (800 ∼ 1500 W/㎡) 의 능력을 갖는 것이 사용되는데, 30 ∼ 40 kHz 로 900 ∼1100 W/㎡ 가 더욱 바람직하다. 너무 강하면 난류 (亂流) 되며, 너무 약하면 공기층을 파괴할 수 없기 때문이다.
다음에, 본 발명자들은, 100 mm 이상의 광폭 박대 (4) 의 제조에서는, 상기 CO2가스 (6) 의 로울 표면으로의 분무가 불균일해지며, 그 분무 효과가 저감한다는 것을 알았다. 그래서, 그 대책으로서, CO2가스 (6) 가 박대 (4) 의 양단 (兩端) 에 상당하는 위치까지 다다르는 분무 기술을 생각하였다. 구체적으로는, 도 2 의 평면도로 도시된 바와 같이, 상기 압력·헤더 (5) 로 부터의 CO2가스 (6) 의 출구에 형성되는 슬릿형 개구 (10) 의 길이 (L) 를 주조하는 박대 (4) 의 폭 (W) 의 1 ∼ 1.4 배로 하고, 또한 상기 개구 두께 (d) 를 0.2 ∼ 0.7 mm 로 하였다. 또, 이 때, 압력·헤더 (5) 내의 CO2가스 (6) 의 압력을 10 ∼30 kPa 로 하면, 더욱 큰 분무 효과를 올릴 수 있었다. 본 발명에서, 상기 헤더 (5) 의 슬릿형 개구 (10) 의 길이 (L) 를 박대 (4) 의 폭 (W) 의 1 ∼ 1.4배로 하는 것이 바람직한 이유는, 이하와 같다. 즉, 슬릿형 개구 (10) 의 길이 (L) 를 주조하는 박대의 폭 (W) 미만으로 하면, CO2가스 (6) 의 로울 (2) 로의 분무가 박대 (4) 의 단부 (端部) 에 상당하는 위치까지 다다르지 못하여, 분무 효과가 경감하기 때문이다. 또, CO2가스에 부가되는 초음파 에너지의 강도는 슬릿의 양단부에서 감소하므로, 슬릿형 개구 (10) 의 길이 (L) 를 박대 (4) 의 폭 (W) 과 같거나 또는 그 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 슬릿형 개구의 길이 (L) 가 박대 (4) 의 폭 (W) 의 1.4 배를 넘으면, 효과가 포화되어 버린다. 또, CO2가스 (6) 가 노즐 (1) 의 주위로부터 퍼들 (3) 로 취입 (들어오게) 되며, 퍼들 (3) 의 형상을 흐트러뜨리거나, 차갑게하여, 오히려 박대 (4) 의 표면성상을 악화시키기 때문이다.
본 발명에서, 상기 압력·헤더 (5) 의 슬릿형 개구 (10) 의 두께 (d) 를 0.2 ∼ 0.7 mm 로 하는 것이 바람직한 이유는, 0.7 mm 를 넘으면, 슬릿형 개구 (10) 내에서 초음파 진동을 얻는데 필요한 CO2가스 (6) 의 유량이 매우 많아지고, 초음파가 발생하기 어려워지기 때문이다. 또, 0.2 mm 미만에서는, 슬릿형 개구 (10) 의 가공이 어렵고, 슬릿형 개구 (10) 의 길이 방향에서 CO2가스 (6) 의 분무가 불균일해지기 때문이다.
한편, 헤더 (5) 내의 CO2가스 (6) 의 압력을 10 ∼30 kPa 로 설정하는 것이 바람직하다고 한 이유는, 10 kPa 미만에서는 초음파가 발생하지 않고, 30kPa 를 넘으면, 발생하는 초음파 에너지는 증대하지만, 박대의 품질에의 영향에 차이가 없어지기 때문이다. 특히, 30 kPa 를 넘은 경우에는, CO2가스 (6) 가 노즐 (1) 의 후방으로부터 퍼들 (3) 에 분무하게 되며, 이 분무력으로 퍼들 (3) 의 후류측 (後流側) 의 형상이 흐트러지고, 오히려 박대 (4) 의 성상이 악화되기 때문이다.
또한, 본 발명자들은, 상기 CO2가스의 분무 효과를 한층 촉진시키는 것을 검토하고, 가스유량을 적절히 선정하여, 그 목적을 달성하였다. 즉, 본 발명자들은, 주조되는 박막 (4) 의 성상에 영향을 주는 상기 헤더 (5) 의 슬릿형 개구 (10) 의 길이 (L) 나 두께 (d), 슬릿수, 박대 (4) 의 폭 (W), 로울 주속 등 모든 조업인자를 예의검토하여, 하기의 CO2가스 유량에 관한 적절한 영역을 구한 것이다.
N·W/140 ≤ Q ≤ N·W/50
단, Q : CO2가스 유량 (㎥/min), W : 박대의 폭 (mm), N : 슬릿수이다. 또한, 슬릿수가 복수인 것은, 상기 헤더가 복수인 경우, 박대 (4) 의 진행 방향에 직각인 슬릿이 다수 설치되기 때문이다.
상기 관계식을 구한 실험결과를 도 3 에 나타낸다. 이는, 폭 (W) 200 mm 및 50 mm 의 박대 (4) 를 주조할 때, 박대 (4) 와 동일한 개구 길이 (L) 의 슬릿형 개구 (개구 두께 d ＝ 0.5 mm 일정) 를 1 개 또는 3 개 형성하고, CO2가스 (6) 의 유량을 여러 가지로 변경하여, 상기 가스의 취입 효과를 정리한 것이다. 또한, 횡축의 수치 50 은 박대의 폭 50 mm × 슬릿수 1, 수치 150 은 박대의 폭 50 mm × 슬릿수 3, 수치 200 은 박대의 폭 200 mm × 슬릿수 1, 수치 600 은 박대의 폭 200 mm × 슬릿수 3 을 의미한다.
도 3 에서, 유량 (Q) 이 N·W/140 미만에서는, 초음파가 발생하지 않고, 또한 취입 후에 회수한 가스의 CO2농도는 20 % 미만 (남은 공기) 에서, 로울 (2) 의 세정 효과는 기대할 수 없다는 것이 확실하다. 실제로 제조한 박대 (4) 의 표면 품질은 개량되어 있지 않았다. 또, 유량 (Q) 이 N·W/50 을 넘으면, CO2가스 (6) 의 분무가 강하고, 이 힘으로 퍼들 (3) 이 흐트러지고, 오히려 박대 (4) 의 품질이 악화되어 있었다. 따라서, 본 발명에서는, CO2가스 (6) 의 분무 유량 (Q) 은 상기 식을 만족하는 범위가 바람직하다고 하였다.
상기 발명에 추가하여, 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명자들은, CO2가스 (6) 을 분무하기 전에, 상기 공기층을 제거 또는 미립자 먼지를 미리 경감시키는 것을 생각하였다. 그래서, 본 발명에서는, 그 수단으로서 건조공기 (11) 에 초음파를 부가하고, 그 충격 에너지로 상기 공기층을 파괴하고, 또 로울 표면의 미립자 먼지까지도 박리도 하게 하였다. 즉, 미리 박리한 이들 공기층과 미립자 먼지, 수증기 등을 곧바로 흡인, 제거하고, 이어서 CO2가스 (6) 를 분무하여 로울 (2) 의 표면에 균일하게 흡착시키고, 퍼들 (3) 주변의 표면을세정하도록 한 것이다. 이 때, CO2가스 (6) 에도 초음파를 발생시키고, 잔존하는 순환공기층을 파괴하고, 상기 CO2가스 (6) 의 로울 표면으로의 흡착을 효과적으로 하고 있다. 여기서, 건조공기를 사용하는 것은, 다른 가스로는 밀도나 노점 (露点) 이 적절하지 않고, 유효한 초음파를 얻을 수 없기 때문이다. 또, 그 후의 사용이 완료된 건조공기의 흡인은, 박리 공기의 배출흐름을 일정하게 하여 오염된 공기를 신속하게 제거하고, 그 후에 CO2가스를 로울 (2) 의 표면에 흡착하기 쉽게 하기 위해서이다.
추가로, 본 발명에서는, 이들 일련의 세정작업을 순차적으로, 신속하게 행하는 장치도 생각하여, 도 4 에 도시된 바와 같이, 초음파 발진기 (7) 를 내장하여 가스의 분무를 행하는 압력·헤더 (5) 를 복수개 설치하고, 이웃하는 2 개의 압력·헤더 (5) 사이에, 사용이 완료된 가스를 흡인, 제거하기 위한 흡인박스 (12) 를 일체로 조립된 헤더를 개발하였다. 이 일체형 헤더를 사용하면, 상류측의 헤더 (5) 로부터 건조공기 (11) 를 분무하고, 흡인박스 (12) 로 사용이 완료된 공기를 흡인, 제거하고, 하류측의 헤더 (5) 로부터 CO2가스 (6) 를 분무하는 것이 가능해진다. 물론, 이 일체형 헤더는, CO2가스만의 분무에 사용해도 좋다.
또한 도 4 에서, 참조부호 (13) 는 가스의 흡인 방향, 참조부호 (15) 는 흡인 블로어, 참조부호 (16) 는 송풍 블로어이다. 또, 본 발명에서는, 도5 에 도시된 바와 같이, 건조공기 (11) 를 분무하는 공기·헤더 (14) 를, CO2가스 (6) 를 분무하는 압력·헤더 (5) 로 분리하여 별개로 설치해도 좋다.
실시예
(실시예 1)
도 1 에 도시된 본 발명에 관한 박대 제조장치를 사용하여, 하기 조건으로 용융금속으로 이루어진 박대 (4) 를 주조하였다.
용융금속 : Fe80B10Si9C1(원자%)
온도 : 1,300 ℃
주조노즐의 슬릿형 개구 길이 (박대의 폭 : W) : 200 mm
로울 (수냉한 동합금제 (銅合金製)) : 외경 1 m
로울의 주속 : 25 m/sec
압력·헤더의 슬릿형 개구 길이 (L) : 150 mm
압력·헤더의 슬릿형 개구 두께 (d) : 0.3 mm
압력·헤더 내의 가스압력 : 0.2 kgf/㎠
또, 로울 표면의 세정 수단, 즉 상기 초음파 발진기 (7) 를 내장한 CO2가스 (6) 의 압력·헤더 (5) 는, 퍼들 (3) 위치로부터 로울 (2) 의 회전방향의 상류측에서, 둘레길이 50 mm 인 곳에 배치하였다. CO2가스 (6) 의 분무유량은 0.8 N㎥/min 이며, 인가하는 초음파는 주파수 25 kHz 로 1 kW/㎡ (150 db) 이였다. 또한, 분무 후, 퍼들 위치에서의 분위기 가스 중의 CO2가스 농도는 20 % (잔부는 공기) 였다.
그 결과, 로울 (2) 의 표면에 부착하는 공기층을 CO2가스의 소위 나이프 (knife) 효과로 10 ㎛ 두께분 정도 파괴하고, 초음파의 효과로서, 또한 10 ㎛ 를 파괴할 수 있다고 추정된다. 수득된 박대 (4) 의 성상으로서는, 도 6 에 도시된 바와 같이, 박대 (4) 폭 방향의 표면 조도 (Ra) 가 대폭으로 개선되고, 안정되어, Ra ＜ 0.8 ㎛ 를 달성할 수 있었다.
또한, 도 6 에는, 비교예로서, CO2가스 대신에 공기를 사용한 경우 및 CO2가스 분위기로 한 경우의 결과도 나타내고 있다. 이들 결과는, 본 발명에 의한 CO2가스 (6) 의 분무 효과를 자명하게 나타내고 있다.
(실시예 2)
실시예 1 과 하기 조건만을 변경하여, CO2가스 (6) 의 분무를 로울 표면의 일정 영역에 실시예 (1) 보다 확대하고, 용융금속으로 이루어진 박대 (4) 를 주조하였다.
압력·헤더 (5) 의 슬릿형 개구 길이 (L) : 220 mm
압력·헤더의 슬릿형 개구 두께 (d) : 0.5 mm
그 결과, 로울 (2) 의 표면에 부착하는 공기층을 소위 나이프 효과로 10 ㎛ 두께 정도 파괴하고, 초음파의 효과로서, 또한 10 ㎛ 를 파괴할 수 있다고 추정할 수 있다. 수득된 박대 (4) 의 성상으로서는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 폭 방향의 표면 조도 (Ra) 가 대폭으로 개선되고, 안정되어, Ra ＜ 0.8 ㎛ 를 달성할 수 있었다.
또한, 도 7 에는, 슬릿형 개구 길이 (L) 가 70 mm 인 압력·헤더 (5) (가스압 및 개구 두께 (d) 는 실시예와 같음) 를 사용한 경우 및 초음파 진동이 없는 CO2가스 분위기로 한 경우도 비교예로서 나타낸다.
게다가, 분무가스 및 압력·헤더 (5) 의 슬릿형 개구 길이를 여러 가지로 변경해서 주조하여, 표 1 에 나타내는 결과를 얻었다 (표 1 에는, 상기 실시예 2 및 비교예의 결과도 동시에 나타내고 있다).

No.
예		 분무 가스의 종류 슬릿형 개구 길이 L
(mm)		 분무 방법 박대의조도, Ra
(㎛)		 자속밀도 B8
(T)		 점적율

(%)
1 실시예 2 CO2가스 220 2 헤더 0.45∼0.55 1.542 88
2 비교예 CO2가스 70 2 헤더 0.80∼1.00 1.54 85
3 비교예 CO2가스 초음파 없음 1 헤더 0.90∼1.30 1.5 80
4 비교예 CO2가스 헤더 없음 치환 0.80∼1.00 1.5 81
5 비교예 없음 1.20∼1.80 1.49 77
6 비교예 Ar가스 220 1 헤더 1.20∼1.50 1.48 75
7 비교예 N2가스 220 1 헤더 1.50∼1.80 1.44 76
8 비교예 공기 220 1 헤더 1.00∼1.20 1.45 75
표 1 및 도 7 에서, 본 발명에 관한 장치 및 방법을 적용하면, 수득된 박대 (4) 의 성상이 다른 방법이나 장치를 사용한 경우와 비교해서, 우수하다는 것이 확실하다. 또한, 표 1 에 있어서, B8 이란 자화력 800 암페어/m 로 자화했을 때의 자속밀도 (테슬러(tesla)) 이다.
(실시예 3, 4, 5)
실시예 2 와, CO2가스 (6) 의 분무유량만을 변경하고, 용융금속합금으로 이루어진 박대 (4) 의 주조를 행하였다. 즉, 본 발명에서 바람직하다고 한 CO2가스 유량 (상기의 관계식 「N·W/140 ≤ Q ≤ N·W/50」 을 만족한다) 을 선택하여 분무한 것이다. 구체적으로는, 1.5 ㎥/min 이다.
그 결과, 냉각 로울 (2) 의 표면에 부착하는 공기층을 CO2가스 (6) 의 소위 나이프 효과로 10 ㎛ 두께분 정도 파괴하고, 초음파의 효과로서, 또한 10 ㎛ 를 파괴할 수 있다고 추정된다. 또, 분무가스 및 압력·헤더 (5) 의 슬릿형 개구 길이를 여러 가지로 변경한 주조도 행하여, 그 결과를 표 2 에 나타낸다.

No.
예		 분무 가스의 종류 박대폭
(mm)		 가스
유량
(㎥/min)		 슬릿형 개구두께 d
(mm)		 분무 방법 박대의
조도 Ra
(㎛)		 철손
W13/50
(W/50)		 자속밀도
B8
(T)
9 실시예 3 CO2가스 50 1.2 0.5 1 헤더 0.3∼0.5 0.070 1.545
10 실시예 4 CO2가스 200 3 0.5 1 헤더 0.3∼0.5 0.065 1.547
11 실시예 5 CO2가스 250 3.5 0.2 1 헤더 0.3∼0.5 0.072 1.546
12 비교예 CO2가스 200 4 1.0 1 헤더 0.8∼1.0 0.12 1.48
13 비교예 CO2가스 20 0.5 0.5 1 헤더 0.9∼1.3 0.1 1.5
14 비교예 CO2가스 200 3 헤더 없음 치환 0.8∼1.0 0.093 1.5
15 비교예 없음 200 없음 없음 없음 1.2∼1.8 0.12 1.49
16 비교예 Ar 가스 200 3 0.5 1 헤더 1.2∼1.5 0.15 1.48
17 비교예 N2가스 200 3 0.5 1 헤더 1.5∼1.8 0.16 1.44
18 비교예 공기 200 3 0.7 1 헤더 1.0∼1.2 0.11 1.45
표 2 에서, 본 발명에 관한 CO2가스 (6) 의 적정한 분무량을 선정하면, 주조된 박대 (4) 의 성상이 상기 실시예1 및 2 의 결과보다 더욱 좋아진다는 것이 확실하다.
또한, 표 2 에 있어서의 W13/50이란, 최고 자속밀도가 1.3 테슬러가 되도록, 주파수 50 Hz 로 자화시켰을 때의 철손 (W/kg) 이다.
(실시예 6)
CO2가스 (6) 의 분무 전에 건조공기로 로울 (2) 의 표면을 사전 세정했을 때, 실시예 1 과 거의 같은 조건으로, 용융금속합금으로 이루어진 박대 (4) 의 주조를 하였다.
실시예 1 과 다른 점은, 압력·헤더 (5) 내의 가스압력이 0.3 kgf/㎠, 압력·헤더 (5) 가 퍼들 (3) 의 위치로부터 로울 (2) 의 회전방향의 상류측으로 약 150 mm 떨어져서 위치했다는 점이다.
또, 사용한 압력·헤더 (5) 는, 도 4 에 도시된 일체형 구조로, 상류측의 헤더 (5) 의 슬릿형 개구 (10) 로부터 건조공기 (11) 를 분사하고, 그것을 흡인 포켓 (12) 으로 흡인한 후, 후류측의 슬릿형 개구 (10) 로부터 CO2가스 (6) 를 분사하는 것이다. 또한, 건조공기 (11) 및 CO2가스 (6) 의 유량은, 각각 1.5 N㎥/min 이다.
이 주조 결과를 표 3 에 나타낸다. 표 3 에는, 상기 실시예 6 이외에도, 종래의 방법 및 장치를 사용한 주조 결과를 비교예로서 다수 나타내고 있다.

No.
예		 분무 가스의 종류 분무 방법 박대의
조도, Ra
(㎛)		 철손
W13/50
(W/kg)		 자속밀도 B8,
(T)		 점적율
(%)
19 실시예 6 건조공기＋CO2가스 2 헤더
＋흡인		 0.2∼0.4 0.069 1.55 89
20 비교예 CO2가스 2 헤더
＋흡인		 0.5∼0.7 0.098 1.501 83
21 비교예 건조공기만 2 헤더
＋흡인		 0.8∼1.0 0.105 1.500 80
22 비교예 CO2가스 1 헤더 0.9∼1.1 0.120 1.480 75
23 비교예 건조공기만 1 헤더 1.0∼1.3 0.150 1.460 73
24 비교예 없음 1.2∼1.8 0.155 1.45 70
25 비교예 Ar가스 2 헤더
＋흡인		 1.2∼1.5 0.140 1.48 76
26 비교예 Ar 가스 헤더없음 1.4∼2.0 ㎛ 0.180 1.462 70
표 3 에서, 본 발명에 관한 방법으로 주조한 박대 (4) 는, 조도, 철손, 자속밀도 및 점유율 모두가 비교예보다 우수하다. 그 상황을 도 8 ∼ 10 에 나타낸다.
도 8 에는, 박대 (4) 를 변압기에 사용했을 때에 발휘하는 자속밀도를 비교한 것으로, 박대 (4) 로서는, 본 발명법의 실시예 (4) (초음파 ＋ CO2가스의 분무), 종래법 1 (CO2가스의 분무, 초음파 없음) 및 종래법 2 (단순히 대기 중에서 주조) 의 3 개의 방법으로 수득한 것이다. 도 8 에서, 본 발명의 적용으로 수득한 박대 (4) 의 자속밀도는, 종래법으로 수득한 것보다 대폭으로 증가하고 있는 것이 확실하다. 또, 도 9 는, 철손에 대해서 동일한 비교를 했는데, 철손도 대폭으로 증가하고 있으며, 본 발명에 의해서 박대 (4) 의 자성이 개선되었다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10 은, 박대 (4) 의 표면 조도 (Ra, 단위 ㎛) 를 L 방향 (도 10 (a)) 및 C 방향 (도 10 (b)) 으로 표시한다. 도 10 에서 명백한 바와 같이, 박대 (4)의 표면 조도도 본 발명의 적용으로 대폭으로 개선되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해서, 표면성상이 양호한 비정질 금속박대를 효과적으로, 또한 저렴한 가격으로 안전하게 대량생산하는 것이 가능하게 되었다. 그 결과, 변압기용으로서 유효한 비정질 금속의 저렴한 가격의 제공을 기대할 수 있다.

Claims (22)

  1. 고속 회전하는 냉각로울 상에 슬릿형 개구를 갖는 노즐로부터 용융금속을 사출하여 상기 냉각로울 상에 용융철을 형성하고, 이 용융철을 넓혀서 급냉응고시켜 비정질 금속박대를 제조할 때,
    상기 용융철 위치로부터 상기 냉각로울의 회전방향의 상류측에서, 초음파 진동을 부가한 CO2가스를 분무하여 상기 냉각로울의 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 CO2가스를 냉각로울 표면의 일정 영역에 균일하게 분무하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 CO2가스를 하기 식 ①,
    N·W/140 ≤ Q ≤ N·W/50 … ①
    단,
    Q : CO2가스 유량 (㎥/min)
    W : 박대의 폭 (mm)
    N : 슬릿의 수
    을 만족하는 유량 (Q) 으로 하는 것을 특징으로하는 비정질 금속박대의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 CO2가스의 분무 전에, 초음파 진동을 부가한 건조공기를 분무하여 미리 상기 냉각로울 표면을 세정하고, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법.
  5. 고속 회전하는 냉각로울과, 용융금속을 상기 냉각로울 상에 사출하여 용융철을 형성하는 슬릿형 개구를 갖는 노즐을 구비한 비정질 금속박대의 제조장치에 있어서,
    초음파 진동기를 내장하고, CO2가스를 상기 냉각로울 표면에 분무하는 압력·헤더를, 상기 용융철 위치로부터 상기 냉각로울의 회전방향의 상류측에 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 압력·헤더를, 상기 용융철 위치로부터 로울회전방향의 상류측에, 로울 표면 둘레길이에서 20 mm 이상 200 mm 이하의 거리만큼 떨어뜨려 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 압력·헤더의 슬릿형 개구의 길이를 제조하는 박대 폭의 1 ∼ 1.4 배로 함과 동시에, 상기 개구 두께를 0.2 ∼ 0.7 mm 로 한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 압력·헤더를 냉각로울의 회전방향을 따라 복수개 설치하고, 이웃하는 2 개의 헤더 사이에, 사용이 완료된 가스를 흡인 배출하는 흡인박스를 구비한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 압력·헤더 내의 CO2가스의 압력을 10 ∼ 30 kPa 로 설정한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 CO2가스의 분무 전에, 초음파 진동을 부가한 건조공기를 분무하여 미리 상기 냉각로울 표면을 세정하고, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 압력·헤더를 냉각로울의 회전방향을 따라 복수개설치하고, 이웃하는 2 개의 헤더 사이에, 사용이 완료된 가스를 흡인 배출하는 흡인박스를 구비한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 압력·헤더 내의 CO2가스의 압력을 10 ∼ 30 kPa 로 설정한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 압력·헤더 내의 CO2가스의 압력을 10 ∼ 30 kPa 로 설정한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 압력·헤더 내의 CO2가스의 압력을 10 ∼ 30 kPa 로 설정한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  16. 제 7 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  17. 제 8 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와,오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  18. 제 9 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와,오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 압력·헤더 위치로부터 로울회전방향의 상류측에 초음파 발진기를 내장하고, 냉각로울 표면에 건조공기를 분무하는 공기·헤더와, 오염된 상기 건조공기를 흡인 제거하는 흡인박스를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 비정질 금속박대의 제조장치.
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