KR100544640B1

KR100544640B1 - 자기적특성 개선을 위한 무방향성전기강판의자장열처리방법과 이에 이용되는 장치

Info

Publication number: KR100544640B1
Application number: KR1020010083795A
Authority: KR
Inventors: 차상윤; 츄다코프이반보리소비치; 김재관; 장삼규
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2006-01-24
Also published as: KR20030053793A

Abstract

본 발명은 모터 등의 전기기기 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가하여 철손을 낮추면서 투자율을 높일 수 있는 자장열처리방법과 이에 이용되는 자장열처리장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

무방향성전기강판을 200℃이상의 온도로 가열하는 단계,

상기 가열된 무방향성 전기강판의 큐리온도이하에서 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가하는 단계를 포함하여 이루어지는 자기적특성개선을 위한 무방향성 전기강판의 자장열처리방법과,

연속적으로 이송되는 강판을 가열하는 열처리로(2),

상기 열처리로 후방에 설치되어 내부를 연속적으로 통과하는 가열된 강판의 길이방향으로 자장을 인가하는 수평자장발생수단(20),

상기 수평자장발생수단의 후방 또는 전방에서 이송강판의 측면에 근접하게 설치되어 강판의 폭방향으로 자장을 인가하는 수직자장발생수단(30),

상기 수평자장발생수단(20)과 수직자장발생수단(30)에 전류를 공급하는 전원공급기(40),

상기 전원공급기(40)에서 상기 자장발생수단(20)(30)의 각각에 공급되는 전류를 스 위칭하는 전원스위칭수단(52)

상기 전원스위칭수단(52)를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 이루어지는 자장열처리장치에 관한 것을 그 기술요지로 한다.

무방향성 전기강판, 자장열처리, 철손, 투자율, 자기변형, 수직자장, 수평자장

Description

자기적특성 개선을 위한 무방향성전기강판의 자장열처리방법과 이에 이용되는 장치{Method for magnetic annealing non- oriented electrical steel sheet to improve magnetic properties and magnetic annealing apparatus used therein}

도 1는 자장열처리 장치의 개요도

도 2는 자장방향에 따른 자장열처리의 개요도로서

도 2(a)는 강판의 길이방향(압연방향)으로 자장부여하는 자장열처리(LDMA)의 개요도

도 2(b)는 강판의 폭방향(강판의 압연방향에 대한 수직방향)으로 자장부여하는 자장열처리(TDMA)의 개요도

도 3은 자장세기에 따른 철손과 투자율의 변화를 나타내는 그래프

도 4는 주파수에 따른 철손과 투자율의 변화를 나타내는 그래프

도 5는 펄스폭에 따른 철손과 투자율의 변화를 나타내는 그래프

도 6은 자장열처리전 후의 자기변형을 나타내는 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1..전기강판 2… 열처리로

20.. 수평자장발생수단 30..수직자장발생수단

40..전원공급기 50.. 제어부

52.. 전원스위칭수단 60.. 오실로스코프

본 발명은 모터 등의 전기기기 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가하여 철손을 낮추면서 투자율을 높일 수 있는 자장열처리방법에 관한 것이다. 또한, 이에 사용되는 자장열처리장치에 관한 것이다.

모터와 변압기등의 전기기기에서 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바뀔 때 가장 에너지손실이 큰 부품이다. 따라서 철손이 낮은 전기강판을 사용하면 에너지 손실을 그 만큼 줄일 수 있게 된다. 최근 들어 에너지 손실외에 환경문제로 인하여 저손실소재를 사용하면 그 만큼 발전량을 줄일 수 있어서 발전소 건설을 억제할 수 있다는 측면에서 저손실소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 전기손실을 10% 줄일 수 있다면 현재 국내 발전소 200기 기준으로 발전소 20개를 줄여도 된다는 계산이 나온다.

무방향성 전기강판에 있어서의 자기적인 특성으로는 자속밀도, 철손, 투자율 그리고 자기변형(magnetostriction)이 있다. 자속밀도와 투자율은 높을수록 좋으며, 철 손과 자기변형은 낮을수록 좋은 제품이다. 자속밀도와 투자율이 우수하면 모터의 토-크(회전력)가 커져서 상대적으로 소형으로 가져갈 수 있으며, 철심에 감는 동선의 양을 저감할 수 있어 동선이 줄어든다. 자속밀도와 투자율을 높이기 위하여 많은 연구자들은 성분설계와 가공조건의 변화에 따른 집합조직을 연구해 오고 있다.

무방향성 전기강판에 있어서 철손은 이력손실과 와류손실이 있다. 이력손실은 크게는 결정립의 크기와 강의 청정도에 의해 영향을 받는다. 와류손실은 주로 강판의 비저항, 두께, 결정립 크기에 영향을 받는다. 종래에 연구자들은 철손을 감소시키기 위하여, 제강에서 Si과 Al을 첨가하여 비저항을 증가시키거나, 냉간압연을 통하여 두께를 얇게 하는 방법을 주로 시도하고 있다. 그러나, 통상 Si 또는 Al을 첨가하는 방법은 철손은 낮아지지만 자속밀도를 떨어뜨리는 효과를 동시에 수반하게 된다. 자속밀도를 높이면서 철손을 낮추는 것은 이 두가지 특성이 상호 반대적이므로 매우 어렵다. 이를 위하여 무방향성 전기강판의 두께를 얇게 하는 기술이 있다. 강판의 두께를 얇게 가져가면 그에 비례하여 와류손이 줄어들어 철손이 낮아지며, 이때 자속밀도는 성분에 의하여 영향을 받으므로 자속밀도와 철손이 좋은 특성을 동시에 얻을 수 있다. 그러나, 강판의 두께를 얇게 하면 강판 제조사 입장에서는 생산량에 지대한 영향을 주게 된다. 두께를 얇게 할수록 즉 압하율을 많이 줄수록 재료가 경해지므로 만들기가 용이하지가 않다. 또한 두께를 더욱 얇게 하기 위하여 늘어난 압연 횟수만큼 생산량이 감소될 수 밖에 없다.

따라서, 강판의 두께를 얇게 하면서 철손과 자속밀도를 동시에 개선하는 기술은 그리 긍정적이지 않으며, 새로운 기술의 도입이 요구되고 있다.

무방향성 전기강판의 자기적인 특성에서 중요한 자속밀도, 철손, 투자율의 개선여지가 많기 때문에 자기변형에 대한 관심이 그리 높지 않다. 자기변형은 전기강판을 철심으로 가공하여 모터 등의 응용제품에서 사용할 때 발생하는 소음이 원인이 된다. 즉, 철심내부에서 자속방향의 변화로 철심의 길이변화가 일어나 소음이 발생하는데, 이를 자기변형이라 한다. 자기변형은 재료내부에서 자구의 회전으로 원자간 거리가 달라지게 되어 총체적으로 재료의 길이변화가 유발되어 생기는 것으로 알려져 있다.

오랜 기간 동안 많은 연구자들이 재료내에 존재하는 자구를 조절하는데 있어서 자장열처리 방법을 이용하였다. 자장열처리는 1913년 Pender와 Jones에 의해 발견된 이후 여러 가지 재료에 응용되고 있다. 이는 큐리온도 이하에서 상온까지 냉각하는 동안에 자장을 부여하여 재료의 자구를 재배열함으로써 자화곡선을 변화시키는 것이다. 자장열처리는 자기이방성 에너지가 낮은 재료에서 자기적 특성을 향상시키기 위하여 주로 사용하고 있다. Physics of Ferromagnetism(S.Chikazumi. Oxford Press, NY, 1997)에서와 Introduction to Magnetic Materials(B.Cullity. A.Wesley Publ., London, 1972)에서는 열처리과정중 냉각을 포함하는 과정에서 자장을 자화용이축 방향 즉 압연방향으로 가하면서 열처리하는 것을 자장열처리로 그 의미를 설명하고 있다.

그런데, 이러한 자장열처리기술은 주로 방향성 전기강판에 적용되었다. 1964년 V.A. ZAYKOVA등의 발표(Fiz. Metal. metalloved. 18, 349 (1964))를 효시로 하여 당시에 활발히 연구되었다. 그러나, 방향성전기강판의 결정자기 이방성에너지가 너무 큰 것으로 인하여 자장열처리로 강판의 자성을 변화시키기가 쉽지 않음을 알고, 이후 연구가 거의 이루어지지 않았다.

자장열처리를 방향성전기강판에 적용한 구체적인 기술로는 (1) 일본 특개평8-134543호, (2) 평8-134551 및 (3) 평7-197132호 등이 있다.

(1) 일본 특개평8-134543에서는 자속밀도가 800A/m (B₈)에서 1.93~1.94 테스라(Tesla)인 재료를 이용하여 자장열처리의 적정온도와 냉각속도에 따른 자기변형 감소효과를 보여주고 있다. 여기서는 방향성전기강판을 이차재결정소둔후 코팅과 평탄화과정을 거쳐 냉각과정중에 자기변태점 바로 직상 온도에서 약350℃ 까지 25℃/초 이하의 속도로 냉각하며 이때 직류자장은 10 에르스텟(Oe) 정도 부여하는 것을 특징으로 한다.

(2) 일본 특개평8-134551에서는 자속밀도가 800A/m (B₈)에서 1.94 테스라(Tesla)인 재료를 이용하여 700℃이하의 온도에서 400℃까지 강판의 폭방향으로 온도경사를 1.5℃/cm으로 하면서 동시에 강판에 인장응력을 신장률 0.30% 이상 또는 0.15% 이하로 하고, 직류자장을 50 에르스텟 이상으로 부여하여 철손과 자속밀도가 낮아지는 효과를 보여주고 있다.

(3) 일본 특개평7-197132호에는 Si:1~10중량%을 함유하는 규소강판에 큐리온도미만의 영역에서, 유효자계 40A/m이상의 교번자계(사인파형, 삼각파형 및 사각파형 자장)를 인가하고, 이 자계중에서 400℃이하까지 냉각하는 방향성 전기강판의 제조방법이 개시되어 있다.

상기 선행기술들에서는 모두 자기적특성들이 우수한 고자속밀도 방향성전기강판 (800A/m에서 자속밀도가 1.90 Tesla 이상) 또는 실질적으로 고규소(실리콘 함량이 4% 이상)강판을 이용하고 있다. 또한, 상기 (1)(2)(3)의 선행기술에서는 자장을 자화용이축 방향(강판의 압연방향을 향하여 자장부여)으로 가하는 자장열처리기술로서, (1)(2)에서는 직류자장을 (3)에서는 교류자장을 부여하고 있다. 직류자장의 경우에는 자장세기에 따라 많은 전력이 필요하게 되어 높은 자장세기를 얻기가 매우 어려울 뿐 아니라 들어가는 전력에 비해 자장이 세기가 높지 않으므로 매우 비효율적이다. 또한, 교류자장은 자장세기에 따라 자기변형감소 효과가 좋고, 직류자장 보다 더 좋은 효과를 가지나 이 또한 높은 자장을 얻기에는 많은 전력을 필요로 하게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 무방향성 전기강판에 대해서 자장열처리를 통해 자성을 향상시키는 기술과 관련된 선행기술은 찾아보기 어려운데, 그 이유는 지금까지의 자장열처리는 자구를 일방향으로 배열하는 기술로 인식되어 있기 때문에 결정립들이 서로 다른 방위를 갖는 무방향성 전기강판에 대한 적용은 전혀 고려되지 않았다.

본 발명은 무방향성 전기강판을 이용하여 자장열처리를 통하여 철손을 낮추고, 자속밀도를 높이면서 자기변형을 줄일 수 있는 자장열처리방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 무방향성 전기강판의 자장열처리에 이용될 수 있는 자장열처리 장치를 제공하는데 목적이 있다. 이 자장열처리 장치는 원하는 방향으로 자장을 인가할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무방향성 자장열처리방법은, 무방향성전기강판을 200℃이상의 온도로 가열하는 단계,

상기 가열된 무방향성 전기강판의 큐리온도이하에서 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가하는 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 자장열처리장치는, 그 일례가 도 1에 도시되어 있듯이,

연속적으로 이송되는 강판을 가열하는 열처리로(2),

상기 열처리로 후방에 설치되어 내부를 연속적으로 통과하는 가열된 강판의 길이방 향으로 자장을 인가하는 수평자장발생수단(20),

상기 전원공급기(40)에서 상기 자장발생수단(20)(30)의 각각에 공급되는 전류를 스위칭하는 전원스위칭수단(52)

상기 전원스위칭수단(52)를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

무방향성 전기강판내에는 수 많은 결정립들이 존재하고 각 결정립들은 각기 서로 다른 방위들을 가지고 있으므로 그 속에 형성된 자구 또한 각기 서로 다른 방향을 향하고 있다. 모터가 회전시 철심내부의 임의의 지점에서의 자구는 일제히 외부에서 주어지는 자기장에 따라 회전 또는 자벽이동이 일어나게 된다. 이때 자벽의 운동이 쉽게 잘 일어나는 것일수록 철손실이 적다. 자벽의 운동이 외부자장에 따라 쉽게 움직이게 하기 위해서는 자기이방성에너지가 낮아야 한다.

따라서, 본 발명자들은 자기이방에너지를 낮추면 서로 다른 방향으로 배열된 자구가 쉽게 회전하거나 또는 자벽이동이 되어 철손실이 낮출 수 있다라는 점에 착안하여 방향성 전기강판에서 자기이방에너지를 낮추는데 사용되던 자장열처리기술을 도 입하는 실험을 진행하였다. 그러나, 지금까지의 자화용이축인 강판의 길이방향으로 자장을 인가하는 수평자장(도 2a)을 적용해 본 결과, 별다른 효과를 얻지 못하였다. 계속되는 연구과정에서 강판의 폭방향으로 자장을 인가하는 수직자장(도 2b)과 함께 수직자장과 수평자장을 순차적으로 적용해 본 결과, 자기이방성에너지가 현격히 낮아지는 결과를 확인하였다.

본 발명에서는 무방향성 전기강판에 자장열처리기술을 새롭게 도입하면서, 수평자장과 수직자장을 순차적으로 적용하는데 특징이 있으며, 여기에 사용되는 자장열처리장치를 제안하는데도 특징이 있다. 따라서, 본 발명을 [1] 대상강판, [2] 자장열처리방법, [3] 자장열처리장치로 구분하여 설명한다.

[1] 대상강판

본 발명은 무방향성 전기강판을 대상강재로 한다. 무방향성 전기강판은 강슬라브를 재가열하여 열간압연하고, 권취한 다음, 산세 및 냉간압연하고, 냉연판을 최종소둔하여 제조한다. 최종소둔 냉연판에는 절연코팅하는 경우도 있다.

따라서, 본 발명에서는 최종소둔 냉연강판 또는 절연코팅 냉연강판을 대상으로 자장열처리한다. 무방향성 전기강판의 성분은 제조사별로 다양한 종류가 제시되어 있으며, 보통 4.5중량% 이하의 Si을 함유한 강종이 대부분이다. 이외에 자성과 가공성향상을 위하여 기타 Al, Mn, P, B, Sb, Cu, Ni, Cr 등의 합금원소를 포함한다.

[2] 자장열처리방법

본 발명에서는 최종소둔재 또는 최종소둔한 다음에 절연코팅한 절연코팅재에 대하여 자장열처리한다. 따라서, 이들 강판을 가열하여 자장열처리할 수도 있고, 또는 최종소둔후의 냉각과정이나 절연코팅의 경화처리후의 냉각과정에서 자장을 인가하여 자장열처리할 수 있다. 자장열처리는 크게 온도조건, 자장인가패턴, 인가자장의 조건을 최적화하여 자기이방성에너지를 낮추어 철손, 자속밀도, 자기변형의 개선을 도모한다.

·자장열처리 온도조건

무방향성 전기강판의 자기이방성에너지는 온도가 높을수록 급격히 낮아지기 때문에 높은 온도에서 자장을 가하는 것이 좋다. 그러나, 자장열처리 온도가 강판의 자기변태점(큐리온도, 약 720℃)에 가까이 갈수록 무방향성 전기강판의 투자율이 낮아져 자속이 약해지므로 너무 온도가 높아도 좋지 않으므로 자장열처리 온도는 720℃이하에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 자장열처리온도가 200℃미만의 경우에는 무방향성전기강판의 결정자기 이방성에너지가 높은 관계로 자장열처리효과가 미미하다. 따라서, 자장열처리는 200~720℃온도 구간에서 행하는 것이 바람직하다.

· 자장인가패턴

무방향성 전기강판은 가공과 열처리를 거쳐 재결정이 이루어지는 동안 결정립들의 집합조직에 따라 자발자구가 형성된다. 이렇게 형성된 자발자구의 자기이방성에너지를 낮출 수 있는 방안으로 본 발명에서는 수직자장과 수평자장을 순차적으로 인가한다. 순차적으로 자장을 인가하는 방법을 도 1를 참고로 설명한다.

열처리에서 인출되는 가열강판에 먼저 제1수평자장인가수단(20a)을 통해 강판의 이송방향으로 수평자장을 인가한다. 이어 이 수평자장의 인가를 종료한 직후에 제1수직자장인가수단(30a)을 통해 강판의 이송방향으로 보아 강판의 우측에서 좌측으로 수직자장을 인가한다. 이어 제1수직자장인가수단(30a)을 통한 수직자장의 인가를 종료한 직후에 제2수평자장인가수단(20b)을 통해 강판의 이송방향의 역으로 수평자장을 인가한다. 이어 이 수평자장의 인가를 종료한 다음에 제2수직자장발생수단(30b)을 통해 강판의 이송방향으로 보아 좌측에서 우측으로 수직자장을 인가한다. 이러한 패턴으로 연속하여 수평자장과 수직자장을 인가한다. 물론, 이러한 순차적인 인가방향을 역으로 할 수도 있다. 그 인가패턴은 그 외의 여러가지 방법이 있을 수 있는데, 가능한 방법을 자장발생수단(20)(30)의 전원공급방법으로 표현하면 아래와 같다.

(1)제1수평자장발생수단(20a)→제1수직자장발생수단(30a) →제2수평자장발생수단(20b) →제2수직자장발생수단(30b):순환

(2)제1수평자장발생수단(20a)→제2수직자장발생수단(30b) →제2수평자장발생수단(20b) →제1수직자장발생수단(30a):순환

(3)제1수평자장발생수단(20a)→제1수직자장발생수단(30a) →제1수평자장발생수단(20a) →제1수직자장발생수단(30a):순환

(4)제1수평자장발생수단(20a)→제2수직자장발생수단(30b) →제1수평자장발생수단(20a) →제2수직자장발생수단(30b):순환

(5)제2수평자장발생수단(20b)→제1수직자장발생수단(30a) →제2수평자장발생수단(20b) →제1수직자장발생수단(30a):순환

(6)제1수평자장발생수단(20b)→제2수직자장발생수단(30b) →제1수평자장발생수단(20b) →제2수직자장발생수단(30b):순환

상기한 6가지 인가패턴에서 가장 바람직한 예가 (1)(2)이다. 인가패턴(1)(2)를 따라 무방향성 전기강판에 자장을 인가하는 경우에는 임의의 점에 있는 자구가 자장을 받아 회전하게 된다. 그리고, 강판의 진행속도는 강판의 임의의 부분이 적어도 1회 순환하는 자장의 영역에 있도록 조정하는 것이 필요하다. 이때 각 자장발생수단은 N극과 S 극을 교대로 하는 것이 아니라 도 1에 화살표로 나타낸 것처럼 한쪽방향의 자장을 인가하는 것이 바람직하다. 이는 강판내부의 자구를 회전시키는데 있어 매우 효과적이기 때문이다.

· 자장인가조건

본 발명에서는 인가하는 자장은 직류, 교류, 펄스중의 어느 하나가 이용될 수 있으나, 교류나 펄스를 이용하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 순간적으로 높은 자 장을 가할 수 있는 펄스자장이 좋다. 펄스자장은 직류자장 또는 교류자장에 비하여 자장을 부여하는 시간을 매우 짧게 하는 것을 의미한다. 교류자장은 방형파, 삼각파, 반사인파가 적용될 수 있다. 이때의 자장인가조건은 조건은 펄스폭 10ms 이상, 주파수 1Hz 이상, 펄스세기 100 0e 이상으로 하는 것이 좋다.

즉, 자장의 세기는 도 3(펄스폭 35ms, 주파수 8Hz)에 나타나 있듯이, 자장세기가 100 Oe이상일 때부터 철손 및 투자율개선율과 비례하여 커지다가 700 Oe에서는 600 Oe와 비교해서 자성개선효과가 그다지 보이지 않는다. 따라서, 가장 바람직한 펄스자장세기는 100~700 Oe이나, 본 발명이 반드시 여기에 제한되는 것은 아니다.

주파수는 도 4(펄스폭 35ms, 자장세기 300 Oe)에 나타나 있듯이, 주파수가 커질수록 철손 및 투자율개선율이 커지는데, 1Hz이상 될 때 자기변형개선 효과가 크게 나타나며 8Hz이상에서는 증가정도가 둔화된다.

펄스폭은 도 5(주파수 8Hz, 펄스세기 600 Oe)에 나타나 있듯이, 10ms이상으로 하면 자성개선효과가 나타나기 시작하며 40ms에 근접해가면 개선효과가 그다지 크지 않다는 것을 알 수 있다.

[3] 자장열처리장치

본 발명의 자장열처리장치를 도 1을 통해 설명한다. 도 1에 본 발명의 제한되는 것은 아니며, 이는 자장열처리장치의 하나의 예이다.

본 발명의 자장열처리 장치는 열처리로(2), 수평자장인가수단(20), 수직자장인가수단(30), 전원공급기(40), 전원스위칭수단(52), 제어부(50)으로 구성된다.

· 열처리로(2)

본 발명의 열처리로는 전기강판을 자장열처리온도로 가열하기 위한 것으로, 무방향성전기강판의 최종소둔로 또는 절연코팅의 경화로로 대체할 수 있다.

·수평자장인가수단(20),

수평자장인가수단은 도 1과 같이 열처리의 후방에 설치되어 있으나, 열처리로내 전부 또는 일부를 배치할 수도 있다. 이는 자장인가온도에 따라 적절히 설계변경 가능하다. 강판은 수평자장인가수단(20)내부를 통과하여 그 길이방향으로 수평자장이 인가된다. 자장인가패턴이 상기 (1)(2)를 선택한다면, 제1수직자장발생수단(20a)와 제2수직자장발생수단(20b)의 두개를 일정간격 이격하여 설치하고, 이 사이에 수직자장발생수단(30)이 설치된다.

본 발명에서 수평자장발생수단은 솔레노이드, 헬름홀쯔코일, 전자석 등이 적용될 수 있으며, 넓은 공간에서 자장을 인가하는데 유리한 헬름홀쯔 코일이 가장 바람직하다. 헬름홀쯔 코일이 사용되는 경우에는 제1수평자장발생수단(20a)와 제2수평자장발생수단(20b)간의 거리(L)는 코일의 직경(D)와 다음의 관계, D≥L을 만족할 때 균일한 자장을 형성한다는 측면에서 바람직하다. 그러나, 제1수평자장발생수단(20a)와 제2수평자장발생수단(20b)이 독립적으로 순차적으로 자장을 인가하므로 반드시 코일의 직경과 코일간의 간격을 제한할 필요는 없다.

·수직자장발생수단(30),

도 1에는 제1수직자장발생수단(30a)이 제1수평자장발생수단(20a)의 바로 후방에 설치되어 있다. 이 경우에는 자장인가패턴(1)(2)(3)(4)의 경우이다. 인가패턴(5)(6)을 선택한다면, 제1수직자장발생수단(30a)이 열처리 바로 후방에 설치될 수 있다. 또한, 자장인가패턴(3)(4)(5)(6)을 선택하는 경우라면 수직자장발생수단은 1개만 구비한다.

인가패턴 (1)(2)를 구현하는 경우에는 도 1과 같이, 제1수직자장발생수단(30a)과 제2수직자장발생수단(30b)으로 구성하여 2개의 수평자장발생수단(20)의 사이에서 강판의 양측면에 각각 근접하게 설치된다.

이때, 수직자장발생수단(30)과 수평자장발생수단(20)은 순차적으로 자장을 인가하므로 서로 독립적이다. 따라서, 그들의 배치, 간격은 자장인가에 별다른 영향을 미치지 않는다.

수직자장발생수단 또한, 솔레노이드, 헬름홀쯔코일, 전자석 등이 적용될 수 있으며, 넓은 공간에서 자장을 인가하는데 유리한 헬름홀쯔 코일이 가장 바람직하다. 헬름홀쯔 코일이 사용되는 경우에는 제1수직자장발생수단(30a)와 제2수직자장발생수단(30b)간의 거리(L')는 코일의 직경(D)와 다음의 관계, D≥L'을 만족할 때 균일한 자장을 형성한다는 측면에서 바람직하다. 그러나, 제1수직자장발생수단(30a)와 제2수직자장발생수단(30b)이 독립적으로 순차적으로 자장을 인가하므로 반드시 코일의 직경과 코일간의 간격을 제한할 필요는 없다.

· 전원공급기(40),

상기 자장발생수단에 전류를 공급하기 위한 전원공급기(40)가 구비된다. 전원은 직류, 교류, 펄스의 그룹에서 원하는 종류를 선택한다. 전원공급기에는 주파수, 폭, 세기를 조절할 수 있도록 파형제어기(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 1에는 전원공급기 1대로 모든 자장발생수단에 전류를 공급하고 있다. 물론, 개별적으로 공급하도록 구성할 수 있으나, 이는 비효율적이다.

·전원스위칭수단(52),

상기 전원공급기(40)에서 공급되는 전류가 자장발생수단에 순차적으로 전달되도록 전원스위칭수단(52)을 구비한다. 전원스위칭수단에 의해 전원을 개방, 차단하여 상기한 (1)~(6)의 인가패턴을 구현한다. 물론, 순차적인 자장인가가 아니라, 필요에 따라 수직자장 도는 수평자장을 부여할 수 있다. 도 1에는 4개의 전원스위칭수단(52)이 구비되어 4개의 자장발생수단(20a)(20b)(30a)(30b)에 순차적으로 전류를 공급한다.

·제어부(50)

제어부(50)는 상기 전원스위칭수단(52)를 제어하여 인가패턴(1)~(6) 또는 필요에 따라 여러가지 인가패턴을 구현한다. 인가패턴(1)을 예로 들어 제어부의 작용을 설명한다. 제어는 먼저,

제1전원스위칭수단(52a)를 개방하고 나머지 전원스위칭수단 (52b)(52c)(52d)는 차단하여 상기 제1수평자장인가수단(20a)에 전류를 공급하는 단계,

이어 제2전원스위칭수단(52b)를 개방하고, 나머지 전원스위칭수단(52a)(52c)(52d)는 차단하여 상기 제1수직자장인가수단(30a)에 전류를 인가하는 단계,

이어 제3전원스위칭수단(52c)를 개방하고 나머지 전원스위칭수단(52a)(52b)(52d)는

차단하여 상기 제2수평자장인가수단(20b)에 전류를 공급하는 단계,

이어 제4전원스위칭수단(52d)를 개방하고 나머지 전원스위칭수단(52a)(52b)(52c)는 차단하여 상기 제2수직자장인가수단(30b)에 전류를 공급하는 단계를 순차적으로 반복하여 가열된 무방향성 전기강판에 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가한다.

한편, 도 1에는 오실로스코프(60)이 도시되어 있다. 이 오스로스코프를 확대하여 나타낸 도 1의 하단부를 보면 순차적으로 펄스가 인가되는 것을 볼 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

본 발명의 실시예에서 대상강재는 다음과 같은 공정을 통해 제조한 무방향성 전기강판을 사용하였다. 즉, 중량%로, C:0.002%, Si:1.05%, Mn:0.27%, P:0.013, S:0.0024%, Al:0.34%, N:0.0020%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 방 향성전기강 슬라브를 1150℃로 2시간 가열한 후, 열간압연하여 판두께가 2.0mm인 열연판을 얻었다. 이 열연판을 700℃에서 공기중에서 권취하여 냉각하였다. 냉각된 열연판은, 표면을 산세한 후 0.50mm의 두께로 냉간압연을 하였다. 냉간압연된 판은 1000℃로 유지된 로에 20%H₂+80%N₂의 혼합가스 내에서 2분동안 소둔을 하였다.

도 1의 최종소둔로(2)에서 인출되는 강판에 대해 큐리온도이하에서 상온까지 자장을 부여하였다. 자장인가패턴은 상기한 (1)을 채택하여 순차적으로 자장을 인가하였다. 즉, 제1수평자장발생 솔레노이드(20a)→제1수직자장발생 솔레노이드(30a) →제2수평자장발생 솔레노이드(20b) →제2수직자장발생 솔레노이드(30b):순환

강판이 최종소둔로를 벗어나 자장부여 솔레노이드내로 들어올 때의 온도가 720℃이며, 여기에서 강판은 솔레노이드에서 순차적으로 발생되는 자장을 받고, 제 2수평자장발생 솔레노이드(20b) 이후로 빠져나갈 때는 200℃ 부근이 되게 하여 그 효과를 표1에 나타내었다.

조건	자장세기 (Oe)	주파수 (Hz)	펄스폭 (ms)	철손 (W_17/50)	투자율 (μ₁₅)
비교재	-	-	-	3.85	3100
비교재	100	8	35	3.80	3300
발명재	200	8	35	3.55	3900
발명재	400	8	35	3.36	4200
발명재	600	8	35	3.25	4300
발명재	700	8	35	3.25	4300
발명재	300	6	35	3.51	4000
발명재	300	4	35	3.58	3800
발명재	300	2	35	3.77	3400
비교재	300	1	35	3.83	3200
발명재	600	8	30	3.25	4300
발명재	600	8	25	3.28	4200
발명재	600	8	20	3.34	4100
발명재	600	8	15	3.65	3600
비교재	600	8	10	3.80	3300

상기 표에서 보면 자장열처리 조건은 자장세기가 150 Oe~600 Oe, 주파수 범위가 2Hz이상, 펄스폭이 15ms 이상이어야 그효과가 크다 하겠다.

[실시예 2]

상기 실시예에서 실험한 강판을 이용하여 자장열처리 전후의 자기변형을 측정하여 도 6(a)와 도 6(b)에 나타내었다. 도 6(a)는 강판의 압연방향의 자기변형특성이며, 도 6(b)는 압연수직방향의 자기변형특성이다. 자장열처리조건은 자장의 세기가 500 Oe이고, 주파수가 6Hz이며, 펄스폭은 25ms로 하였다. 자속밀도 1.3 Tesla, 50Hz에서 응력에 따른 자기변형을 측정하였다. 응력은 강판의 길이방향으로 주어졌으며, -부호는 압축응력, 그렇지 않은 것은 인장응력을 의미한다.

도 6에서 보면 자장열처리가 자기변형을 감소 시키는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 철손이 낮으면서 투자율은 높고 더불어 자기변형도 작은 무방향성 전기강판이 제공되는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

무방향성전기강판을 200℃이상의 온도로 가열하는 단계,

상기 가열된 무방향성 전기강판의 큐리온도이하에서 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가하는 단계를 포함하여 이루어지는 자기적특성개선을 위한 무방향성 전기강판의 자장열처리방법.
제 1항에 있어서, 상기 가열은 무방향성전기강판의 최종소둔공정 또는 절연코팅의 경화열처리공정임을 특징으로 하는 무방향성 전기강판의 자장열처리방법.
제 1항에 있어서, 상기 인가자장은 방형파, 삼각파, 반사인파의 그룹에서 선택된 1종의 교류자장 또는 펄스자장임을 특징으로 하는 자기적특성개선을 위한 무방향성 전기강판의 자장열처리방법.
제 3항에 있어서, 상기 교류자장과 펄스자장은 펄스폭 10ms이상, 주파수 1Hz이상, 자장세기 100~700 Oe임을 특징으로 하는 자기적특성개선을 위한 무방향성 전기강판의 자장열처리방법.
제 1항에 있어서, 상기 수평자장과 수직자장의 순차적 인가는,

강판의 이송방향으로 수평자장을 인가하는 제1수평자장인가단계,

상기 제1수평자장인가를 종료하고, 이어 강판의 이송방향으로 보아 강판의 우측에서 좌측으로 수직자장을 인가하는 제1수직자장인가단계,

상기 제1수직자장인가를 종료하고, 이어 강판의 이송방향의 역방향으로 수평자장을 인가하는 제2수평자장인가 단계,

상기 제2수평자장인가를 종료하고, 이어 강판의 이송방향으로 보아 강판의 좌측에서 우측으로 수직자장을 인가하는 제2수직자장인가단계를 순차적으로 행하는 것을 포함하여 이루어지는 무방향성 전기강판의 자장열처리방법.
연속적으로 이송되는 강판을 가열하는 열처리로(2),

상기 열처리로 후방에 설치되어 내부를 연속적으로 통과하는 가열된 강판의 길이방향으로 자장을 인가하는 수평자장발생수단(20),

상기 수평자장발생수단의 후방 또는 전방에서 이송강판의 측면에 근접하게 설치되어 강판의 폭방향으로 자장을 인가하는 수직자장발생수단(30),

상기 수평자장발생수단(20)과 수직자장발생수단(30)에 전류를 공급하는 전원공급기(40),

상기 전원공급기(40)에서 상기 자장발생수단(20)(30)의 각각에 공급되는 전류를 스위칭하는 전원스위칭수단(52)

상기 전원스위칭수단(52)를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 이루어지는 자장열처리장치.
제 6항에 있어서, 상기 수평자장발생수단(20)은 제1수평자장발생수단(20a)과 제2수평자장발생수단(20b)이 일정간격 이격되어 설치되고, 이송강판이 연속하여 제1수직자장발생수단(20a)와 제2수직발생수단(20b)의 내부를 연속적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 자장열처리장치.
제 7항에 있어서, 상기 수직자장발생수단(30)은 제1수직자장발생수단(30a)과 제2수직자장발생수단(30b)으로 구성되어 상기 2개의 수평자장발생수단(20)의 사이에서 강판의 양측면에 각각 근접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 자장열처리장치.
제 7항에 있어서, 상기 수평자장발생수단(20a)(20b)은 헬름홀쯔코일로서, 제1수평자장발생수단(20a)와 제2수평자장발생수단(20b)간의 거리(L)는 코일의 직경(D)와 다음의 관계, D≥L을 만족함을 특징으로 하는 자장열처리장치.
제 8항에 있어서, 상기 수직자장발생수단(30a)(30b)은 헬름홀쯔코일로서, 제1수직자장발생수단(30a)와 제2수직자장발생수단(30b)간의 거리(L')는 코일의 직경(D)와 다음의 관계, D≥L'을 만족함을 특징으로 하는 자장열처리장치.
제 6항 내지 제 10항에 있어서, 상기 제어부(50)는,

제1전원스위칭수단(52a)를 개방하고 나머지 전원스위칭수단 (52b)(52c)(52d)는 차단하여 상기 제1수평자장인가수단(20a)에 전류를 공급하는 단계,

이어 제2전원스위칭수단(52b)를 개방하고, 나머지 전원스위칭수단(52a)(52c)(52d)는 차단하여 상기 제1수직자장인가수단(30a)에 전류를 인가하는 단계,

이어 제3전원스위칭수단(52c)를 개방하고 나머지 전원스위칭수단(52a)(52b)(52d)는

차단하여 상기 제2수평자장인가수단(20b)에 전류를 공급하는 단계,

이어 제4전원스위칭수단(52d)를 개방하고 나머지 전원스위칭수단(52a)(52b)(52c)는 차단하여 상기 제2수직자장인가수단(30b)에 전류를 공급하는 단계를 순차적으로 반복하여 가열된 무방향성 전기강판에 수평자장과 수직자장을 순차적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 자장열처리장치.