KR100643365B1

KR100643365B1 - 강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법

Info

Publication number: KR100643365B1
Application number: KR1020050097583A
Authority: KR
Inventors: 박순복
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2006-11-10

Abstract

본 발명은 강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법을 개시한다.

본 발명은, 절연코팅용액을 상부 및 하부 픽업롤을 이용하여 픽업하고, 다시 상기 픽업된 절연코팅용액을 상부 및 하부 전달롤을 이용하여 상부 및 하부 코팅롤로 전달하며, 그리고 상기 전달된 절연코팅용액을 상부 및 하부 코팅롤을 이용하여 250~350mpm의 속도로 고속으로 이동하는 강판에 코팅하는 1/2 리버스 코팅방법에 있어서,

상기 상부 및 하부 픽업롤의 직경이 300~350mm, 주속비가 40~60%, 압하량이 50~70kg이고, 상기 상부 및 하부 전달롤의 직경이 360~410mm, 주속비가 90~100%, 압하량이 85~100kg이며, 상기 상부 및 하부 코팅롤의 직경이 390~420mm, 주속비가 110~120%, 압하량이 100~120kg이고, 그리고 상기 절연코팅용액은 비중이 1.407~1.450, 점도가 20~30cps, 온도가 10~25℃임을 특징으로 하는 강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법에 관한 것이다.

픽업롤, 전달롤, 코팅롤, 절연코팅, 상부롤, 하부롤

Description

강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법{A coating method coating solution for insulation on the steel plate}

도 1은 강판상에 절연코팅용액을 도포하기 위한 통상적인 3롤 타입 코팅장치의 개략도이다.

도 2는 강판상에 절연코팅용액이 도포되는 과정을 나타내는 개략도이다.

본 발명은 강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 250~350mpm의 속도로 고속으로 이동하는 강판에 피막밀착성이 우수하고 장력부여능이 우수한 절연코팅피막을 형성할 수 있는 절연코팅용액의 도포방법에 관한 것이다.

일반적으로, 절연코팅은 각종 모터, 발전기, 안전기 등과 같은 전기기기용 철심으로 사용되는 무방향성 전기강판에 주로 사용되며, 이는 와전류 발생에 따른 전력손실을 최소화하기 위한 것이다.

도 1은 강판상에 절연코팅용액을 도포하기 위한 통상적인 3롤 타입 코팅장치 의 개략도로서, 3롤 타입 코팅장치(1)는 각각 3개의 롤로 구성되며 서로 대칭적인 구조를 갖는 상부롤(11, 12, 13) 및 하부롤(21, 22, 23)을 구비한다. 상기 상부롤과 하부롤은 코팅장치의 스탠드(2)에 설치되며, 상기 하부롤은 아암(3)에 의하여 승강될 수 있다. 한편, 스트립(S)은 지지롤(30)에 의해 지지되어 상, 하부롤의 사이로 인입되는데, 이때 스트립이 지지롤과 일정한 각도를 이루며 인입되는 각도를 스트립의 인입각(θ)이라 한다.

도 2는 상기 도 1의 3롤 타입 코팅장치를 이용하여 강판상에 절연코팅용액이 도포되는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 상부롤(10)은 용기(reservoir, 14)에 저장된 코팅용액(4)을 직접 픽업하는 상부픽업롤(11), 상기 상부픽업롤(11)로부터 픽업된 코팅용액(4)을 공급받아 스트립(S)에 코팅하는 상부코팅롤(13), 그리고 상기 상부픽업롤(11)과 상부코팅롤(13)의 사이에 배치되며 상부픽업롤(11)로부터 상부코팅롤(13)로 전달되는 코팅용액(4)의 양을 조절하는 상부전달롤(12)로 구성된다. 또한, 하부롤(20)은 상기 상부롤(10)과 대칭적인 구조를 가지며, 다만 하부코팅롤(23)은 상부롤(10)의 하중에 따른 부하를 저감시키기 위하여 상기 상부코팅롤(13)에 대하여 편심배치되고, 통상적으로 편심거리는 2~5mm로 설정된다. 통상적으로, 각 롤은 원통형태로 만들어지며, 픽업롤(11, 21)과 코팅롤(13, 23)은 고무재질로 만들어지며, 전달롤(12, 22)은 스틸재질로 만들어진다.

종래의 절연피막 코팅방법에 있어서, 통상적인 라인속도(200~250mpm)에 대응하는 각 롤의 공정조건은 하기 표 1과 같다. 여기에서 주속비는 스트립의 진행속도 에 해당하는 라인속도에 대한 롤속도의 비(롤속도/라인속도)를 퍼센트(%)로 나타낸 것을 의미한다.

[표 1]

공정조건	상, 하부픽업롤	상, 하부전달롤	상, 하부코팅롤
롤직경(mm)	200~220	240~260	250~280
주속비(%)	23~27	88~92	118~122
압하량(kg)	50~70	85~100	110~120

한편, 상기와 같은 공정조건의 경우, 통상적으로 이용되는 절연코팅용액의 비중은 1.23~1.26, 점도는 13~14cps, 온도는 35~45℃이며, 스트립의 인입각은 3.0~4.5˚이다.

또한, 상기와 같은 공정조건을 이용하여 1/2 리버스 코팅방법을 이용하는 것이 통상적이며, 상기 1/2 리버스 코팅방법은 코팅롤(13, 23)이 스트립의 진행방향과 반대방향으로 접촉되면서 코팅롤(13, 23)에 공급된 코팅용액(4)의 전량을 스트립에 전달하고, 전달롤(12, 22)은 코팅롤(13, 23)과 동일한 방향으로 회전하면서 공급된 코팅용액의 전량이 코팅롤에 전달될 수 있도록 구성하며, 픽업롤(11, 21)은 전달롤(12, 22)과 반대방향으로 회전하면서 용기(14, 24)에서 픽업한 코팅용액(4)의 1/2을 전달롤(12, 22)에 전달되도록 구성하는 방법이다. 이와 같은 1/2 리버스 코팅방법에 따르면, 픽업롤(11, 21)에서 픽업되는 코팅용액(4)의 양을 1이라고 가정할 경우, 전달롤(12, 22)에 1/2이 전달되며, 또한 코팅롤(13, 23)에도 1/2이 전달된다. 따라서, 코팅롤은 픽업롤이 픽업한 코팅용액의 1/2 정도를 스트립에 도포하게 된다.

그러나, 이와 같은 1/2 리버스 코팅방법을 이용하여 상기 공정조건으로 절연코팅을 실시하면, 절연코팅 후 단위 g당 장력이 적정치(0.08kg) 미만이어서 장력코팅 표면의 견고성이 저하되고, 최종제품 생산시 코팅층이 박리되어 외관이 불량할 뿐만 아니라 절연성도 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 250~350mpm의 속도로 고속으로 이동하는 강판에 1/2 리버스 코팅방법을 이용하여 절연코팅용액을 도포함에 있어 상하부롤의 직경, 주속비 및 압하량과, 절연코팅용액의 비중, 점도 및 온도를 제어함에 의하여 강판상에 피막밀착성이 우수하고 피막에 의한 장력부여능이 우수한 절연코팅피막을 형성할 수 있는 절연코팅용액의 도포방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

절연코팅용액을 상부 및 하부 픽업롤을 이용하여 픽업하고, 다시 상기 픽업된 절연코팅용액을 상부 및 하부 전달롤을 이용하여 상부 및 하부 코팅롤로 전달하며, 그리고 상기 전달된 절연코팅용액을 상부 및 하부 코팅롤을 이용하여 250~350mpm의 속도로 고속으로 이동하는 강판에 코팅하는 1/2 리버스 코팅방법에 있어서,

상기 상부 및 하부 픽업롤의 직경이 300~350mm, 주속비가 40~60%, 압하량이 50~70kg이고,

상기 상부 및 하부 전달롤의 직경이 360~410mm, 주속비가 90~100%, 압하량이 85~100kg이며,

상기 상부 및 하부 코팅롤의 직경이 390~420mm, 주속비가 110~120%, 압하량이 100~120kg이고, 그리고

상기 절연코팅용액은 비중이 1.407~1.450, 점도가 20~30cps, 온도가 10~25℃임을 특징으로 하는 강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 방법은 도 2에 나타낸 바와 같이, 용기(reservoir, 14)에 저장된 코팅용액(4)을 상부 및 하부픽업롤(11, 21)을 이용하여 직접 픽업하고, 다시 상기 픽업된 코팅용액(4)을 상부 및 하부 전달롤(12, 22)을 이용하여 코팅롤로 전달하며, 이어 상기 전달된 코팅용액을 상부 및 하부 코팅롤(13, 23)을 이용하여 1/2 리버스 코팅방법으로 강판에 도포하는 방법에 관한 것이다.

상기 1/2 리버스 코팅방법은 코팅롤(13, 23)이 스트립의 진행방향과 반대방향으로 접촉되면서 코팅롤(13, 23)에 공급된 코팅용액(4)의 전량을 스트립에 전달하고, 전달롤(12, 22)은 코팅롤(13, 23)과 동일한 방향으로 회전하면서 공급된 코팅용액의 전량이 코팅롤에 전달하며, 픽업롤(11, 21)은 전달롤(12, 22)과 반대방향으로 회전하면서 용기(14, 24)에서 픽업한 코팅용액(4)의 1/2을 전달롤(12, 22)에 전달하는 방법이다. 이와 같은 1/2 리버스 코팅방법에 따르면, 픽업롤(11, 21)에서 픽업되는 코팅용액(4)의 양을 1이라고 가정할 경우, 전달롤(12, 22)에 1/2이 전달 되며, 또한 코팅롤(13, 23)에도 1/2이 전달된다. 따라서, 코팅롤은 픽업롤이 픽업한 코팅용액의 1/2 정도를 스트립에 도포하게 된다.

본 발명은 상기 방법을 이용하여 강판에 절연코팅용액을 도포하는 방법에 있어서, 상기 상하부 픽업롤, 상하부 전달롤 및 상하부 코팅롤의 직경, 주속비, 압하량을 제어함과 아울러 상기 절연코팅용액의 비중, 점도 및 온도를 제어하는데 특징이 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 강판은 특별하게 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 전기강판을 이용하는 것이 가능하다.

먼저, 상하부 픽업롤의 경우, 그 직경을 300~350mm, 주속비를 40~60%, 압하량을 50~70kg으로 제한함이 바람직하다. 그 이유는 상기 상하부 픽업롤의 직경이 300mm 미만이면 회전속도를 빠르게 설정해야 하므로 코팅롤이 조기에 훼손되는 문제가 있고, 350mm를 초과하면 롤의 자체 무게가 과다하여 구동시 롤이 트립되는 문제가 있다. 또한, 상기 상하부 픽업롤의 주속비가 40% 미만이면 속도가 너무 느려 코팅 도포량이 너무 얇아 원하는 절연값을 얻기가 어렵고, 60%를 초과하면 코팅 두께가 과다하여 응력제거소둔시 코팅층에 불량이 발생된다. 그리고, 상기 상하부 픽업롤의 압하량이 50kg 미만이면 코팅층이 너무 두껍게 형성되어 코팅층이 박리되는 문제가 있고, 70kg을 초과하면 구동시 롤이 트립되는 문제가 있기 때문이다.

다음으로, 상하부 전달롤의 경우, 그 직경을 360~410mm, 주속비를 90~100%, 압하량을 85~100kg으로 제한함이 바람직하다. 그 이유는 상기 상하부 전달롤의 직경이 360mm 미만이면 코팅층이 얇아 원하는 절연치를 얻기 어렵고, 410mm를 초과하면 롤을 구동하는 모터에 과부하가 발생되어 트립이 발생되거나 롤의 훼손이 심해 지는 문제점이 있다. 또한, 상기 상하부 전달롤의 주속비가 90% 미만이면 롤의 스피드와 스트립 진행속도간에 동기화가 되지 않아 롤이 트립되고 코팅층에 줄무늬가 발생되고, 100%를 초과하면 원하는 코팅두께보다 두껍게 도포되어 최종제품 생산후 코어 타발시 코팅층이 벗겨지는 문제가 야기된다. 그리고, 상기 상하부 전달롤의 압하량이 85kg 미만이면 코팅롤에 전달되는 용액의 양이 과다해져 건조시간이 길어지고 미처 건조되지 못한 수분이 코팅층에 잔존되어 피막 크랙이 발생되는 문제점이 있고, 100kg을 초과하면 코팅롤에 가해지는 힘이 과다하여 코팅롤이 트립되는 문제점이 있기 때문이다.

그리고, 상하부 코팅롤의 경우, 그 직경을 390~420mm, 주속비를 110~120%, 압하량을 100~120kg으로 제한함이 바람직하다. 그 이유는 상기 상하부 코팅롤의 직경이 390mm 미만이면 단위 g당 장력을 높이기 위하여 주속비를 높여야만 하고 이와 같은 조건에서 코팅작업을 실시할 경우 상하부 코팅롤의 표면훼손이 조기에 발생될 뿐만 아니라 절연코팅의 표면이 거칠어져 표면장력이 떨어지고, 420mm를 초과하면 스트립의 표면에 절연코팅용액이 과다하게 도포되므로 주속비를 낮춰야 하고 이 경우 코팅롤의 표면이 심하게 훼손(스트립의 속도와 연동됨이 없이 끌려가는 현상때문에 스트립과 롤 접촉부간 과다마찰로 이하여 롤 표면부가 조기에 훼손됨)되는 문제가 있다. 또한, 상기 상하부 코팅롤의 주속비가 110% 미만이면 절연코팅 대상물인 스트립의 진행속도보다 코팅롤의 회전속도가 낮아 롤 표면부와 스트립간의 슬립이 발생되며 심한 경우에는 이와 같은 슬립으로 인해 상하부 코팅롤의 표면이 심하게 훼손되고, 120%를 초과하면 절연코팅용액의 양이 과다해질 뿐만 아니라 높은 주 속비로 인하여 상하부 코팅롤이 스트립과 연동되지 않고 빠르게 회전되어 코팅롤의 표면이 조기에 훼손되는 문제점이 있다. 그리고, 상기 상하부 코팅롤의 압하량이 100kg 미만이면 스트립과 상하부 코팅롤사이에 잔존하는 코팅용액의 양이 과다하여 과도한 피막이 형성되거나 스트립과 상하부 코팅롤간 갭이 발생되어 미피막이 발생되는 문제점이 있고, 120kg을 초과하면 상부 코팅롤에서 하부 코팅롤에 가해지는 힘이 과다하여 하부 코팅롤이 트립되거나 스트립과의 마찰력이 증가하여 코팅층이 거칠어지거나 조기에 훼손되는 문제점이 있기 때문이다.

또한, 상기와 같은 공정조건에 이용될 수 있는 본 발명의 절연코팅용액은 그 비중이 1.407~1.450, 점도가 20~30cps, 온도가 10~25℃인 것이 바람직하다. 상기 절연코팅용액의 비중이 1.407 미만이면 용액의 점도가 낮아 코팅시 코팅용액이 설비주변에 비산되어 작업성이 떨어지거나 또는 제품이 요구하는 코팅층이 미확보되는 문제점이 있고, 1.450을 초과하면 코팅작업시 코팅롤과 스트립간 마찰력이 증가하여 코팅롤이 트립되거나 코팅층이 고르게 형성되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 상기 절연코팅용액의 점도가 20cps 미만이면 제품이 요구하는 절연치를 확보하는 것이 어렵고, 30cps를 초과하면 코팅층이 두껍게 형성되어 피막이 박리되거나 코팅롤이 떨리는 문제점이 있다. 그리고 상기 절연코팅용액의 온도가 10℃ 미만이면 용액의 점성이 증가하여 작업성이 떨어지고, 25℃를 초과하면 용액의 물성이 변하여 코팅 후 절연성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명에 이용될 수 있는 절연코팅용액은 특별하게 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 인산에 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 첨가하여 제조된 제 1인산마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂)과 제 1인산알루미늄(Al(H₂PO₄)₃)의 혼합형태의 인산염액에, 상기 인산 100g에 대하여 콜로이달 실리카를 고형분일때의 중량으로 15~30g, 콜로이달 실리카-인산알루미늄을 고형분일때의 중량으로 25~50g, 산화크롬을 5~15g, 그리고 붕산을 2~4g 첨가한 용액을 이용하는 것이 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이러한 실시예는 본 발명의 실시를 설명하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

250~350mpm의 고속으로 이동하는 강판에 도 2에 나타낸 바와 같이 1/2 리버스 코팅방법을 이용하여 절연코팅용액을 도포함에 있어서, 하기 표 2의 조건으로 픽업롤, 전달롤 및 코팅롤의 직경, 주속비, 압하량을 설정하였다. 또한, 이때의 절연코팅용액은 인산에 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 첨가하여 제조된 제 1인산마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂)과 제 1인산알루미늄(Al(H₂PO₄)₃)의 혼합형태의 인산염액에, 상기 인산 100g에 대하여 콜로이달 실리카를 고형분일때의 중량으로 15~30g, 콜로이달 실리카-인산알루미늄을 고형분일때의 중량으로 25~50g, 산화크롬을 5~15g, 그리고 붕산을 2~4g 첨가한 용액을 이용하였으며, 그 비중을 1.407, 점도를 20~30cps, 온도를 25℃로 제어하였다.

[표 2]

구분	상하부 픽업롤			상하부 전달롤			상하부 코팅롤
구분	직경 (mm)	주속비 (%)	압하량 (kg)	직경 (mm)	주속비 (%)	압하량 (kg)	직경 (mm)	주속비 (%)	압하량 (kg)
발명예	330	50	60	390	95	90	410	115	110
비교예	220	25	60	250	90	90	280	120	110

상기와 같은 방법으로 코팅된 절연피막의 품질을 평가하기 위하여, 응력제거소둔 전의 피막외관, 절연성, 밀착성, 내식성 및 용접성을 평가하였고, 응력제거소둔 후의 피막박리, 절연성 및 단위g당 장력을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 3과 같다. 상기 응력제거소둔(Stress Relief Annealing: SRA)은 전기절연피막재를 건조한 100% N₂가스 분위기에서 750℃, 2시간동안 열처리하였다.

상기 피막외관은 얼룩, 줄무늬 등을 육안으로 관찰하여 종합적으로 평가하였다. 또한, 상기 절연성은 300psi의 압력하에서 0.5V, 1.0A의 입력전류를 통하였을 때의 수납전류값(A)으로 평가하였으며, 통상의 기준에 따라 응력제거소둔 전의 경우에는 0.10~0.14A이면 양호, 0.14~0.90A이면 불량으로 판단하고, 응력제거소둔 후의 경우에는 0.40A 이하이면 양호, 0.40A 이상이면 불량으로 판단하였다. 상기 밀착성은 소둔후 시편을 10, 20, 30~100mmφ의 원호직경을 갖는 환봉 주위에 접하여 180˚만큼 구부릴 때 피막박리가 없는 최소 원호직경으로 평가하였으며, 10mm에서 박리되면 양호, 20mm에서 박리되면 보통, 30~100mm에서 박리되면 불량으로 판단하였다. 상기 내식성은 1년간의 실내방치 및 3개월간의 옥외폭로시 피막표면의 녹발생 유무를 육안으로 관찰하여 평가하였다. 상기 용접성은 TIG용접(용접전류: 150A, 전극: pure-W, 전극갭: 0.35mm, 용접속도: 15mm/sec)후 용접 비드부에 나타나는 외관형상 및 블로우 홀(blow hole) 생성 여부를 육안으로 관찰하여 평가하였다. 또한, 상기 피막박리는 응력제거소둔 후의 피막상에 점착테이프(폴리프로필렌)를 붙였다 떼었을때 나타나는 피막박리분의 부착유무로 판단하였다.

[표 3]

구분	응력제거소둔 전							응력제거소둔 후		종합
	피막 외관	절연성 (A)	밀착성	내식성		용접성	단위g당 장력 (kg)	피막 박리	절연성 (A)
				실내	실외
발명예	양호	0.1~ 0.13	양호	양호	양호	양호	0.085~ 0.090	없음	0.1~0.3	양호
비교예	양호	0.81	보통	양호	양호	양호	0.070	없음	0.90	불량

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예의 경우 응력제거소둔 전 피막외관, 절연성, 밀착성, 내식성, 용접성이 우수하였고, 응력제거소둔 후 피막박리가 없고 절연성이 우수하였을 뿐만 아니라 단위g당 장력이 월등하게 향상되었다.

그러나, 본 발명의 범위를 만족하지 않는 비교예의 경우, 단위g당 장력이 적정치보다 낮았을 뿐만 아니라 응력제거소둔전 및 응력제거소둔후 절연성이 불량하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 250~350mpm의 속도로 고속으로 이동하는 강판에 1/2 리버스 코팅방법을 이용하여 절연코팅용액을 도포함에 있어 상하부롤의 직경, 주속비, 압하량 및 절연코팅용액의 비중, 점도, 온도를 제어함에 의하 여 강판상에 피막밀착성이 우수하고 피막에 의한 장력부여능이 우수한 절연코팅피막을 형성할 수 있는 절연코팅용액의 도포방법을 제공할 수 있다.

Claims

절연코팅용액을 상부 및 하부 픽업롤을 이용하여 픽업하고, 다시 상기 픽업된 절연코팅용액을 상부 및 하부 전달롤을 이용하여 상부 및 하부 코팅롤로 전달하며, 그리고 상기 전달된 절연코팅용액을 상부 및 하부 코팅롤을 이용하여 250~350mpm의 속도로 고속으로 이동하는 강판에 코팅하는 1/2 리버스 코팅방법에 있어서,

상기 상부 및 하부 픽업롤의 직경이 300~350mm, 주속비가 40~60%, 압하량이 50~70kg이고,

상기 상부 및 하부 전달롤의 직경이 360~410mm, 주속비가 90~100%, 압하량이 85~100kg이며,

상기 상부 및 하부 코팅롤의 직경이 390~420mm, 주속비가 110~120%, 압하량이 100~120kg이고, 그리고

상기 절연코팅용액은 비중이 1.407~1.450, 점도가 20~30cps, 온도가 10~25℃임을 특징으로 하는 강판상에 절연코팅용액을 도포하는 방법.