KR20210021365A - 래커-코팅된 전기 스트립들을 생산하기 위한 방법, 및 래커-코팅된 전기 스트립 - Google Patents

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Abstract

코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스는 압연된 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측 위에 전처리 층의 적용을 포함한다. 전처리 층의 층 두께는 10 내지 100 nm, 특히 20 내지 50 nm의 범위에 있다. 전처리 층으로 코팅된 압연 전기 강철 스트립은 그 후 전처리 층 위에 절연 래커 층으로 코팅된다. 절연 래커 층은 롤(roll)을 사용하는 롤 적용에 의해 적용되고 전처리 층의 적용 후 그리고 절연 래커 층으로의 코팅 이전에 전처리 층의 의도적인 건조 및/또는 교차결합(crosslinking)이 수행되지 않는다.

Description

래커-코팅된 전기 스트립들을 생산하기 위한 방법, 및 래커-코팅된 전기 스트립
본 발명은 표면-코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스 및 또한, 표면-코팅된 전기 강철 스트립에 관한 것이다.
코팅된 전기 강철 스트립은 전기 산업에서 사용되고, 발전기들, 전기 모터들, 변압기들 또는 다른 전기 제품들에서 사용되는 전기 코어들의 구조에서 시재료(starting material)를 형성한다. 이러한 전기 코어들은 코팅된 전기 강철 스트립을 개별 라미네이션들로 절단하고, 라미네이션들을 스택(stacking)하고 라미네이션들을 접합(예컨대, 접착 본딩)시켜 라미네이션 팩(lamination pack)을 제공함으로써 생산된다. 층 구조는 전기 코어에서 와전류들의 발생을 크게 억제하고, 그 결과 전기 코어의 효율이 크게 증가된다.
애플리케이션에 의존하여, 상이한 강철 합금들로 만들어지고 상이한 연자성들(soft-magnetic properties), 손실 성능들, 두께들 및 다른 특성들(이는 사용 분야에 의존하여 중요함)을 갖는 전기 강판(electrical steel sheet)들이 선택된다.
전기 강철 스트립을 절연 래커 층(insulating lacquer layer)으로 코팅하는 것(이는 추후에, 생산 동안 라미네이션들의 스택에서 전기 라미네이션들의 전기 절연을 보장함)은 이미 알려져 있다. 절연 외에도, 라미네이션들의 스택에서 전기 라미네이션들의 접착 본딩을 또한 허용하는 접착 절연 래커 층들은 베이킹(baking) 래커 층들로서 지칭된다. 베이킹 래커 층들은 접착제를 포함하며, 이 접착제는 접착 본딩 프로세스(라미네이션 패킷의 베이킹) 동안 활성화되고 요구되는 치수 안정성을 라미네이션 패킷에 제공한다.
절연 래커 층들은 전기 코어의 전기적 유효 볼륨을 감소시키기 때문에, 고효율을 위해 매우 얇은 층 두께들이 바람직하다. 다른 한편으로, 층 두께는 전기 코어의 수명에 걸쳐 요구되는 절연 성능을 보장할 수 있을 만큼 충분히 두꺼워져야 한다.
추가의 양상은 전기 강철 스트립 상의 절연 래커 층의 만족스러운 접착이며, 이는 특히 비교적 고합금 전기 강철 스트립들의 경우에 감소될 수 있다.
기존 코팅 플랜트(coating plant)들은 절연 래커 층을, 열처리된 그리고 선택적으로 세정된(세척된 그리고 선택적으로 브러싱된) 맨(bare) 전기 강철 스트립에 적용한다. 세정은 코팅의 균일하고 개선된 접착을 가능하게 한다.
본 발명의 하나의 목적은 양호한 접착, 절연 강도 및 내노화성을 갖는 표면 코팅들을 허용하는 표면-코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스를 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 특히, 얇은 코팅 두께들이 달성될 수 있어야 한다. 또한, 본 발명은 언급된 특성들을 갖는 표면-코팅된 전기 강철 스트립을 제공하는 목적을 갖는다.
목적은 독립 청구항들의 특징들에 의해 달성된다. 예시적인 실시예들 및 추가의 개발들은 종속항들에서 기술된다.
따라서, 코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스는, 압연된 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측 위에 전처리 층을 적용하는 것 ― 전처리 층의 층 두께는 10 내지 100 nm, 특히 20 내지 50 nm 범위에 있음 ― , 및 전처리 층 위에 절연 래커(lacquer) 층이 놓이게 전처리 층으로 코팅된 압연 전기 강철 스트립을 코팅하는 것을 포함하고, 절연 래커 층은 롤(roll)을 사용하는 롤 적용에 의해 적용되고 전처리 층의 적용 후 그리고 절연 래커 층으로 코팅하기 이전에 전처리 층의 의도적인 건조 및/또는 교차결합(crosslinking)이 수행되지 않는다.
절연 래커(광택제) 코팅을 이용한 코팅에 있어서의 품질 향상은 전처리 층의 적용에 의해 달성된다. 절연 래커 층과 전기 강철 스트립의 접착의 개선은 매우 일반적으로 달성될 수 있고, 상대적으로 고합금 전기 강철 스트립들의 경우에 특히 두드러진다. 또한, 절연 래커 층의 내노화성이 전처리 층에 의해 개선될 수 있고 또한, 놀랍게도 절연 래커 층의 절연 작용의 증가가 또한 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
전처리 층의 얇은 층 두께로 인해, 전처리 층은 코팅 프로세스의 총 층 두께에 미미하게만 기여한다. 절연 래커 층의 층 특성들의 개선 및 전처리 층의 비교적 매우 얇은 층 두께로 인해, 전처리 층의 사용은 절연 강도, 내노화성 및/또는 층 접착과 관련하여 비슷한 층 특성들을 유지하면서, 총 코팅 두께를 감소시키는 것을 가능하게 한다고 가정된다. 감소된 층 두께들은 전기 강철 스트립으로부터 생산된 전기 코어들의 효율성의 개선을 허용한다.
전처리 층의 적용 후 그리고 절연 래커 층을 이용한 코팅 이전에, 전처리 층의 의도적인 건조 및/또는 교차결합이 요구되지 않고 또한 수행되지 않는다. 전처리 층의 얇은 층 두께로 인해, 의도적인 건조 없이도(즉, 복사, 열 등을 통한 에너지의 부가적인 도입 없이), 처리 층의 어느 정도의 건조가 발생할 수 있다.
인-라인 프로세스에서 차례로 연결된 2개의 코팅 스테이션들을 갖는 기존 코팅 플랜트를 사용할 때, 전처리 층을 이용한 코팅을 위해 스트립의 움직임의 방향으로 제1 코팅 스테이션을 변경함으로써 생산 작업들에서 프로세스가 매우 저렴하게 구현될 수 있는 반면, 단 한 번의 롤 적용만을 사용하여 제2 코팅 스테이션에서 절연 래커 층이 그 후에 적용된다.
절연 래커 층은 특히 베이킹 래커 층일 수 있다. 이 경우에, 코팅된 전기 강철 스트립이 생산되며, 이는 절연 작용뿐만 아니라 전기 강철 라미네이션들을 함께 베이킹하여 가능한 치수적으로 안정된 전기 코어를 제공한다. 베이킹 래커 층은 예컨대, 에폭시 수지 또는 에폭시 수지 혼합물 및 적어도 하나의 잠재성 경화제 이를테면, 디시안디아미드를 포함하는 열 경화성 물-기반 용융 접착 래커 층이다. 경화제는 열가소성 수지를 열경화성 수지로 변환한다.
예컨대, 전처리 층은 강철 스트립 경로에서 롤의 상류에 로케이팅된 (제1) 롤을 사용한 롤 적용에 의해 적용된다. 다른 적용 방법들 예컨대, 인쇄 프로세스들 또는 스프레이 프로세스들이 마찬가지로 가능하다.
전처리 층의 적용 이전에, 이물들이 없는 매우 맨 금속 표면을 제공하기 위해, 세척 및/또는 브러싱 또는 다른 기계적 및/또는 화학적 세정 단계들에 의한 압연 전기 강철 스트립의 세정이 수행될 수 있다.
전처리 층은 일반적으로, 오로지 유기 성분들로, 또는 유기 성분들뿐만 아니라 무기 성분들도 포함하는 조성물로 구성될 수 있다. 예컨대, 인(선택적으로 인산의 형태)이 무기 성분으로서 존재할 수 있다. 전처리 층은 예컨대, 1.0 중량% 내지 5.0 중량%, 특히 1.5 중량% 내지 3.0 중량%의 폴리비닐 알코올(PVAL: C2H4O), 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 특히 0.05 중량% 내지 0.3 중량%의 인산(H3PO4)을 함유하고, 나머지는 유기 또는 무기 용매 및/또는 물을 갖는 조성물로 구성될 수 있다. 언급된 모든 경우들에서, 전처리 층은 어떠한 경화제도 없을 수 있다. 전처리 층이 베이킹 래커(잠재성 경화제를 함유함)가 아닌 것이 가능하다.
전처리 층은 전기 강철 스트립의 강철 표면으로 구성된, 압연된 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측에 직접 적용될 수 있다.
절연 래커 층은 유사하게, 이전에 적용된 전처리 층의 표면에 직접 적용될 수 있다.
예컨대, 절연 래커 층의 층 두께는 1 내지 12 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 절연 래커 층의 층 두께는 특히 6㎛, 4㎛, 2㎛ 또는 1㎛ 이하일 수 있다.
표면-코팅된 전기 강철 스트립은 압연 전기 강철 스트립, 압연 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측 위의 전처리 층 및 전처리 층 위의 절연 래커 층을 포함한다. 이러한 표면-코팅된 전기 강철 스트립은 접착, 내노화성 및/또는 절연 래커 층의 절연 강도와 관련하여 높은 코팅 품질을 디스플레이할 수 있다. 이러한 이점들은 고합금 전기 강철 스트립들을 사용할 때 그리고/또는 절연 래커 층으로서 베이킹 래커를 사용할 때 특히 분명할 수 있다.
전처리 층은 무기 성분, 특히 인을 함유할 수 있으며, 그 결과, 전처리 층은 예컨대, 전처리 층의 (무기) 화학 성분들에 대한 표면-코팅된 전기 강철 스트립의 간단한 검사에 의해 검출될 수 있다.
전기 강철 스트립은 1.0 중량%, 2.0 중량%, 3.0 중량% 또는 4.0 중량% 이상의 (Si 및 Al의(선택적으로 추가의 합금 엘리먼트들을 포함함)) 총 합금 함량을 가질 수 있다. 특히, 초고합금 등급들이 전기 강철 스트립으로서 사용될 수 있다. 특히, 전기 강철 스트립은 0.8 중량%, 1.5 중량%, 2.0 중량% 또는 3.0 중량% 이상의 Si 함량을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들 및 추가의 개발들은 개략도들의 도움으로 아래에서 예로서 설명될 것이며, 어느 정도 상이한 세부사항들이 때때로, 도면에서 사용된다. 동일한 참조 기호들은 동일하거나 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은 전처리 층 및 전처리 층 위의 절연 래커 층을 전기 강철 스트립에 적용하고 또한, 건조 플랜트에서 층들을 건조하기 위한 예시적인 프로세스의 종단면도를 도시한다.
도 2는 층들의 건조 후에 전기 강철 스트립의 표면에 가까운 섹션의 종단면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 코팅된 전기 강철 스트립의 코일을 도시한다.
도 4는 서로 스택된 코팅된 전기 라미네이션들로 구성된 전기 라미네이션 스택을 도시한다.
도 5는 전처리 층의 상이한 조성들에 대해 그리고 전처리 층이 없는 경우에 열 노화에 관해 접착 본딩된 전기 강철 스트립 샘플들의 노화 시간에 따른 롤 박리 강도(N/mm 단위의 분리력)의 과정을 예시적인 방식으로 도시한다.
도 6은 전처리 층이 있는 그리고 전처리 층이 없는 각각의 경우마다, 접착 본딩된 전기 강철 스트립 샘플들의 상이한 절연 래커들(베이킹 래커들)에 대한 롤 박리 강도(N/mm 단위의 분리력)를 예시적인 방식으로 도시한다.
도 7은 전처리 층이 있는 그리고 전처리 층이 없는 경우에 열수 노화에 관해 접착 본딩된 전기 강철 스트립 샘플의 노화 시간에 따른 롤 박리 강도(N/mm 단위의 분리력)의 과정을 예시적인 방식으로 도시한다.
도 8은 상이한 전처리 층을 갖는 그리고 전처리 층이 없는 코팅된 전기 강철 스트립 샘플들의 전기 절연 저항(ohms x cm2)에 대한 측정된 값을 예시적인 방식으로 도시한다.
"적용" 및 유사한 용어들(예컨대, "적용된")과 같은 용어들은 본 설명의 목적 상, 일반적으로, 적용된 층들이 이들이 적용된 표면과 직접 접촉되어야 한다는 것을 의미하는 것으로서 해석되어야 하는 것은 아니다. 중간 엘리먼트들 또는 층들이, "적용된" 엘리먼트들 또는 층들과 그 아래 표면 사이에 존재하는 것이 가능하다. 그러나, 위에서 언급된 또는 유사한 용어들은 본 개시내용의 목적 상, 엘리먼트들 또는 층들이 그 아래의 표면과 직접 접촉하는 것, 즉 중간 엘리먼트들 또는 층들이 그 사이에 존재하지 않는다는 특정 의미를 또한 가질 수 있다.
표면 "위에" 형성되거나 적용되는 엘리먼트 또는 재료 층과 관련하여 사용되는 "위에"라는 용어는, 중간 엘리먼트들 또는 층들이 표면과 엘리먼트 또는 재료 층 사이에 존재하는 채로, 엘리먼트 또는 재료 층이 표면 상에 "간접적으로" 적용될 수 있다는 것을 의미하도록 여기서 사용될 수 있다. 그러나, "위에"라는 용어는 또한 표면 "위에" 적용되는 엘리먼트 또는 재료 층이 표면에 "직접" 적용된다는, 즉, 예컨대, 관련 표면과 직접 접촉한다는 특정 의미를 또한 가질 수 있다. 이는 비슷하게, "위", "아래", "밑에" 등과 같은 유사한 용어들에 대해서도 마찬가지다.
도 1은 스트립 코팅 플랜트(100)에서 전기 강철 스트립(110)으로부터 코팅된 전기 강철 스트립(200)(도 2 참조)을 생산하기 위한 프로세스를 예로서 도시한다. 전기 강철 스트립(110)은 스트립 코팅 플랜트(100)에 연속적으로 공급된다(화살표 P 참조). 전기 강철 스트립(110)은 예컨대, 최종적으로 열처리된 상태(예컨대, DIN EN 10106)에서 냉간 압연된 비-입자-지향성 전기 강철 스트립일 수 있다. 다른 전기 강판들, 예컨대, 열간 압연된 전기 강판들 및/또는 최종 열처리를 거치지 않은 전기 강판들 등이 마찬가지로 가능하다. 냉간 압연된 또는 열간 압연된 전기 강판들은 예컨대, 여자기들 및 발전기들에서 또는 변압기 등에서 극판들로서 사용된다.
스트립 코팅 플랜트(100)에 공급되는 전기 강철 스트립(110)은 예컨대, 화살표(P)의 방향으로 코일(도시되지 않음)로부터 선택적으로 풀어질(rolled off) 수 있는 "연속적인" 금속 스트립의 형태로 존재할 수 있다.
스트립 코팅 플랜트(100)는 적어도 하나의 전처리 스테이션(120) 및 코팅 스테이션(130)을 포함한다. 그것은 부가적으로 건조 플랜트(140), 예컨대, 건식 베이킹 오븐을 가질 수 있다.
여기에 도시된 예에서, 코팅 플랜트(100)는 양면 코팅 플랜트(100)로서 도시된다. 그러나, 전기 강철 스트립(110)의 단 하나의 평평한 측(예컨대, 도 1에 도시된 상부 측)만이 코팅되는 것이 또한 가능하다. 이와 관련하여, 아래에서 언급되는 모든 것은 단면 코팅의 경우 그리고 평평한 양 측들 상에 전기 강철 스트립(110)을 코팅하는 것으로 도시된 가능성 둘 모두에 적용된다. 제2 경우(양면 코팅)의 경우, 전처리, 코팅 및 건조와 관련하여 언급된 모든 것은 스트립의 상부 측의 프로세싱 및 전기 강철 스트립(110)의 하부측에서 맞은편 스트립의 프로세싱 둘 모두에 적용될 수 있다. 또한, 양면 전처리 및 코팅은 또한 스트립의 양 측들 상에서 상이한 층들을 사용하여 수행될 수 있다.
전기 강철 스트립(110)은 예컨대, 상대적으로 저-합금 전기 강철 스트립 isovac®800-50A(0.6 중량%의 Si 및 0.4 중량%의 Al를 함유함)일 수 있으며, 여기서 특히, 더 높은 비율들의 합금 성분들을 갖는 다수의 다른 전기 강철 스트립들 또는 isovac®제품들이 마찬가지로 사용될 수 있다.
코팅되지 않은 그리고 선택적으로 화학적으로 및/또는 기계적으로 세정된 전기 강철 스트립(110)은 전처리 스테이션(120)에서 전처리 층(112)으로 코팅된다. 코팅은 전체 영역에 걸쳐 수행될 수 있는데, 즉 전처리 층(112)은 전기 강철 스트립(110)의 표면을 완전히 커버할 수 있다.
전처리 층(112)은 롤 또는 롤러(122)(예컨대, 한 쌍의 롤들 또는 롤러들(122))에 의해 전기 강철 스트립(110)의 상부 평평한 측(또는 맞은편의 하부 평평한 측)에 적용될 수 있다. 롤 적용의 경우에, 롤(122)은 움직이는 전기 강철 스트립(110) 위를 지나가고, 전기 강철 스트립(110)의 표면 상에 박막 형태로, 이전에 롤(122)에 적용된 액체 전처리 물질(124)을 증착한다. 여기서, 전처리 층(112)의 층 두께는 롤 적용의 파라미터들을 통해 상대적으로 정밀하게 세팅될 수 있다.
전기 강철 스트립(110)의 일 측 또는 양 측들로의 전처리 층(112)의 적용 후에, 전처리된 전기 강철 스트립(110)이 코팅 스테이션(130)을 통과한다. 코팅 스테이션(130)에서, 예컨대, 롤(132)(또는 한 쌍의 롤들(132))에 의해, 전처리 층(112) 위에 습식 절연 래커 층(114)이 적용된다. 적용은 마찬가지로 롤 적용에 의해 수행될 수 있으며, 층 두께(건조 후 측정됨)는 한번 더, 롤 적용의 파라미터들에 의해 비교적 정확하게 세팅될 수 있다. 표면 코팅(114)을 갖는 코팅은 또한 전체 영역에 걸쳐 수행될 수 있는데, 즉 전처리 층(112)의 표면이 완전히 커버된다.
양 측들 상에 상이한 코팅들을 갖는 양면 코팅의 경우에, 예컨대, 상이한 절연 래커 층(114)이 상부 측 보다는, 전기 강철 스트립(110)의 하부 측에 적용되는 것이 가능하다. 예컨대, 베이킹 래커 층은 하부 측(상부 측)에 적용할 수 있고, 접착 특성들이 없는 절연 래커 층이 상부 측(하부 측)에 적용될 수 있다.
전처리 코팅(112)은 전기 강철 스트립(110)에 대한 절연 래커(134)의 접착을 증가시키는 역할을 한다. 고합금 전기 강철 스트립들은, 특히 표면 상에 알루미늄 산화물들 및/또는 실리콘 산화물들의 증가된 형성을 디스플레이하며, 이는 전기 강철 스트립(110)에 대한 절연 래커 층의 접착에 악영향을 미칠 수 있다. 전처리 층(112)은 절연 래커 층(114)에 개선된 접착 베이스를 제공한다.
초고합금 전기 강철 스트립들은 예컨대, 4 중량% 이상의 총 합금 컴포넌트 함량을 가질 수 있다. 예컨대, 초고합금 전기 강철 스트립들은 3 중량% 이상의 실리콘 함량, 및 예컨대, 1 중량% 이상의 알루미늄 함량을 가질 수 있다.
전처리 층(112)은 비교적 얇고 약 10nm 내지 100nm의 두께를 가질 수 있다. 특히, 50nm 미만의 두께들이 설정되고 표면 코팅의 접착의 현저한 개선을 가능하게 할 수 있다.
전처리 물질들(124)로서, 순수 유기 물질들 그렇지 않으면, 무기 성분들을 갖는 유기 물질들을 사용하는 것이 가능하다. 예컨대, 전처리 층(112)은 폴리비닐 알코올(PVAL), 인산(PS) 및 유기 및/또는 무기 용매, 예컨대, 물을 함유하거나 이러한 성분들로 구성될 수 있다.
절연 래커(134)는 접착 절연 래커, 즉 베이킹 래커일 수 있으며, 이는 부가적인 접합 수단(예컨대, 용접 접합들) 없이 전기 코어에서 전기 강철 라미네이션들의 건식 접착 본딩을 허용한다. 접착 기능이 없는 절연 래커들(134)이 마찬가지로 사용될 수 있다.
예컨대, 절연 클래스들 C3/EC-3, C4/EC-4, C5/EC-5 또는 C6/EC-6의 절연 래커들을 사용하는 것이 가능하다.
절연 클래스 C3/EC-3의 절연 래커들(134)은 유기물 기반을 갖고 순수 유기 성분들을 포함할 수 있는 충전되지 않은 래커이며, 어떠한 추가의 열처리 프로세스도 거치지 않는 전기 강철 라미네이션들을 절연시키는 역할을 한다. 이들 래커들은 우수한 스탬핑(stamping) 특성들을 갖는다.
절연 클래스 C4/EC-4의 절연 래커들(134)은 열처리에 안정적이고 양호한 용접 특성들을 갖는 무기 절연 래커들이다. 이러한 무기성의 물-희석 가능한 절연 래커들은 열 처리 시에 전기 강판들이 서로 달라붙는 것을 방지한다.
절연 클래스 C5/EC-5의 절연 래커들(134)은 더 양호한 절연 특성들, 내열성 및 어쩌면, 개선된 용접성을 요구하는 애플리케이션을 위한 유기 또는 무기 기반을 가진 충전되지 않은 래커들이다.
절연 클래스 C6/EC-6의 절연 래커들(134)은 유기 또는 무기 기반을 가진 충전된 래커들이며, 추가로 개선된 절연 특성들 및 증가된 압축 강도들을 제공한다. 이 래커들은 높은 비율의 무기 충전제들을 갖는 열적으로 안정된 유기 폴리머들에 기초한다. 이들은 특히, 높은 압축 및 온도 스트레스들을 받는 대형 전기 코어들을 위해 사용된다.
전처리 스테이션(120) 및 코팅 스테이션(130)은 공간적으로 그리고 스트립 속도에 기초하여, 시간적으로 서로 가깝게 배열될 수 있다. 예컨대, 전처리 스테이션(120)과 제2 코팅 스테이션(130) 사이의 물리적 거리(즉, 예컨대, 롤들(122 및 132)의 축들 사이의 거리)는 10m, 8m, 6m, 5m 또는 4m 이하가 되도록 규정될 수 있다. 전처리 스테이션(120)에서 전처리 층(112)의 적용과 코팅 스테이션(130)에서 절연 래커 층(114)의 적용 사이의 시간은 20 초, 15 초, 10 초, 5 초 또는 3 초 이하일 수 있다. 통상적인 스트립 속도들은 예컨대, 100m/min의 구역에 있을 수 있으며, 이 값은 예컨대, ±10 %, ±20 %, ±30 %, ±40 % 또는 ±50 %만큼 변동될 수 있다.
코팅 스테이션(130) 하류의 강철 스트립 경로에서, 예컨대, 건조 오븐(140)이 존재한다. 제2 코팅 스테이션(130)과 건조 오븐(140) 내로의 진입 사이의 시간 및 공간의 거리는 예컨대, 전처리 스테이션(120)과 코팅 스테이션(130) 사이의 시간 및 공간의 거리에 대해 위에서 표시된 것과 동일한 값들을 가질 수 있다.
건조 오븐(140)에서, 절연 래커 층(114)이 건조된다. 이를 위해, 건조 오븐(140)은 연속 건조 오븐(터널 오븐)으로서 구성될 수 있으며, 이를 통해 코팅된 전기 강철 스트립(110)이 연속적으로 지나간다. 예컨대, 건조 오븐(140)에서 전기 강철 스트립(110)의 최대 온도는 150 °C 내지 300 °C 범위에 있을 수 있으며, 특히, 170 °C, 180 °C, 190 °C, 200 °C, 210 °C, 220 °C 또는 230 °C 이상 및/또는 250 °C, 220 °C, 210 °C, 200 °C 또는 190 °C 이하의 온도 값들이 제공될 수 있다.
건조 오븐(140)에서의 열처리의 지속기간은 예컨대, 10 초 내지 40 초의 범위, 특히 20 초 또는 30 초 이하이거나 이와 동일하거나, 이보다 클 수 있다. 다른 온도들 및 열처리 시간들이 마찬가지로 가능하다.
건조 오븐(140)에서, 전처리 층(112)과 절연 래커 층(114) 사이에 물리적 및/또는 화학적 본드(공유 본드(covalent bond))가 형성될 수 있다. 이는 접착을 증가시킨다. 절연 래커 층(114)은 적어도, 건조 오븐(140)의 출구 단부에 있는 스트립 경로에서 전기 강철 스트립(110)에 대한 내마모성 방식으로 그리고 기계적으로 안정적으로 결합될 수 있는 정도로 건조된다. 이는 그 후, 건조 오븐(140)의 하류의 스트립 경로에서, 예컨대, 편향 롤들을 통해 및/또는 롤 업(rolling up)에 의해 코일(도 1에 도시되지 않음)을 제공함으로써 건조중인 코팅된 전기 강철 스트립(150)의 추가의 핸들링을 허용한다.
도 2는 건조 오븐(140)의 하류 구역에서 코팅된 전기 강철 스트립(110)의 표면에 가까운 섹션의 단순화된 도면을 종단면으로 도시한다. 층 두께 변동들을 도시되지 않는다. 횡단면도는 도시된 종단면과 동일할 수 있다.
(건조) 전처리 층(112)은 두께(D1)를 갖고, (건조) 절연 래커 층(예컨대, 베이킹 래커 층)(114)은 두께(D2)를 갖는다. 층 두께(D1)는 예컨대, 층 두께(D2)보다 10 배, 25 배 또는 50 배 이상 더 작을 수 있다. 예컨대, 층 두께(D2)는 2 ㎛, 3 ㎛, 4 ㎛, 5 ㎛, 6 ㎛, 7 ㎛, 8 ㎛, 9 ㎛, 10 ㎛, 11 ㎛ 또는 12 ㎛와 동일하거나 더 크거나 더 작을 수 있다. 전기 강철 스트립(110)의 시트 두께(D3)는 예컨대, 0.5mm, 0.4mm, 0.35mm 또는 0.3mm 이하일 수 있다.
도 3은 스트립 코팅 플랜트(100)의 출구 단부에서 롤 업될 수 있는 코팅된 전기 강철 스트립(150)의 코일(롤)(310)을 도시한다. 코일(310)은 예컨대, 고객에게 보내지고 거기에서 추가로 프로세싱되어 전기 코어를 제공할 수 있다.
도 4는 코팅되고 건조된 전기 강철 스트립(150)의 가로 절단에 의해 획득되는 전기 강판들(410)을 스택함으로써 만들어진 전기 코어(400)의 섹션의 개략도를 도시한다.
전기 강판들(410)은 일반적으로 예컨대, 스택 이전에 스탬핑 또는 레이저 커팅과 같은 성형 단계에 의해 그의 최종 형상이 된다.
절연 래커 층들(114)이 베이킹 래커 층들인 경우, 라미네이션들의 스택은 절연 래커 층들(114)의 경화에 의해 통합(consolidate)된다. 통합 메커니즘은 화학 반응, 일반적으로 절연 래커 층(베이킹 래커 층)(114)에서 접착제의 3-차원 교차결합에 기초한다. 베이킹 래커의 경화는 코팅된 전기 강판들(410)의 클램핑 및 예컨대, 오븐에서 층 스택의 가열에 의해 수행될 수 있다. 절연 래커 층들(114)이 베이킹 래커로 만들어지지 않은 경우, 층 스택(라미네이션 패킷)을 통합하기 위해 다른 조치들(예컨대, 용접)이 사용된다.
여기에 제시된 예에서, 양 측들이 코팅된 전기 강판(410)으로부터 생산된 전기 코어(400)가 도시된다. 위에서 언급된 바와 같이, 일 측이 코팅된 전기 강판들(410) 또는 양 측들이 상이한 코팅들로 코팅된 전기 강판들(410)을 사용하는 것이 또한 가능하며, 그 결과, 더 높은 스택 팩터(stacking factor)들이 달성될 수 있을 수 있다. 도 4는 전처리 층들(112)의 두께들이 너무 크기 때문에 실척이 아니다.
도 5의 그래프는 절연 래커 층(114)으로서 베이킹 래커로 코팅된 2개의 전기 강판들 사이의 접착 본드의 강도에 대한 상이한 전처리 층(112)의 효과를 도시한다. 2개의 접착 본딩된 전기 강판들을 다시 떼어내는 데 요구 분리력(separation force)(롤 박리 강도)이 도시된다. 여기에서, 실험 결과들은 정상 대기 하에서 180 °C에서 수행된 열 노화의 상이한 지속기간과 관련된다.
모든 샘플들에 대해, 증가하는 노화 시간에 따라 본드의 강도가 감소함을 알 수 있다. 개개의 베이킹 래커 층(114) 아래에 전처리 층(112) 없이 생산된 샘플(501)의 경우, 1630 시간(h) 후 잔류 접착력은 단 0 N/mm였는데, 즉 접착 본드가 손실되었다. 샘플들(511, 512, 513, 514 및 515)은 2.0 중량%의 폴리비닐 알코올(PVAL) 및 다른 비율의 인산(PA), 나머지로 물을 함유하는 전처리 층(112)을 사용하여 생성되었다. 인산 첨가는 샘플(511)의 경우 0.0 중량%, 샘플(512)의 경우 0.02 중량%, 샘플(513)의 경우 0.05 중량%, 샘플(514)의 경우 0.1 중량% 및 샘플(515)의 경우 0.2의 중량%이었다.
모든 전처리 변형물들은 열 노화의 결과로서 접착의 손실을 감소시키는데 즉, 이들은 전처리가 없는 경우보다 양호하다. 이는 아마도, 아래의 전처리 층(들)(112)으로 인해 전기 강철 스트립(110)에 대한 개선된 접착을 갖는 베이킹 래커 층(들)(114)에 기인한다. 예컨대, 0.05 중량% 내지 0.2 중량%, 특히 약 0.1 중량%의 인산의 비율(예컨대, ±50 %, ±100 % 또는 ±200 %)은 (열) 노화에 대해 접착/접착력을 유지하는 데 특히 유리한 것으로 나타난다. 실험들은 상대적으로 저-합금 전기 강철 스트립 isovac®800-50A(0.6 중량%의 Si 및 0.4 중량%의 Al를 함유함)를 사용하여 수행되었다.
도 6은 고합금(≥ 4 중량%의 총 합금 성분 비율, 여기서 2.5 중량%의 Si 및 1.5 중량%의 Al) 전기 강철 스트립(110)에 대한 상이한 베이킹 래커들의 접착에 관한 실험 결과들을 도시한다. 각각의 경우 전처리 물질(124)은 2 중량%의 PVAL 및 0.2 중량%의 인산, 나머지로 물을 함유하였다(즉, 도 5의 샘플(515)에 대응함). 상이한 베이킹 래커들은 BL1, BL2, BL3, BL4 및 BL5로서 지정되는데; 바들의 쌍 중 오른쪽 열들은 접착 본딩된 전기 강철 스트립들로 만들어진 처리된 샘플들에 관련되는 반면, 왼쪽 바들은 동일한 샘플들이지만 개개의 베이킹 래커 층들(114) 아래에 전처리 층(112)이 없는 경우에 관련된다.
도 6은 전처리를 갖는 모든 베이킹 래커 변형물들이 전처리가 없는 것보다 양호하다는 것을 도시한다. 도 6은 또한 상이한 베이킹 래커들이 매우 상이한 강도들을 갖는 접착 본드들을 형성한다는 것을 도시한다.
도 7은 2개의 접착 본딩된 스트립-형상 전기 강판들로 구성된 샘플들의 열수 노화에 대한 실험 결과들을 도시한다. 샘플들은 동일한 베이킹 래커 층(각각의 경우마다, 도 6의 BL1)을 사용하여 생성되었지만, 일 경우에, 전처리 층이 없고(곡선(701)), 다른 경우에, 전처리 층(곡선(711))을 갖는다. 열수 노화는 85 °C 및 85 %의 상대 습도에서 수행되었다. 전처리 물질은 인산이 없이 2 중량%의 PVAL(도 5의 곡선(511)에 대응함)이었고; 저합금 전기 강철 스트립(isovac®800-50A, 0.6 중량%의 Si 및 0.4 중량%의 Al를 함유함)이 전기 강철 스트립(110)으로서 사용되었다.
도 7은 열수 노화가 전처리가 없는 것보다 전처리를 갖는 것이 더 양호하다는 것을 도시한다. 전처리가 없는 샘플(701)의 경우에, 2000 시간(h) 후에 접착 본딩된 전기 강철 스트립들의 임의의 응집이 더 이상 존재하지 않는 반면, 전처리 층을 갖는 샘플의 경우에, 2000 시간(h) 후에도 4N/mm 미만의 어느 정도의 롤 박리 강도가 여전히 존재하였다. 또한, 도 7은 여기에 사용된 저합금 전기 강판으로 인해, (h = 0에서) 초기 접착력은 고합금 전기 강철 스트립을 사용하는 도 6(동일한 베이킹 래커(BL1)를 가짐)의 도시에서보다 상당히 더 높다는 것을 도시한다.
또한, 놀랍게도, 전처리 층(112)의 사용에 의해 인접한 전기 강판들 사이의 전기 절연 저항이 개선된다는 것이 밝혀졌다. 이는, 베이킹 래커 층(114)의 절연 작용이 일반적으로 볼륨 효과로 간주되고 베이킹 래커 층의 표면 특성들에 약간만 의존해야 하기 때문에 놀랍다.
도 8의 실험 결과들은 전처리 층(112) 없이(VB 없이) 그리고 상이한 전처리 층들(112)(VB1, VB2, VB3, VB4, VB5)을 가진 채로 생산된 코팅된 전기 강철 스트립들의 샘플들과 관련된다. 최대 절연 저항을 갖는 전처리 물질(VB2)은 여기서 곡선(514)(2.0 중량%의 PVAL, 0.1 중량%의 인산, 나머지로 물)의 경우에서 도 5에 사용된 전처리 물질에 대응한다. 동일한 절연 래커 층들(114)(즉, 동일한 재료들 및 동일한 층 두께들)이 모든 샘플들에 대해 사용되었다. 다시 한번 isovac®800-50A(0.6 중량%의 Si, 0.4 중량%의 Al)로 만들어진 전기 강철 스트립(110)이 사용되었다.
도 8은, 모든 전처리 변형물들의 절연 저항이 전처리가 없는 것보다 양호하다는 것, 즉 절연 저항은 전처리 층(112)의 사용에 의해 항상 증가된다 것(VB가 없는 경우와 VB1-VB5를 비교함)을 명확히 도시한다. 여기서, 개개의 측정 바들의 수평 중앙선들은 복수의 샘플들에 걸친 절연 저항의 평균을 표시하고; 바 길이는 평균에 기초한 실험 결과들의 + 25 % 및 -25 %에서의 산란(scatter)을 나타내고, 수직 공차선들은 샘플들의 대응하는 배치들에서 절연 저항의 측정된 최소 및 최대 값들을 표시한다.
도 5 내지 도 8의 실험 결과들은 전기 코어들(400)의 대응하는 특성들에 대해 일반화될 수 있는 것으로 가정되어서, 절연 래커 층들(114) 아래에 전처리 층들(112)을 갖는 전기 강철 라미네이션들로부터 생산된 전기 코어들(400)은 마찬가지로 노화, 열수 노화, 라미네이션 패킷의 강도 및 절연 래커 층들(114)의 전기 절연 효과와 관련하여 개선된 특성들을 디스플레이하는 것으로 가정될 수 있다.
특히, 절연 래커 층들(114) 아래에서 침투하는 수분에 의한 부식의 위험이 상당히 감소되기 때문에(도 7 참조), 이러한 전기 코어들(400)이, 접착 본딩된 라미네이션 패킷에 냉각 채널들을 구비하는 것이 규정될 수 있다.
코팅된 전기 강철 스트립의 예들은 아래에 설명된다.
이는, 압연 전기 강철 스트립, 압연 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측 위의 전처리 층 및 전처리 층 위의 절연 래커 층을 포함할 수 있다.
전처리 층은 무기 성분, 특히 인을 함유할 수 있다.
전처리 층에는 임의의 경화제 또는 베이킹 래커가 없을 수 있다.
절연 래커 층은 베이킹 래커 층일 수 있다.
전기 강철 스트립은 1.0 중량%, 2.0 중량%, 3.0 중량% 또는 4.0 중량% 이상의 총 합금 성분 비율을 가질 수 있다.
전기 강철 스트립은 0.8 중량%, 1.5 중량%, 2.0 중량% 또는 3.0 중량% 이상의 Si의 비율을 가질 수 있다.

Claims (12)

  1. 코팅된 전기 강철 스트립(coated electrical steel strip)을 생산하기 위한 프로세스로서,
    압연된 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측 위에 전처리 층을 적용하는 것 ― 상기 전처리 층의 층 두께는 10 내지 100 nm, 특히 20 내지 50 nm 범위에 있음 ― ; 및
    상기 전처리 층 위에 절연 래커(lacquer) 층이 놓이게 상기 전처리 층으로 코팅된 상기 압연 전기 강철 스트립을 코팅하는 것을 포함하고,
    상기 절연 래커 층은 롤(roll)을 사용하는 롤 적용에 의해 적용되고 상기 전처리 층의 적용 후 그리고 상기 절연 래커 층으로 코팅하기 이전에 상기 전처리 층의 의도적인 건조 및/또는 교차결합(crosslinking)이 수행되지 않는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 래커 층은 베이킹 래커 층(baking lacquer layer)인,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전처리 층은 스트립 경로에서 상기 롤의 상류에 로케이팅된 롤을 사용한 롤 적용에 의해 적용되는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    세척 및/또는 브러싱(brushing)에 의한 상기 압연된 전기 강철 스트립의 세정은 상기 전처리 층의 적용 전에 수행되는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리 층은 유기 성분 및 무기 성분, 특히 인을 함유하는 조성물로 구성되는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리 층은 1.0 중량% 내지 5.0 중량%, 특히 1.5 중량% 내지 3.0 중량%의 폴리비닐 알코올, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 특히 0.05 중량% 내지 0.3 중량%의 인산, 나머지로 유기 또는 무기 용매 및/또는 물을 함유하는 조성물로 구성되는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리 층은 어떠한 경화제도 없는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리 층은 상기 전기 강철 스트립의 강철 표면으로 구성된, 상기 압연된 전기 강철 스트립의 제1 평평한 측에 직접 적용되는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 래커 층은 상기 전처리 층의 표면에 직접 적용되는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 래커 층의 층 두께는 1 내지 12㎛의 범위에 있는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 래커 층의 층 두께는 6㎛, 4㎛, 2㎛ 또는 1㎛ 이하인,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압연된 전기 강철 스트립의 제2 평평한 측 위에 추가 전처리 층을 적용하는 것; 및
    상기 추가 전처리 층 위에 추가 절연 래커 층이 놓이게 상기 추가 전처리 층으로 코팅된 상기 압연된 전기 강철 스트립을 코팅하는 것을 더 포함하는,
    코팅된 전기 강철 스트립을 생산하기 위한 프로세스.
KR1020217001017A 2018-06-14 2019-06-14 래커-코팅된 전기 스트립들을 생산하기 위한 방법, 및 래커-코팅된 전기 스트립 KR102617937B1 (ko)

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