KR910006010B1 - 개선된 소둔분리 코팅제 조성물과 규소 강철에 대한 이것의 피복방법 - Google Patents

Abstract

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Description

개선된 소둔분리 코팅제 조성물과 규소 강철에 대한 이것의 피복방법

본 발명은 규소-강철에 피복된 베이스 절연 피막의 균일성과 질을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 소둔분리 코팅제 조성물과 규소-철 강철 스트립상에 소둔분리 코팅제를 피복하는 방법에 관한 것이다.

이러한 규소강 혹은 규소-철 강철은 고유의 전기적 및 자기적 특성 때문에 유용하고, 이런 강철들은 배향성 혹은 비-배향성 둘다를 포함한다. 이러한 강철의 제조에는 자기적 특성을 개선하고, 열처리 기간동안 겹쳐진 코일이 덩어리화 하는 것을 막기 위하여 소둔분리 코팅제가 사용된다. 소둔분리 코팅제는 입자배향 강철에 특히 유용하다.

입자배향 규소강은 여러 가지 전기적 용도 이를테면, 변압기 등의 용도로 사용된다. 바람직한 큐브-온-엣지 입자배향은 최종 고온 소둔과정에서 제조된다. 소둔과정 전과 열간압연 후에 이런 강철은 산세척된후, 중간 소둔과정을 가진 일련의 냉간압연 작업에 의하여 최종 두께까지 냉간압연 되고나서, 탈탄된 후 최종 고온 소둔하여서 2차 재결정화를 달성하고 큐브-온-엣지 조직을 얻는다. 2차 재결정화는 1차 입자의 성장이 일어나는 소둔 작업단계 기간동안 1차 입자 성장을 억제함으로써 얻어진다.

종래에는, 이것이 1차 입자 성장을 억제제 이를테면, 붕소, 황화망간 및 질화알루미늄을 제공함에 의하여 얻어졌다. 최종 조직 소둔을 하기전에 강철은 전통적 방법으로 소둔분리 코팅제(예 : 산화마그네슘)로 피복된다. 이러한 코팅제는 스티립의 표면에 물반죽의 형태로 혹은 전해액상으로 공급된다. 이후 강철은 대표적으로 소둔을 위하여 코일형상으로 말려진 후 최종 조직 소둔이 2200℉(1404℃) 정도의 온도에서 실시된다.

소둔분리 코팅제는 고온 소둔 처리를 할 동안에 감긴 코일이 한데로 접착되는 것을 막고 부가적으로 판표면에 존재하는 실리카(Silica)와 반응하여 강한 포르스테라이트(forsterite) 절연막을 형성한다. 또한, 이 코팅제는 2차 재결정화가 이루어진 후 황을 제거함에 의하여 실리콘강의 자기적 성질을 개선한다. 황은 조직 소둔중의 1차 입자 성장에 있어서 붕소와 같은 억제제로 작용한다. 수산화마그네슘과 같은 산화마그네슘 코팅제에 존재하는 수분은 유리되어서, 일부 철이 이것과 반응하여 산화철을 형성하는 것과 같이 강철 표면의 일시적인 산화반응의 원인이 된다. 이것은 피복되지 않은 부분이 있는 스트립의 불균일 피막을 초래하고, 스트립의 표면에 철산화물 침전의 감소를 초래한다. 이런 불량한 표면의 품질은 최종 전기제조용품들의 성능을 해친다.

소둔분리 코팅제를 개선하기 위한 많은 시도가 있어 왔다. 1970년 12월 1일 등록된 미국특허 제3,544,396호는 유리성형(glass-forming) 마그네시아 소둔분리제에 중량비로 1-20%의 산화크롬(Cr₂O₃)를 첨가하는 것을 발표했다. 산화크롬은 강철에서 규소와 반응하여 마그네시아와 반응할 실리카를 형성하고, 강철 표면에서 좀더 연속적인 규산염 유리를 형성하는 것으로 발표된 활성 부가제이다. 크롬 금속은 규소강 속으로 확산된다. 또한, 산화칼슘(CaO) 같은 다른 부가제로 규산염 유리형성을 위하여 반응하는 것으로 발표되었다.

1971년 10월 26일 등록된 미국특허 제3,615,918호는 소둔분리(마그네시아) 코팅제에 분해 가능한 인산염 화합물을 중량비로 약 1-25% 정도 사용하여 절연성 유리코팅제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

1976년 5월 11일 등록된 미국특허 제3,956,029호는 마그네시아 소둔분리제가 일정한 입자크기 분포의 마그네시아 입자를 함유하여 규산염 유리를 형성하고, 강철들 사이의 마찰을 유지하여 소둔하는 동안 철의 변형을 막는 것을 발표하였다. 수산화마그네슘 같은 마스네슘 화합물은 연소하여 0.18과 0.30g/cm³사이의 체적밀도와 3μm 보다 작은 입자가 40-70%이고, 15μm보다 큰 거친 입자가 15%를 넘지않는 입자 분포를 가지는 입자들이 제조된다. 따라서, 본 발명의 기본 목적은 입자배향 규소강을 최종 조직 소둔전에 앞서 피복하고 그 결과 피복상태가 개선되고 유리수의 역효과는 피할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

또다른 목적은 겹친 코일 사이의 수분으로부터 초래되는 스트립의 철산화작용을 충분히 제거하는 것이다. 균일하고 더 우수한 질의 피막을 제공하기 위하여 베이스 피막을 개선하는 것도 또한 본 발명의 목적이다. 이것과 본 발명의 다른 목적들이 하기의 상세 설명과 실시예들에 의하여 이해되고, 마찬가지로 본 발명 또한 완전히 이해될 것이다.

본 발명에 따르면 소둔분리 코팅제를 제조하여 최종 조직 소둔전에 규소강을 소둔하는 동안에 피막의 균일성을 개선하고, 강철표면의 산화를 방지하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 첨가제로써 입자형성으로된 불활성 고온 내화 소둔분리 작용제(refractory annealing separator agent)를 함유한 코팅제(산화마그네슘 같은)를 철에 공급함을 포함한다. 소둔분리제 조성은 충분한 산화마그네슘과 약 25-176μm 범위이내의 충분한 입자 형상으로된 불활성 고온 내화 소둔분리 중간체를 포함하고 있다.

본 발명에 따르면 보편적으로, 최종 조직 소둔전에 강철에 바를 산화마그네슘 코팅제를 입자 형상의 불활성 고온 내화 소둔분리 작용제와 혼합한다. 작용제는 판표면의 실리카와 코팅제내의 산화마그네슘간의 기본 피복반응에서 아무런 작용도 하지 않는다. 이 반응은 바람직한 절연 피막을 형성하거나 혹은 강철 스트립상에 전기절연에 필요한 피막을 형성한다. 중간제는 인접한 권취코일을 물리적으로 분리시켜, 최종 조직 소둔에서 가열의 초기 단계중에 유리된 수분이 배출되도록 한다. 결과적으로, 유리수가 강철과 반응하여 일시적인 산화철을 형성할 수 없게 한다.

소성(calcined)알루미나가 효과적인 불활성 고온 내화 소둔분리 중간체인 것으로 판명되었다 하더라도, 최종 조직 소둔에 따르는 고온 상태에서 충분한 내화성과 압착상태를 보유하기에 충분한 강도와 불활성을 가지고 있으면, 어떤 불활성 물질이라도 사용 가능하다. 입자들이 인접한 권취코일들의 물리적 분리상태를 유지시켜야 유리수분의 배출이 이들 사이를 통하여 이루어진다. 적당한 재료의 예로는 완전히 산화된 지르코니아(ZrO₂), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화마그네슘(MgO)과 산화칼슘(CaO)을 들 수 있다. 재료들을 충분히 산화시키는 것은 본 발명의 목적을 수행하기 위한 불황성을 얻기 위한 방법이다. 이런 방법을 취하지 않는다면 상기 물질들은 활성 혹은 반응성 물질로 남는다. 완전 산화된 내화물질들은 완전히 산화, 연소, 소결되지 않은 물질보다 큰 체적밀도를 갖는다. 예를 들면, 사용된 소성 알루미나는 약 0.90-1.10g/cm³의 체적밀도를 가졌다. 마그네시아 코팅제의 중량에 대해 2-20중량% 이내 특히 5-10중량%의 소성 알루미나의 첨가는 본 목적에 적당하며, 7.5중량% 정도가 효과적임이 판명되었다. 불활성 입자의 총량은 과잉수분을 배출하도록 코일 겹침상태를 물리적으로 분리하기에 충분한 수의 입자를 제공하는 중량비 이내에 있어야 한다.

본 발명의 마그네시아 코팅제는 종래의 장치를 사용하여 종래의 방법에 따라 공급되어도 좋다. 코팅제를 공급하는 방법은 소둔분리 코팅제의 효과에 극단적인 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로 불활성 중간체 입자가 강철 스트립에 충분히 공급될 수 있다. 전통적으로, 마그네시아 코팅제 피복은 반죽코팅, 톨로코팅, 침지 혹은 전해적으로 실시된다. 마그네시아분리 코팅제가 피복된 규소강의 최종 조직 소둔 후 강철은 마그네시아 코팅제를 제거하기 위하여 세정된다.

불활성 입자의 입자크기 분포가 중요치 않은 것으로 여겨져 왔으나 입자 범위는 본 발명에서 중요한 것임이 발견되었다. 불활성 중간제는 25-176μm 정도 바람직하기로는 60-100μm 정도의 범위내에 있는 입자 크기가 실제적으로 사용되어야 한다. MgO의 반죽 피복에서 사용된 두 소성 알루미나(Al₂O₃) 분말들의 대표적 입자크기 범위 분포자료가 표 1에 제시되었다.

두 알루미나는 성공적으로 사용되었고, 이들의 크기분포는 리-드쓰 ＆ 노-쓰럽 마이크로트락 입자크기 기술(The Leeds ＆ Northrup Microtrack Particle Size Techniques)에 의하여 결정된 것이다.

[표 1]

예 : 상기 표에서 62μm 크기의 입자보다 미세한 입자의 분포는 알루미나 A는 28.1%, 알루미나 B는 32.5%이다.

입자크기의 상한은 피복하는 방법에 얼마쯤 관계가 된다는 것이 밝혀졌다. 대부분 입자들의 크기는 실제 약 100μm를 초과하지 않는다. 큰 입자의 크기는 마그네시아 코팅제 피복에 있어서, 부착상태를 유지하기가 곤란하고, 강철에 공급하기는 더욱 곤란하다는 것이 밝혀졌다. 대표적인 반죽 피복 작업에서, 최대 100μm의 입자들이 부착유지될 수 있고, 종래의 장비와 기술들을 이용하여 공급될 수 있다. 100μm 보다 실제로 큰 입자범위를 가지는 완전히 하소된 산화마그네슘 분말은 효과적이지 못한 것이 발견되었다.

이런 입자들은 부착에 실패하기 때문에, 균일하게 공급될 수가 없다. 실제 전체 입자들은 겹친 코일들을 물리적으로 분리시키기 위하여 최소 약 60μm의 크기를 가져야 한다. MgO 피복 두께는 얼마간 변화하여, 뜰 수도 있고 압출될 수도 있다. 입자의 크기는 피복된 두께정도 이어야 겹친 코일을 분리하는데 효과적이며, 수분을 배출하는데 좋다.

예를들면, MgO의 피복이 10-20μm 정도의 정규 두께를 가지게 될 때, 코일형상에서 코일의 간격은 피복된 두께에 의하여 격리될 것이다. 즉 약 20-40μm정도 떨어진다.

본 발명의 목적을 위하여 불활성 입자들은 최소 20-40μm의 크기를 가져야만 코일 간격을 유지할 수 있다. 이러한 피복 두께는 예를 든 것이며, 이를 두께는 MgO 피복 밀도와 실제 피복 두께와 같은 변수들에 의존함을 알아야 한다.

본 발명을 좀더 완전히 이해하게 하기 위하여 하기의 실시예들이 제시되었다.

[실시예]

본 발명의 특별한 실시예로써, 9mil와 11mil의 두가지 두께로된 입자배향 규소강 코일로 광범위한 시험이 실시되었다. 이 규소강에 대한 일반조성은 중량비로, 3.25%의 규소, 0.070%의 망간, 0.025%의 황, 0.030%의 탄소, 및 나머지는 철로 되어 있다. 이러한 광범위한 시험에서, 본 발명의 코일은 물을 배제한 상태에서 중량으로 7.5%인 표 1의 소성 알루미나를 종래의 MgO 코팅상태로 반죽 코팅되었고, 비교를 위하여 알루미나가 사용되지 않은 종래의 MgO를 반죽 피복한 기준 코일이 채용되었다. 표 2는 소성 알루미나 첨가없이 코팅한 기준 코일과 소성 알루미나를 첨가하여 피복한 코일을 비교하여 매주의 불합격 혹은 ＂세정＂ 성능을 요약한 일람표를 보여주고 있다. 불합격은 피복되지 않은 면과 산화철 침전에 기인하여, 포르스테라이트 절연 피복상태가 불량한 표면을 근거로 한다.

[표 2]

표 2에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 산화알루미나를 함유한 소둔분리 코팅제로 피복된 9mil 코일은 동일한 피복 두께로 소둔분리 코팅제를 피복하였지만 소성 알루미나를 포함하지 않은 코팅제를 바른 동일한 규소강판의 불합격 비율이 63.3%인데 비하여, 6.4%의 불합격 비율을 가짐을 보여준다. 이런 결과는 11-mil로 피복된 재료에 있어서도 유사하고, 이들은 알루미나를 포함한 분리코팅제가 5.3%의 불합격율을 나타냄에 비하여 소성 알루미나가 들어있지 않은 소둔분리 코팅제를 피복한 코일은 49.9%의 불합격율을 나타내었다.

기준 코일(알루미나를 소둔분리 코팅제에 가하지 않은 코일)과 본 발명에 의하여 코팅된 코일(소둔분리제에 7.5%의 소성 알루미나가 포함된 코일)들이 자기적 특성에 관하여 비교 되었을 때 소둔분리에서 7.5%의 소성 알루미나를 가진 코팅제로 피복된 코일에 관하여 어떤 특별한 차이도 나타나지 않았다.

표 3은 9-mil와 11-mil의 기준 코일에 대한 자기적 특성 자료와 본 발명에 따른 코일에 대한 자기적 특성 자료를 보여준다. 이 자료들은 코일의 불량성에 대한 것이나, 양호한 측에 대하여도 비교치는 적용될 수 있다.

[표 3]

결과적으로, 불활성 고온 내화 분리 작용제로써, 소성 알루미나를 본 발명에 따라 종래의 소둔분리 코팅제에 첨가하는 것은 자기적 특성에 역효과를 미치지 않는 것이다.

본 발명의 목적이었던 것과 같이, 소둔분리 코팅제 피복방법과 코팅제가 규소강의 절연 피막을 균일하게 하고, 질을 향상시키기 위하여 제공된다. 본 발명의 또다른 장점은 자기적 성질에 있어, 아무런 소실이 없다는 것과 본 발명이 종래의 제조장비와 공정에 그대로 적용될 수 있다는 것이다. 더구나, 개선된 모든 표면의 질과 부드러움은 General Electric Modified 마찰시험과 같은 종래의 시험에 의하여 증명되어 왔던 정지마찰계수(Static Frictionel coefficient)의 감소를 나타낸다. 또한, 불활성 입자(소성 알루미나 같은)의 첨가는 피막의 결함을 줄여 표면의 질을 개선하는데 절대적인 효과가 있다. 다수의 편리하고, 선택적인 본 발명의 실시예가 제시되고, 기술되었지만 당해 분야의 전문가에게는 본 발명의 범위에서 벗어남이 없어 수정이 가해질 수 있음은 당연의 사실이다.

Claims (10)

1. 냉간압연된 규소강을 코일형태로 최종 조직 소둔하기에 앞서서 80 내지 98중량%의 산화마그네슘과 무수 상태에서 2 내지 20중량%인 입자형의 불활성 고온 내화 소둔분리 작용제로 구성되는 소둔분리 코팅제를 강철표면에 피복하여 기저 피막의 균일성을 개선하고 소둔과정에서 일어나는 강철표면의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 소둔분리 코팅제 피복방법.
2. 제1항에 있어서, 불활성 소둔분리 작용제가 소성 알루미나, 지르코니아, 산화크롬, 산화마그네슘과 산화칼슘중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 불활성 소둔분리 작용제가 약 7.5중량%의 소성 알루미나인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 불활성 소둔분리 작용제의 입자크기 범위가 25 내지 176μm인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 청구범위 1항에 있어서, 불활성 소둔분리 작용제의 입자크기 범위가 60 내지 100μm인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 냉간압연된 입자배향성 규소강을 코일형태로 최종 조직 소둔하기에 앞서서 80 내지 98중량%의 산화 마그네슘과 무수상태에서 2 내지 20중량%인 입자형의 불활성 고온 내화 소둔분리 작용제의 구성되고 이 때의 소둔분리 작용제의 입자크기 범위가 25 내지 176μm인 것으로된 소둔분리 코팅제를 강철표면에 피복하여 기저 피막의 균일성을 개선하고 소둔과정에서 일어나는 강철표면의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 소둔분리 코팅제 피복방법.
7. 제6항에 있어서, 불활성 고온 내화 소둔분리 작용제가 소성 알루미나임을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 불활성 작용제를 소성 알루미나, 지르코니아, 산화크롬, 산화마그네슘과 산화칼슘 중에서 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 80 내지 98중량%의 산화마그네슘과 또한 무수상태에서 2 내지 20중량%에 해당하고 소성 알루미나, 지르코니아, 산화크롬, 산화마그네슘과 산화칼슘중에서 선택된 입자형의 불활성 고온 내화 소둔분리 작용제로 구성되고 이 때의 소둔분리 작용제의 입자크기 범위가 25 내지 176μm인 것을 특징으로 하는 규소강판 피복용 소둔분리 코팅제 조성물.
10. 제9항에 있어서, 불활성 입자 작용제의 입자크기 범위가 60 내지 100μm인 것을 특징으로 하는 조성물.