KR950010654B1 - 상용주파수대 변압기용 비정질합금박대의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

상용주파수대 변압기용 비정질합금박대의 제조방법

제 1 도는 제 1 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면.

제 2 도는 제 2 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면.

제 3 도는 제 3 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면.

제 4 도는 Ti함유량과 자속밀도, 철손실값과의 관계를 나타낸 그래프.

제 5 도는 Al함유량과 철손실값과의 관계를 나타낸 그래프.

제 6 도는 종래의 상용주파수대 변압기용 비정질 합금대의 제조공정의 설명도.

제 7 도는 통상의 철강공정에서의 전자 규소 강판의 제조에 사용되는 용융강의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고로 2, 4 : 용선예비처리 장치

3 : 토피도카 5 : 전로

6 : 아아크 가열로 7 : 진공탈가스로

8, 10 : 레이들 9 : 주형

11 : 턴디시 12 : 냉각로울

13 : 연속주조기 14 : 박대

15 : 권취장치 16 : 가열유지로

17 : 용해로

본 발명은, 상용주파수대 변압기용 비정질합금 박대를 공업제품으로서 품질을 높히고 값싸게 제조하는 방법에 관한 것이다.

여기서, 상용주파수대 변압기란, 50Hz 및 60Hz의 가동주파수를 갖는 변압기이다.

상용주파수대 변압기용 비정질 합금박대로서, 일본국 특개소 57-116750호 공보(상용 특허Ep 55327, CA 1215235)에 나타난 성분의 합금이 사용된다.

즉, 식 Fe_aSi_bB_c를 갖는 조성으로 실질적으로 이루어진, 적어도 90% 비정질의 금속합금(단, 상기 식중 "a", "b", 및 "c" 는 각각 약 75 내지 78.5원자%, 4 내지 10.5원자% 및 11 내지 21원자%를 나타내고, 또한 "a", "b" 및 "c"의 합계는 100이다)이 사용된다.

종래, 사용주파수대 변압기용 비정질합금의 융용제조는 제 6 도에 나타낸 바와 같이 원료를 용해로(17)에 투입하여 성분조정 및 온도조정후, 급냉법에 의해 박대로 하였었다.

이때 사용되는 원료는 정련한후, 덩어리상으로 응고한 것이 사용되고, 그것을 다시 용해했다.

또한, 제 1 도에서, 11은 턴디시, 12는 냉각로울 15는 박대(14)의 권취장치이다.

원료의 재용해에 의한 전기용해로 방식에서는, 값이 비싼 고순도 페로보론(ferroboron)을 사용하는 점, 불순물의 제거능력이 없기 때문에 품질이 좋은 철재료를 사용하는 점, 에너지손실, 원료의 수율저하, 소량용해에 의한 대량생산이 곤란한점 등의 문제가 있었다.

이와 같이, 종래의 기술에 있어서는 상용주파수대 변압기용 비정질 합금을 대량생산하는 최적의 공정이 없었다.

한편, 철강제조공정에서는 전자규소강판을 생산하는 기술이 확립되어 있는데, 예를 들면 제 7 도에 나타난 고로(1), 용선 예비처리장치(2), (4), 전로(5), 필요에 따라 진공탈 가스로(7)의 공정을 경유 함으로써 고품질의 용융강이 얻어지고 있다.

이 전자규소 강판용 용융강과 상용주파수대 변압기용 비정질합금은 붕소나 규소함유량의 점에서 성분적으로 상이하다.

또한, 이 전자규소 강판용 용융강을 상기한 공정에서, 상기한 비정질 합금용으로 성분조정한 경우, 붕소의 오염이 발생하고 다른 공정의 원료를 오염시키게 된다.

또한, 용해량이 수백톤인 주문량 때문에 비정질 합금용 공정으로서는 용량이 매우 커야하므로 가열용량이 맞지 않는다.

따라서, 상기한 공정을 그대로 비정질 합금공정으로 채용할 수는 없다.

그래서, 본 발명은 사용주파수대 변압기용 비정질 합금박대를 공업적으로 값싸게 제조하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은, 전자규소 강판용 고품질의 용융강을 값싼용융강 재료로 이용한다.

그러나, 그 조성은 실리콘 3.5% 이하이며, 붕소를 함유하지 않기 때문에 상용주파수대 변압기용 비정질 합금으로서 이용하는데는, 상기한 용융강에 규소 및 붕소를 첨가할 필요가 있다.

제 7 도는 전술한 바와 같이, 철강제조공정에서의 통상의 전자규소 강판용 슬랩제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

제 7 도에서, 고로(1)에서 나온 용선은 런너 및 토피도카(3)에서 용선예비 처리장치(2), (4)를 사용하여 탈Si, S, P를 행하고, 전로(5)에서 탈탄소화하고, 필요에 따라 RH 진공탈가스(7)에 의한 2차 정련후, 레이들(8)로 연속주조기까지 운반되어 주형(9)에서 응고하여 슬랩으로 된다.

그러나, 이 용융강을 그대로 비정질 합금용 용융강으로 사용하는데는, 전기한 바와 같이, 규소와 붕소의 조성상의 문제와 용량이 커야하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명에서는 규소함유량 3.5% 이하의 전자규소 강판용 용융강을 전로로부터 분탕하거나, 또는 진공탈가스처리후에 분탕한후 규소와 붕소를 첨가함으로써 원하는 성분으로 조정된 량의 용탕을 얻도록 했다.

본 발명에서 규소 및 붕소의 첨가시기는, 분탕후 급냉법에 의한 주입시기까지의 어느 시기에서도 가능하나, 아아크 가열처리시, 또는 진공탈가스 처리시가 바람직하다.

또한, 진공탈가스처리후에 용탕을 가열유지로에 옮기는 경우에는, 거기서 성분조성 및 온도조정을 하여도 좋다.

본 발명에서, 규소 및 붕소 첨가시기에 아아크 가열로를 사용하는 것이 적당한 것은 다음 이유에 의해서 이다.

본 발명의 기본은, 대량생산을 하고 있는 철강공정에 비정질 원료생산공정을 조립하여 값싸게 입수하는 것에 있다.

그러나, 종래의 철강공정에 지장을 주어서는 않된다.

특히 붕소는 철강제품에서는 일반적으로 유해하며, 종래의 공정그대로 비정질 원료를 생산할 수는 없다.

이 경우, 분탕이라는 방식이 고려되며, 그때 가능한한 양질의 용탕으로 되면 규소강판의 제조에 제공되는 용융강이 가장 적합하다.

그러나 이 용융강은, Si함유량이 최대 3.5%이고 B는 함유하고 있지 않으므로 Si 및 B의 첨가가 필요하게 된다.

Si, B를 용융강에 첨가하는 데는, Fe-Si합금, Fe-B합금의 냉재를 투입하는 것이나, 이들 냉재를 투입하면 온도저하가 있기 때문에 가열로가 필요하나, 가열로에 옮기는 일은 큰일이기 때문에, 그대로 용이하게 또한 소량의 용탕으로 가열할 수 있는 아아크방식이 가장 유리한 방법이다.

또한, 본 발명에서 진공탈가스로를 사용하는 것이 적합하다는 것은 다음 이유에서이다.

비정질의 용탕순도는 불순물의 제한이 심하다.

그래서 Fe-Si합금, Fe-B합금첨가시에 진공탈가스처리를 하면 최종성분조정이 용이할 수 있다.

특히, Fe-B합금의 순도가 약간 나쁘며 결국, 값싼 첨가원료로도 이것에 의해 목표성분으로 넣을 수 있어 비용이 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 가열유지로를 사용하는 것이 적합하다는 것은 다음이유에 의하다.

가열유지로를 사용하는 것은, Fe-Si합금, Fe-B합금, 첨가시의 온도저하를 방지하는 것을 목적으로 하나, 이 경우는, 제 3 도에 나타난 바와 같이, 제판장치에 온도보상하면서 소량씩 공급하는 것이 가능하게 된다.

비정질 공정은, 판의 두께 및 폭이 작기 때문에 소량이 용탕공급(1kg/sec)으로 용탕유지 시간이 길고, 온도유지가 필요하다.

제 3 도의 가열로의 상류에 가열유지로가 있으면 온도의 정확한 제어가 가능하고 양호한 박대성상으로 된다.

제 1 도는 제 1 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

제 1 도에 있어서, 고로(1)로부터의 융용철을 용선예비처리장치(2)로 예비 정련하고 또한 토피도카(3)의 용선예비처리장치(4)로 예비정련한다.

이어서, 예비정련된 용선을 전로(5)로 정련하고 Si함유량을 3.5%이하, C함유량을 0.2중량% 이하, P함유량을 0.04중량% 이하, S함유량을 0.03중량% 이하, Al함유량을 0.01%중량 이하, N함유량을 0.02중량% 이하, Ti함유량을 0.01%중량% 이하로 조정한 전자규소 강판의 제조에 제공되는 고품질의 용융강이 제조된다.

상기 용융강을 나누어 아아크 가열로(6)에 넣고 이 아아크가열로(6)에서 용융강을 승온하면서 규소함유량 4.5-5.5중량%, 붕소함유량 2.5-3.5중량%가 되도록 규소 및 붕소를 필요한량 첨가하고, 이어서 이 용융강을 진공탈가스로(7)에서 최종성분으로 조정한다.

그후 이 용융강을 레이들(10)로 비정질 합금박대연속주조기(13)까지 운반하고, 턴디시(11)로 용융강의 유량을 제어하여 냉각로울(12)로 급냉하여 박대(14)를 제조한다.

15는 박대(14)의 권취장치이다.

제 2 도는, 제 2 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

제 2 도에서, 고로(1)로부터의 용융철을 용선예비처리장치(2)로 예비정련하고, 다시 토피도카(3)의 용융철 예비처리장치(4)로 예비정련한다.

이어서, 예비정련된 용선을 저로(5)로 정련하고 Si함유량을 3.5% 이하, C함유량을 0.2중량% 이하, P함유량을 0.04중량% 이하, S함유량을 0.03중량% 이하, Al함유량을 0.01%중량 이하, N함유량을 0.02중량% 이하, Ti함유량을 0.01%중량% 이하로 조정한, 전자규소강판의 제조에 제공되는 고품질의 용융강이 제조된다.

이 용융강을 나누어 진공탈가스로(7)에 넣고 이 진공탈가스로(7)에서 탈가스처리를 함과 동시에 붕소를 약 2.5-3.5중량%, 규소를 약 4.5-5.5중량% 함유하도록 규소 및 붕소를 필요한량 첨가하여 최종성분으로 조정한다.

그후 이 용융강으로부터, 제 1 도에서와 같은 공정으로 박대를 제조한다.

제 3 도는, 제 3 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

제 3 도에서, 고로(1)로부터의 용융철을 용선예비처리장치(2)로 예비정련하고, 다시 토피도카(3)의 용선예비처리장치(4)로 예비정련한다.

이어서, 예비정련된 용선을 전로(5)로 정련하고, 그다음 진공탈가스로(7)로 다시 탈가스 처리하고, Si함유량을 3.5% 이하, C함유량을 0.2중량% 이하, P함유량을 0.04중량% 이하, S함유량을 0.03중량% 이하, Al함유량을 0.01%중량 이하, N함유량을 0.02중량% 이하, Ti함유량을 0.01%중량% 이하로 조정한, 전자규소강판의 제조에 제공되는 고품질의 용융강을, 나누어 가열유지로(16)에 넣고, 이 가열유지로(16)에서 용융강을 승온하면서 규소함유량 4.5-5.5중량%, 붕소함유량 2.5-3.5중량%가 되도록 규소 및 붕소를 필요한량 첨가하여 최종성분으로 조정한다.

그후 이 용융강으로부터 제 1 도와 같은 공정으로 박판을 제조된다.

또한, 본 발명에서 분탕후 진공탈가스 처리를 하는 경우에는, 진공탈가스로는 분탕된 탕의 용량에 적합한 크기의 진공탈가스를 사용할 필요가 있다.

본 발명의 방법으로 제조할 수 있는 상용주파수대 변압기용 비정질 합금박대의 조성은, 많은 실험결과로부터 다음의 범위의 것이 제조가능 하다는 것이 확인되었다.

즉, 비정질합금대의 조성이 중량%로 B 2.5-3.5%, Si 4.5-5.5%, C 0.05-0.15%, Al 0.01% 이하, Ti 0.005% 이하, S 0.01% 이하, P 0.02% 이하, N 0.005% 이하, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물인 것이다.

상기한 조성의 비정질합금박대는 자장중 소둔후 자기 측정하여 철손실치 W13/500.12(W/Kg)을 얻을 수 있다.

상기한 조성가운데, 특히 자기특성을 열화시키는 Al, Ti등의 불순물원소의 저감도 충분히 달성할 수 있다.

제 4 도는, (Fe₇₈B₁₃Si₉)_100-XTix의 조성을 갖고, 진공소둔을 한 상용주파수대 변압기용 비정질합금대에 대하여, Ti함유량과 자속밀도 B₁(T), 철손실치 W₁₄/60(W/Kg)의 관계를 나타낸 도면이다.

본 발명의 방법으로 제조 가능한 박대의 Ti함유량은 0.005중량% 이하이기 때문에 우수한 자기특성의 제품이 얻어진다.

또한, 제 5 도는(Fe₇₉B₃Si₅)_100-XAl의 조성을 갖고, 진공소둔을 한 사용주파수대 변압기용 비정질 합금대에 대하여 Al함유량과 철손실치 W13/50(W/Kg)의 관계를 나타낸 도면이다.

본 발명의 방법으로 제조가능한 박대의 Al함유량은 0.01중량% 이하이기 때문에 우수한 자기특성의 제품이 얻어진다.

[실시예 1]

제 1 도의 공정으로 150mm폭의 박대제조실험을 하기의 조건으로 했다.

용선을 용선예비처리장치(2) 및 토피도카(3)으로 용선예비처리를 하고 탈 Si, S후 가열용량 250톤의 전로(5)에 의해 탈탄소화하고 1차 정련을 했다.

그 시점에서 거의 3.3% Si의 성분으로된 전자규소강판용 용융강을 50톤 분탕하여, 아아크 가열로(6)에 넣고, 가열처리를 하고 승온하면서 페로실리콘과 페로보론을 첨가하고 탈산소, 수소, 탄소, 질소를 하고 다시 RH진공탈가스로(7)로 최종성분과 온도조정(출강 1300℃)을 했다.

성분은 이 시점에서 중량%로 B=3.1%, Si=5.2%, C=0.05%, Al=0.005%, Ti=0.003%, S=0.005%, P=0.01%, 0=005%, N=0.003%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이었다.

또한, 이 경우의 RH진공탈가스로(7)은 50톤 크기용의 것이다.

이어서, 용융강을 레이들(11)로 옮기고 급냉법에 의해 비정질 합금박대(핀폭 150mm, 판두께 20㎛)를 연속 생산했다.

또한 박대를 375℃ 자장중 1시간의 진공소둔을 함으로써 단일판의 철손실치 W13/50=0.10(W/kg)을 얻었다.

[실시예 2]

제 2 도의 공정으로 50mm폭의 박대 제조 실험을 하기의 조건으로 했다.

전로(5)에 의한 1차 정련후, RH진공탈가스(7)로 탈가스처리하여 3.3% 규소강용의 용탕으로 하고, 그중의 50톤을 분탕하여 가열유지로(16)로 페로실리콘과 페르보론을 Ar분위기중에서 첨가하여 실시예 1과 같은 성분(B=3.1%, Si=5.1%, C=0.06%, Al=0.006%, Ti=0.003%, S=0.004%, P=0.01%, O=0.006%, N=0.005%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물)의 1320℃의 용융강을 제조했다.

그후, 판두께 20㎛로 박대화하여 소둔한 자기측정한 결과, 철손실치 W13/50=0.11(W/kg)을 얻었다.

또한, 제 3 도의 공정으로도 실시예 1, 2의 경우와 거의 같은 결과가 얻어졌다.

[비교예]

제 6 도에 나타난 장치의 용해로(17)에, 실시예 1 및 2와 같은 방법으로 작성한 용탕을 주형에 넣어, 모합금으로 한 것을 2통 넣고 Ar분위기중에서 고주파 재용해했다.

성분은 실시예 1, 2에 비해 O, N의 량이 증가하고 재용해를 위한 에너지가 10⁶Kcal소요되었다.

또한, 용해로(17)의 가열용량이 2톤이기 때문에 박대생산량은 1.9톤의 소량생산이었다.

제조를 계속하기 위해서는, 다시 모합금을 용해하기 위해 노즐교환이나 예열, 로울재연마를 위한 많은 시간 손실과 에너지 손실을 입었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해, 상용주파수대변기용 비정질 합금박대를 공업적 규모로 값싸게 대량생산할 수 있다.

동시에 제품품질의 안정화, 에너지 절감을 할수 있다.

Claims (1)

1. 고로로부터 예비정련된 용선을 전로로 다시 정련하여, Si함유량을 3.5중량% 이하, C함유량을 0.2중량% 이하, P함유량을 0.04중량% 이하, S함유량을 0.03중량% 이하, Al함유량을 0.01%중량 이하, N함유량을 0.02중량% 이하, Ti함유량을 0.01%중량% 이하로 조정한, 전자규소강판의 제조에 제공되는 고품질의 용융강을 분탕하여 아아크 가열로, 진공탈가스로 또는 가열유지로등의 처리로에 넣어 가열하고, 해당 처리로에 Fe-Si합금 및 Fe-B합금을 넣고 B를 약 2.5-3.5중량%, Si를 약 4.5-5.5중량% 함유하도록 용융강을 조정하고, 그후, 이 용융강을 회전하는 냉각로울의 표면에 저촉시키는 급냉법에 의해 비정질합금 박대를 제조하는 것을 특징으로 하는 상용주파수대 변압기용 비정질합금박대의 제조방법.