KR960002915B1 - 입자배향된 실리콘강 시트의 철손감소방법 - Google Patents

입자배향된 실리콘강 시트의 철손감소방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

입자배향된 실리콘강 시트의 철손감소방법
제1도는 플라즈마플레임(plasma flame) 및 레이저빔을 조사(irradiation)한 후에 조사간격과 철손값간의 관계를 나타낸 그래프.
제2도는 2차 재결정화입자의 평균입자크기와 최적 플라즈마플레임 조사간격간의 관계를 나타내는 그래프.
제3도는 조사하기 전과 후에 플라즈마플레임조사의 방향과 철손간의 관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 변압기등에 사용하는 입자배향된 실리콘강 시트의 철손을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
입자 배향된 실리콘강 시트의 철손은 변압기등의 코어로 사용될 때 그 시트에서 발생되는 열에너지손실이다. 최근에 입자배향된 실리콘 강 시트의 철손 또는 열에너지손실을 감소시키는 것이 에너지 측면에서 크게 요구되고 있다.
철손을 감소시키기 위하여, 예를들어 강 시트의 결정입자를 {110}＜001＞ 방향으로 크게 배향시키는 방법, Si의 양을 증가시켜 강 시트의 전기저항을 상승시키는 방법, 불순물의 양을 감소시키는 방법 및 강 시트의 두께를 얇게 하는 방법등의 다양한 방법들이 시도되어 왔다.
그러나 실제로 이러한 야금학적인 방법으로 철손을 감소시키는 것에는 한계가 있다.
따라서 상기 야금학적인 방법과 다른, 철손을 감소시키는 다양한 방법이 제안되어 왔다. 이들중 일본국 특허출원 공보 제57-2, 252호에 게재된, 펄스레이저를 조사함으로써 철손을 감소시키는 방법등이 현재 산업화되어 있다. 이러한 방법이 비록 종래의 야금학적인 방법에 비해 철손을 더 크게 감소시키도록 하기 위해 만들어 졌을지라도 사용되는 장치가 고가이고 레이저를 여기시키는데 사용되는 램프의 수명이 길지 않기 때문에 원가 및 운전비가 비싸다. 또한 사용되는 레이저빔은 종종 가시광선이 아니며, 따라서 안정성이란 측면으로부터 그 대응책을 항상 필요로 한다.
또한 상기 레이저조사방법에 있어서, 조사함으로써 표면코팅 및 기저금속의 일부가 증발하기 때문에 발생하는 충격반응에 의해 자구(磁區)의 정련을 야기하는 변형이 형성되며, 따라서 재코팅함으로써 표면코팅상태를 회복하는 것이 요구된다. 재코팅이 수행될 경우 적층특성이 불가피하게 불량하게 되고 실제의 적용에 있어서 자기적특성이 저하된다. 또한 기저금속이 과도하게 증발됨에 따라 바람직하지 못하게 강 시트의 자속밀도가 낮아진다.
일본국 특허공개 제59-33,802호 및 제59-92,506호에는 지속레이저빔을 조사하는 방법이 개재되어 있으나, 이러한 방법은 펄스레이저 방법에서와 유사한 결점에 더하여 철손감소의 효과가 작고 강 시트에 의한 레이저빔의 흡수율은 불가피하게 변하여 유효변수를 만든다는 결점을 갖는다.
상기 방법들을 대체하는 방법으로서 이미 발명자들은 플라즈마 플레임을 강 시트의 표면에 조사하는 방법을 제안했으며 일본국 특허출원 제60-236,271호에 출원했다. 이 방법에 따르면, 펄스레이저방법에서 요구되었던 표면코팅을 보수하는 것이 필요치 않으며 또한 기저금속이 증발되지 않음으로써 적층특성이 양호하게 유지될 수 있다. 한편 레이저빔을 조사하는 방법에 있어서, 레이저빔이 흡수될 때 강 시트상의 표면코팅의 불가피한 색의 변화 또는 불가피한 흡수계수의 변화로 인한 문제점이 발생되며 따라서 레이저조사 효과는 일정하지 않다. 반대로 플라즈마플레임을 조사하는 방법에 있어서, 플라즈마플레임을 강 시트에 직접 조사함으로써 강표면의 색이 변동할지라도 안정한 효과가 얻어지며, 따라서 이러한 플라즈마플레임조사후의 철손값은 레이저조사후의 철손값에 비해 작다.
본 발명은 플라즈마플레임을 조사함으로써 철손의 감소효과를 더욱 증대시키기 위한 것이며, 플라즈마 플레임 조사시에 조사간격이 2차 재결정화입자의 크기에 관련이 있다는 새로운 지식에 근거하여 성취되었다.
본 발명에 따르면, 최종 어니일링후에 플라즈마플레임을 입자배향된 실리콘강 시트의 표면에 조사함으로써 입자배향된 실리콘강 시트의 철손을 감소시키는 방법으로서, 상기 플라즈마플레임을 하기 식(1) :
22-2.5D
Figure kpo00001
ℓ
Figure kpo00002
36-2.5D………………………………………………(1)
D : 강 시트의 2차 재결정화입자의 평균입자크기(㎜)
ℓ: 조사간격(㎜)
을 만족하는 조사간격으로 강 시트의 롤링방향과 표차하는 방향으로 조사함을 특징으로 하는 입자배향된 실리콘강 시트의 철손을 감소시키는 방법이 제공된다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명을 성공으로 이끈 실험내용은 다음과 같다.
실리콘강 시트에 최종 어니일링처리를 하고 절연코팅처리를 하고난 다음에, 강 시트의 롤링방향의 수직방향으로 각각 플라즈마플레임 및 레이저빔을 조사했다. 플라즈마기체로서 Ar을 사용하고 직경이 0.1~0.3㎜인 노즐호울을 통하여 플라즈마플레임을 조사한다. 한편 YAG 레이저의 펄스진동 및 지속진동을 각각 이용하여 레이저빔조서를 수행하였다. 레이저의 출력밀도는 지속진동의 경우에 낮았고 펄스진동인 경우에는 높았으며 105~108W/㎠의 범위내에 있었다.
2차 재결정화입자의 평균입자크기가 6.3㎜인 강 시트에 조사간격 ℓ(㎜)을 3~20㎜ 범위내에서 변화시키면서 강 시트의 롤링방향에 수직인 방향으로 플라즈마플레임 및 레이저빔을 조사한 후, 철손 값 W17/50을 싱글시트테스터(single sheet tester)로 측정했다.
그 결과를 제1도에 나타낸다. 본 실험에서 강 시트의 두께는 0.23㎜로 했고, 상기의 처리를 수행하기전에 철손값은 0.94~0.96W/㎏이었다.
제1도에서 알수 있듯이, 레이저조사인 경우에는 펄스레이저빔 또는 지속레이저빔의 조사간격이 짧아짐에 따라 조사한 후의 철손 값이 감소하며, 반면에 플라즈마플레임조사인 경우에는 조사간격(ℓ)인 12~13㎜인 부근에서 철손의 최소값이 나타나며, 이 최소값은 레이저빔 조사에 비해 매우 낮다. 본 실험에 있어서, 펄스레이저빔 조사인 경우에 표면코팅 및 기저금속의 손상이 관찰되었으며, 반면에 플라즈마플레임에 의한 코팅의 손상은 발견할 수 없었다.
철손값을 최소하시키는 최적조사간격이 2차 재결정화입자의 크기에 영향을 받는다는 가정하에서 2차 재결정화입자의 평균입자크기가 3~15㎜인 최종 어니일링된 강 시트에 전술한 방법과 동일한 방법으로 플라즈마플레임 및 레이저빔을 조사하고, 이로써 철손값을 최소화하는 최적조사간격(ℓ)을 연구한다. 최적조사간격이 어떤 범위를 가질 경우에는 그 최대값을 최적조사간격으로 결정한다. 그 결과를 제2도에 나타낸다.
레이저빔조사인 경우에는 결정입자가 크기가 다를때 조차도 최적조사간격은 5~7.5㎜의 일정한 범위내에서 불변이다. 한편 플라즈마플레임조사인 경우에는 상기 레이저빔조사의 행동방식과 판이하게 다르며, 제2도에서 알 수 있듯이 결정의 평균입자크기가 작을수록 조사간격은 넓어진다. 제2도에서 나타낸 최적조사 간격의 범위는 하기식(1)으로 나타내어진다.
22-2.5D
Figure kpo00003
ℓ
Figure kpo00004
36-2.5D………………………………………………(1)
D : 강 시트의 2차 재결정화입자의 평균입자크기(㎜)
ℓ: 최적조사간격(㎜)
이하 식(1)의 설정 이유는 다음과 같다.
제2도는 결정의 평균 입자크기의 최적 플라즈마 플레임 조사간격(철손치가 최소가 되는 조사간격)의 관계를 도시하는데, 제2도에서 명백한 것처럼, 최적조사간격은 결정의 평균 입자크기가 클수록 작아지며, 이는 도면중 해칭으로 도시한 범위가 된다. 이것을 식으로 나타내면,
22-2.5D
Figure kpo00005
ℓ
Figure kpo00006
36-2.5D………………………………………………(1)
이 된다. 따라서, 결정의 평균입자크기에 대하여 조사간격 ℓ을 식 1의 범위가 되도록 조절함으로써, 우수한 철손치를 얻을 수 있다.
따라서 조사간격을 상기범위내에서 적당하게 선택함으로써 철손의 최소값을 얻는다.
전술한 것과 같이 플라즈마플레임조사에는 레이저빔조사와 그 행동 방식이 다르며 철손이 더 적다. 이것은 하기와 같이 설명될 수 있다.
펄스레이저조사인 경우에 레이저빔은 강 시트에 의해 흡수된 후에 표면코팅 및 기저금속의 일부를 증발시켜 강 시트에 변형을 주는 충격파가 발생하게 된다. 또한 지속레이저빔은 강 시트에 의해 흡수되며 강 시트에 열적변형을 준다. 플라즈마플레임조사인 경우에는 고온플라즈마플레임으로 직접가열하여 강 시트에 변형을 줌으로써 레이저조사의 경우에서와 같은 강 시트의 광(光) 빔흡수계수의 불가피한 변동으로 인한 변형형성의 불안정성이 제거된다. 이러한 직접가열뿐만 아니라 플라즈마입자의 충격력은 강 시트에 안정한 변형을 형성케하여 플라즈마플레임인 경우에 철손을 매우 적게 한다.
공지된 방법으로 어니일링하여 최종적으로 어니일링하였거나 2차 재결정화처리한 강시트를 본 발명에 사용하는 것은 바람직하다. 이러한 경우에 강 시트표면상의 표면코팅의 유무 및 종류에 대하여 아무런 문제가 없다. 물론 강표면을 연마하여 매끄러운 상태로 하는 것이 필요하다.
본 발명에 따르면 먼저 2차 재결정입자의 평균입자크기를 측정한 후에 식(1)에 의해 결정된 적당한 조사 간격으로 플라즈마플레임을 조사한다. 이때 조사방향은 강 시트의 롤링방향에 수직인 것이 가장 바람직하지만, 제3도에서 알 수 있듯이 롤링방향에 수직인 방향으로 부터 약 ±30°인 범위내에서 변할 수 있다. 플라즈마플레임 조사각도를 상기와 같이 한정한 이유는 다음과 같다.
제3도는 압연 직각방향에서의 플라즈마플레임 조사각도와 플라즈마플레임 조사전후의 철손의 관계를 도시하고 있다. 제3도에 도시된 것처럼, 조사각도가 30°를 넘으면, 플라즈마플레임 조사전후의 철손은 현저하게 열화한다. 따라서, 플라즈마플레임 조사각도는 압연 직각방향으로부터 30°이내로 하는 것이 필요하다.
제3도에 나타낸 결과는 두께는 0.23㎜인 강 시트에 여러가지의 조사각으로 플라즈마플레임을 조사하여 얻었다.
2차 재결정화입자의 평균입자크기는 2차 재결정하입자가 원형이라는 가정하에서 평균입자직경으로써 결정하고 주어진 면적에 존재하는 결정입자의 수로부터 계산한다.
전술한 것과 같이 본 발명에 따르면 플라즈마플레임의 조사에 의한 효과를 최대로 할 수 있고 또한 조사 간격을 레이저조사에 비하여 더 넓게 할 수 있으므로 공업적으로 철손의 감소를 쉽게 달성할 수 있다.
하기 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다.
[실시예]
2차 재결정화입자의 평균입자크기가 4.1㎜(강 시트 A) 및 11.5㎜(강 시트 B)이고 최종적으로 어니얼링된, 두개의 입자배향된 실리콘 강 시트를 준비했다. 이들 강 시트에 대하여 5㎜, 10㎜ 또는 15㎜의 조사간격으로, 강 시트의 롤링방향에 수직인 방향으로 플라즈마플레임을 조사했다. 이 경우에 Ar을 플라즈마기체로서 사용했고 직경이 0.30㎜인 노즐을 통하여 플라즈마플레임을 조사했다. 플라즈마전류는 10A로 했고 플라즈마 토오치(torth)의 주사속도는 1,000㎜/s로 했다.
플라즈마플레임을 조사한 후와 전의 자기적 특성을 싱글시트테이터로 측정했고 그 결과는 하기 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00007
제1도에서 알 수 있듯이 식(1)을 만족할때 철손에 대한 특성이 특히 양호하다.
이때 수용실시예에서와 동일한 조건하에서 강 시트의 롤링방향에 대하여 수직인 방향에서 15°까지 방향을 변화시켜 조사했다.
결과로서 철손값(W17/50)은 강 시트 A인 경우에는 0.75W/㎏이었고, 강 시트 B인 경우에는 0.74W/㎏이었다. 이러한 값은 롤링방향에 수직인 방향으로 플라즈마플레임을 조사한 경우와 동일했다.
전술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 철손은 효과적이고도 크게 감소될 수 있어서 본 발명은 실질적으로 에너지를 축적하는 변압기등에 크게 기여한다.

Claims (2)

  1. 최종 어니일링후에 플라즈마플레임을 입자배향된 실리콘강 시트의 표면에 조사함으로써 입자배향된 실리콘강 시트의 철손을 감소시키는 방법으로서, 상기 플라즈마플레임을 하기 식(1) :
    22-2.5D
    Figure kpo00008
    ℓ
    Figure kpo00009
    36-2.5D………………………………………………(1)
    D : 강 시트의 2차 재결정화입자의 평균입자크기(㎜), ℓ: 조사간격(㎜)을 만족하는 조사간격으로, 강 시트의 롤링방향과 교차하는 방향으로 조사함을 특징으로 하는 입자배향된 실리콘강 시트의 철손감소방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롤링방향에 수직인 방향으로부터 ±30°의 범위내에서 방향을 변화시켜 상기 플라즈마플레임을 조사함을 특징으로 하는 입자배향된 실리콘강 시트의 철손감소방법.
KR1019880004308A 1987-04-17 1988-04-15 입자배향된 실리콘강 시트의 철손감소방법 Expired - Lifetime KR960002915B1 (ko)

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