KR101038892B1 - 고온 소둔로의 외벽체 크랙 발생시 작업조건 정립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향성 전기강판의 소둔 작업중 고온 소둔로의 외벽체에 크랙(crack)이 발생하는 경우 장입된 전기강판에 하자가 없도록 작업하기 위한 작업조건 정립방법에 관한 것이다.

본 발명은 강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 그 열간압연된 열연판을 냉간압연한 다음 탈탄소둔하며, 이어 마무리 고온소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

상기 마무리 고온소둔시 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우, 상기 고온 소둔로내 질소투입 시간을 8~10시간으로 제어하고, 상기 질소투입 시간중 초기부터 1~3시간 까지는 150~170N㎥, 나머지 시간 동안은 250~300N㎥의 투입량으로 질소를 투입하며, 상기 고온 소둔로의 장입부는 400~600℃, 초기가열대는 650~750℃, 고온가열대는 1000~1300℃, 1~3차냉각대는 300~500℃의 온도범위로 유지하며, 그리고 상기 고온 소둔로의 로압은 60~100mmH₂O, 잔류 수소량은 0.5~2.0부피%로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우 고온소둔중이던 전기강판에 하자가 없도록 작업할 수 있을 뿐만 아니라 고온 소둔로의 크랙부 균열이 더 이상 확장되는 것을 막아 정비시간을 단축시키는 효과가 있다.

소둔로, 크랙, 방향성 전기강판, 질소투입, 잔류 수소량, 자속밀도, 철손

Description

고온 소둔로의 외벽체 크랙 발생시 작업조건 정립방법{Method for setting up condition of operation when cracks occur at outer wall of annealing furnace}

도 1은 고온 소둔로의 개략도이다.

도 2는 비교예와 발명예의 스트립 표면 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1...장입부 2...초기가열대

3...고온가열대 4...1차냉각대

5...2차냉각대 6...3차냉각대

본 발명은 방향성 전기강판의 소둔방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향성 전기강판의 소둔 작업중 고온 소둔로의 외벽체에 크랙(crack)이 발생하는 경 우 장입된 전기강판에 하자가 없도록 작업하기 위한 작업조건 정립방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 전기강판은 결정립의 방위가 (110)[001]로 정열된 집합조직을 가지며, 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가지고 있으므로, 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자기기 등의 철심재료로 널리 사용된다. 상기 (110)[001] 집합조직은 2차 재결정 현상을 이용하여 얻어지는데, 2차 재결정은 보통의 재결정에 의해 생긴 미세한 결정립 중에서 특정방위의 핵(즉, (110)[001]의 방위를 가지는 핵)이 시편 전체로 이상 성장한 것이다. 이러한 특정방위의 2차 재결정립의 원활한 성장을 위해서는 1차 재결정립의 성장을 억제하는 것이 필요하며, 이를 위하여 MnS, AlN, BN 등의 석출물 등이 주로 이용된다.

방향성 전기강판은 자기적 특성값을 기준으로 하여 크게 두가지로 구분된다. 즉, 방향성 전기강판은 자속밀도 B10 기준으로 1.80~1.86 테슬라(Tesla) 수준의 특성을 갖는 재래식 방향성 전기강판과 자속밀도 B10 값이 1.89 테슬라 이상의 보다 고효율의 특성을 갖는 고자속 밀도 방향성 전기강판으로 구분된다. 상기 2종류의 방향성 전기강판은 초기 입성장 억제제를 근간으로 한 성분, 제조방법 및 실수율 등에서 다소 차이를 갖고 있다.

상기 재래식 방향성 전기강판은 2~4%의 규소와 MnS나 MnSe 등의 입성장 억제제를 함유하는 것을 특징으로 하며, (슬라브 가열 및 열간압연)→(열연판소둔)→(1 차 냉간압연)→(중간소둔)→(2차 냉간압연)→(탈탄소둔)→(소둔분리제 도프)→(최종 고온소둔)→(장력 코팅처리) 등의 복잡한 제조공정을 거쳐서 최종 제품으로 완성된다.

상기 방향성 전기강판의 제조공정중 제조상 가장 어려운 공정이 고온에서 열처리를 행하는 최종 고온소둔이다. 상기 최종 고온소둔 공정은 방향성 전기강판의 자기적 특성을 얻기 위하여 2차 재결정을 형성하는 필수적인 공정으로, 2차 재결정 후에는 특성에 악영향을 미치는 S, N 등의 불순물의 제거를 위해 1200℃의 고온중에서 20시간 이상 동안 순화처리과정이 필요하다.

상기와 같이, 고온에서 장시간 동안 소둔하면 권취코일 간의 융착현상이 나타나기 때문에 이를 방지하기 위해 소둔시 융착방지용으로 MgO를 주성분으로 하는 소둔분리제를 도포하게 된다. 이때 소재 표면에는 탈탄소둔시의 습윤 분위기에서 형성된 FeO계통의 외부산화물층(파이어라이트(Fe₂SiO₄)), 내부에는 실리카(SiO₂ ) 등이 존재하게 되고, 이것이 융착방지제로 도포된 MgO와 반응하여 글라스 피막 또는 유리질 절연피막이라고 부르는 포스테라이트(Mg₂SiO₄)를 주성분으로 하는 복합산화물층을 소재표면에 형성시키게 된다. 이때 형성된 글라스 피막층의 성상은 최종제품의 자성에도 다소 영향이 있지만, 주로 절연성, 밀착성, 표면조도, 외관형상 등의 표면품질특성에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 수요가 가공시 피막박리, 분말비산등 작업성, 생산성 등에서 크게 영향을 미치는 중요한 역할을 하게 된다.

종래의 상기 최종 고온소둔 중 소둔로의 관리 온도는 장입부(1) 600℃, 초기가열대(2) 650~750℃, 고온가열대(3) 1000~1300℃, 1차냉각대(4) 900℃, 2차냉각대(5) 600℃, 3차냉각대(6) 300℃로 각각 설정하고, 이슬점 맺힘온도 1~3℃로 설정하여 18~20시간 정도 소둔하여 제품을 생산하게 된다.

상기와 같이 최종 고온소둔 작업도중에 고온 소둔로 외벽체에 예기치 못하게 크랙이 발생되면, 외부의 공기가 유입되어 이슬점 맺힘온도가 10~40℃ 범위로 상승하게 되고, 이때 질소를 순간적으로 소둔로내 전구간에 동시 투입시켜 소둔로 내 전체 구간에 거쳐 잔류 수소량을 0.2% 이하로 관리함으로써 안전성을 확보하고, 3~5시간 동안 질소 투입 후 고온 소둔로 내 온도를 560~700℃로 유지시킨 상태에서 장입된 코일형태의 제품을 외부로 인출시킨 다음 미세 크랙부에 대한 정비보수 작업을 수행하여 왔다.

그러나, 상기와 같은 종래의 작업방법은 고온 소둔중이던 코일형태의 제품을 전량 스크랩 처리할 수 밖에 없었고, 다량의 질소를 투입하여 급속히 냉각시키는 관계로 크랙부 균열이 더욱 가속화되어 장시간 동안 수리작업을 수행해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우 질소투입 시간에 따라 질소 투입량을 제어함과 아울러 고온 소둔로 구간별 온도, 로압 및 잔류 수소량을 제어함으로써 고온 소둔중이던 전기강판에 하자가 없도록 작업하기 위한 작업조건 정립방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고온 소둔로의 크랙부 균열이 더 이상 확장되는 것을 막아 정비시간을 단축시키는데, 그 부가적인 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 그 열간압연된 열연판을 냉간압연한 다음 탈탄소둔하며, 이어 마무리 고온소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

상기 마무리 고온소둔시 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우,

상기 고온 소둔로내 질소투입 시간을 8~10시간으로 제어하고, 상기 질소투입 시간중 초기부터 1~3시간 까지는 150~170N㎥, 나머지 시간 동안은 250~300N㎥의 투입량으로 질소를 투입하며,

상기 고온 소둔로의 장입부는 400~600℃, 초기가열대는 650~750℃, 고온가열대는 1000~1300℃, 1~3차냉각대는 300~500℃의 온도범위로 유지하며, 그리고

상기 고온 소둔로의 로압은 60~100mmH₂O, 잔류 수소량은 0.5~2.0부피%로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 상기 열간압연된 열연판을 냉간압연한 다음 탈탄소둔하며, 상기 탈탄소둔 후 마무리 고온소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우 고온소둔중이던 전기강판에 하자가 없도록 작업하기 위한 조건을 제공하는데 특징이 있으며, 이하 상기 크랙발생시 작업조건을 상세하게 살펴본다.

본 발명에서 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우, 질소투입 시간을 8~10시간으로 제어하고, 상기 질소투입 시간중 초기부터 1~3시간 까지는 150~170N㎥의 투입량으로 질소를 투입하며 나머지 시간 동안은 250~300N㎥의 투입량으로 질소를 투입하는 것이 바람직하다.

상기 질소투입 시간이 8시간 미만이면 2차 재결정에 필요한 충분한 입성장력을 갖지 못하며, 10시간을 초과하면 안전성이 떨어질 뿐만 아니라 형성되는 글라스 피막이 불균일하고 거칠어져 최종제품의 점적율이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기 질소투입 시간은 8~10시간으로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 질소투입 시간중 초기부터 1~3시간까지의 질소투입량이 150N㎥ 미만이거나 나머지 시간에서의 질소투입량이 250N㎥ 미만이면 고온 소둔로내 잔류 수소량이 과다해져 폭발할 가능성이 있으며, 초기부터 1~3시간까지의 질소투입량이 170N㎥을 초과하거나 나머지 시간에서의 질소투입량이 300N㎥을 초과하면 분위기 가스내 수소량이 급격하게 감소되어 글라스 피막이 불균일해지는 문제점이 있으므로, 상기 질소투입 시간중 질소투입량은 초기부터 1~3시간까지는 150~170N㎥, 나머지 시간은 250~300N㎥으로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 본원발명에서 상기 고온 소둔로의 장입부는 400~600℃, 초기가열대는 650~750℃, 고온가열대는 1000~1300℃, 1~3차냉각대는 300~500℃로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 장입부 온도가 400℃ 미만이면 품질이 저하되며, 600℃를 초과하면 작업환경이 열화되므로, 상기 장입부 온도는 400~600℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 초기가열대 온도가 650℃ 미만, 고온가열대 온도가 1000℃ 미만, 1~3차냉각대 온도가 300℃ 미만이면 자화용이 방위인 (110)[001]로 정열된 안정적인 2차 재결정 형성에 지장을 초래하며, 초기가열대 온도가 750℃ 초과, 고온가열대 온도가 1300℃ 초과, 1~3차냉각대 온도가 500℃를 초과하면 탈탄소둔시 산화물 형성량이 부족하여 최종두께로의 압연시 산화물층에 균열이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 본원발명에서 고온 소둔로의 로압은 60~100mmH₂O로 제어하고, 잔류 수소량은 0.5~2.0부피%로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 고온 소둔로의 로압이 60mmH₂O 미만이거나 잔류 수소량이 0.5부피% 미만이면 2차 재결정에 필요한 충분한 입성장력을 갖지 못하며, 로압이 100mmH₂O를 초 과하거나 잔류 수소량이 2.0부피%를 초과하면 안전성이 떨어질 뿐만 아니라 글라스 피막이 불균일하고 거칠어져 최종제품의 점적율이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기 고온 소둔로의 로압은 60~100mmH₂O, 잔류 수소량은 0.5~2.0부피%로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다

[실시예]

중량%로, C: 0.042%, Si: 3.117%, Mn: 0.205%, S: 0.006%, N: 0.0098%, P: 0.014%, Cu: 0.496%, Cr: 0.04%, Ni: 0.06%, Al: 0.014%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 200mm두께의 연주슬라브를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 슬라브를 1300℃에서 3시간 재가열후 열간압연하여 2.3mm두께의 열연판을 만들었다. 이후, 1차 냉간압연하여 0.65mm두께로 조정 후, 860℃의 습윤분위기에서 탈탄소둔을 거쳐 소재의 잔류 탄소량을 감소시킨 다음 0.30mm두께로 최종 냉간압연하였다.

이후 2차 고온 소둔시 10% 수소 함유 질소 분위기에서 소둔온도 550~800℃로 소둔하였으며, 상기 최종 고온소둔 작업중 소둔로 외벽체에 미세 크랙발생시 작업조건을 설정하여 하기 표 1의 조건으로 작업을 행하여 강판을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 강판에 대하여 소둔조건 변화에 따른 글라스 피막 특성(외관형상 및 절연성) 및 자기특성(자속밀도 및 철손)을 조사하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

상기 글라스 피막 특성중 절연성은 ASTMA 717-15에 따른 프랭크 절연측정기로 0.5V, 1.0A의 통전시 피막을 통한 수납전류를 측정하여 A(암페어)로 나타낸 것이며, 절연성이 양호할수록 수납전류값은 작은 값을 나타낸다. 또한, 외관형상은 육안으로 관찰하여 그 결과를 표기한 것이다.

한편, 자기특성은 단판 자성측정기을 이용하여 측정한 것으로서, 자속밀도는 B10 값을 Tesla로 나타낸 것이고, 철손은 W17/50에서 비교하여 W/kg으로 나타낸 것이다.

구분	작업조건			질소투입량(N㎥)		소둔로 유지온도(℃)
	로압 (mmH2O)	질소투입 시간 (시간)	잔류 수소량 (부피%)	초기부터 1~3시간 까지	나머지	장입부	초기 가열대	고온 가열대	1~3차 냉각대
비교예1	20	4	0.1	130	200	380	620	800	100
비교예2	40	6	0.3	140	230	390	640	900	200
발명예1	60	8	0.5	150	250	415	650	1000	300
발명예2	80	9	0.7	160	270	500	700	1200	400
발명예3	100	10	2.0	170	300	590	750	1300	500
비교예3	120	15	2.5	180	320	610	800	1400	700
비교예4	150	20	3.0	190	350	630	850	1500	900

구분	글라스 피막 특성		자기 특성
	절연성(A)	외관형상	자속밀도(Tesla)	철손(W/kg)
비교예1	0.645	얇고 거침	1.85	1.24
비교예2	0.556	다소 얇음	1.86	1.24
발명예1	0.486	양호	1.81	1.20
발명예2	0.459	양호	1.82	1.21
발명예3	0.433	양호	1.83	1.20
비교예3	0.725	얇고 거침	1.87	1.26
비교예4	0.689	두껍고 거침	1.88	1.28

본 발명에 있어서, 바람직한 절연성의 범위는 0.420~0.500A이며, 자속밀도는 1.80~1.84Tesla, 철손은 1.20~1.22W/Kg인 것이 통상적인 방향성 전기강판의 품질 요구 수준이다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예1~3의 경우에는 절연성, 외관형상, 자속밀도, 철손 모두 품질 요구 수준에 적합한 것으로 나타났으며, 작업중 안전성이 확보되었을 뿐만 아니라 고온 소둔로의 크랙부 균열이 더 이상 확장되는 것을 막아 정비시간(약 12시간 소요)을 단축시킬 수 있었다.

도 2의 (b)는 본 발명에 따라 제조된 발명예의 스트립 표면 사진으로서, 스트립 표면이 연한 회색을 띄어 양호함을 알 수 있었다.

한편, 비교예 1~4의 경우에는 절연성, 외관형상, 자속밀도, 철손 모두 목표치를 벗어나는 수치를 나타냈으며, 고온 소둔로의 크랙부 균열이 확장되어 정비시 간(24시간 이상 소요)이 발명예에 비하여 오래 걸렸다.

도 2의 (a)는 비교예의 스트립 표면 사진으로서, 스트립 표면이 산화되어 표면 전체가 검은색으로 소둔되는 결과를 초래하여 양호하지 못함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우 고온소둔중이던 전기강판에 하자가 없도록 작업할 수 있을 뿐만 아니라 고온 소둔로의 크랙부 균열이 더 이상 확장되는 것을 막아 정비시간을 단축시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 강 슬라브를 재가열한 후 열간압연하고, 그 열간압연된 열연판을 냉간압연한 다음 탈탄소둔하며, 이어 마무리 고온소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

   상기 마무리 고온소둔시 고온 소둔로의 외벽체에 크랙이 발생하는 경우,

   상기 고온 소둔로내 질소투입 시간을 8~10시간으로 제어하고, 상기 질소투입 시간중 초기부터 1~3시간 까지는 150~170N㎥, 나머지 시간 동안은 250~300N㎥의 투입량으로 질소를 투입하며,

   상기 고온 소둔로의 장입부는 400~600℃, 초기가열대는 650~750℃, 고온가열대는 1000~1300℃, 1~3차냉각대는 300~500℃의 온도범위로 유지하며, 그리고

   상기 고온 소둔로의 로압은 60~100mmH₂O, 잔류 수소량은 0.5~2.0부피%로 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 소둔로의 외벽체 크랙 발생시 작업조건 정립방법.

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