KR20140088131A

KR20140088131A - 코팅된 결정 방향성 강

Info

Publication number: KR20140088131A
Application number: KR20147012060A
Authority: KR
Inventors: 시바삼부 뵘; 헤나가메 리야나게 말리카 뵘; 스레드하라 사르마
Original assignee: 타타 스틸 유케이 리미티드
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-07-09
Also published as: CN104024443B; JP2015501389A; CN104024443A; EP2773781B1; EP2773781A1; WO2013064260A1; IN2014CN04062A; JP6100273B2; US20140272399A1; PL2773781T3

Abstract

본 발명은 코팅된 결정 방향성 강 스트립을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,ⅰ. 결정 방향성 강 스트립에 절연층을 형성하는 단계; ⅱ. 금속 인산염, 실리카 입자들 및 유기 실란을 포함하는 무크롬 코팅 혼합물을 제공하는 단계; ⅲ. 상기 절연층에 상기 혼합물을 적용하는 단계; 및 ⅳ. 상기 결정 방향성 강 스트립에 장력을 부여하는 무크롬 코팅을 형성하도록 상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

코팅된 결정 방향성 강{COATED GRAIN ORIENTED STEEL}

본 발명은 코팅된 결정 방향성 강 스트립을 제공하는 방법 및 상기 방법에 의해 생산된 코팅된 결정 방향성 강에 관한 것으로서, 특히 변압기에 코팅된 결정 방향성 강 스트립의 사용에 관한 것이다.

결정 방향성(grain oriented, 이하 "GO"로 언급함) 전기강들은 에너지 효율적인 변압기들을 제조하는데 필수 재료이며, 이러한 변압기들의 성능은 사용되는 GO 강들의 자기적 특성(magnetic property)에 크게 의존한다.

자기적 특성들은 장력 하에 GO 강들을 배치시키는 것에 의해 개선될 수 있다. 이러한 개선은, 탈탄 어닐링(decarburisation annealing)에 의해 강 스트립의 표면에 철 실리콘 산화물(Fayerlite)층들을 형성하는 것에 의해 달성된다. 그 후, 산화마그네슘 분말(magnesium oxide powder)을 슬러리의 형태로 적용하며, 코일은 건조 수소 중에서 대략 1200℃로 가열된다. 산화마그네슘은 '글라스 필름(glass film)'으로 알려진 잿빛 결정질 규산마그네슘(dull grey crystalline magnesium silicate)(Forsterite) 코팅을 형성하도록 철 실리콘 산화물과 반응한다. 고온 배치 어닐링(batch anneal) 후에, 코일들은 매우 낮은 확장자(extension)를 구비한 연속 노에서 어닐링되는 것에 의해 열적으로 평탄화된다. 이 처리 중에, 강의 절연(insulation)을 보완하고 또한 강의 장력을 개선시키기 위해 인산염계 코팅(phosphate based coating)이 강에 적용된다.

실리카와 크롬 화합물들을 함유하는 인산염계 코팅들은 일반적으로 어닐링 중에 그리고 코팅 강이 고압 변압기들에 실장될 때 GO 강에 장력을 제공하는데 사용된다. 6가 크롬(hexavalent chrome)의 사용은 또한 인산염계 코팅의 내부식성(corrosion resistance)을 개선시키며, 이러한 내부식성은 특히 습도가 높은 환경에서 코팅된 강을 운송하고 취급할 때 중요하다. 그럼에도 불구하고, 크롬 화합물들은 매우 유독하기 때문에, 이러한 화합물들을 취급하고 저장할 때 중대한 리스크들이 제기된다.

본 발명의 목적은, 크롬 화합물들을 함유하지 않는 전기강, 바람직하게는 결정 방향성 강을 위한 인산염계 코팅을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 코팅을 결정 방향성 강에 적용할 때, 크롬 화합물들이 존재하는 인산염계 코팅보다 장력 및 자기적 특성들과 관련하여 더 나은 코팅 성능은 아니더라도 동일한 코팅 성능을 제공하는, 크롬 화합물들을 함유하지 않는 인산염계 코팅을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 관점에 따르면, 코팅된 결정 방향성 강 기재를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은:

ⅰ. 결정 방향성 강 기재에 절연층을 형성하는 단계;

ⅱ. 금속 인산염(metal phosphate), 실리카 입자들 및 유기 실란(organosilane)을 포함하는 무크롬(chromium-free) 코팅 혼합물을 제공하는 단계;

ⅲ. 상기 절연층에 상기 혼합물을 적용하는 단계; 및

ⅳ. 상기 결정 방향성 강 스트립에 장력을 부여하는 무크롬 코팅을 형성하도록 상기 혼합물을 경화(curing)시키는 단계를 포함한다.

이롭게는, 무크롬 코팅 혼합물은 크롬 화합물들을 함유하지 않으며, 이에 따라 이러한 화합물들의 취급 및 저장과 관련된 리스크들이 회피된다. 더욱이, 무크롬 코팅 혼합물이 크롬 화합물들을 함유하는 다른 코팅들에 우선해서 사용될 때, 강 기재에 제공된 장력의 양은 상당히 증가된다. 그 결과, 포스터라이트(fosterite)와 무크롬으로 코팅된 GO 강들의 자기적 특성들이 또한 상당히 개선된다.

금속 인산염은, 무크롬 코팅이 적어도 800℃의 온도까지 열적으로 안정화되는 정도로 무크롬 코팅의 열적 안정성을 증가시킨다. 또한, 금속 인산염은 운반 및/또는 취급 중에 코팅이 열화되지 않도록 무크롬 코팅의 배리어 특성들을 개선시키는데 기여한다. 무크롬 코팅 혼합물 중의 유기 실란의 존재는, 하층(underlying) 포스터라이트 기재로의 무크롬 코팅의 접착을 개선시키고, 또한 물의 진입을 방지하거나 또는 적어도 감소시키는 배리어(barrier)로서 작용을 한다. 본 발명자들은, 무크롬 코팅 혼합물 중의 유기 실란, 금속 인산염 및 실리카 입자들의 조합이 자기적 특성들을 개선시킨다고 생각한다. 무크롬 코팅의 밀도를 증가시키는 것에 덧붙여, 유기 실란은 또한 다른 비정질 금속 인산염 네트워크에서의 공극(pore)의 충전을 증가시키는 실리카 입자들에 대한 지지체(support)로서 작용한다. 충전 밀도(packing density) 및 무크롬 코팅의 전체 밀도를 증가시키는 것에 의해, GO 강 기재에 부여된 장력의 양이 증가된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 무크롬 코팅 혼합물은 유기 실란 관능화 실리카 입자(organosilane functionalised silica particle)들을 포함한다. 유기 실란 및 실리카 입자들은 독립된 성분으로서 금속 인산염 네트워크 내에 분산될 수 있고, 그리고/또는 실리카 입자들이 유기 실란과 관능화될 수 있다. 무크롬 코팅 혼합물이 유기 실란 및 실리카 입자들을 독립된 성분으로서 함유하는 경우, 유기 실란 및 실리카 입자들은 비정질 금속 인산염 네트워크에 분산되기 시작한다. 이는, 금속 인산염 네트워크에서의 공극의 증가된 충전을 유도하여 무크롬 코팅의 전체 밀도를 증가시킨다. 그러나, 추가적인 개선들은, 일단 경화되면, 비정질 인산염 네트워크 내에 유기 실란 - 실리카 네트워크를 형성하는 무크롬 코팅 혼합물에 유기 실란 관능화 실리카 입자들이 결합될 때 얻어진다. 실리카 입자들이 유기 실란과 관능화되기 때문에, 유기 실란은 적소에서 실리카 입자들을 효과적으로 고정(lock)시켜, 충전 밀도, 장력 및 이에 따른 자기적 특성들의 추가적인 개선이 얻어진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 유기 실란은 알콕시실란(alkoxysilane)을 포함하며, 바람직하게는 에톡시(ethoxy) 및/또는 메톡시 실란(methoxy silane)을 포함한다. γ-글리시독시프로필트리메톡시실란(γ-glycidoxypropyltrimethyoxysilane), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 프로필트리메톡시실란(propyltrimethoxysilane) 또는 그들의 혼합물들이 특히 바람직하다. 이들 유기 실란들은 관능화 실리카 입자들을 생산하도록 실리카 입자 표면 상의 관능기들과 반응하는 반응성 관능기(reactive functional group)들을 포함한다. 실리카 입자들을 관능화시키는 에폭시기(epoxy group)들을 포함하는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란의 사용이 특히 바람직하다. 상기 알콕시실란은 또한 물의 존재하에서의 가수분해가 용이하며, 알콕시실란들을 졸-겔 프로세스(sol-gel processing)에서의 전구체(precursor)들로서 사용되도록 한다. 상기 유기 실란들은 산성 용액, 즉 pH 7 미만의 pH를 갖는 용액 중에서 안정적이며, 이는, 용액 처리에서의 겔링(gelling)의 유해한 영향이 회피되거나 또는 처리가 가능할 수 있는 정도로 적어도 감소시킬 수 있는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 알콕시기(alkoxy group)의 존재는 필요에 따라 실란을 가수분해되지 않은 형태로 사용하는 것을 가능하게 한다

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 무크롬 코팅 혼합물은 실리카 나노입자(nanoparticle)들 및 실리카 미세입자(microparticle)들을 포함한다. 유기 실란으로 관능화되거나 또는 관능화되지 않는 실리카 입자들의 이러한 조합은 밀집 네트워크 구조(dense network structure)내에 공극들의 우수한 충전을 제공하여, 코팅의 장력을 개선시키고 이에 따라 코팅된 GO 강 기재의 자기적 특성들을 개선시킨다. 그러나, 개선된 코팅 장력 및 자기적 특성들은, 무크롬 코팅의 밀집 네트워크 중에 실리카 입자들을 지지하는 관능화 및/또는 가교(cross-linked) 유기 실란들의 존재에 의해 실리카 나노입자 및 실리카 미세입자들이 독립적으로 사용될 때 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 실리카 나노입자들은 5 - 50 nm의 입자 직경을 가지고, 그리고/또는 실리카 미세입자들은 1 - 50 ㎛의 입자 직경을 갖는다. 본 발명자들은, GO 강 기재에 제공된 장력의 양은 전술한 입자 직경들을 갖는 입자들을 포함하는 무크롬 코팅 혼합물을 제공하는 것에 의해 증가될 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 10 - 40 nm의 입자 직경을 갖는 나노입자들 및 1-10 ㎛의 미세입자들을 각각 포함하는 무크롬 코팅 혼합물이 특히 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 실리카 미세입자들에 대한 실리카 나노입자들의 비율은 적어도 2:1, 바람직하게는 2:1 내지 3:1이다. 유리하게는, 코팅 혼합물 중의 실리카 나노입자들의 함유량이 실리카 미세입자들의 함유량보다 더 큰 경우에, 개선된 충전 밀도들이 얻어질 수 있다. 2:1 내지 3:1의 비율은, 코팅된 GO 강 기재에 제공되는 장력의 양을 증가시키는 것에 특히 유효하다는 것이 증명되었다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 금속 인산염은 인산 알루미늄, 인산 마그네슘, 인산 아연 또는 그들의 혼합물을 포함한다. (포스터라이트로부터) Al, Mg 및 실리카 사이의 복합산화물(complex oxide)의 형성이 코팅의 내습성(humidity resistance)을 향상시키기 때문에, 금속 인산염으로서 인산 알루미늄이 바람직하다. 알루미늄 및/또는 인산 마그네슘을 사용하는 경우, 코팅 혼합물은, 바람직하게는, 코팅의 내부식성 및 내습성을 보충하기 위해 무크롬 부식방지제(corrosion inhibitor)를 함유한다. 코팅 혼합물이 금속 인산염들의 혼합물, 예를 들어 인산 알루미늄 및 인산 마그네슘들의 혼합물을 포함하는 경우에는, 인산 알루미늄의 함유량이 인산 마그네슘의 함유량보다 더 큰 것이 바람직하다. 인산 마그네슘에 대한 인산 알루미늄의 바람직한 비율은 1:1 초과 내지 4:1이며, 바람직하게는, 1:1 초과 내지 2:1이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 무크롬 코팅 혼합물은 15 - 40 wt% 금속 인산염, 20 - 60 wt% 실리카 입자들 및 5 - 15 wt% 유기 실란을 포함하며, 바람직하게는, 25 - 35% 금속 인산염, 25 - 50 wt% 실리카 입자들 및 5 - 15 wt% 유기 실란을 포함한다. 이들 성분의 이러한 범위는, 코팅의 강건한 밀집 네트워크(robust dense network)를 제공하여 결정 방향성 강 스트립에 제공된 장력의 양을 증가시킨다.

바람직하게는, 무크롬 코팅 혼합물은 15 - 40 wt% 금속 인산염을 포함한다. 금속 인산염 함유량이 40%를 초과하면, 취급시 및/또는 운반 중에 코팅을 열화시킬 수 있는 감소된 코팅 완전성(integrity)을 갖는 경화된 코팅이 얻어진다. 금속 인산염 함유량이 15 wt% 미만이면, 코팅이 다공질(porous)이 되어 강 스트립에 충분한 장력을 제공하지 않는 코팅이 얻어진다. 코팅 혼합물들은 25 - 35 wt% 금속 인산염을 포함하는 것이 바람직하며, 그 이유는 이 범위에서 코팅 완전성과 장력 사이의 양호한 밸런스가 얻어지기 때문이다.

바람직하게는, 무크롬 코팅 혼합물은 20 - 60 wt% 실리카 입자들을 포함한다. 실리카 함유량이 60 wt%를 초과하면, 처리하기 어려운 점성(viscous) 코팅 혼합물이 생길 수 있으며, 실리카 함유량이 20 wt% 미만이면, 강 스트립에 제공되는 코팅 장력의 양을 제한시킬 수 있는 충전 밀도의 감소를 발생시킨다. 바람직하게는, 실리카 입자들은 각각 10 - 40 nm, 바람직하게는 10 - 20 nm의 입자 크기를 갖는 실리카 나노입자들 및 1 - 10 ㎛, 바람직하게는 1 - 2 ㎛의 입자 크기를 갖는 실리카 미세입자들을 갖는 혼합물을 포함한다.

바람직하게는, 무크롬 코팅 혼합물은 5 - 15 wt% 유기 실란을 포함한다. 5 wt% 미만의 유기 실란을 포함하는 무크롬 코팅 혼합물들로부터 제조된 코팅들은 배리어 보호(barrier protection)와 충전 밀도 특성들의 감소를 보이며, 유기 실란의 함유량이 15 wt%를 초과하면, 코팅의 열적 안정성을 감소시킨다. 어떠한 오해도 회피하기 위해, 5 - 15 wt% 범위의 유기 실란은, 유기 실란이 바인더(binder)로서 사용되거나 또는 실리카 입자들을 관능화시키기 위해 사용되는 것에 관계없이, 코팅 혼합물 중의 유기 실란의 총량을 말한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 무크롬 코팅 혼합물은 하기의 화합물들 중의 하나 이상을 추가적으로 포함한다:

- 무크롬 부식방지제;

- 규산염(silicate); 및

- 물

바람직하게는, 무크롬 부식방지제들은 V, Mo, Mn, Tc, Zr, Ce 또는 그들의 혼합물의 무기 화합물들을 포함한다. 메타바나듐산 나트륨(Sodium metavanadate), 규산지르코늄(zirconium silicate) 및/또는 세륨 층간삽입 점토(cerium intercalated clay)가 특히 바람직하다. 종래의 인산염계 코팅 혼합물들은 크롬 화합물들 형태의 높은 함량의 부식방지제들을 포함하며, 이러한 코팅 혼합물들은 처리가 어렵고 환경적으로도 허용되지 않는다. 무크롬 코팅과 관련된 개선된 배리어 및 내부식 특성들 때문에, 무크롬 코팅 혼합물이 5 wt% 이하의 부식방지제들을 포함하더라도 허용 가능한 내부식성을 얻을 수 있다. 0.01 wt% 만큼 낮은 부식방지제 함유량도 또한 무크롬 코팅의 내부식성 및 내습성을 개선시키며, 이에 따라 0.01 - 1 wt%의 부식방지제 함유량이 바람직하다. 유리하게는, 무크롬 코팅 혼합물 중의 부식방지제 함유량은, 대부분의 종래의 크롬계 시스템들보다 낮으며, 이에 따라 이들 종래의 크롬계 시스템들에 대하여 개선된 무크롬 코팅 혼합물의 가공성이 얻어진다.

무크롬 코팅 혼합물은 또한 가용성 규산염(soluble silicate)들을 포함할 수 있다. 무크롬 코팅 혼합물 중에 가용성 규산염들을 제공하는 것에 의해, 무크롬 코팅 혼합물이 경화될 때 규산염 및 규산염 - 인산염 네트워크가 형성된다. 무크롬 코팅 중의 규산염 및 규산염 - 인산염 네트워크들의 존재는 무크롬 코팅의 밀도, 내구성 및 인성(toughness)을 증가시키고, 이에 의해 코팅된 GO 강 기재에 더 큰 장력뿐만 아니라 변압기의 수명을 증가시킨다. 바람직하게는, 무크롬 코팅 혼합물은 5 wt% 미만, 바람직하게는, 0.1 내지 2 wt%의 가용성 규산염을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 코팅 혼합물은 수용성(aqueous)이며, 이에 따라 비수 용매(non aqueous solvent)액의 저장, 취급 및 폐기에 관한 문제들이 회피된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 무크롬 코팅 혼합물은 적어도 100 m/min의 코팅 라인 속도를 갖는 연속 코팅 라인에서 절연층 상에 도포된다. 종래의 인산염계 코팅 혼합물들은 코팅 혼합물 중의 부식방지제들의 크기(nm) 및 농도 때문에 점성을 가질 수 있다. 그 결과, 이들 코팅 혼합물들은 전형적으로 60 - 90 m/min의 코팅 라인 속도를 갖는 코팅 라인들에서 포스터라이트(fosterite) 코팅된 GO 강들 상에 적용된다. 무크롬 코팅은 우수한 배리어 특성 및 내부식성을 나타내기 때문에, 고농도의 부식방지제들을 제공할 필요성이 회피되거나 또는 적어도 감소된다. 무크롬 코팅 혼합물은, 적어도 100 m/min 내지 최대 180 m/min의 코팅 라인 속도를 갖는 코팅 라인에서 무크롬 코팅 혼합물을 적용할 수 있는 5 - 500 MPas 범위의 점도를 보유하며, 바람직하게는, 코팅 라인 속도는 140 내지 180 m/min이다. 일단 적용되면, 무크롬 코팅 혼합물은 적어도 180℃, 바람직하게는 180℃ 내지 220℃의 온도에서 경화된다. 이에 따라, 본 발명의 방법은 가공성의 관점에서 상당한 이점을 제공한다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 본 발명의 제1 관점에 따라 제조된 코팅된 결정 방향성 강은 4 - 10 ㎛, 바람직하게는 4 - 6 ㎛의 건조막 두께(dry film thickness)를 갖는 무크롬 코팅을 포함한다. 10 ㎛ 초과의 건조막 두께를 갖는 무크롬 코팅들은 취성을 갖는 경향이 있으며, 이에 따라 취급 및 운반 관점에서 바람직하지 않다. 한편, 코팅이 너무 얇으면, 즉 4 ㎛ 미만이면, GO 강 기재에 제공된 장력은 코팅된 GO 강 기재의 자기적 특성들을 개선시키는데 충분하지 않다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 코팅된 결정 방향성 강은, 연속 어닐링노에서의 코팅된 스트립의 열적 평탄화 중에 채용된 처리 조건들을 코팅이 견딜 수 있도록, 대기압에서 850℃까지 열적으로 안정하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 코팅된 결정 방향성 강은 적어도 2.5%, 바람직하게는, 4 내지 15%의 백분율 손실 감소(percentage loss reduction)를 갖는다. 급속한 자기장 변화가 변압기에 적용될 때, 자기장은 GO 강 중의 입자들을 회전시킨다. 입자들이 회전되고 그들 사이의 경계들이 시프트될 때, GO 강은 길이가 증가되고 짧아지며, 이는 모든 변압기들의 특징들인 노이즈(저주파수 흄(low frequency hum))을 발생시킨다. 이 효과는 자기변형(magnetostriction)으로 알려져 있다. 장력은 자기변형에 직접적으로 관계되며, 그리고 인산염계 코팅들의 적용은 장력을 증가시키고, 자기변형을 감소시키며, 궁극적으로 노이즈를 감소시키는 것으로 생각된다.

백분율 손실 감소는, 전력이 공급되고 변압기를 통해 전송될 때 손실되는 에너지양을 나타낸다. 에너지의 상당한 양이 자기변형으로부터의 열과 노이즈를 통해 손실되지만, 변압기 두께, 변압기를 제작하기 위해 사용된 강 스트립 또는 플레이트의 강 조성(steel chemistry), 강 스트립 또는 플레이트 중의 결정(grain)들의 크기 및 개재물들의 존재 등의 다른 인자들도 이러한 손실들에 기여한다. 백분율 손실 감소는, 인산염계 코팅을 구비하고, 그리고 이 코팅을 구비하지 않는 포스터라이트 코팅된 GO 강을 통하여 전력이 공급되고 전송될 때, 킬로그램(kilogram)당 와트 손실(watts lost)을 측정하는 것에 의해 계산되며, 이에 따라 총 에너지 손실에 대한 인산염계 코팅의 영향이 결정될 수 있다.

하기의 식 (1)은 백분율(%) 손실 감소를 계산하는데 사용되며, 여기서, "포스터라이트 손실"은 포스터라이트 코팅된 GO 강 기재를 통해 전력이 공급되고 전송될 때의 에너지(W/Kg) 손실의 양에 대응하며, "코팅된 손실(coated loss)"은 포스터라이트 코팅 및 인산염계 코팅이 제공된 GO 강 기재를 통해 전력이 공급되고 전송될 때의 손실된 에너지(W/Kg)의 양에 대응한다.

[식 1]

본 발명의 제3 관점에 따르면, 본 발명의 제2 관점에 따른 결정 방향성 강 스트립은 변압기에 사용된다.

본 발명의 제4 관점에 따르면, 하기 구성요소를 포함하는 코팅된 결정 방향성 강을 제공한다:

- 결정 방향성 강 스트립 상의 절연층; 및

- 상기 절연층 상의 무크롬 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 금속 인산염, 실리카 입자들 및 유기 실란을 포함한다.

본 발명의 제2 관점에 관한 상기 설명은, 본 발명의 제4 관점의 코팅된 결정 방향성 강에 유사하게 적용할 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따르면, 변압기(electrical transformer)는 코팅된 결정 방향성 강을 포함한다. 유리하게는, 상기 변압기들이 본 발명의 코팅된 결정 방향성 강을 포함하는 경우, 에너지 효율의 변압기들이 얻어진다.

실시예

본 발명을 예시적인 방식으로 설명한다.

실시예 1: 관능화 실리카의 조제

혼합 용기를 물 중의 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 채우고, 반응성 Si-OH기들을 포함하는 대응 가수분해된 실란을 제조하기 위해 1 - 2 시간 동안 교반하였다. 이 용액에 30 nm의 입자 크기를 갖는 실리카 입자들을 첨가하고, 그리고 이 혼합물을 24 시간의 기간 동안 기계적으로 교반시켰다. 이 기간 동안, 가수분해된 실란의 Si-OH기들은 실리카 입자 표면 상의 OH기들과 반응하여 안정된 Si-O-Si 결합을 형성시킨다. 24 시간 후에, 관능화 실리카를 포함하는 투명한 균질 용액이 얻어진다.

실시예 2: 코팅 혼합물의 조제

코팅 혼합물 1 - 4의 코팅 혼합물 조성(wt%)은 표 1에 나타나 있다. 각각의 코팅 혼합물에 대한 조제 방법들을 기술한다.

코팅 혼합물( C1 )

혼합 용기에 인산 알루미늄(51%w/w, 560g), 미세 크기의 실리카 입자(18%w/w, 400g)들 및 물(128g)을 채우고, 이어서 1 - 2 시간의 기간 동안 교반시켰다.

코팅 혼합물(1)

물(532g) 중의 인산 알루미늄(51%w/w)을 물(940g) 중에 관능화 실리카 입자(29%w/w)의 균질 용액을 함유하는 혼합 용기 내에 제공하였다. 이어서, 메타바나듐산 나트륨(1g) 및 인산(1g)을 상기 혼합 용기에 첨가하고, 이 혼합물을 1 - 2 시간의 기간 동안 교반시켰다.

코팅 혼합물(2)

물 중의 인산 알루미늄(51 %w/w, 408g) 및 인산 마그네슘(51%w/w, 180g)을 관능화 실리카 입자(30%w/w, 1250g)의 균질 용액을 함유하는 혼합 용기 내에 제공하였다. 이어서, 미세크기 실리카 입자(60g), 메타바나듐산 나트륨(60g), 인산(60g) 및 물(64g)을 상기 혼합 용기에 첨가하고, 이 혼합물을 1 - 2 시간의 기간 동안 교반시켰다.

코팅 혼합물(3)

물 중의 인산 알루미늄(51 %w/w, 400g)을 관능화 실리카 입자(29%w/w, 705g)의 균질 용액을 함유하는 혼합 용기에 첨가하였다. 이어서, 이 용액에 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란(30%w/w, 300g) 및 물(95g)을 첨가하고, 이 용액을 1 - 2 시간의 기간 동안 교반시켰다.

코팅 혼합물(4)

물 중의 인산 알루미늄(51 %w/w, 400g)을 관능화 실리카 입자(29%w/w, 750g)의 균질 용액을 함유하는 혼합 용기에 첨가하였다. 이어서, 가용성 규산나트륨(40 %w/w, 10 g), 인산(10g) 및 물(95g)을 상기 혼합 용기에 첨가하고, 이 혼합물을 1 - 2 시간의 기간 동안 교반시켰다.

표 1은 코팅 혼합물 1-4 및 비교예 C1의 코팅 혼합물 조성을 나타낸다

	코팅 혼합물
조성(wt%)	C1	1	2	3	4
금속 인산염	26	29	25	26	29
유기 실란	-	-	-	11	-
관능화 실리카(nm)	-	29	32	26	29
실리카(㎛)	7	-	1	-	-
부식방지제	-	0.1	5	-	-
규산염	-	-	4	-	2
물	67	41.9	33	37	40

실시예 3: 코팅 혼합물 적용

코팅 혼합물의 점도는 5 - 500 mPa·s의 범위 내에서 조정된다. 그 후, 코팅은 140 m/min의 코팅 라인 속도를 갖는 연속 코팅 라인에서의 롤 코팅에 의해 포스터라이트 코팅된 GO 스트립 상에 도포된다. 코팅 혼합물을 도포할 때, GO 스트립의 폭을 가로지르는 코팅 두께의 차이는 ±2 ㎛이어야 한다. 이어서, 도포된 코팅 혼합물은 180 내지 220℃의 온도에서 30 - 60초의 체류시간(residence time) 동안 경화된다. 근적외선 경화 및 유도 경화 등의 경화 기술들이 사용될 수 있다.

실험( Experiments )

실험들은 코팅 혼합물 1-4(표 2)이 제공된 코팅된 GO 강 스트립들과 관련된 자기변형 및 백분율 손실 감소를 결정하도록 실시되었다. 비교를 위해, 상업적으로 이용가능한 인산염계 코팅들이 제공된 GO 강 스트립들이 또한 시험되었다. 비교예 C1의 코팅 혼합물은 금속 인산염 및 미세크기 실리카 입자들을 포함하는 반면, 비교예 C2의 코팅 혼합물은 금속 인산염, 실리카 입자들 및 크롬 화합물들을 함유한다.

자기변형 응력 감도 곡선(Magnetostriction stress sensitivity curve)들은 포스터라이트 코팅된 GO 강 스트립 상에 코팅 혼합물 1-4 및 C1 - C2들이 제공된 전후에서 측정되었다. 전후의 응력 감도 곡선들을 비교하는 것에 의해, 응력 감도의 시프트를 측정하고, 하층의 GO 강 스트립 표면에 적용되는 장력의 양을 간접적으로 결정하는 것이 가능하였다. 일반적으로, 높은 자기변형 값은 개선된 장력을 나타낸다.

표 2는 코팅 혼합물 1-4 및 비교예 C1으로 코팅된 GO 스트립들에 대한 백분율(%) 손실 감소 및 자기변형의 평가를 나타낸다.

	코팅 혼합물
	C1	1	2	3	4
자기변형	0	3.6	2	2	2.8
백분율(%) 손실 감소	0	10.1	6.0	7.2	5.1

표 2는 본 발명(1-4) 및 비교예(C1)의 코팅 혼합물들이 제공된 GO 강 스트립들에 대한 자기변형 및 백분율(%) 손실 감소 값들을 나타낸다. 표 2로부터, 코팅 혼합물(1-4)들 중의 어느 하나가 제공된 포스터라이트 코팅된 GO 강 스트립들은 비교예(C1)에 대하여 백분율(%) 손실 감소가 개선되었다는 것을 명백하게 알 수 있다. 코팅 혼합물(1)로 GO 강 스트립들을 코팅하는 것에 의해, 백분율(%) 손실 감소(10.1%)는 C2(4.5%)에 대하여 2배 이상으로 증가되었으며, 또한 C1(0%)에 대하여 10배 이상으로 증가되었다. 백분율(%) 손실 감소의 1% 개선은 변압기들의 수명(25년 초과) 동안 변압기에 사용된 코팅된 결정 방향성 강의 톤당 C0₂를 3 - 4 톤 감소시키기 때문에, 이 증가는 현저하다.

Claims

ⅰ. 결정 방향성 강 스트립에 절연층을 형성하는 단계;
ⅱ. 금속 인산염, 실리카 입자들 및 유기 실란을 포함하는 무크롬 코팅 혼합물을 제공하는 단계;
ⅲ. 상기 절연층에 상기 혼합물을 적용하는 단계; 및
ⅳ. 상기 결정 방향성 강 스트립에 장력을 부여하는 무크롬 코팅을 형성하도록 상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 무크롬 코팅 혼합물은 유기 실란 관능화 실리카 입자들을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 유기 실란은 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란 또는 그들의 혼합물을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 혼합물은 실리카 나노입자들 및 실리카 미세입자들을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리카 나노입자들은 5 - 50 nm의 입자 직경을 가지고, 그리고/또는 상기 실리카 미세입자들은 1 - 50 ㎛의 입자 직경을 갖는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리카 미세입자들에 대한 상기 실리카 나노입자들의 비율은 적어도 2:1인, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 인산염은 인산 알루미늄, 인산 마그네슘, 인산 아연 또는 그들의 혼합물을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 혼합물은,
- 무크롬 부식방지제들;
- 규산염; 및
- 물
중에서 하나 이상을 더 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 무크롬 부식방지제들은 V, Mo, Mn, Tc, Zr, Ce 또는 그들의 혼합물들의 무기 화합물들을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 혼합물은 15 - 40 wt% 금속 인산염, 20 - 60 wt% 콜로이달 실리카(colloidal silica) 및 5 - 15 wt% 유기 실란을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 혼합물은 적어도 100 m/min의 이동 스트립 속도에서 상기 절연층 상에 적용되는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립 제조 방법.
결정 방향성 강 스트립 상의 절연층; 및
상기 절연층 상에 무크롬 코팅을 구비하고,
상기 코팅은 금속 인산염, 실리카 입자들 및 유기 실란을 포함하는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립.
제 12 항에 있어서,
상기 무크롬 코팅은 4 - 10 ㎛, 바람직하게는 4 - 6 ㎛의 건조막 두께를 갖는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 무크롬 코팅은 대기압에서 850℃까지 열적으로 안정화되는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립.
제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2.5%의 백분율 손실 감소를 갖는, 코팅된 결정 방향성 강 스트립.
변압기에 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 결정 방향성 강 스트립의 사용.
제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 결정 방향성 강 스트립을 포함하는, 변압기.