KR102542094B1

KR102542094B1 - 절연 피막이 형성된 전기 강판 및 그 제조 방법, 상기 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심, 변압기 그리고 변압기의 유전손실의 저감 방법

Info

Publication number: KR102542094B1
Application number: KR1020207033279A
Authority: KR
Inventors: 다카시 데라시마; 가린 고쿠후; 마코토 와타나베; 도시토 다카미야
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2023-06-12
Also published as: RU2759366C1; CN112204170B; CA3097333C; EP3767008A1; EP3767008A4; US20210202145A1; JPWO2019230466A1; JP6645632B1; KR20210002568A; CA3097333A1; CN112204170A; MX2020012796A; WO2019230466A1

Abstract

변압기의 철심에 사용한 경우에, 변압기의 유전손실을 저감시킬 수 있는 절연 피막이 형성된 전기 강판을 제공하는 것.
전기 강판 표면의 적어도 편면에, 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는, 절연 피막이 형성된 전기 강판.

Description

절연 피막이 형성된 전기 강판 및 그 제조 방법, 상기 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심, 변압기 그리고 변압기의 유전손실의 저감 방법

본 발명은, 절연 피막이 형성된 전기 강판 및 그 제조 방법, 상기 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심, 변압기 그리고 변압기의 유전손실의 저감 방법에 관한 것이다. 그 중에서도 본 발명은, 유전 특성이 우수한, 요컨대 저유전손실의 절연 피막을 갖는 전기 강판에 관한 것이고, 특히 상기 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판에 관한 것이다.

전기 강판은, 회전기, 정지기의 철심 재료로서 널리 이용되고 있는 연자성 재료이다. 특히, 방향성 전기 강판은, 변압기나 발전기의 철심 재료로서 사용되는 연자성 재료로, 철의 자화 용이축인 ＜001＞ 방위가 강판의 압연 방향으로 고도로 맞추어진 결정 조직을 갖는 것이다. 이와 같은 집합 조직은, 방향성 전기 강판의 제조 공정 중, 2 차 재결정 어닐링시에 이른바 고스 (Goss) 방위로 칭해지는 (110)〔001〕방위의 결정립을 우선적으로 거대 성장시키는, 2 차 재결정을 통해 형성된다.

일반적으로, 방향성 전기 강판에는 강판과 접하는 측으로부터 포르스테라이트를 주체로 하는 피막층, 규인산염 유리를 주체로 하는 절연 피막층의 2 층으로 이루어지는 절연 피막이 형성되어 있다. 규인산염 유리 피막층은, 절연성, 가공성 및 방청성 등을 부여할 목적을 가진다. 그러나, 유리와 금속은 밀착성이 낮기 때문에, 포르스테라이트를 주체로 하는 세라믹스 피막층을 상기 유리 피막층과 강판 사이에 형성하는 것이 일반적이다. 이들 피막층은 고온에서 형성되고, 게다가 강판과 비교하여 낮은 열 팽창률을 가지는 점에서 실온까지 낮췄을 때의 강판과 절연 피막의 열 팽창률의 차이로 인해 강판에 장력이 부여되어, 철손을 저감 시키는 효과가 있다. 예를 들어 특허문헌 1 에 기재되는 바와 같이 8 MPa 이상으로 가능한 한 높은 장력을 강판에 부여하는 것이 요망되고 있다. 이와 같은 요망을 만족하기 위해, 종래부터 다양한 유리질 피막이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 2 에는, 인산마그네슘, 콜로이드상 실리카 및 무수 크롬산을 주체로 하는 피막이, 또 특허문헌 3 에는, 인산알루미늄, 콜로이드상 실리카 및 무수 크롬산을 주체로 하는 피막이 각각 제안되어 있다.

방향성 전기 강판의 주된 용도처인 변압기의 철심은 강판을 다수 적층시킴으로써 형성되어 있다. 철심을 여자하였을 때에는 강판 내부에서 유도 전류가 생기고, 이 전류가 줄 열로서 손실이 된다. 이것은 일반적으로 와전류손으로 불리고 있다. 이것을 저감시키기 위해 방향성 전기 강판은 0.30 mm 이하, 경우에 따라서는 0.20 mm 이하의 매우 얇은 판 두께로 사용되고 있다. 적층한 강판 사이로 전류가 흘러 버리면, 강판을 얇게 한 효과를 소용없게 해 버리기 때문에 강판 표면의 피막에는 높은 절연성이 요구된다. 도체인 강판과 그 표면에 형성된 절연체 (절연 피막) 가 겹겹이 적층된 상태는 일종의 콘덴서로 간주된다. 1 층 1 층의 정전 용량은 거의 무시할 수 있는 정도이지만, 대형 변압기가 되면 적층 장수가 매우 많아지기 때문에, 전체적으로 상당한 정전 용량을 가지게 되어, 변압기에 저장되는 정전 에너지도 커진다. 변압기에 저장된 정전 에너지는, 최종적으로 열 에너지로서 방출되어, 유전손실 (이하, 유전손이라고도 한다) 이 되고, 에너지 로스로 이어진다.

이 손실은 빌딩 팩터 [실제 변압기 손실 (철손) 과 소재 (그 변압기의 철심을 구성하는 전기 강판) 의 손실 (철손) 의 비] 의 열화로서 나타난다. 이것을 피하기 위해 적층한 강판의 절연을 일부 개방하는 처리가 이루어지는 경우도 있다. 그러나, 이와 같은 처리는 와전류손을 크게 하기 때문에 최대한 실시되지 않는 편이 바람직하다. 그래서, 본 발명자들은, 이 손실을 절연 피막의 유전 특성을 적절히 제어함으로써 회피하는 것을 검토하였다. 반도체 분야에서는 저유전율 층간 절연막 (Low-k 막) 과 같은 연구 개발이 이루어지고 있지만, 전기 강판 분야에서는 지금까지 본 발명과 목적을 동일하게 하는 발명은 없다.

피막의 유전 특성을 이용한 발명으로서 특허문헌 4 를 들 수 있다. 그러나, 특허문헌 4 는, 유전손실이 큰 피막을 사용함으로써 발열 (손실) 을 촉진시켜, 적층한 강판을 열 접착한다는 것이다. 요컨대 특허문헌 4 에 개시된 발명은, 본 발명과는 정반대의 사상으로 이루어진 발명이라고 할 수 있다.

또, 변압기를 구성하는 부재의 유전 특성에 착안한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 5, 6 을 들 수 있다. 그러나, 특허문헌 5, 6 에 기재된 기술은, 권선이나 보빈의 절연 부재의 유전 특성을 적절히 제어하여 그 절연성을 향상시키는 기술로, 철심 재료의 유전 특성을 적절히 제어하고자 하는 것은 아니다.

일본 공개특허공보 평8-67913호 일본 공개특허공보 소50-79442호 일본 공개특허공보 소48-39338호 일본 공개특허공보 평11-187626호 국제 공개 제2016/059827호 일본 공개특허공보 2000-164435호

본 발명은, 변압기의 철심의 소재로서 사용한 경우에, 변압기의 유전손실을 저감시킬 수 있는 절연 피막이 형성된 전기 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 상기 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법, 상기 절연 피막이 형성된 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심 및 변압기 그리고 변압기의 유전손실의 저감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 먼저 종래법으로 제조되고 있는 방향성 전기 강판의 유전 특성을 측정하는 것부터 검토를 시작하였다. 공시재 (供試材) 를 이하와 같이 하여 조제하였다.

먼저, 공지된 방법으로 제조된 판 두께 : 0.23 mm 의 마무리 어닐링이 완료된 방향성 전기 강판을 100 mm × 100 mm 의 크기로 전단하고, 미반응의 어닐링 분리제를 제거한 후, 응력 제거 어닐링 (800 ℃, 2 시간, N₂ 분위기) 하였다. 이 때, 상기 강판의 표면에는 포르스테라이트를 주체로 하는 피막층 (포르스테라이트 피막층) 이 형성되어 있었다. 5 질량％ 인산 수용액으로 경 (輕) 산세한 후, 특허문헌 2 에 기재된 코팅 처리액을, 상기 포르스테라이트 피막층을 갖는 강판의 표면에 도포하여 절연 피막층을 형성하여, 절연 피막이 형성된 전기 강판을 제조하였다. 그리고, 산세에 의해 강판 편면의 절연 피막을 제거한 것을 공시재로 하였다. 구체적으로는, 제조한 절연 피막이 형성된 전기 강판의 시료의 편면 (전체 면) 에 부식 방지 테이프를 첩부한 후, 110 ℃ 의 25 질량％ NaOH 수용액에 10 분간 정도 침지시킴으로써, 부식 방지 테이프를 첩부하지 않은 측의 면의 절연 피막을 제거한 것을 공시재로 하였다.

상기 공시재의 절연 피막을 갖는 측의 표면에 전극을 장착하고, 키사이트 테크놀로지스사 제조 LCR 미터 「E4980A」를 사용하여, 정전 용량 방식으로 실온 (26 ℃) 에서 측정 주파수 50 Hz - 1 MHz 의 범위에서 절연 피막의 유전 특성을 측정하였다. 또한, 절연 피막의 각 층의 두께는, 포르스테라이트 피막층 2.0 ㎛, 규인산염 절연 피막층 2.0 ㎛ 의 합계 4.0 ㎛ 였다.

측정한 절연 피막의 비유전율 (ε_r) 을 도 1, 유전정접 (tanδ) 을 도 2 에 나타낸다. 저주파에서는 측정치의 편차가 크지만 1000 Hz 에서는 측정치의 편차가 거의 무시할 수 있을 정도로 작아지기 때문에 1000 Hz 에서의 비유전율, 유전 정접으로 재료의 유전 특성을 평가하는 것으로 하였다. 또한, 절연 피막층이 없는 포르스테라이트 피막층만을 갖는 방향성 전기 강판의 시료에 대해서는 피막의 절연성을 유지할 수 없어 유전 특성을 측정할 수 없었다.

상기와 같이 하여, 절연 피막의 유전 특성을 측정할 수 있음을 알 수 있었으므로, 다음으로, 절연 피막의 유전 특성을 제어하는 방법에 대해 본 발명자들은 예의 검토를 실시하였다. 그 결과, 절연 피막을 구성하는 절연 피막층 중에 상유전체를 함유시키거나, 혹은 중공 세라믹스 입자를 함유시킴으로써, 절연 피막의 유전 특성을 제어할 수 있음을 알아냈다.

일례로서, 특허문헌 2 에 기재된 코팅 처리액에 닛키 촉매 화성 주식회사 제조 나노 중공 실리카 「스룰리아」를 5 질량％ 첨가한 것을, 상기와 마찬가지로, 포르스테라이트 피막층을 갖는 강판의 양면에 도포하여 절연 피막층을 형성하여, 절연 피막이 형성된 전기 강판을 제조하였다. 그리고, 산세에 의해 강판 편면의 절연 피막을 제거한 시료를 조제하였다. 이 시료에 대해, 상기와 동일한 방법으로, 절연 피막의 유전 특성을 측정하였다. 결과를 도 3, 도 4 에 나타낸다. 상기 나노 중공 실리카를 함유하는 절연 피막은, 종래법 (특허문헌 2) 의 절연 피막과 비교하여 50 Hz - 1 MHz 의 전체 범위에서 저비유전율, 저유전정접인 것을 알 수 있다.

그리고, 이와 같은 저비유전율, 저유전정접을 가지는 절연 피막이 형성된 전기 강판을 대형 변압기의 철심 재료로서 사용한 경우, 유전손실이 저감되어 변압기의 손실 개선 효과가 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.

[1] 전기 강판 표면의 적어도 편면에, 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는, 절연 피막이 형성된 전기 강판.

[2] 상기 절연 피막이, 중공 세라믹스 입자를 함유하는 절연 피막층을 갖는, [1] 에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판.

[3] 상기 절연 피막이, 1 MHz 에서의 유전손실 계수가 0.10 이하인 저유전손 물질을 함유하는 절연 피막층을 갖는, [1] 에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판.

[4] 상기 [2] 에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법으로서,

중공 세라믹스 입자를 함유하는 절연 피막층 형성용 처리액을 사용하고, 그 처리액을, 전기 강판의 표면 또는 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판의 표면에 도포하고, 베이킹 처리하는, 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법.

[5] 상기 [3] 에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법으로서,

상기 저유전손 물질을 함유하는 절연 피막층 형성용 처리액을 사용하고, 그 처리액을, 전기 강판의 표면 또는 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판의 표면에 도포하고, 베이킹 처리하는, 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법.

[6] 상기 [3] 에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법으로서,

상기 저유전손 물질을 석출 가능한 절연 피막층 형성용 처리액을 사용하고, 그 처리액을, 전기 강판의 표면 또는 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판의 표면에 도포하고, 베이킹 처리한 후, 1050 ℃ 이상의 온도에서 30 초 이상 가열하는 결정화 처리를 실시하여 절연 피막층 중에 상기 저유전손 물질을 석출시키는, 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법.

[7] 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심.

[8] 상기 [7] 에 기재된 변압기의 철심을 구비하는 변압기.

[9] 변압기의 유전손실을 저감시키는 방법으로서,

그 변압기의 철심을, 전기 강판 표면의 적어도 편면에 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는 절연 피막이 형성된 전기 강판을 적층하여 구성하는, 변압기의 유전손실의 저감 방법.

[10] 상기 절연 피막이, 중공 세라믹스 입자를 함유하는 절연 피막층을 갖는, [9] 에 기재된 변압기의 유전손실의 저감 방법.

[11] 상기 절연 피막이, 1 MHz 에서의 유전손실 계수가 0.10 이하인 저유전손 물질을 함유하는 절연 피막층을 갖는, [9] 에 기재된 변압기의 유전손실의 저감 방법.

본 발명에 의하면, 변압기의 철심의 소재로서 사용한 경우에, 변압기의 유전손실의 저감 효과가 우수한 절연 피막이 형성된 전기 강판을 제공할 수 있다. 본 발명에 의하면, 전기 강판을 적층하여 변압기의 철심으로 하였을 때에 문제가 되는 유전손실의 문제에 대해, 비유전율과 유전정접이 낮은 절연 피막을 갖는 전기 강판을 사용함으로써, 변압기의 유전손실을 저감시킬 수 있고, 빌딩 팩터를 저감시킬 수 있다.

종래, 특히 대형 변압기에서 현재화 (顯在化) 되는 적층 강판에 의한 정전 용량 증대로 인한 유전손실의 증가라는 디메리트에 대해서는, 변압기나 변압기 철심의 제조, 설계시의 연구에 의해 대응해 왔다. 본 발명에 의하면, 변압기의 철심을 구성하는 전기 강판의 표면에 형성하는 절연 피막의 유전 특성을 적절히 제어함으로써, 굳이 변압기나 변압기 철심의 제조, 설계시에 특별한 연구를 하지 않아도, 그 전기 강판을 적층하였을 때의 정전 용량 증대로 인한 유전손실의 증가를 억제할 수 있어, 변압기, 변압기 철심의 제조성을 향상시킬 수 있다.

도 1 은, 종래예의 절연 피막의 유전 특성 (비유전율의 주파수 의존성) 을 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 종래예의 절연 피막의 유전 특성 (유전정접의 주파수 의존성) 을 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 본 발명예의 절연 피막의 유전 특성 (비유전율의 주파수 의존성) 을 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 본 발명예의 절연 피막의 유전 특성 (유전정접의 주파수 의존성) 을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 각 구성 요건에 대해 설명한다.

본 발명에 사용되는 전기 강판은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 공지된 방법으로 제조되는 전기 강판을 사용할 수 있다. 바람직한 전기 강판의 일례로서, 예를 들어 다음에 나타내는 바와 같은 방법으로 제조되는 방향성 전기 강판을 사용할 수 있다.

먼저, 바람직한 강의 성분 조성에 대해 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 각 원소의 함유량의 단위인 「％」는 「질량％」를 의미한다.

C : 0.001 ∼ 0.10 ％

C 는, 고스 방위 결정립의 발생에 유용한 성분으로, 이러한 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.001 ％ 이상을 함유시키면 된다. 한편, C 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면 탈탄 어닐링에 의해서도 탈탄 불량을 일으키는 경우가 있다. 따라서, C 함유량은 0.001 ∼ 0.10 ％ 의 범위가 바람직하다.

Si : 1.0 ∼ 5.0 ％

Si 는, 전기 저항을 높여 철손을 저하시킴과 함께, 철의 BCC 조직을 안정화시켜 고온의 열 처리를 가능하게 하기 위해 유효한 성분으로, Si 함유량은 1.0 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Si 함유량이 5.0 ％ 를 초과하면 통상의 냉간 압연이 곤란해진다. 따라서, Si 함유량은 1.0 ∼ 5.0 ％ 의 범위가 바람직하다. Si 함유량은, 2.0 ∼ 5.0 ％ 의 범위가 보다 바람직하다.

Mn : 0.01 ∼ 1.0 ％

Mn 은, 강의 열간 취성의 개선에 유효하게 기여할 뿐만 아니라, S 나 Se 가 혼재되어 있는 경우에는, MnS 나 MnSe 등의 석출물을 형성하여 결정립 성장의 억제제로서의 기능을 발휘하므로, Mn 의 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mn 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면 MnSe 등의 석출물의 입경이 조대화되어 인히비터로서의 효과가 상실되는 경우가 있다. 따라서, Mn 함유량은 0.01 ∼ 1.0 ％ 의 범위가 바람직하다.

sol. Al : 0.003 ∼ 0.050 ％

Al 은, 강 중에서 AlN 을 형성하여 분산 제 2 상으로서 인히비터의 작용을 하는 유용 성분이므로 sol. Al 로서 0.003 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Al 함유량이 sol. Al 로서 0.050 ％ 를 초과하면 AlN 이 조대하게 석출되어 인히비터로서의 작용이 상실되는 경우가 있다. 따라서, Al 함유량은 sol. Al 로서 0.003 ∼ 0.050 ％ 의 범위가 바람직하다.

N : 0.001 ∼ 0.020 ％

N 도 Al 과 마찬가지로 AlN 을 형성하기 때문에 유용한 성분이므로, 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.020 ％ 를 초과하여 N 을 함유하면 슬래브 가열시에 블리스터링 등을 발생시키는 경우가 있다. 따라서, N 함유량은 0.001 ∼ 0.020 ％ 의 범위가 바람직하다.

S 및 Se 중에서 선택한 1 종 또는 2 종의 합계 : 0.001 ∼ 0.05 ％

S, Se 는, Mn 이나 Cu 와 결합하여 MnSe, MnS, Cu₂-xSe, Cu₂-xS 를 형성하여 강 중의 분산 제 2 상으로서 인히비터의 작용을 발휘하는 유용 성분이다. 유용한 첨가 효과를 얻기 위해서는, 이들 S, Se 의 합계의 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, S, Se 의 합계의 함유량이 0.05 ％ 를 초과하는 경우에는 슬래브 가열시의 고용이 불완전해질 뿐만 아니라, 제품 표면의 결함의 원인이 되거나 하는 경우가 있다. 따라서, S, Se 의 함유량은, S 또는 Se 의 1 종을 함유하는 경우, S 와 Se 의 2 종을 함유하는 경우 모두 합계로 0.001 ∼ 0.05 ％ 의 범위가 바람직하다.

이상을 강의 기본 성분으로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물의 조성으로 할 수 있다.

또, 상기 성분 조성에, 추가로 Cu : 0.01 ∼ 0.2 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.5 ％, Cr : 0.01 ∼ 0.5 ％, Sb : 0.01 ∼ 0.1 ％, Sn : 0.01 ∼ 0.5 ％, Mo : 0.01 ∼ 0.5 ％, Bi : 0.001 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다. 보조적인 인히비터로서의 작용을 갖는 원소를 함유함으로써 추가적인 자성 향상이 가능하다. 이와 같은 원소로서, 결정 입경이나 표면에 편석되기 쉬운 상기의 원소를 들 수 있다. 모두 상기의 함유량의 하한 이상으로 함으로써, 유용한 효과를 얻을 수 있다. 또, 상기 함유량의 상한을 초과하면 피막 외관의 불량이나 2 차 재결정 불량이 발생하기 쉬워지므로, 상기 범위가 바람직하다.

또한, 상기 성분 조성에 더하여, B : 0.001 ∼ 0.01 ％, Ge : 0.001 ∼ 0.1 ％, As : 0.005 ∼ 0.1 ％, P : 0.005 ∼ 0.1 ％, Te : 0.005 ∼ 0.1 ％, Nb : 0.005 ∼ 0.1 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.1 ％, V : 0.005 ∼ 0.1 ％ 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다. 이것들의 1 종 또는 2 종 이상을 함유함으로써, 결정립 성장의 억제력이 더욱 강화되어 보다 높은 자속 밀도를 안정적으로 얻을 수 있다.

다음으로, 절연 피막이 형성된 전기 강판의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

상기에 설명한 성분 조성을 갖는 강을, 종래 공지된 정련 프로세스로 용제 (溶製) 하고, 연속 주조법 또는 조괴-분괴 압연법을 이용하여 강 소재 (강 슬래브) 로 하고, 그 후, 상기 강 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 하고, 필요에 따라 열연판 어닐링을 실시한 후, 1 회 혹은 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연을 실시하여 최종 판 두께의 냉연판으로 한다. 이어서, 1 차 재결정 어닐링과 탈탄 어닐링을 실시한 후, MgO 를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포하고 최종 마무리 어닐링을 실시하여, 포르스테라이트를 주체로 하는 피막층을 형성한 후, 유리질의 절연 피막층을 형성하기 위한 코팅 처리액을 도포하고, 베이킹을 겸한 평탄화 어닐링을 실시하는 일련의 공정으로 이루어지는 제조 방법으로, 절연 피막이 형성된 전기 강판을 제조할 수 있다.

본 발명의 절연 피막은, 1 층의 절연 피막층으로 구성되어도 되고, 2 층 이상의 피막층으로 구성되어도 된다. 2 층 이상의 피막층으로 구성되는 경우에는, 강판 지철측에 포르스테라이트 피막층이 형성되고, 추가로 그 표층측에 절연 피막층이 형성되는 것이 바람직하다. 포르스테라이트 피막층의 형성은, 추가로 그 표층측에 형성되는 유리질 혹은 유리 세라믹스질의 절연 피막층과 지철의 밀착성을 확보하기 위해 바람직할 뿐만 아니라, 포르스테라이트 그 자체가 상유전체이기 때문에 저비유전율 또한 저유전손실의 재료이고 원하는 유전 특성을 갖는 절연 피막을 얻는 데에 있어서 바람직하기 때문이다.

상기 절연 피막층은, 전기 절연성 및 강판에 대한 장력 부여를 목적으로 형성된다. 절연 피막층은, 바람직하게는 유리질 혹은 유리 세라믹스질이다. 절연 피막층으로는, 일반적으로, 저온 베이킹성을 갖고, 수용액으로 한 코팅 처리액으로 도포가 가능한 점에서 인산염계의 절연 피막층이 형성된다. 절연 피막층은 1 층인 것이 제조 비용의 면에서 바람직하지만, 저마찰계수, 고내열성 등의 특성을 부여할 목적에서 추가로 2 층째 이후의 추가 피막층을 형성해도 된다.

절연 피막의 유전 특성을 측정할 때에는, 모든 피막층, 예를 들어, 절연 피막이 포르스테라이트 피막층과 절연 피막층으로 구성되는 경우에는, 포르스테라이트 피막층 및 절연 피막층 전부를 포함한 피막층의 특성을 측정한다. 유전 특성은 정전 용량법으로 측정할 수 있다. 변압기는 50 - 60 Hz 에서 여자되므로 저주파수에서의 특성이 중요하지만, 도 1 등에 나타낸 측정 결과와 같이 저주파에서는 측정 오차가 크기 때문에, 본 발명에서는 측정 오차가 작아지는 1000 Hz 에서의 측정치를 채용한다. 저주파수에서의 재료 특성과 1000 Hz 에서의 재료 특성에는 상관이 있으므로, 본 발명에서는 측정 정밀도를 충분히 확보할 수 있는 1000 Hz 에서의 값을 채용한다.

절연 피막의 유전 특성으로서, 비유전율 (ε_r) 이 지나치게 커지면 정전 용량이 커져 버리고, 나아가서는 변압기 철심으로 하였을 때에 변압기의 유전손실의 증가나 전류의 차단 등으로 인해 과대한 펄스 전류가 생겨 버린다는 문제가 발생한다. 그 때문에, 절연 피막의 1000 Hz 에 있어서의 비유전율 (ε_r) 은 15.0 이하로 한다. 상기 비유전율은 12.0 이하가 바람직하다. 절연 피막의 1000 Hz 에 있어서의 비유전율의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 상기 비유전율은 1.0 이상이 실현 가능한 범위이다.

또, 절연 피막의 유전정접 (tanδ) 이 커지면 하기 식 (1) 에 나타내는 바와 같이, 역시 유전손실이 커진다. 그 때문에, 절연 피막의 1000 Hz 에 있어서의 유전정접 (tanδ) 은 20.0 이하로 한다. 상기 유전정접은 10.0 이하가 바람직하다.

여기서 유전손실 P 는,

P ＝ fε_rC₀V²tanδ ··· (1)

f : 주파수, C₀ : 진공의 정전 용량, V : 전압이다.

절연 피막의 두께는, 강판 단면의 SEM 관찰에 의해 측정한다. 두께가 얇은 편이 유전손실의 관점에서 유리하지만 지나치게 얇으면 절연성이 열등하기 때문에, 절연 피막의 두께는 2.0 ㎛ 이상이 바람직하고, 3.0 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 반대로 절연 피막의 두께가 지나치게 두꺼우면 절연성은 높아져 바람직하지만, 유전손실이 증가해 버리거나, 점적률이 열화되기 때문에, 절연 피막의 두께는 6.0 ㎛ 이하가 바람직하고, 5.0 ㎛ 이하가 보다 바람직하다.

절연 피막층은 전기 절연성이 담보되는 물질이면 질화물, 황화물, 산화물, 무기물, 유기물 중 어느 것을 주체로 하고 있어도 문제 없지만, 응력 제거 어닐링, 상압, 대기 중에서의 사용 등을 고려하면 산화물이 바람직하고, 무기 산화물이 주체인 것이 특히 바람직하다.

무기 산화물로는, 인산염, 붕산염, 규산염 등을 들 수 있지만, 현재 일반적으로 절연 피막층 성분의 주체로서 이용되고 있는 규인산염 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 규인산염 유리는 대기 중에서 흡습하는 성질이 있기 때문에, 이것을 방지할 목적에서 Mg, Al, Ca, Ti, Nd, Mo, Cr, Ba, Cu 및 Mn 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 함유시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 유전 특성을 갖는 절연 피막을 얻는 방법으로는, 절연 피막을 구성하는 절연 피막층 중에, 중공 세라믹스 입자를 함유시키는 방법, 상유전체 등의 저유전손실의 물질 (이하, 저유전손 물질이라고도 한다) 을 함유시키는 방법 등을 들 수 있다.

상기 중공 세라믹스 입자는, 그 중공 세라믹스 입자의 공기층을 이용하여 절연 피막의 유전 특성을 제어하는 것이다. 상기 중공 세라믹스 입자로는, 예를 들어 중공 실리카 입자 등을 들 수 있다.

상기 저유전손 물질로는, 예를 들어 산화알루미늄 (Al₂O₃), 산화마그네슘 (MgO), 포르스테라이트 (Mg₂SiO₄), 니오브산마그네슘바륨 (Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃), 티탄산네오디뮴산바륨 (Ba₄Nd_9.3Ti₁₈O₅₄), 다이옵사이드 (CaMgSi₂O₆) 등을 들 수 있다. 또한, 여기서 말하는 저유전손 물질이란, 1 MHz 에서의 유전손실 계수 (ε_rtanδ) 가 0.10 이하인 것을 의미한다. 1 MHz 에서의 유전손실 계수는 0.05 이하이면 더욱 바람직하다.

절연 피막층 중에 중공 세라믹스 입자를 함유시키는 방법으로는, 예를 들어 이미 알려진 절연 피막층 형성용 처리액 (코팅 처리액) 에 중공 세라믹스 입자를 첨가한 코팅 처리액을 조제한다. 즉, 중공 세라믹스 입자를 함유하는 코팅 처리액을 사용하여, 이 코팅 처리액을, 지철 (전기 강판) 이나, 표면에 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판 등의 표면에 도포하고 베이킹 처리하여, 중공 세라믹스 입자를 함유하는 절연 피막층을 형성하는 방법을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 베이킹 처리는, 예를 들어 800 ℃ 내지 1000 ℃ 의 온도에서 10 초 내지 120 초간 가열하는 처리로 할 수 있다.

또, 절연 피막층 중에 저유전손 물질을 함유시키는 방법으로는, 상기와 마찬가지로, 예를 들어 이미 알려진 코팅 처리액에 저유전손 물질을 첨가한 코팅 처리액을 조제한다. 즉, 저유전손 물질을 함유하는 코팅 처리액을 사용하여, 이 코팅 처리액을, 지철 (전기 강판) 이나, 표면에 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판 등의 표면에 도포하고 베이킹 처리하여, 저유전손 물질을 함유하는 절연 피막층을 형성하는 방법을 들 수 있다.

구체적으로는, 코팅 처리액으로는, 예를 들어, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 의 인산염 중에서 선택되는 적어도 1 종과, 콜로이드상 실리카와, 상기 중공 세라믹스 입자 및/또는 저유전손 물질을 함유하는 코팅 처리액을 사용할 수 있다.

상기 절연 피막층 중에 존재시키는 중공 세라믹스 입자의 평균 입경은, 특별히 한정되지 않지만, 피막의 유전손실을 보다 효율적으로 저감시키는 관점에서 20 nm 이상인 것이 바람직하다. 또, 중공 세라믹스 입자의 평균 입경은, 피막의 표면 조도 면에서는 1000 nm 이하인 것이 바람직하고, 500 nm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기 저유전손 물질은, 고체 (결정상) 로서, 절연 피막층 중에 존재하는 것이 필요하다. 상기 절연 피막층 중에 존재시키는 저유전손 물질의 평균 입경은, 특별히 한정되지 않지만, 피막의 표면 조도 면에서는 1000 nm 이하인 것이 바람직하고, 500 nm 이하이면 더욱 바람직하다. 또 이유는 확실하지 않지만 입경이 작을수록 절연 피막을 형성하였을 때의 유전정접이 작아지기 (요컨대 유전손이 작아지기) 때문에, 평균 입경이 100 nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 평균 입경이 지나치게 작아지면 코팅 처리액 중에서의 분산을 유지하는 것이 어려워지기 때문에, 평균 입경은 5 nm 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 중공 세라믹스 입자의 평균 입경, 상기 저유전손 물질의 평균 입경은, 분산된 상기 입자 또는 상기 물질을 TEM (투과 전자 현미경) 에 의해 관찰하고, 얻어진 사진으로부터 구할 수 있다. 구체적으로는, 상기 얻어진 사진의 화상으로부터, 상기 입자 또는 상기 물질의 투영 면적을 측정하고, 원 상당 직경을 구한다. 그리고, 100 개의 상기 입자 또는 상기 물질에 대해 구한 원 상당 직경의 산술 평균을 구하고, 이것을 상기 입자 또는 상기 물질의 평균 입경 (평균 1 차 입자경) 으로 한다.

또, 상기 평균 입경을 갖는 중공 세라믹스 입자, 저유전손 물질은, 시판품으로서도 입수 가능하다. 예를 들어, 중공 세라믹스 입자로서, 닛키 촉매 화성 주식회사 제조의 스룰리아 1110 (중공 실리카, 평균 입경 50 nm) 을 들 수 있다. 또, 예를 들어, 저유전손 물질로서, 타키 화학 주식회사 제조의 바이랄 Al-C20 (Al₂O₃ 졸, 평균 입경 15 ∼ 20 nm), 우베 머티리얼즈 주식회사 제조의 기상법 고순도 초미분 마그네시아 500A (산화마그네슘, 평균 입경 45 ∼ 60 nm), 우베 머티리얼즈 주식회사 제조의 기상법 고순도 초미분 마그네시아 2000A (산화마그네슘, 평균 입경 190 ∼ 240 nm) 를 들 수 있다.

단, 예를 들어, 산화알루미늄이나 산화마그네슘은, 인산과의 반응성이 높아, 절연 피막층의 베이킹 과정에서 인산과 반응하여, 소실되거나 용해되거나 하여 결정 상태를 유지할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 저유전손 물질로서 산화알루미늄이나 산화마그네슘 등의 인산과 반응하는 물질을 사용하는 경우에는, 반응성이 낮은 상태의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 인산과의 반응성이 낮은 상태의 산화알루미늄이나 산화마그네슘으로는, 입자의 결정형이 명확한 것이 바람직하다. 요컨대 무정형 입자가 아닌 것이 바람직하다. 나아가 평균 입경이 100 nm 이하인 초미립자로 된 상태의 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 상기 서술한 타키 화학 주식회사 제조의 바이랄 Al-C20, 우베 머티리얼즈 주식회사 제조의 기상법 고순도 초미분 마그네시아 500A 등을 들 수 있다. 상기 바이랄 Al-C20 은, 내열성이 높은, 요컨대 반응성이 낮은, 평균 입경이 15 ∼ 20 nm 인 초미립자의 알루미나 졸이다. 또, 상기 기상법 고순도 초미분 마그네시아 500A 는, 45 ∼ 60 nm 의 평균 입경을 가지고 있는 단결정에 가까운 형태의 미립자이다.

또, 절연 피막층 중에 저유전손 물질을 함유시키는 방법으로서, 유리의 결정화를 이용하여 저유전손 물질을 절연 피막층 중에 미세하게 석출시키는 방법 (이하, 석출법이라고도 한다) 을 이용할 수도 있다. 이 경우, 절연 피막층은 유리 세라믹스의 형태가 된다.

석출법에서는, 저유전손 물질을 석출 가능한 코팅 처리액을 사용하여, 상기 처리액을, 전기 강판 또는 표면에 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판 등의 표면에 도포하고, 베이킹 처리한 후, 결정화 처리를 실시하여, 저유전손 물질을 절연 피막층 중에 석출시킨다. 즉, 석출법에서는, 코팅 처리액의 베이킹에 의해 일단 유리질의 절연 피막층을 형성한 후, 결정화 처리에 의해 저유전손 물질의 결정 (결정상) 을 석출시킨다. 상기 저유전손 물질의 결정상으로는, 예를 들어, MgTiO₃, Mg₂TiO₄, MgAl₂O₄, Nd₂Ti₂O₇, CaMgSi₂O₆ 등을 들 수 있다. 이 경우에는 적합한 결정상을 석출시키기 위한 코팅 처리액의 초기 조성 및 결정화의 열 처리 조건을 잘 조합하는 것이 필요해지는데, 저유전손 물질이 미세하고 균일하게 절연 피막층 중에 석출되기 때문에 특성도 보다 양호해진다.

석출법에 사용하는 코팅 처리액으로는, 예를 들어, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Mn, Co 의 인산염 중에서 선택되는 적어도 1 종, 콜로이드상 실리카, 및 임의로 사용되는 첨가물을 함유하는 코팅 처리액을 사용할 수 있다.

예를 들어, 절연 피막층 중에 MgTiO₃, Nd₂Ti₂O₇ 등의 결정을 석출시키는 경우에는, 상기 첨가물로서 Ti, Nd 의 공급원이 되는 Ti, Nd 를 함유하는 화합물, 예를 들어 산화티탄이나 산화네오디뮴을 사용한 코팅 처리액을 사용하면 된다.

또, 절연 피막층 중에 CaMgSi₂O₆ 등을 석출시키는 경우에는, 상기 코팅 처리액 중의 상기 인산염과 콜로이드상 실리카의 함유 비율을, 고형물 환산으로, 인산염 100 질량부에 대해, 콜로이드상 실리카 50 ∼ 250 질량부로 한 코팅 처리액을 사용하는 것이 바람직하다.

석출법에 있어서의 베이킹 처리는, 예를 들어 800 ℃ 내지 1000 ℃ 의 온도에서 10 초 내지 120 초간 가열하는 처리로 할 수 있다. 또, 석출법에 있어서의 결정화 처리는, 1050 ℃ 이상의 온도에서 30 초 이상 가열하는 처리로 하는 것이 바람직하다.

절연 피막의 유전 특성은, 예를 들어 절연 피막층 중의 중공 세라믹스 입자의 함유량, 절연 피막층 중의 저유전손 물질의 함유량 혹은 저유전손 물질의 석출량을 조정함으로써, 제어하는 것이 가능하다. 유전 특성은 물질마다 상이하기 때문에, 시작 (試作) 을 실시하여 코팅 처리액 조성, 베이킹 조건, 결정화 처리 조건 등을 결정하는 것이 바람직하다.

실시예

(실시예 1)

질량％ 로, C : 0.04 ％, Si : 3.25 ％, Mn : 0.08 ％, sol. Al : 0.015 ％, N : 0.006 ％, S : 0.002 ％, Cu : 0.05 ％, Sb : 0.01 ％ 를 함유하는 규소 강판 슬래브를, 1250 ℃, 60 분 가열 후, 열간 압연하여 2.4 mm 의 판 두께의 열연판으로 하고, 1000 ℃, 1 분간의 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 0.27 mm 의 최종 판 두께로 하고, 계속해서 실온에서부터 820 ℃ 까지 가열 속도 80 ℃/s 로 승온시키고, 습윤 분위기하에서 820 ℃, 60 초의 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 계속해서 100 질량부의 MgO 에 대해 TiO₂ 를 3 질량부 혼합한 어닐링 분리제를 물 슬러리상으로 하고 나서 도포, 건조시켰다. 이 강판을 300 ℃ 부터 800 ℃ 사이를 100 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 1200 ℃ 까지 50 ℃/hr 로 승온시키고, 1200 ℃ 에서 5 시간 어닐링하는 최종 마무리 어닐링을 실시하여 포르스테라이트 피막층이 형성된 방향성 전기 강판을 준비하였다.

계속해서 표 1 에 기재된 코팅 처리액을 준비하였다. 첨가물의 평균 입경은 TEM (투과 전자 현미경) 으로 확인하였다. 중공 실리카로서 닛키 촉매 화성 주식회사 제조의 스룰리아 1110 (평균 입경 50 nm), Al₂O₃ 졸로서 타키 화학 주식회사 제조의 바이랄 Al-C20 (평균 입경 15 nm), 산화마그네슘으로서 우베 머티리얼즈 주식회사 제조의 기상법 고순도 초미분 마그네시아 500A (평균 입경 53 nm), 또는 동 2000A (평균 입경 210 nm) 를 사용하였다. 또, 비교재의 Al₂O₃ 졸로서 타키 화학 주식회사 제조의 바이랄 Al-L7 (평균 입경 8 nm) 을 사용하였다. 상기 바이랄 Al-L7 은, 반응성이 높은 무정형의 Al₂O₃ 졸이다. 코팅 처리액은 롤 코터를 사용하여 상기 포르스테라이트 피막층이 형성된 방향성 전기 강판의 표면에 도포하였다. 각 절연 피막층의 겉보기 중량은 베이킹 후의 질량으로 편면에서 4.0 g/㎡ 로 하였다. 베이킹 분위기는 N₂ 100 ％ 로 하고, 900 ℃ 에서 30 초 균열 (均熱) 을 실시하였다.

상기와 같이 하여, 포르스테라이트 피막층 상에 절연 피막층이 형성된 절연 피막이 형성된 방향성 전기 강판을 제조하였다. 그리고, 산세에 의해 강판 편면의 절연 피막을 제거한 후, 상기 강판의 절연 피막을 갖는 측의 표면에 전극을 장착하고, 키사이트 테크놀로지스사 제조 LCR 미터 「E4980A」를 사용하여 정전 용량 방식으로 실온 (26 ℃) 에서 측정 주파수 50 Hz - 1 MHz 의 범위에서 절연 피막의 유전 특성을 측정하고, 1000 Hz 의 비유전율과 유전정접을 얻었다. 절연 피막의 두께는, 포르스테라이트 피막층 2.0 ㎛, 절연 피막층 2.0 ㎛ 의 합계 4.0 ㎛ 였다.

또한, 얻어진 절연 피막이 형성된 방향성 전기 강판을 적층하여 철심을 제작하고, 이것을 삽입하여 30 MVA 의 용량의 변압기를 제작하여 빌딩 팩터 (B. F) 를 평가하였다. 또한, 상기 빌딩 팩터는, 변압기의 철손값을, 그 변압기의 철심의 소재인 절연 피막이 형성된 방향성 전기 강판의 철손값으로 나누어 구한 값이다.

결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판이면 빌딩 팩터가 개선되어 있음을 알 수 있다. 구체적으로는, 상기 방향성 전기 강판은, 비교예의 방향성 전기 강판 중에서 가장 빌딩 팩터가 작은 No.9, 17 과 비교해도, 모두 빌딩 팩터가 약 2 ％ 이상 개선되어 있다. 이와 같이, 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판을 적층하여 변압기의 철심을 구성함으로써, 변압기의 유전손실을 저감시키고, 빌딩 팩터를 저감시킬 수 있다.

(실시예 2)

질량％ 로, C : 0.04 ％, Si : 3.25 ％, Mn : 0.08 ％, sol. Al : 0.015 ％, N : 0.006 ％, S : 0.002 ％, Cu : 0.05 ％, Sb : 0.01 ％ 를 함유하는 규소 강판 슬래브를 1350 ℃, 20 분 가열 후, 열간 압연하여 2.2 mm 의 판 두께의 열연판으로 하고, 1000 ℃, 1 분간의 어닐링을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 0.23 mm 의 최종 판 두께로 하고, 계속해서 실온에서부터 820 ℃ 까지 가열 속도 50 ℃/s 로 승온시키고, 습윤 분위기하에서 820 ℃, 60 초의 1 차 재결정 어닐링을 실시하였다. 계속해서 100 질량부의 MgO 에 대해 TiO₂ 를 3 질량부 혼합한 어닐링 분리제를 물 슬러리상으로 하고 나서 도포, 건조시켰다. 이 강판을 300 ℃ 부터 800 ℃ 사이를 100 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 1200 ℃ 까지 50 ℃/hr 로 승온시키고, 1200 ℃ 에서 5 시간 어닐링하는 최종 마무리 어닐링을 실시하여 포르스테라이트 피막층이 형성된 방향성 전기 강판을 준비하였다.

계속해서 표 2 에 기재된 코팅 처리액을 준비하였다. 첨가물의 평균 입경은 TEM 으로 확인하였다. 산화티탄 졸로는 테이카 주식회사 제조의 TKD-801 (평균 입경 6 nm), 산화네오디뮴 졸로서 타키 화학 주식회사 제조의 바이랄 Nd-C10 (평균 입경 5 nm) 을 사용하였다. 코팅 처리액은 롤 코터를 사용하여 상기 포르스테라이트 피막층이 형성된 방향성 전기 강판의 표면에 도포하고, 절연 피막층의 겉보기 중량은 베이킹 후의 질량을 변경하여 각각 표 2 에 기재된 바와 같이 하였다. 또한, 포르스테라이트 피막층의 두께는 2.0 ㎛ 였다. 베이킹 분위기를 N₂ 100 ％ 로 하고, 700 ℃ 에서 60 초간의 제 1 회째의 베이킹을 실시하였다. 그 후, 결정화 처리로서 표 2 에 기재된 조건에서 2 회째의 베이킹을 실시하였다. 절연 피막층 중에 석출된 결정상을, X 선 회절법에 의해 동정하였다.

상기와 같이 하여, 포르스테라이트 피막층 상에 절연 피막층이 형성된 절연 피막이 형성된 방향성 전기 강판을 제조하였다. 그리고, 산세에 의해 강판 편면의 절연 피막을 제거한 후, 상기 강판의 절연 피막을 갖는 측의 표면에 전극을 장착하고, 키사이트 테크놀로지스사 제조 LCR 미터 「E4980A」를 사용하여 정전 용량 방식으로 실온 (26 ℃) 에서 측정 주파수 50 Hz - 1 MHz 의 범위에서 절연 피막의 유전 특성을 측정하고, 1000 Hz 의 비유전율과 유전정접을 얻었다.

또한, 얻어진 절연 피막이 형성된 방향성 전기 강판을 적층하여 철심을 제작하고, 이것을 삽입하여 50 MVA 의 용량의 변압기를 제작하여 빌딩 팩터 (B. F) 를 평가하였다.

결과를 표 2 에 나타낸다. 표 2 에 나타내는 바와 같이 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판이면 빌딩 팩터가 개선되어 있음을 알 수 있다. 구체적으로는, 상기 방향성 전기 강판은, 비교예의 방향성 전기 강판 중에서 가장 빌딩 팩터가 작은 No.1 과 비교해도, 모두 빌딩 팩터가 2 ％ 이상 개선되어 있다. 이와 같이, 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판을 적층하여 변압기의 철심을 구성함으로써, 변압기의 유전손실을 저감시키고, 빌딩 팩터를 저감시킬 수 있다.

Claims

전기 강판 표면의 적어도 편면에, 1000 Hz 에 있어서의 비유전율이 1.0 이상 15.0 이하 또한 유전정접이 20.0 이하인 절연 피막을 갖고,
상기 절연 피막이, 저유전손 물질을 함유하는 절연 피막층을 갖고,
상기 저유전손 물질은, 1 MHz 에서의 유전손실 계수가 0.10 이하이고, 산화알루미늄 (Al₂O₃), 산화마그네슘 (MgO), 포르스테라이트 (Mg₂SiO₄), 니오브산마그네슘바륨 (Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃), 티탄산네오디뮴산바륨 (Ba₄Nd_9.3Ti₁₈O₅₄), 다이옵사이드 (CaMgSi₂O₆), MgTiO₃, Mg₂TiO₄, MgAl₂O₄, 및 Nd₂Ti₂O₇ 으로 이루어진 군에서 선택된 조성을 갖는, 절연 피막이 형성된 전기 강판.
제 1 항에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은:
절연 피막층 형성용 처리액을 사용하는 단계, 상기 처리액을, 전기 강판의 표면 또는 포르스테라이트 피막층을 갖는 전기 강판의 표면에 도포하는 단계, 및, 베이킹 처리하는 단계를 포함하고,
상기 처리액은 상기 저유전손 물질을 함유하거나, 제 1 항에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판이 제조될 때 상기 저유전손 물질을 석출 가능한 액체이고,
상기 처리액이 상기 저유전손 물질을 석출 가능한 액체일 때, 상기 베이킹 처리하는 단계가 수행된 후에, 상기 저유전손 물질을 상기 절연 피막층에 석출시키기 위해 결정화 처리 단계가 수행되고, 상기 결정화 처리 단계는 1050 ℃ 이상의 온도에서 30 초 이상 가열하는 처리를 포함하는 절연 피막이 형성된 전기 강판의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판을 사용하여 이루어지는 변압기의 철심.
제 3 항에 기재된 변압기의 철심을 구비하는 변압기.
변압기의 유전손실을 저감시키는 방법으로서,
상기 변압기의 철심을, 제 1 항에 기재된 절연 피막이 형성된 전기 강판을 적층하여 구성하는, 변압기의 유전손실의 저감 방법.
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