Enovasense

01 — 소개

절연 코팅: 모터와 변압기의 효율을 좌우하는 수 마이크론

전기강판은 모든 변압기, 전동기, 발전기의 자성 철심을 이룹니다. 와전류 손실을 줄이기 위해 철심은 일반적으로 두께 0.20~0.65 mm의 얇은 강판을 적층하거나 감아서 만듭니다. 각 강판은 인접한 강판과 전기적으로 절연되어야 합니다. 이 역할을 하는 것이 제강 공정의 마지막 단계에서 스트립 양면에 도포되는 얇은 층인 절연 코팅입니다.

전기강판은 두 가지 계열로 생산되며, 각각 고유한 코팅 구조를 갖습니다.

방향성 전기강판(GO) 무방향성 전기강판(NO / NGO) 자기융착 바니시

변압기에 사용되는 방향성 전기강판에는 고온 소둔 중 MgO 소둔 분리제로부터 형성되는 포스테라이트 피막이 있고, 그 위에 인산염계 장력 코팅이 덮입니다. 모터와 발전기(전기차 구동 모터 포함)에 사용되는 무방향성 전기강판에는 단일 절연 바니시가 도포됩니다. 용도에 따라 이러한 코팅은 무기, 유기 또는 하이브리드(예: ASTM A976의 C3, C5, C6 등급)이며, 점점 더 무크롬화되고 있습니다. 또한 적층 철심의 용접이나 인터락킹을 대체하는 자기융착 바니시를 도포하는 NO 스트립의 비중도 늘고 있습니다.

어느 경우에도 코팅은 롤 코터로 액체 상태로 도포된 다음, 연속로에서 건조 및 경화된 후 코일로 권취됩니다.

코팅 등급과 대표 제품

절연 코팅은 ASTM A976(C-0~C-6 등급)에 따라 분류되며, IEC 60404-1-1에 대응하는 EC 표기가 있습니다. 코팅 라인에서 가장 많이 적용되는 등급을 Enovasense 센서로 측정했거나 측정 대상으로 하는 상용 제품의 예와 함께 아래에 제시합니다.

이 분야의 상용 코팅 예(일부 목록):

• Rembrandtin / Kansai Helios — REMISOL® 전기강판 코팅(예: REMISOL EB 5308, EB 5320(무크롬, 방향성 전기강판), EB 5340, EB 5350S, EB 5002M).
• Axalta — Voltatex® 전기강판 코팅 및 자기융착 바니시(예: Voltatex 1175W, 1230, 1250V).
• ELANTAS (ALTANA) 코어 플레이트 절연 바니시.
• Kluthe 전기강판용 절연 코팅.
• 방향성 전기강판용 인산염계 장력 코팅(CARLITE® 계열 코팅 등) 및 철강사 자체 배합.

모든 상표는 각 소유자의 자산입니다. 여기에 언급한 것은 해당 코팅의 종류를 나타내기 위한 것이며 추천이나 협력 관계를 의미하지 않습니다.

02 — 품질 요구 사항

스트립 양면과 전체 폭에서 코팅 두께를 관리해야 하는 이유

절연 코팅의 공정 창은 좁습니다. 일반적인 건조 도막 두께는 면당 수십분의 1 마이크론에서 약 10 µm이며, 사양은 g/m² 단위의 코팅 중량으로 표시되는 경우가 많습니다. 이 범위를 벗어나면 최종 전기 기기에 직접적인 영향을 미칩니다.

너무 얇은 경우: 절연 불량

국부적으로 너무 얇은 코팅은 층간 저항을 더 이상 보장하지 못합니다. 강판 간 전기적 접촉은 철심 내에 단락 경로를 만들어 와전류 손실과 국부 발열을 증가시킵니다. 자기융착 바니시의 경우 층이 부족하면 적층 철심의 접착 강도도 약해집니다.

너무 두꺼운 경우: 점적률 저하와 가공 문제

코팅이 1 마이크론 늘어날 때마다 철심 내 비자성 재료가 늘어납니다. 과도한 코팅은 점적률(철심 부피에서 강이 차지하는 비율)을 낮추고, 그 결과 모터나 변압기의 효율을 떨어뜨립니다. 또한 타발성, 용접성, 밀착성을 저하시킬 수 있으며 코팅재 소비량도 증가시킵니다.

롤 코터의 드리프트와 무크롬 배합 전환

롤 마모, 점도 변화, 롤 간격이나 속도의 변동, 엣지 효과는 모두 코일의 폭 방향과 길이 방향으로 도포 두께를 변화시킵니다. 동시에 업계 전반에서 무크롬 배합으로의 전환이 진행되면서 생산자는 코팅 중량을 다시 검증해야 합니다. 스트립 전체 폭에 걸쳐 양면을 조밀하게 측정해야만 코일 출하 전에 이러한 편차를 파악할 수 있습니다.

03 — 측정 과제

기존 방법으로는 코팅 라인의 상태를 파악할 수 없는 이유

절연 코팅은 얇고 밀도가 낮으며 투명한 경우가 많고, 고속으로 이동하는 강자성 기재 위에 도포됩니다. 대부분의 철강사는 여전히 코일 끝에서 채취한 시료에 대한 실험실 방법에 의존하고 있습니다.

중량법(박리 후 칭량): 정확하지만 파괴적이고 느림

코팅 중량은 코팅을 화학적으로 박리하기 전과 후에 시료를 칭량하여 구합니다. 이 방법은 일반적인 기준 방법이지만 파괴적이고 시간이 걸리며, 시료당 하나의 값만 제공합니다(보통 코일의 선단 또는 후단). 코일 중간에서 발생한 드리프트는 발견되지 않습니다.

절연 저항 시험: 두께가 아닌 기능 점검

표면 절연 저항 시험(프랭클린 시험 등)은 코팅이 절연되는지는 확인하지만 두께는 알려 주지 않습니다. 오프라인으로 실시되며, 작업자에게 롤 코터를 어떻게 조정해야 하는지 알려 주지 않습니다.

접촉식 및 인라인 두께계: 코팅 자체에 의한 제약

휴대용 자기 유도식 또는 와전류 프로브는 두께를 측정할 수 있지만 접촉이 필요하고 절단한 시료에 대한 샘플링 검사에 그칩니다. X선 흡수나 형광을 이용하는 인라인 두께계에는 다른 제약이 있습니다. 전자는 코팅의 낮은 밀도와 가변적인 조성, 후자는 형광 성분이나 안료 성분이 필요하다는 점이 제약이 되며, 이로 인해 많은 무기 코팅과 투명 코팅이 제외됩니다.

비접촉 두께 매핑의 이점

• 모든 코일을 측정할 수 있으며, 선단이나 후단 시료에만 국한되지 않습니다.
• 양면을 모두 관리하므로 한쪽 롤 코터의 편차를 즉시 파악할 수 있습니다.
• 유기, 무기, 하이브리드 코팅을 투명 여부나 안료 포함 여부와 관계없이 동일한 원리로 측정합니다.
• 롤 코터의 폐루프 보정이 가능해져 코팅재 소비량과 규격 외 제품을 줄일 수 있습니다.

04 — 기술 비교

레이저 광열 복사 측정법이 절연 코팅에 적합한 이유

Enovasense의 특허 기술인 레이저 광열 복사 측정법은 코팅의 열적 특성을 통해 코팅을 측정합니다. 변조된 레이저 빔이 표면에 열파를 발생시키고, 적외선 검출기가 확산되어 돌아오는 열을 검출하며, 열 응답의 위상으로부터 코팅 두께를 구합니다. 절연 코팅과 강은 열적 특성이 크게 다르므로 서브마이크론 층에서도 충분한 대비가 얻어집니다. 이 방법은 완전 비접촉, 비파괴 방식이며 코팅의 색상이나 투명도에 좌우되지 않습니다.

05 — 계측 성능

사례 연구: 일관 제철소의 절연 코팅

한 일관 제철소가 자사 전기강판 라인에서 생산한 코팅 스트립 시료를 제공했으며, 시료는 C3, C5, C6 등급을 여러 코팅 중량으로 포함했습니다. 시료는 실험실용 검사 스테이션의 Enovasense 센서로 다음 구성에서 비접촉 측정했습니다.

아래 수치는 본 연구에서 사용한 측정 구성에 해당합니다. 특정 적용 분야에서의 실제 성능은 선택한 광학계, 코팅 배합 및 두께 범위에 따라 달라집니다.

정확도: 접촉식 기준 두께계와의 상관관계

Enovasense 결과를 동일한 시료에 대해 접촉식 자기 유도 / 와전류 두께계로 얻은 두께 값과 비교했습니다. 기준 측정이 포함하는 2~8 µm 범위에서 두 방법은 R² = 0.96의 선형 상관관계를 보였으며, 세 코팅 등급에 하나의 회귀선이 적용되었습니다.

반복성

C5 시료의 동일한 지점에서 10회 연속 측정을 실시했습니다. 평균 두께는 5.41 µm, 표준편차는 0.09 µm로, 상대 표준편차는 1.7%이며 코팅 중량 사양의 일반적인 허용 오차보다 충분히 낮습니다.

작업 거리에 대한 허용 범위

스트립의 평탄도, 떨림, 패스라인 변동은 센서와 표면 사이의 거리를 변화시킵니다. 이 거리를 공칭값 주변에서 변화시키며 시료를 측정한 결과, ±5 mm 범위 내에서는 측정 편향이 무시할 수 있는 수준이었으며, 이것이 이 광학 구성의 권장 작업 허용 범위입니다.

06 — 산업 통합

실험실 매핑에서 인라인 검사까지

Enovasense는 새로운 배합의 검증부터 생산 라인의 연속 검사까지 모든 단계에서 철강사와 코일 가공업체를 지원합니다.

라인 인근(앳라인) 실험실 검사

코일 끝 시료를 Enovasense 검사 스테이션에 놓으면 양면의 코팅 두께가 자동으로 매핑됩니다. 그 결과는 중량법 시험을 수 시간이 아닌 수 분 만에 대체하거나 보완하며, 무크롬 배합이나 새로운 코팅 중량을 검증하는 가장 빠른 방법입니다.

인라인 측정

라인에서는 Enovasense 측정 헤드를 경화로 뒤에, 스트립의 한쪽 또는 양쪽 면에, 고정 위치 또는 트래버스 프레임에 설치합니다. 광학계를 보호하기 위해 출사창에 공기를 분사합니다. 수 센티미터의 작업 거리 덕분에 헤드를 스트립에서 떨어뜨려 설치할 수 있으며, ±5 mm의 거리 허용 범위가 패스라인 변동을 흡수합니다. 결과는 이더넷(TCP/IP)을 통해 라인 자동화, L2 또는 MES 시스템으로 실시간 전송되어 코일 기록과 롤 코터 피드백에 활용됩니다.

도입 단계