CRGO 라미네이션이란 무엇인가? (냉간 압연 결정립 방향성 전기강판 설명)

CRGO 라미네이션 단순히 방향성 전기강판을 절단, 코팅 및 적층하는 공정으로, 변압기 코어가 예산, 공구 및 공급망이 현실적으로 허용하는 범위 내에서 가능한 한 적은 에너지 손실로 자속을 한 가지 선호 방향으로 이동시키도록 하는 것이다.

한 줄로 이어지는 생각

냉간 압연 결정방향성(CRGO) 강판은 압연 방향을 따라 결정립이 정렬된 전기용 강판이며, "CRGO 적층판"은 해당 강판을 펀칭 또는 레이저 절단한 후 개별 절연 처리하여 코어로 적층한 것으로, 자속이 주로 압연 방향을 따라 흐르도록 설계되었다. 이 용어가 의미하는 바는 원칙적으로 다음과 같습니다: 배향된 재료와 기하학적 구조, 공정이 결합되어 전력 및 배전 변압기에서 코어 손실과 자화 전류를 낮게 유지하는 것입니다.

물론, 현실은 그 한 줄보다 훨씬 복잡하다.

실제적으로 "라미네이션"이 의미하는 바

변압기 공장에서 E, I, C 또는 스텝랩 플레이트가 깔끔하게 쌓여 있는 모습을 보게 될 때쯤이면, 그 CRGO는 이미 여러 공정을 거쳤습니다: 압연 가공, 슬리팅, 절단, 절연 처리, 그리고 조립. 이 모든 단계에서 결정 방향을 존중할 수도 있고, 그 장점을 조용히 무너뜨릴 수도 있습니다.

밀스는 CRGO를 지정된 두께, 등급 및 코팅을 가진 코일 형태로 공급합니다. 일반적인 두께는 약 0.23mm, 0.27mm, 0.30mm이며, 각각 1.5 또는 1.7T, 50Hz에서의 손실 목표치와 연계됩니다. 코일은 좁은 스트립으로 슬릿 처리된 후, 스탬핑 또는 레이저 절단을 통해 라미네이션으로 변환되며, 이후 응력 제거 어닐링과 적층 공정이 조합되어 수행됩니다.

도면과 데이터시트 상으로는 간단해 보입니다: "CRGO M4, 0.27 mm, 코팅 유형 X, 1.7 T에서의 최대 W/kg". 현장에서 이는 버 높이, 정렬 불량, 코팅 손상, 그리고 라미네이션을 일반 강철처럼 구부려도 괜찮다고 생각하는 사람들과의 싸움이다. CRGO 라미네이션은 약어 자체보다, 제강소에서 정성껏 생산한 표면 질감이 실제 공정에서 얼마나 유지되는지가 더 중요하다.

CRGO 라미네이션이 코어 내부에서 달성하고자 하는 것

공식 이론을 이미 알고 있다면, CRGO에서 입자가 배향되어 자속이 압연 방향을 선호한다는 점을 알 것입니다. 사양서에는 평평한 에프스타인 스트립의 코어 손실 수치가 표시되어 있으며, 이는 해당 방향을 따라 완벽하게 절단된 것입니다. 예를 들어, 두께 약 0.27mm의 일반적인 M4형 방향성 강판은 1.7T, 50Hz에서 코 손실이 약 1.2~1.3W/kg 이하로 지정될 수 있습니다. 고급형 및 Hi-B형 강판은 두께에 따라 해당 수치를 0.7~0.9W/kg 수준으로 낮춥니다.

라미네이션을 절단하고 실제 3상 코어를 제작하면, 플럭스는 0°에서 정중히 머물지 않는다. 모서리에서 휘어지고, 이음매로 비스듬히 침투하며, 강판이 압연 방향에 대해 실질적으로 비스듬한 각도를 이루는 영역을 가로지른다. 예를 들어, 일본제철의 Hi-B 데이터는 동일한 재료라도 서로 다른 이음매 패턴이 국부 및 전체 코어 손실에 측정 가능한 차이를 어떻게 유발하는지 보여준다.

따라서 CRGO 적층의 진정한 역할은 단순히 '저손실 강판'을 사용하는 것이 아닙니다. 플럭스 경로가 손실이나 잡음의 급격한 증가 없이 해당 등급이 감당할 수 있는 플럭스 밀도에서 가능한 한 선호 방향으로 최대한의 여정을 진행하도록 판재, 접합부 및 틈새를 배열하는 것입니다.

코일에서 라미네이션을 거쳐 적층 코어까지 (압축 버전)

압연 공정은 대부분 고정되어 있습니다: 1차 압연, 탈탄, 1차 재결정화, 그리고 대형 고스 방향 결정립을 성장시키기 위한 2차 재결정화, 이어서 코팅 및 템퍼링 압연이 진행됩니다. 바로 여기서 "결정립 방향성"이 탄생합니다.

라미네이션 측면에서는 중요한 단계들이 더 좁고 가혹해집니다:

스트립이 절단됩니다. 스탬핑을 할 경우 공구가 절단면에 기계적 응력과 버를 발생시킵니다. 레이저 절단을 사용할 경우 기계적 변형 대신 열적 충격과 잠재적인 절단면 산화를 감수해야 합니다. Banmore 제조 기사에서는 이를 설명하지만 마케팅 관점에서 접근합니다. 실제로 절단 방법 선택은 속도, 비용, 절단면 품질, 그리고 절단 후 어닐링에 지불할 의사가 있는 비용 사이의 절충입니다.

각 라미네이션에는 코팅이 적용됩니다. 코팅은 얇은 무기질 또는 하이브리드 층으로, 라미네이션 간 전기적 절연을 유지하고 층간 저항을 제어하며 적층 시 접착 마찰력을 제공하도록 설계되었습니다. 코팅을 과도하게 제거하거나 긁어내면 스택 전체에 와전류가 자유롭게 흐르게 됩니다. 코팅이 고르지 않으면 열 발생 구역이 생기고 예측 불가능한 라미네이션 계수가 발생합니다.

마지막으로 적층판들을 코어에 적층한다: 스텝 랩, 마이터 접합, 맞대기 접합, 권선, 적층, 때로는 재소둔 처리까지. 각 단계마다 제강 공정의 미세구조를 보존하거나 추가 응력과 국부적 미정렬을 가한다. 제조 가이드에는 종종 일곱 여덟 개의 깔끔한 단계가 나열되지만, 현실은 절단, 검사, 재작업, 적층 패턴 조정을 반복하는 순환 과정이다. 조립된 코어의 손실 시험 결과가 약속한 수치에 도달할 때까지 말이다.

"CRGO 라미네이션" 뒤에 숨겨진 디자인 손잡이

디자이너들이 "CRGO 라미네이션을 사용하라"고 말할 때, 그들은 실제로 여러 개의 독립적인 조절 장치를 조정하고 있는 것이다. 단지 그 모든 것이 하나의 표현 뒤에 숨어 있을 뿐이다.

첫 번째 요소는 등급과 두께입니다. 많은 건식 및 유입식 배전 변압기에는 M3 또는 M4 등급의 방향성 규소강판이 사용되며 두께는 0.23~0.30mm 범위에 속합니다. 더 얇은 규격은 와전류를 줄이고 손실을 감소시키지만, 재료 취급 노력과 비용이 증가하며 각 스택의 적층판 수가 늘어납니다. 고성능 전력 변압기나 소형 설계의 경우, Hi-B 등급은 동일한 자속 밀도에서 손실을 낮추지만 절단 및 응력에 더 민감합니다. "일반" CRGO와 Hi-B 사이의 선택은 철학적인 논의가 아닙니다. 이는 일반적으로 변압기 수명 동안의 무부하 손실 비용과 추가 강재 및 가공 비용을 비교한 스프레드시트에 불과합니다.

두 번째 조절 요소는 접합부와 절단 패턴입니다. CRGO 적층 유형에 관한 글들은 마이터 절단, 다이아몬드 절단, 스텝 랩 배열, 그리고 리밋과 요크를 정렬하는 데 사용되는 다양한 노치 패턴에 대해 설명합니다. 공학적 관점에서 이는 접합부에서 플럭스 방향을 얼마나 부드럽게 변화시키는지, 그리고 플럭스가 90° 또는 그에 가까운 각도를 통과하도록 얼마나 자주 강제하는지로 귀결됩니다. 마이터 접합을 적용한 스텝 랩 코어는 플럭스 회전을 분산시키고 국부 플럭스 밀도 피크를 낮추며, 일반적으로 단순한 맞대기 접합보다 무부하 손실이 적고 소음이 낮습니다. 다만 절단 및 적층 공정이 더 복잡해지는 단점이 있습니다.

세 번째 조절 요소는 코팅 및 적층 계수입니다. 코어 손실이 매우 낮은 강판이라도 적층 계수가 불량하면 정격 성능을 발휘하지 못합니다. 코팅 두께, 균일성, 경화 품질 및 취급 과정에서의 기계적 손상 정도가 모두 이 수치에 반영됩니다. 제조사 데이터 시트에는 약 90~100% 범위의 적층 계수 수치가 기재되어 있으나, 조립된 코어는 특히 절단 및 적층 공정이 엄격히 관리되지 않을 경우 이러한 이상적인 값에 거의 도달하지 못합니다.

네 번째 요소는 응력 관리입니다. 모든 펀칭, 클램핑 및 벤딩 공정에는 잔류 응력이 발생하며, CRGO의 자성 특성은 이에 극도로 민감합니다. 이 때문에 일부 제조사는 특히 고전압 또는 고자속 설계의 경우 조립된 코어에 대한 최종 응력 완화 어닐링을 강조합니다. 이 단계를 생략하면 일반 등급에 가까운 성능을 보이는 제품에 고등급 가격을 지불하는 것과 다름없습니다.

CRGO 라미네이션 대 기타 코어 재료

많은 블로그에서 CRNO나 비정질 금속과의 비교를 모호하게 다루고 있습니다. 기본적인 내용은 이미 알고 계실 겁니다: 변압기 코어용으로는 결정립 방향성 실리콘 강판, 회전 기계용으로는 비방향성 강판, 극저손실용으로는 비정질 강판이 사용됩니다. 더 유용한 관점은 이들이 강판에 수치적으로 어떤 의미를 지니는지 정리하는 것입니다.

최근 건식 변압기 데이터를 기준으로, 1.5 T, 50Hz에서의 전형적인 코어 손실 범위는 대략 다음과 같습니다: CRGO(M3 등급) 약 1.0–1.3 W/kg, CRGO Hi-B 약 0.7–0.9 W/kg, 비정질 금속 약 0.2–0.3 W/kg, CRNGO 약 2.0–2.5 W/kg. 동시에 비정질 코어는 매우 얇은 리본(일반적으로 약 0.025 mm 두께)을 사용하는데, 이는 일반적인 실리콘 강판 적층 두께의 약 1/10 수준입니다. CRGO 시트 두께는 일반적으로 0.23–0.30 mm 범위에 있으며, 특정 등급 표를 통해 각 두께에 대해 1.5 T 및 1.7 T에서의 손실 값 쌍이 지정됩니다.

이러한 아이디어들을 종합하면 더 층적 구조에 초점을 맞춘 비교가 가능해집니다:

CRGO 적층을 지정하는 사람에게 이 표는 간단히 말해 중간의 위치에 있음을 보여줍니다. CRGO 적층은 무부하 손실 측면에서 비정질 리본에 미치지 못하지만, 특히 고출력 및 고전압 환경에서 복잡한 코어 형상으로 절단, 적층 및 클램핑하기가 더 용이합니다.

유행어 너머로 '좋은' CRGO 라미네이션을 만드는 요소

우수한 CRGO 라미네이션은 단순히 고급 코일을 구입하는 것만이 아닙니다. 이는 작고 측정 가능한 세부 사항에서 드러납니다.

버 제어는 최우선 과제이다. 버 높이는 국부적 자속을 변화시키고 접합부 주변 손실을 증가시킨다. 대부분의 주요 CRGO 취급 지침은 허용 가능한 버에 대해 엄격한 제한을 설정하고 이를 제어하기 위한 공정을 권장한다. 공구 연마 일정, 스탬핑 클리어런스, 디버링 방법은 결국 무부하 손실 시험 결과에 반영된다.

다음은 절단 방향입니다. 많은 업체들이 여전히 재료를 절약하기 위해 부적절한 각도로 부품을 절단하는 경우가 있습니다. 압연 방향에서 벗어날수록 손실과 자화 전류가 증가하며, 특히 조직이 강한 고비강도 강종에서는 더욱 그렇습니다. 제강소 카탈로그와 기술 브로셔에는 자화 방향이 압연 방향에서 벗어날수록 손실이 급격히 증가하는 모습이 나와 있습니다. 따라서 네스팅 및 스크랩 전략은 본질적으로 자화 설계 선택 사항입니다.

코팅 무결성은 조용하지만 중요하다. 긁히거나 과도하게 가열되거나 오염된 코팅은 층간 저항을 감소시킨다. 조립된 코어에서는 단일 시트 측정으로 예측된 것보다 높은 와전류 손실로 나타난다. 현대식 코팅은 고온 저항성과 우수한 접착력을 위해 제조되었으나, 공격적인 취급, 오일 오염 또는 거친 적재에는 무적이지 않다.

마지막으로 적층 패턴 자체입니다. 단순한 중첩 접합 방식이든 복잡한 계단식 겹침 순서이든, 모서리에서 적층판이 배열되는 방식이 조립된 코어가 제철소의 W/kg 수치에 얼마나 근접하는지를 결정합니다. 서로 다른 접합 방식을 적용한 모델 변압기의 시연 결과, 동일한 강철을 사용했음에도 총 손실과 국부적 핫스팟 모두에서 뚜렷한 차이가 나타납니다. 재료는 동일하지만 적층 전략은 다릅니다.

사양서 또는 도면 작성 시 CRGO 라미네이션을 고려하는 방법

이미 재료의 기본 특성을 알고 있으므로, 사양서의 진정한 가치는 적층판이 무엇으로 만들어졌는지에 대한 설명뿐만 아니라, 적층판이 어떻게 동작할 것으로 기대하는지를 기술하는 데 있습니다.

조립된 코어의 손실 요구사항을 명시하는 것이 강재뿐만 아니라 종종 도움이 됩니다. 예를 들어, "탱크형 변압기의 정격 전압 및 주파수에서 코어 손실은 Y °C에서 X W를 초과하지 않아야 한다"고 명시하는 것은 단순히 "CRGO 등급 23HP90 이상"이라고 하는 것보다 더 엄격합니다. 이는 라미네이션 공정이 보증의 일부가 되도록 강제하기 때문입니다. BIS/ISI CRGO 등급에 대해 공개된 등급표는 각 등급별 두께와 최대 W/kg을 보여주며, 이러한 수치를 설정하는 데 좋은 출발점이 됩니다.

간단하고 검증 가능한 제약 조건으로 적층 품질을 제어할 수도 있습니다: 최대 버 높이, 압연 방향 대비 허용 최대 오프앵글 절단, 조립 코어의 최소 적층 계수, 특정 전력 등급에 대한 최종 응력 완화 어닐링의 필수 여부, 허용되는 접합 패턴 등입니다. 이 모든 것은 긴 설명이 필요하지 않습니다. 도면 주석에 명료하게 몇 줄만 기재해도 마케팅 문구 한 단락보다 제조 과정을 더 효과적으로 이끌 수 있습니다.

그리고 공급망 현실도 존재합니다. 2차 또는 "유성" CRGO는 실제로 존재하며, 특히 저전력 또는 중요도가 낮은 애플리케이션에서 비용 측면에서 매력적일 수 있습니다. 라미네이션 공급업체의 문서들은 1차용과 2차용 CRGO에 따라 어떻게 다른 라미네이션 유형과 시트 품질이 선택되는지 명시적으로 설명합니다. 이러한 재료를 허용한다면, 사양서에는 어디에서 허용되는지 및 여전히 충족해야 할 테스트가 무엇인지 명시해야 합니다. 그렇지 않으면 예상치 못한 문제가 발생할 수 있습니다.

마무리

그렇다면 CRGO 라미네이션이란 무엇인가? 단순히 재료 유형이 아니다. 방향성 전기강판, 두께, 코팅, 절단 방식, 접합 형상 및 응력 제어의 조합이 변압기 코어가 제조사에서 제시한 깔끔한 W/kg 수치대로 실제로 작동할지, 아니면 조립 후 수십 퍼센트까지 벗어날지를 결정한다.

그런 관점에서 바라보면, 논의는 더 이상 "CRGO 대 다른 것"이 아니라 "어떤 라미네이션 선택이 우리가 수용할 수 있는 손실, 소음 수준 및 비용 프로필을 제공하는가"로 전환됩니다. 이는 단순한 브로셔를 읽는 것이 아니라 실제 설계를 승인할 때 훨씬 더 유용한 질문입니다.