입자 지향 전기강과 비입자 지향 전기강 비교: 올바른 소재 선택을 위한 내부자 가이드

저는 전기강판 업계에서 수년간 일하면서 올바른 소재를 선택하는 것이 프로젝트의 성패를 좌우하는 것을 보아왔습니다. 입자 지향형과 비입자 지향형 전기강의 주요 차이점은 기본적이지만 종종 혼란스러울 수 있습니다. 이 글에서는 이 두 가지 특수 소재에 대해 간단하고 실무적인 설명을 제공하고자 합니다. 두 소재의 특별한 특징과 제작 방법, 그리고 가장 잘 작동하는 위치를 살펴볼 것입니다. 이 글을 읽고 나면 자신의 작업에 가장 적합한 전기강재를 선택해 최고의 성능과 효율성을 얻을 수 있을 것입니다.

입자 지향형과 비입자 지향형 전기강의 진정한 차이점은 무엇일까요?

제 경험상 입자 지향(GO) 전기강과 비입자 지향(NGO) 전기강의 가장 큰 차이점은 내부 구조에 있으며, 이는 자석의 작용 방식에 영향을 미칩니다. 입자 지향 전기 강철은 작은 결정이 한 방향으로 정렬되어 있는 매우 질서 정연한 입자 구조를 가지고 있다고 생각하면 됩니다. 특수 제조 공정을 통해 만들어진 이 정렬은 자기 에너지가 쉽게 따라갈 수 있는 경로를 만듭니다. 그 결과 입자 지향 전기강은 한 방향으로만 뛰어난 자기 능력을 발휘합니다. 마치 자성을 위한 슈퍼 고속도로가 있는 것과 같아서 교통은 매우 잘 흐르지만 표시된 차선으로만 이동합니다.

반면, 흔히 NGO라고 불리는 비결 지향 전기강은 결 패턴이 무작위입니다. 이는 자성이 평평한 강판의 모든 방향에서 동일하다는 것을 의미합니다. 도로를 예로 들어 다시 설명하자면, NGO 강철은 어느 방향에서나 잘 움직일 수 있지만 고속도로만큼 빠르지는 않은 좋은 도시 그리드와 같습니다. 이러한 균일한 품질은 자기장의 방향이 항상 바뀌는 용도에서 중요한 이점입니다. 따라서 주요 차이점은 작은 세부 사항이 아니라 각 재료에 가장 적합한 용도를 결정하며, 이는 모든 엔지니어나 디자이너에게 매우 중요한 포인트입니다.

이러한 입자 구조의 명확한 차이는 전기 용도에서 얼마나 잘 작동하는지에 직접적인 영향을 미칩니다. 입자 지향 전기강의 강력한 한 방향 품질은 자기 에너지가 일정하고 알려진 경로를 갖는 전력 변압기 및 배전 변압기에 완벽한 소재입니다. 반대로 모든 방향에서 동일한 자성을 갖는 비입계 전기강은 자기장이 항상 회전하는 전기 모터 및 발전기와 같은 회전 부품이 있는 기계에 가장 적합합니다. 이러한 까다로운 작업에서 원하는 효율성과 성능을 얻으려면 올바른 강재를 선택하는 것이 중요합니다.

GOES와 NGO의 제작 프로세스는 어떻게 다른가요?

두 가지 유형의 전기강판 제조에 모두 참여해 본 결과, 입자 지향 전기강판 제조가 비입자 지향 전기강판보다 훨씬 더 복잡하고 정확하다는 것을 알 수 있습니다. 열간 압연, 어닐링, 냉간 압연, 고온에서의 최종 가열 등 세심하게 관리되는 일련의 단계를 거쳐 GOES가 만들어집니다. 이 세부적인 공정은 고스 텍스처로 알려진 특수 결정 구조가 성장하도록 설계되어 소재가 압연 방향에서 놀라운 자기 능력을 발휘할 수 있도록 합니다. GOES의 이 과정은 앞서 이야기한 자성 '슈퍼하이웨이'를 만드는 과정입니다.

NGOES의 생산 공정은 여전히 세심한 관리가 필요하지만 더 간단합니다. 일반적으로 강철을 녹여 슬래브로 성형한 다음 최종 두께까지 열간 및 냉간 압연하는 과정이 포함됩니다. 어닐링이라고 하는 가열 단계도 축적된 응력을 방출하고 입자 구조를 개선하기 위한 공정의 일부이지만, 목표는 입자의 무작위 패턴을 만드는 것입니다. 그 결과 모든 방향에서 동일한 자성을 갖게 됩니다. NGOES는 제조가 간단하기 때문에 일반적으로 입자 중심형보다 가격이 저렴합니다.

마지막 가열 단계는 두 유형 모두에서 매우 중요하지만 목표가 다릅니다. GOES의 경우 올바른 입자 패턴을 형성하는 공정을 위해 고온 어닐링이 필요합니다. 이 공정은 매우 정확한 공기와 열 조건이 필요합니다. NGOES의 경우 자기 능력의 핵심 요소인 특정 입자 크기를 가진 새로운 구조를 얻기 위해 더 낮은 온도에서 최종 어닐링이 이루어집니다. 이러한 생산 차이를 이해하면 이 두 철강 제품의 특징과 가격이 다른 이유를 이해하는 데 도움이 됩니다.

실리콘강이 전기강판의 기초가 되는 이유는 무엇일까요?

저는 전기강판에서 실리콘이 하는 역할이 항상 흥미로웠습니다. 기본적으로 모든 전기강은 실리콘강의 일종입니다. 철에 실리콘을 보통 0.5%에서 4.8%의 양으로 첨가하면 특별한 자기 능력을 갖게 됩니다. 실리콘을 첨가하는 주된 이유는 전기가 강철을 통과하는 것을 더 어렵게 만들기 위해서입니다. 이는 변압기나 모터의 코어에서 변화하는 자기장에 의해 생성되는 원치 않는 전기 흐름인 와전류를 줄이기 때문에 중요합니다. 이러한 전류를 줄이면 열로 손실되는 에너지가 크게 줄어들어 효율성이 향상됩니다.

실리콘의 양은 또한 재료의 자기 투과성, 즉 자기장 형성을 돕는 능력을 향상시키는 데 큰 역할을 합니다. 자기 투과성이 높으면 자기 에너지가 전기 장치의 코어에 집중되어 잘 유도될 수 있으며, 이는 장치가 올바르게 작동하는 데 필요합니다. 또한 실리콘을 추가하면 자기장의 방향이 계속 바뀌면서 발생하는 또 다른 유형의 에너지 손실인 히스테리시스 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다. 따라서 실리콘은 일반 강철을 다양한 전기 용도의 고성능 소재로 바꿔주는 마법의 성분입니다.

실리콘의 첨가량은 신중한 균형을 유지해야 한다는 점을 아는 것이 중요합니다. 실리콘을 많이 넣으면 자성 능력이 향상되고 코어 손실이 줄어들지만 강철이 더 단단해지고 부러질 가능성이 높아집니다. 이는 특히 압연 시 제조를 더 어렵게 만들 수 있습니다. 그렇기 때문에 특정 용도에 따라 실리콘 함량이 다른 다양한 등급의 실리콘 스틸이 있습니다. 예를 들어, 비입자 지향 강철은 일반적으로 약 2% ~ 3.5%의 실리콘을 함유하고 있으며, 입자 지향 강철은 변압기에서 최상의 성능을 얻기 위해 약 3% ~ 4.5%로 더 많은 실리콘을 함유하고 있는 경우가 많습니다.

전기 모터의 코어 손실을 설명할 수 있나요?

전기 강철을 많이 다루는 제 입장에서는 전기 모터를 설계하거나 점검할 때 코어 손실을 이해하는 것이 매우 중요합니다. 간단히 말해서 철 손실이라고도 하는 코어 손실은 모터가 작동할 때 모터 코어 내부에서 열로 손실되는 에너지입니다. 이 손실은 모터가 작동하는 데 필요한 자기장 변화의 정상적인 결과입니다. 이 손실을 줄이는 것이 모터 설계의 주요 목표인데, 이는 효율 향상과 작동 온도 저하로 직결되고 결국에는 비용을 절감할 수 있는 믿을 수 있는 모터로 이어지기 때문입니다.

코어 손실에는 히스테리시스 손실과 와전류 손실이라는 두 가지 주요 부분이 있습니다. 히스테리시스 손실은 전류가 변화할 때마다 코어 재료를 자화 및 자성 해제하는 데 필요한 에너지로 인해 발생합니다. 일종의 자기 마찰이라고 생각하면 됩니다. 실리콘 스틸의 입자 구조와 재질과 같은 실리콘 스틸의 특징은 손실의 양에 큰 영향을 미칩니다. 반면 와전류 손실은 변화하는 자기장에 의해 코어 재료 내부에 생성되는 작은 반복 전류로 인해 발생합니다. 강철에 실리콘을 첨가하면 이러한 손실을 줄이는 데 매우 효과적입니다.

와전류 손실을 더욱 줄이기 위해 전기 모터의 코어는 단단한 강철 조각으로 만들어지지 않습니다. 대신 얇은 전기 강판을 겹겹이 쌓아 만든 얇은 시트 또는 레이어로 만들어집니다. 각 시트는 전기를 차단하는 물질로 덮여 있어 와전류가 그 사이로 흐르지 않도록 합니다. 그렇기 때문에 전기 강철은 종종 다음과 같이 불립니다. 라미네이션 스틸. 이러한 강판의 두께와 피복 품질은 모두 코어 손실을 줄이기 위한 핵심 요소입니다. 따라서 코어 손실이 적은 올바른 등급의 비결 방향성 전기 강재를 선택하는 것은 고효율 전기 모터 설계의 기본 단계입니다.

자기 속성의 주요 차이점은 무엇인가요?

입자 지향 전기강과 비입자 지향 전기강의 자기적 특성의 주요 차이점을 말하라는 질문을 받으면 저는 항상 방향성 또는 균일성이라는 개념으로 돌아가곤 합니다. 입자 지향 전기강은 이방성이므로 자성이 한 방향으로만 강하다는 뜻입니다. 제조 시 압연 방향인 입자 패턴 방향으로 자기 투과성이 매우 높고 코어 손실이 매우 낮습니다. 하지만 다른 방향에서는 그다지 잘 작동하지 않습니다. 따라서 자기 에너지가 안정적이고 직선적인 경로를 따르는 용도에 적합한 특수 소재입니다.

이와는 대조적으로 비결정립 전기강은 등방성이므로 평판의 모든 방향에서 동일한 자기 능력을 갖습니다. 한 방향의 자기 성능이 가장 좋은 방향의 자기 성능과 일치하지는 않지만, 모든 방향에서 일관성이 있다는 것이 이 소재의 주요 강점입니다. 이러한 균일한 성능은 전기 모터와 발전기처럼 자기 에너지가 회전하는 용도에 필요합니다. 따라서 이 두 가지 소재 중 어떤 것을 선택할지는 특정 용도에서 자기장이 어떻게 작동하는지 파악하는 데 달려 있습니다.

몇 가지 숫자로 설명하자면, 입자 지향 강철의 자기 투과성은 비입자 지향 강철보다 몇 배 더 높을 수 있습니다. 이를 통해 더 작고 효율적인 변압기를 설계할 수 있습니다. 반면, 자기장이 회전하는 기계에 GOES를 사용하면 NGOES를 사용할 때보다 코어 손실이 훨씬 커지고 성능이 저하됩니다. 자속 밀도, 즉 재료가 받을 수 있는 자기장의 세기는 일반적으로 특정 방향에서 GOES가 우위를 점하는 또 다른 중요한 능력입니다.

이 두 자료를 어떻게 구분하나요?

실제로 입자 지향 전기강판과 비입자 지향 전기강판은 모두 얇은 강판이기 때문에 보기만으로는 구분하기 어렵습니다. 하지만 제가 사용해 본 몇 가지 주요 징후와 테스트가 있습니다. 가장 확실한 구별 방법은 제조업체의 사양서를 확인하는 것입니다. 이 데이터 시트에는 강재의 등급과 입자 지향성(냉간 압연 입자 지향성의 경우 GO 또는 CRGO로 표시되는 경우가 많음) 또는 비입자 지향성(NGO 또는 CRNGO)이 명확하게 표시되어 있습니다.

사양을 알 수 없다면 자석으로 어떻게 작동하는지 관찰하는 것이 더 실용적인 테스트입니다. 제가 사용한 간단한 테스트는 작은 나침반을 사용하는 것입니다. 나침반을 나뭇결이 있는 강철판 근처에 대면 옆 방향보다 구르는 방향으로 훨씬 더 강한 자력을 받는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 단방향 자성 능력의 직접적인 결과입니다. 비결 지향 강철의 경우 나침반 근처에서 시트를 어떻게 돌려도 당기는 힘은 거의 동일합니다.

좀 더 기술적인 또 다른 방법은 투과성이나 코어 손실과 같은 재료의 자기 능력을 다양한 방향으로 측정하는 것입니다. 물론 여기에는 특별한 도구가 필요합니다. 표면 코팅을 보면 힌트를 얻을 수 있습니다. 입자 지향 전기강은 종종 자성을 얻기 위한 공정의 일부인 포스테라이트(규산마그네슘) 베이스 코트와 같은 특정 유형의 코팅이 되어 있습니다. 하지만 코팅이 다를 수 있기 때문에 완벽한 방법은 아닙니다. 결국 중요한 용도의 경우 제조업체의 설명서를 사용하는 것이 올바른 재료를 사용하고 있는지 확인할 수 있는 가장 안전한 방법입니다.

전기 모터에 어떤 소재를 선택해야 하나요?

제 경험상 대부분의 전기 모터의 경우 비결 지향 전기 강철이 확실한 선택입니다. 그 이유는 자성 능력의 주요 차이로 돌아갑니다. 전기 모터는 회전하는 자기장을 사용하여 회전력과 움직임을 생성합니다. 이는 모터 코어 내부의 자기 에너지 방향이 항상 변한다는 것을 의미합니다. 모든 방향에서 동일한 자력을 갖는 비결 지향 강철은 이러한 변화하는 상황에 적합합니다. 자기장의 방향에 관계없이 안정적인 성능을 제공하며, 이는 모터가 원활하고 잘 작동하는 데 필요합니다.

표준 전기 모터에 입자 지향 강철을 사용하는 것은 일반적으로 좋지 않은 선택입니다. 한 방향으로는 자기 능력이 뛰어나지만 다른 방향으로는 그다지 잘 작동하지 않기 때문입니다. 회전하는 자기장에서는 자기장이 강철이 선호하는 입자 방향에서 멀어지면서 고르지 않은 작업, 더 많은 흔들림, 훨씬 더 높은 코어 손실을 초래할 수 있습니다. 결국 효율이 떨어지고 신뢰할 수 없는 모터를 만들게 됩니다. NGO 스틸의 안정적이고 만능적인 성능은 모터 용도의 업계 표준이 된 이유입니다.

그러나 자기 에너지 경로가 대부분 한 방향인 매우 특수하거나 특이한 모터 설계가 있을 수 있습니다. 이러한 드문 경우라면 설계자가 입자 지향 강철을 사용하는 것을 고려할 수 있습니다. 그러나 소형 가전제품부터 대형 공장 기계에 이르기까지 대부분의 표준 AC 및 DC 전기 모터에는 비립 지향성 전기강이 가장 적합하고 최고의 소재입니다. 원하는 두께와 코어 손실 기능을 갖춘 올바른 등급의 NGO 강재를 선택하면 모터의 최종 성능과 효율에 큰 영향을 미칩니다.

예상할 수 있는 가격 차이는 얼마인가요?

수년 동안 시장에서 본 바에 따르면, 입자 지향 전기강판과 비입자 지향 전기강판 사이에는 분명하고 꾸준한 가격 차이가 있습니다. 일반적으로 곡물 지향 전기강은 둘 중 더 비싼 편입니다. 이 높은 가격은 더 복잡하고 에너지가 많이 드는 제조 공정의 직접적인 결과입니다. 앞서 말했듯이 GOES에 필요한 정확한 입자 패턴을 얻으려면 더 세심하게 제어되는 단계가 필요하므로 총 제조 비용이 추가됩니다.

곡물 지향 강철의 추가 비용은 시장 수요, 원자재 비용 및 특정 등급의 강철에 따라 달라질 수 있습니다. 하지만 일반적으로 GOES가 NGOES보다 훨씬 더 비싼 것이 일반적입니다. 예를 들어, 2024년 초에 비자성 냉연강재에 비해 자성강재의 추가 비용은 70% 이상이었으며, NGO 가격이 역사적으로 높았던 것은 GO강 시장의 영향을 받았습니다. 이는 일반적으로 NGO가 더 저렴한 옵션이지만 시장 변화에 따라 큰 가격 차이가 발생할 수 있음을 보여줍니다.

비입자 지향 강재의 초기 비용은 더 낮지만, 프로젝트의 장기적인 총 비용을 고려하는 것이 중요합니다. 전력 변압기의 경우, 입자 지향 강재의 초기 비용이 높더라도 변압기 수명 기간 동안 효율성이 향상되고 코어 손실이 적기 때문에 그만한 가치가 있는 경우가 많습니다. 에너지 절감 효과가 매우 커서 시간이 지남에 따라 더 저렴한 선택이 될 수 있습니다. 대부분의 모터 용도에서 비입자 지향 강재의 성능 이점과 저렴한 가격은 더 실용적이고 비용을 절감하는 솔루션이 됩니다.

올바른 강재를 선택하면 코어 손실을 어떻게 줄일 수 있을까요?

제 업무에서 코어 손실을 줄이기 위한 노력은 항상 계속되고 있으며, 전기 강재 선택은 이 작업의 핵심 부분입니다. 올바른 강종과 등급을 선택하는 것은 변압기와 모터의 에너지 낭비를 줄일 수 있는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 변압기의 경우 코어 손실을 줄이기 위해서는 입자 중심의 전기 강재를 사용하는 것이 매우 중요합니다. 독특한 입자 구조는 자기 에너지가 쉽게 이동할 수 있는 경로를 제공하여 히스테리시스 손실을 크게 낮춥니다. 또한 실리콘 함량이 높고 얇은 GOES 시트는 와전류를 차단하는 데 도움이 됩니다. 그 결과 훨씬 더 효율적으로 작동하여 에너지를 절약하고 수명 기간 동안 운영 비용을 낮추는 변압기가 탄생했습니다. 고급 등급의 CRGO를 사용하면 구형 표준 등급에 비해 코어 손실을 최대 74%까지 줄일 수 있습니다.

전기 모터 및 회전 부품이 있는 기타 기계의 경우 코어 손실을 줄이기 위한 핵심은 올바른 등급의 비입자성 전기강을 선택하는 것입니다. 자기장은 항상 방향을 바꾸기 때문에 히스테리시스 및 와전류 손실을 모두 낮추려면 동일한 자기 능력을 가진 NGO 강재가 필요합니다. 명시된 코어 손실 값이 낮은 더 얇은 NGO 강판은 당연히 더 효율적인 모터를 만들 수 있습니다. 제조업체는 다양한 NGO 등급을 제공하므로 설계자는 특정 작업에 맞는 성능과 비용 간의 적절한 균형을 찾을 수 있습니다. 여기서 올바른 선택을 하면 모터의 작동 온도를 크게 낮추고 총 효율을 높일 수 있습니다.

올바른 강재 선택의 효과는 단순히 기기가 당장 작동하는 방식 그 이상입니다. 코어 손실을 줄임으로써 에너지를 절약하고 전기 기계가 환경에 미치는 영향을 줄인다는 더 큰 목표에도 도움이 됩니다. 낭비되는 에너지가 적다는 것은 전기를 덜 만들어야 한다는 것을 의미합니다. 따라서 시간을 들여 입자 지향 및 비입자 지향 전기강의 특징을 이해하고 현명한 선택을 하는 것은 단순히 좋은 엔지니어링 관행일 뿐만 아니라 지속 가능한 미래를 향한 한 걸음입니다.

주요 요점:

• 입자 지향(GO) 전기강판 는 입자 구조가 매우 체계적이어서 한 방향으로 더 나은 자기 능력을 제공합니다.
• 비곡물 지향(NGO) 전기강판 는 임의의 입자 구조를 가지고 있어 모든 방향에서 동일한 자기 능력을 발휘합니다.
• GO 스틸 는 다음과 같은 경우에 가장 적합한 선택입니다. 전력 및 배전 변압기 코어 손실이 적고 특정 방향으로의 투과성이 높기 때문입니다.
• NGO 강철 의 표준은 전기 모터 및 발전기 회전하는 자기장에서 안정적인 성능을 발휘하기 때문입니다.
• 그리고 생산 프로세스 의 경우 더 복잡하고 정확하기 때문에 NGO 강철보다 비용이 더 많이 듭니다.
• 추가 실리콘 는 전기 강철의 핵심 자기 능력을 제공하는데, 주로 전기가 흐르기 어렵게 만들어 와전류 손실을 줄이는 역할을 합니다.
• 핵심 손실 는 히스테리시스와 와전류 손실로 인해 발생하며, 올바른 강재를 선택하는 것이 이를 낮추는 주요 방법입니다.