JP2011000553A - マグネシアスラリーの塗布方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管内に蓄積するスラッジの固化分を配管途中で分離することにより、スラッジ固化分のコーティング工程への流入を回避してマグネシアスラリーの塗布を行う方法について、提案する。
【解決手段】調合タンクにて調整されたマグネシアスラリーを、給液ポンプによりコーティング部まで送給し、該コーティング部にてマグネシアスラリーを鋼板に塗布するに際し、前記給液ポンプからのマグネシアスラリーを、少なくとも１箇所が屈曲された配管にて前記コーティング部まで導くに当たり、該配管の屈曲部を通るマグネシアスラリーの外側流と内側流とを、屈曲部の配管下流側において分断して前記内側流を前記コーティング部に導く。
【選択図】図２

Description

本発明は、マグネシアスラリーの塗布方法、特にマグネシアスラリーの方向性電磁鋼板への塗布作業性の向上、更には方向性電磁鋼板の被膜均一性の向上を図ることのできる、マグネシアスラリーの塗布方法およびその装置に関するものである。

方向性電磁鋼板の製造に際して、所定の成分組成に調整した鋼スラブに、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延を施し、さらに再焼結焼鈍、仕上げ焼鈍を施すのが一般的である。これらの工程のうち、仕上げ焼鈍工程では、1200℃という高温の焼鈍を行うため、コイルの焼きつきを防止する目的で、マグネシアを主体とした焼鈍分離剤を塗布することが一般的である。

また、マグネシアは、上述したような焼鈍分離剤としての役割のほかに、仕上げ焼鈍前に行われる脱炭焼鈍時に、鋼板表面に生成するシリカを主体とする酸化層と反応させフォルステライト被膜を形成するという働きもある。
かように形成されたフォルステライト被膜は、上塗りされたリン酸塩系絶縁コーティングと地鉄部分とを密着させる一種のバインダーとしての働きや、鋼板に張力を付与することにより磁気特性を向上させる働き、鋼板の被膜外観を均一化する働きなどがあり、マグネシアの役割は大きい。

焼鈍分離剤のコーティング工程は、通常、マグネシアを主体とする粉体を水に懸濁させて撹拌することによりスラリー化し、このスラリーをロールコーターにより鋼板表面に塗布し、乾燥炉により乾燥させた後にコイル状に巻き取ることからなる。この塗布工程では、均一にスラリーを塗布することが重要であり、例えば、特許文献１には、鋼板の下面側にスプレーでスラリーを塗布する方法が、また、特許文献２には、鋼板の長手方向、幅方向に複数のスプレーノズルを配置し、かつこれらのノズルのノズル間距離、鋼板とノズル間の距離および鋼板への吹付け角度を変化させる方法が示されている。

特開昭62-67118号公報 特開平11-350152号公報

しかしながら、マグネシアスラリーを長時間にわたりスプレーすると、マグネシアスラリーの供給配管内にスラッジが堆積し、均一なスラリー供給を妨げたり、スプレーそのものが閉塞して設備が停止したりして、安定した操業ができないことが問題になっていた。また、このスラッジは、メンテナンス時の清掃で完全に除去されずに配管内に残存してしまい易く、これが乾燥・固化し、メンテナンス後に使用を再開したときに、これが剥がれ落ちて鋼板上に塗布され、表面に押し庇を生じさせたり、スプレーを閉塞させたりする問題も新たに判明した。

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、配管内に蓄積するスラッジの固化分を配管途中で分離することにより、スラッジ固化分のコーティング工程への流入を回避してマグネシアスラリーの塗布を行う方法について、提案することを目的とするものである。
また、本発明の目的は、この塗布方法に直接使用する塗布装置を提供することにある。

発明者らは、マグネシアスラリー中のスラッジ固化分を配管途中でスラリーから分離する方途について鋭意検討した結果、スラリーとスラッジ固化分との密度差に着目し、遠心力を用いることで両者の分離が可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は、次のとおりである。

（１）調合タンクにて調整されたマグネシアスラリーを、給液ポンプによりコーティング部まで送給し、該コーティング部にてマグネシアスラリーを鋼板に塗布するに際し、
前記給液ポンプからのマグネシアスラリーを、少なくとも１箇所が屈曲された配管にて前記コーティング部まで導くに当たり、該配管の屈曲部を通るマグネシアスラリーの外側流と内側流とを、屈曲部の配管下流側において分断して前記内側流を前記コーティング部に導くことを特徴とするマグネシアスラリーの塗布方法。

（２）前記内側流におけるマグネシアスラリー量をＳinとし、前記外側流におけるマグネシアスラリー量をＳoutとしたとき、
0.9≧Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）≧0.1
であることを特徴とする前記（１）に記載のマグネシアスラリーの塗布方法。

（３）前記配管の屈曲部の曲率半径をＲ（ｍ）、屈曲部の長さをｌ（ｍ）、配管の円相当径ｔ（ｍ）、屈曲部入口でのマグネシアスラリーの流速をＶ（ｍ／ｓ）としたとき、
（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）≧5.0
を満足することを特徴とする前記（１）または（２）に記載のマグネシアスラリーの塗布方法。
ここで、前記屈曲部の曲率半径とは、該屈曲部での配管の中心軸線における曲率半径を意味し、屈曲部における曲率が変化している場合は、その平均の曲率半径とする。同様に、屈曲部の長さも、該屈曲部での配管の中心軸線における長さである。また、配管の円相当径とは、軸直交断面が円の場合はその直径であり、その他の形状である場合は、その断面形状の内接円の直径を意味する。

（４）マグネシアスラリーを調整する調合タンク、マグネシアスラリーを塗布するコーティング部および、前記調合タンクからのマグネシアスラリーを該コーティング部へ供給する給液ポンプを有する、マグネシアスラリーの塗布装置であって、
前記給液ポンプから前記コーティング部までの配管に、マグネシアスラリーの分級装置を少なくとも１つ設置し、該分級装置は、前記配管を屈曲させた屈曲部と、該屈曲部を通るマグネシアスラリーの外側流と内側流とを、屈曲部の配管下流側において分断して前記内側流を前記コーティング部に導く分流部と、を有することを特徴とするマグネシアスラリーの塗布装置。

（５）前記分流部の前記内側流におけるマグネシアスラリー量をＳinとし、前記外側流におけるマグネシアスラリー量をＳoutとしたとき、
0.9≧Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）≧0.1
であることを特徴とする前記（４）に記載のマグネシアスラリーの塗布装置。

本発明によれば、配管内に蓄積するスラッジの固化分を配管途中で分離することが可能になるため、スラッジ固化分のコーティング工程への流入を回避してのマグネシアスラリーの塗布が実現される。

本発明の塗布装置の一例を示す図である。 本発明の塗布装置の分級装置部分を示す図である。 本発明の分級装置における分級原理を説明する図である。

以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明のマグネシアスラリーの塗布装置の一例を、図１に示す。本発明に従うマグネシアスラリーの塗布装置は、焼鈍分離剤原料21および水22を混合する調合タンク１と、調合タンク１から配管10を介して送られてきた調合後のマグネシアスラリーを撹拌しながら、該スラリー中のマグネシアの水和量を制御する撹拌タンク２と、撹拌タンク２からポンプ11によって送給される水和量調整後のスラリーが、配管12を介して供給されるリザーブタンク３と、このリザーブタンク３から給液ポンプ13によって送給されるスラリーが、配管14を介して供給されるコーティング部４と、を有する。コーティング部４は、スプレーノズル41、コーティングロール42およびコーティングスラリーの受け皿43を備え、ここに導入される鋼板Ｓにスプレーノズル41およびコーティングロール42を介してマグネシアスラリーの塗布を行う。

この例で、撹拌タンク２は、バイパス15によりスラリーの一部を自己循環させる構造になり、リザーブタンク３も撹拌タンク２より受入れたスラリーを、バイパス16により一部を自己循環させる構造になるとともに、鋼板Ｓへ塗布したスラリーの余剰分を戻り配管17を介して回収する構造になっている。

以上の構成の塗布装置において、前記給液ポンプ13から前記コーティング部４までの配管14に、マグネシアスラリーの分級装置５を少なくとも１つ設置する。該分級装置５は、図２に示すように、配管14を屈曲させた屈曲部50と、該屈曲部50を通るマグネシアスラリーの外側流51ａと内側流51ｂとを、屈曲部50の配管下流側において分断して前記内側流51ｂを前記コーティング部４に導く分流部52と、を有し、スラッジの固化物を外側流51ａに誘導し、固化物の混入の少ない内側流51ｂをコーティング部４に導くところに特徴がある。なお、符号53は、コーティング部４ヘ送られるスラリーの流量を調整する弁である。

ここで、上記した屈曲部50および分流部52からなる分級装置５の構成に想到した検討結果について、以下に詳述する。
発明者らは、マグネシアスラリーの塗布工程において、スプレーを閉塞させた物質及び、マグネシアスラリー塗布後の鋼板裏面から採取された押し疵の原因と思われる物質を調査した。そのＸ線回折の結果から、当該物質は水酸化マグネシウムと判明した。この物質の形状は、瓦のように湾曲した板状（薄片）であった。また、大きさは様々であったが、概ね25mm^２から100mm^２の面積を有していた。
さらに、この物質の由来を確認するため、スラリー化前のマグネシア、攪拌タンク内、スラリー配管内などをくまなく調査した。その結果、スラリー配管内に同じ形状（湾曲）をした水酸化マグネシウムの固化・乾燥物が堆積していることが判明した。このことから、配管内を流れるスラリーが少しずつ配管に堆積して、時間の経過とともに水酸化マグネシウムに変化し、そのうち、定期的に配管内を清掃する際に、十分に清掃しきれず残留したものが乾燥・固化し、メンテナンス後、使用を再開したときに剥落したものが、ノズルを閉塞させたり、鋼板に押し疵を生じさせたと考えられる。

そこで、発明者らは、効率的かつメンテナンス性良好な方法でスラリー中から固化物を除去する方法について鋭意検討した。その結果、スラリーの配管途中に曲線部を設けて、当該部分で発生する遠心力及び粒子の慣性力を利用して分離する方法を想到するに至った。次に、固化物が分離される原理を、図３に示す分離装置の基本構造に従って説明する。
さて、流速Ｖ（ｍ／ｓ）で流れているスラリー中の粒子には、曲率半径Ｒ（ｍ）で曲がる屈曲部50を通過する際にＶ^２／Ｒの加速度がかかる。固化物の密度はスラリーの密度より高いため、この密度差に応じた力で屈曲部の外側に固化物が押し出される。屈曲部50終了後は、スラリーを速やかに、図中ＢおよびＣで示す、２つの流路に分離（分離部52）し、Ｂ流路をコーティング部４へ、Ｃ流路を例えばスラリーのリザーブタンク内に戻すことにより、コーティング部４に固化物が流れ込まないようにすることが出来る。

ここで、固化物粒子が屈曲部50で外側へ押し出される終端速度（Ｖe）は、ストークスの式から、
Ｖe＝ＫＶ^２／Ｒ …（１）
Ｋ：定数
とみなすこととし、屈曲部の長さをｌ（ｍ）、配管の円相当径をt（ｍ）とすると、
ｌ／Ｖ≧ｔ／Ｖe …（２）
の関係が成り立っていないと十分に分離できないと考えられる。この（２）式に（１）式を代入すると、
（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）≧１／Ｋ …（３）
従って、配管におけるスラリーの流速Ｖ、屈曲部の曲率半径Ｒ、屈曲部の長さｌおよび配管の円相当径ｔにつき、上記（３）式を満足する範囲にそれぞれ設定することによって、スラリーと固化物との分離が可能になるのである。

なお、Ｋは、粒子形状、粒子と流体の密度差および流体の粘度に関する定数であり、実験的に確認することが必要である。すなわち、鋼板表面にスラリーを塗布して乾燥させた後に該鋼板から粒子を回収し、この回収粒子から選んだ複数の粒子を黒く着色してから、直径５cmおよび高さ10cmの透明円筒内に充填したスラリーの液面から静かに沈降させた。その際、前記円筒に強い光を当てながら、投光と円筒を挟んで対向する側からカメラで粒子の通過する様子を観察し、粒子の移動速度を測定した。この場合の終端速度は、
Ｖe＝Ｋｇ
ここで、ｇ：重力加速度
の関係を有することから、Ｋを実測することができる。実測結果によると、Ｋの値は粒子の大きさや形状で様々に変化したが、１／Ｋの最小値は5.0であった。

以下に、本発明の各構成要件の限定理由を述べる。
本発明では、固化物をスラリーから分離する装置、すなわち分級装置を、スラリーの給液ポンプ13からコーティング部４までの配管14内に設置する必要がある。これは分級するための動力としてスラリーの流れを利用するためである。

また、屈曲部50において、内側流におけるマグネシアスラリー量をＳinとし、外側流におけるマグネシアスラリー量をＳoutとしたとき、0.9≧Sout／（Ｓout＋Ｓin）≧0.1とすることが好ましい。すなわち、Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）＞0.9の場合、固形物が十分分離されず、内側流（Ｓin）に混入する可能性が高くなる。一方、0.1＞Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）の場合、分離装置に入ったスラリー量（Ｓout＋Ｓin）に比べてコーティング部４で塗布されるスラリーが少なく効率が悪いため、0.9≧Sout／（Ｓout＋Ｓin）≧0.1とする。この調整は、例えば図２に示した装置における弁53の開閉操作で行うことができる。

さらに、屈曲部の平均曲率半径をＲ（ｍ）、曲線部の長さをｌ（ｍ）、配管の円相当径ｔ（ｍ）屈曲部入口のスラリーの流速Ｖ（ｍ／ｓ）としたとき、
（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）≧5.0
であることが好ましい。なぜなら、（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）が5.0未満であると、十分に固形物を分離することが難しいからである。（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）の上限値は特に規定するものではないが、配管の圧力損失を考慮すると、5000≧（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）とすることが好ましい。

なお、スラリー配管に設置する屈曲部は、その曲率半径が一様である必要はないが、製造コストや圧力損失などを考慮すると出来るだけシンプルな形状、つまり一様の曲率で曲がる形状であることが望ましい。

図１に示した塗布装置を用いて、珪素鋼板に対してマグネシアスラリーの塗布を行った。すなわち、濃度10mass％のマグネシアスラリーを作製し、スラリーのリザーブタンク３に貯留したのち、渦巻き式の給液ポンプ13によって配管14を介してスラリーをコーティング部４へ送給し、該コーティング部４において鋼板Ｓへマグネシアスラリーを塗布した。該マグネシアスラーには、本発明の効果を確認するため、実験前にあらかじめ採取しておいた固化物を、スラリー中に５個／リットルの割合で混入しておいた。なお、鋼板へ塗布した後の残液は、リザーブタンク３に戻した。

この際、給液ポンプ13とコーティング部４と間の配管14途中に、図１に記載の分級装置５を設置した。該分級装置５の仕様、すなわち分級装置５内に流れるスラリーの流速Ｖ、屈曲部の曲率半径Ｒ、屈曲部の長さｌおよび配管の円相当径ｔは、表１に示すとおりであり、またスラリー流量について、Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）を0.5に設定した。また、従来例として、配管14に分級装置５を備えない以外は、上記塗布装置と同構成の塗布装置を用いてのスラリー塗布も行った。

なお、鋼板は、質量％で、Ｃ：0.06％、Si：2.95％、Mn：0.07％、Se：0.015％、Sb：0.015％及びCr：0.03％を含み、残部Fe及び不可避的不純物の成分組成に調整した珪素鋼スラブを、1350℃および40分加熱後、熱間圧延して2.6mmの板厚とし、1000℃および60秒の熱延板焼鈍を施してから、1050℃および60秒の中間焼鈍を挟んで冷間圧延し、0.30mmの最終板厚に仕上げ、ついで脱炭焼鈍を施して得た、鋼板である。マグネシアスラリー塗布後、引きつづいて1200℃まで25℃／ｈの昇温速度で昇温する仕上げ焼鈍を施し、その後平滑化焼鈍を行った。スラリー塗布の際のスプレーノズルの閉塞の有無、および焼鈍後の鋼板表面の押し疵の数（個／ｍ^２）を表１に併記する。この押し庇は、１個／ｍ^２以上あるときに不合格と判定する。

同表からわかるように、分級装置を設置すると押し疵の数が少なくなり、特に（ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）≧5.0のときにスプレーノズル閉塞及び押し疵が無くなることがわかる。

図１に示した塗布装置を用いて、珪素鋼板に対してマグネシアスラリーの塗布を行った。すなわち、濃度10mass％のマグネシアスラリーを作製し、スラリーのリザーブタンク３に貯留したのち、渦巻き式の給液ポンプ13によって配管14を介してスラリーをコーティング部４へ送給し、該コーティング部４において鋼板Ｓへマグネシアスラリーを塗布した。該マグネシアスラリーには、本発明の効果を確認するため、実験前にあらかじめ採取しておいた固化物を、スラリー中に５個／リットルの割合で混入しておいた。なお、鋼板へ塗布した後の残液は、リザーブタンク３に戻した。

この際、給液ポンプ13とコーティング部４と間の配管14途中に、図１に記載の分級装置５を設置した。該分級装置５の仕様、すなわち分級装置５内に流れるスラリーの流速Ｖ：0.5ｍ／ｓ、屈曲部の曲率半径Ｒ：0.5ｍ、屈曲部の長さｌ：0.79ｍおよび配管の円相当径ｔ：0.1ｍとし、またスラリー流量ＳoutおよびＳinを、弁53の調整によって表２に示す値に制御した。また、従来例として、配管14に分級装置５を備えない以外は、上記塗布装置と同構成の塗布装置を用いてのスラリー塗布も行った。

なお、鋼板は、質量％で、Ｃ：0.06％、Si：2.95％、Mn：0.07％、Se：0.015％、Sb：0.015％及びCr：0.03％を含み、残部Fe及び不可避的不純物の成分組成に調整した珪素鋼スラブを、1350℃および40分加熱後、熱間圧延して2.6mmの板厚とし、1000℃および60秒の熱延板焼鈍を施してから、1050℃および60秒の中間焼鈍を挟んで冷間圧延し、0.30mmの最終板厚に仕上げ、ついで脱炭焼鈍を施して得た、鋼板である。マグネシアスラリー塗布後、引きつづいて1200℃まで25℃／ｈの昇温速度で昇温する仕上げ焼鈍を施し、その後平滑化焼鈍を行った。スラリー塗布の際のスプレーノズルの閉塞の有無、および焼鈍後の鋼板表面の押し疵の数（個／ｍ^２）を表２に併記する。この押し庇は、１個／ｍ^２以上あるときに不合格と判定する。

同表からわかるように、0.9≧Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）のときにスプレーノズル閉塞及び押し疵が無くなることがわかる。一方、0.1＞Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）の場合、コーティング部４へ送られるスラリー量が少なく、ライン速度を遅くしないと安定してスラリーを塗布することができなかった。

本発明によれば、方向性電磁鋼板の焼鈍分離剤塗布工程におけるマグネシアスラリー塗布作業性および、焼鈍後の鋼板の表面外観を向上させることができる。

１ 調合タンク
10、12、14 配管
11 ポンプ
13 給液ポンプ
２ 撹拌タンク
21 焼鈍分離剤原料
22 水
３ リザーブタンク
４ コーティング部
41 スプレーノズル
42 コーティングロール
43 受け皿
５ 分級装置
50 屈曲部
51ａ 外側流
51ｂ 内側流
52 分流部
53 弁
Ｓ 鋼板

Claims (5)

1. 調合タンクにて調整されたマグネシアスラリーを、給液ポンプによりコーティング部まで送給し、該コーティング部にてマグネシアスラリーを鋼板に塗布するに際し、
   前記給液ポンプからのマグネシアスラリーを、少なくとも１箇所が屈曲された配管にて前記コーティング部まで導くに当たり、該配管の屈曲部を通るマグネシアスラリーの外側流と内側流とを、屈曲部の配管下流側において分断して前記内側流を前記コーティング部に導くことを特徴とするマグネシアスラリーの塗布方法。
2. 前記内側流におけるマグネシアスラリー量をＳinとし、前記外側流におけるマグネシアスラリー量をＳoutとしたとき、
   0.9≧Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）≧0.1
   であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシアスラリーの塗布方法。
3. 前記配管の屈曲部の曲率半径をＲ（ｍ）、屈曲部の長さをｌ（ｍ）、配管の円相当径ｔ（ｍ）、屈曲部入口でのマグネシアスラリーの流速をＶ（ｍ／ｓ）としたとき、
   （ｌ・Ｖ）／（ｔ・Ｒ）≧5.0
   を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシアスラリーの塗布方法。
4. マグネシアスラリーを調整する調合タンク、マグネシアスラリーを塗布するコーティング部および、前記調合タンクからのマグネシアスラリーを該コーティング部へ供給する給液ポンプを有する、マグネシアスラリーの塗布装置であって、
   前記給液ポンプから前記コーティング部までの配管に、マグネシアスラリーの分級装置を少なくとも１つ設置し、該分級装置は、前記配管を屈曲させた屈曲部と、該屈曲部を通るマグネシアスラリーの外側流と内側流とを、屈曲部の配管下流側において分断して前記内側流を前記コーティング部に導く分流部と、を有することを特徴とするマグネシアスラリーの塗布装置。
5. 前記分流部の前記内側流におけるマグネシアスラリー量をＳinとし、前記外側流におけるマグネシアスラリー量をＳoutとしたとき、
   0.9≧Ｓout／（Ｓout＋Ｓin）≧0.1
   であることを特徴とする請求項４に記載のマグネシアスラリーの塗布装置。

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