JP2017179461A - 焼鈍分離剤用酸化マグネシウム及び方向性電磁鋼板 - Google Patents

焼鈍分離剤用酸化マグネシウム及び方向性電磁鋼板 Download PDF

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Abstract

【課題】 磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得るための焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを提供する。
【解決手段】 硫黄含有量が0.1〜0.5質量%、及びブレーン比表面積から算出される粒子径RBlaineのBET比表面積から算出される粒子径RBETに対する比である凝集度RBlaine/RBETが3.0〜5.5である焼鈍分離剤用酸化マグネシウムである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、焼鈍分離剤用の酸化マグネシウム及び方向性電磁鋼板に関する。
変圧器や発電機に使用される方向性電磁鋼板は、一般に、ケイ素(Si)を約3%含有するケイ素鋼を、熱間圧延し、次いで最終板厚に冷間圧延し、次いで脱炭焼鈍、仕上焼鈍して、製造される。脱炭焼鈍(一次再結晶焼鈍)では、鋼板表面に二酸化ケイ素被膜を形成し、その表面に焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを含むスラリーを塗布して乾燥させ、コイル状に巻取った後、仕上焼鈍することにより、二酸化ケイ素(SiO)と酸化マグネシウム(MgO)が反応してフォルステライト(MgSiO)被膜が鋼板表面に形成される。このフォルステライト被膜は、鋼板表面に張力を付加し、鉄損を低減して磁気特性を向上させ、また鋼板に絶縁性を付与する役割を果たす。
方向性電磁鋼板の特性を向上するために、焼鈍分離剤用酸化マグネシウムに含有される微量成分についての研究が行われている。焼鈍分離剤用酸化マグネシウム中の含有量の制御が検討されている微量成分は、酸化カルシウム(CaO)、ホウ素(B)、亜硫酸(SO)、フッ素(F)、及び塩素(Cl)等である。更に、微量成分の含有量だけでなく、焼鈍分離剤用酸化マグネシウム中の、微量成分元素を含む化合物の構造を検討する試みが行われている。
例えば、特許文献1では、CaOとBの含有量を特定した焼鈍分離剤用酸化マグネシウムが開示されている。また、特許文献2では、Mg、及びCa等の塩化物の含有量とそれらに対するB比率を特定した焼鈍分離剤用酸化マグネシウムが開示されている。また、特許文献3及び特許文献4では、焼鈍分離剤用酸化マグネシウム中のCaO、SO、ハロゲン、及びBの含有量を特定した焼鈍分離剤用酸化マグネシウムが開示されている。更に、その他の諸物性を特定した焼鈍分離剤用酸化マグネシウムが研究されており、例えば特許文献5では、CaO、CO、SO、K、Na、及びB等を含めた多くの物性値を制御した焼鈍分離剤用酸化マグネシウムが開示されている。
また、特許文献6では、Cl含有量とSO含有量を特定した酸化マグネシウムを用いる方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。また、特許文献7では、F及びClの含有量及び諸物性を特定した方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤が開示されている。
更に、微量成分以外には酸化マグネシウム粒子と酸との反応速度による活性度、すなわちクエン酸活性度(CAA:Citric Acid Activity)に着目した発明について研究がなされている。CAAは、所定温度(例えば303K)の0.4規定のクエン酸水溶液中に、指示薬フェノールフタレインを混合し、最終反応当量の酸化マグネシウムを投入して攪拌し、クエン酸水溶液が中性になるまでの時間で表わされる。CAAは、方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤として使用される酸化マグネシウムの評価指標になり得ることが経験的に知られている。
酸化マグネシウムの反応当量におけるCAAの分布に関する発明として、特許文献8には、最終反応率20%、40%、60%及び70%の各々の場合において、CAAを狭い範囲に制御するように活性度を調整した焼鈍分離剤用の酸化マグネシウムの発明が開示されている。また、特許文献9及び特許文献10には、CAA40%及びCAA80%の活性度、粒子径又は比表面積などをそれぞれ所定値に限定した焼鈍分離剤用酸化マグネシウムの発明が開示されている。また、更に、特許文献11には、CAA70%、CAA70%とCAA40%との比、粒子径、比表面積などを、それぞれ所定値に限定した方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤の発明が開示されている。これらの発明では、いずれも、酸化マグネシウム粒子の水和性と反応性の制御を行っている。
特公平04−025349号公報 特許第2690841号公報 特公昭54−014566号公報 特許第3043975号公報 特開平10−88244号公報 特許第3021241号公報 特許第3091096号公報 特公昭57−045472号公報 特許第2650817号公報 特許第4192282号公報 特許第3650525号公報
方向性電磁鋼板の磁気特性及び絶縁特性、並びに市場価値は、フォルステライト被膜の性能、具体的には、(a)フォルステライト被膜の生成しやすさ(フォルステライト被膜生成率)、(b)被膜の外観、(c)被膜の密着性、及び(d)未反応酸化マグネシウムの酸除去性の4点に左右される。いいかえると、方向性電磁鋼板の特性及び価値は、フォルステライト被膜を形成するための焼鈍分離剤用酸化マグネシウムの性能に依存している。
しかしながら、従来の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムでは、方向性電磁鋼板の被膜不良の発生を完全には防止できておらず、また一定の効果が得られないため信頼性を欠いていた。したがって、充分な性能を有する焼鈍分離剤用酸化マグネシウムは未だ見出されていない。
上述のように、特許文献1〜5には、焼鈍分離剤用酸化マグネシウム中に微量成分元素を含む化合物の構造を検討する試みが記載されている。しかし、これらの文献に記載の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを用いた場合には、いずれも得られるフォルステライト被膜の密着性又は未反応酸化マグネシウムの酸除去性が悪い。
特許文献6及び7に記載の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムは、ハロゲン、特にFのフォルステライト被膜の形成促進効果に着目して得られたものである。これらの文献に記載の酸化マグネシウムは、一定したフォルステライト被膜の形成には効果があるものの、効果は未だ充分とはいえない。
このように、硫黄含有量等の化学成分や複数の物性値を制御し、フォルステライト被膜の形成促進効果を一定化させ、かつフォルステライト被膜の品質を改善する試みが多く開示されている。しかしながら、焼鈍分離剤用酸化マグネシウムに課せられた要求(上記の(a)〜(d))を充分に満足するために、さらなる品質の向上が求められている。
CAAを指標とした酸化マグネシウムの活性度は、酸化マグネシウムとクエン酸との固相−液相反応の反応性を評価するものである。この固相−液相反応では、固相の反応サイトが増加するほど、すなわち酸化マグネシウムの粒子径が小さいほど、またその比表面積が大きいほど、表面自由エネルギーも大きくなり、活性度が高まる。しかしながら、酸化マグネシウムをはじめとする粉体粒子は、製造方法によっては、粉体粒子が単位粒子として存在する場合のみならず、いくつかの粉体粒子が凝集結合した粒子集合体の形態で存在することも多い。このように凝集・集合した粒子集合体の場合には、CAAの測定値は、粒子集合体としての構造を反映した数値とはならない。したがって、CAAによって焼鈍分離剤の反応性を正しく表わすことはできない。
更に、CAAは、酸化マグネシウムとクエン酸との固相−液相反応により、実際の電磁鋼板の表面で起こる二酸化ケイ素と酸化マグネシウムとの固相−固相反応の反応性を、経験的にシミュレートしているにすぎない。固相−固相反応であるフォルステライト生成反応では、固相−液相反応と異なり、例えば二酸化ケイ素被膜と酸化マグネシウム粒子との接点の数に代表されるような、酸化マグネシウム粒子の凝集構造が大きく影響することが考えられる。すなわち、酸化マグネシウム粒子が活性な表面を持っていても、粒子凝集構造に影響される接点の数が少なければ反応が不充分になる。一方、不活性な表面を持つ酸化マグネシウム粒子であっても、接点の数を多くすれば十分な反応を行うことができる。
以上述べたように、これまで電磁鋼板用焼鈍分離剤の特性を表わす指標として用いられてきたCAAは、ある一定の条件下でのみ酸化マグネシウムの反応性を評価することができる指標であり、実際に電磁鋼板の表面上で起こる固相−固相反応を必ずしも評価しているとはいえない。したがって、粉体粒子の凝集構造を考慮した固相−固相反応の制御方法を用いれば、これまでCAAを用いた指標では活性度が好ましくないとされてきた酸化マグネシウムにおいても、焼鈍分離剤に好適な粒子凝集構造を有する酸化マグネシウムが見出される可能性がある。また、粉体粒子の凝集構造を考慮した固相−固相反応の制御方法を用いれば、CAAを用いた指標では活性度が好ましいとされていた酸化マグネシウムにおいて、より磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得ることのできる酸化マグネシウムを選択することができる可能性がある。
そこで本発明は、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得るための焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを提供することを目的とする。具体的には、鋼板の表面に、フォルステライト被膜生成率、被膜の外観、被膜の密着性、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性に優れたフォルステライト被膜を形成することができる焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを提供することを目的とする。
本発明者らは、電磁鋼板の反応性を促進させる硫黄含有量と、粒子の凝集度合を制御することにより、酸化マグネシウムと表面の二酸化ケイ素被膜との固相−固相反応を適切に制御し得ることを見出した。更に、本発明者らは、硫黄含有量と、凝集粒子に含まれる一次粒子の数を制御することにより、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得ることができることを見出し、本発明に至った。
本発明は、硫黄含有量が0.1〜0.5質量%、及びブレーン比表面積から算出される粒子径RBlaineのBET比表面積から算出される粒子径RBETに対する比である凝集度RBlaine/RBETが3.0〜5.5である焼鈍分離剤用酸化マグネシウムである。BET比表面積とは、BET法から求められる比表面積であり、ブレーン比表面積とはブレーン法から求められる比表面積である。なお、本明細書の「質量%」は、「重量%」と同じ意味である。
酸化マグネシウムの硫黄含有量及び凝集度RBlaine/RBETを所定の範囲とすることにより、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得るための焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを得ることができる。具体的には、本発明によれば、鋼板の表面に、フォルステライト被膜生成率、被膜の外観、被膜の密着性、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性に優れたフォルステライト被膜を形成することができる焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを得ることができる。
本発明の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムは、ホウ素を0.04〜0.15質量%含有し、塩素含有量が0.05質量%以下であることが好ましい。ホウ素及び塩素の含有量が所定の範囲であることにより、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得るための焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを、より確実に得ることができる。
本発明は、上述の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを含む焼鈍分離剤である。本発明の焼鈍分離剤を用いることにより、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を製造することができる。
本発明は、鋼板表面に二酸化ケイ素被膜を形成する工程と、上述の焼鈍分離剤を二酸化ケイ素被膜の表面に塗布し、焼鈍することにより、鋼板表面にフォルステライト被膜を形成する工程とを含む、方向性電磁鋼板の製造方法である。本発明の製造方法により、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を製造することができる。
本発明によれば、磁気特性及び絶縁特性に優れた方向性電磁鋼板を得るための焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを提供することができる。具体的には、本発明によれば、鋼板の表面に、フォルステライト被膜生成率、被膜の外観、被膜の密着性、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性に優れたフォルステライト被膜を形成することができる焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを提供することができる。
本発明の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムは、硫黄含有量が0.1〜0.5質量%、及びブレーン比表面積から算出される粒子径RBlaineのBET比表面積から算出される粒子径RBETに対する比である凝集度RBlaine/RBETが3.0〜5.5である。ここで、BET比表面積とは、窒素ガス吸着法(BET法)により測定される比表面積である。また、ブレーン比表面積とは、JIS R5201:2015の「8.1比表面積試験」に記載されているブレーン法により測定される比表面積である。
本発明において、凝集度とは、凝集粒子を構成する一次粒子の数がどの程度なのかを表す指標である。凝集度と、以下の式によって算出することができる。
凝集度=(ブレーン比表面積から算出される粒子径RBlaine)/(BET比表面積から算出される粒子径RBET) ・・・(1)
ブレーン比表面積から算出される粒子径RBlaine及びBET比表面積から算出される粒子径RBETは、下記のように算出することができる。
粒子径R=(6/ρ)/A ・・・(2)
(2)式において、Rは粒子径RBlaine又はRBET(10−6m)、ρは密度(10Kg・m−3)、Aはブレーン比表面積又はBET比表面積(10・kg−1)である。例えば、酸化マグネシウムの場合はρ=3.58×10Kg・m−3なので、R=1.68/Aである。
ブレーン法では、粉体充填層内に空気を透過させることにより比表面積の測定を行うため、空気の流れによって内部の空気が置き換わらない微細な細孔部の表面積を測定することができない。このため、ブレーン法によれば、凝集粒子を構成する一次粒子の表面積を除外した凝集粒子のみの比表面積(ブレーン比表面積)を測定することができる。
また、BET法によるBET比表面積の測定では、凝集粒子中の微細な細孔まで測定できるため、凝集粒子を構成する一次粒子の表面積を含んだ比表面積(BET比表面積)を測定することできる。
酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.1質量%未満であれば、酸化マグネシウム粒子の反応性が悪くなるため、(a)フォルステライト被膜生成率が低下する。
酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.5質量%より大きくなると、酸化マグネシウムの反応性が速くなりすぎ、均一なフォルステライト被膜ができないため、フォルステライト被膜の(b)被膜外観及び/又は(c)被膜の密着性が悪くなる。
酸化マグネシウムの凝集度(RBlaine/RBET)が5.5をこえると、酸化マグネシウムの凝集粒子が粗大になり、酸化マグネシウム凝集体粒子と鋼板との接触率が低下するために反応性が悪くなり、(a)フォルステライト被膜生成率が低下する。また粗大な凝集粒子を含んだフォルステライト被膜が形成されるため、フォルステライト被膜の厚みが不均一になり、フォルステライト被膜の(b)被膜外観及び/又は(c)密着性が悪くなる。
酸化マグネシウムの凝集度(RBlaine/RBET)が3.0未満であれば、凝集粒子の粒子径が小さくなり、鋼板との接触率が増大するため反応性が速くなりすぎ、均一なフォルステライト被膜が形成できない。そのため、フォルステライト被膜の(b)被膜外観及び/又は(c)密着性が悪くなる。
上記のように、本発明の酸化マグネシウムでは、酸化マグネシウム凝集体粒子の硫黄含有量と、凝集粒子に含まれる一次粒子の数を制御することにより、従来の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムでは得られなかった高いフォルステライト被膜形成能を、高い信頼性で達成することができる。ここで、高いフォルステライト被膜形成能は、方向性電磁鋼板の製造におけるフォルステライト被膜生成率の高さ、被膜の外観の良好さ、被膜の密着性の高さ、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性の良好さにより示される。
本発明の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを用いるならば、優れた絶縁特性と磁気特性を有する方向性電磁鋼板を製造することができる。
本発明において、酸化マグネシウムの製造方法は公知の方法を用いることができる。例えば、原料として塩化マグネシウムを用い、この水溶液に水酸化カルシウムをスラリーの状態で添加し反応させ、水酸化マグネシウムを形成する。次いで、この水酸化マグネシウムを、ろ過、水洗、乾燥させた後、加熱炉で焼成し、酸化マグネシウムを形成し、これを所望の粒径まで粉砕して、製造することができる。
また、水酸化カルシウムの代わりに、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸基を有するアルカリ性化合物を用いることもできる。また、海水、潅水、苦汁等のような塩化マグネシウム含有水溶液を反応器に導入し、1773〜2273Kで直接酸化マグネシウムと塩酸を生成させるアマン法(Aman process)により酸化マグネシウムを生成させ、これを所望の粒径まで粉砕して、酸化マグネシウムを製造することができる。
更に、鉱物マグネサイトを焼成して得た酸化マグネシウムを、水和させ、得られた水酸化マグネシウムを焼成し、これを所望の粒径まで粉砕して、酸化マグネシウムを製造することもできる。
本発明において、酸化マグネシウムの凝集度を調整する方法としては、次のような方法が挙げられる。すなわち、水酸化マグネシウムの製造工程中の反応温度及びアルカリ源の濃度を調整することにより、水酸化マグネシウムの一次粒子径及び二次粒子径を制御し、酸化マグネシウムの凝集度を調整することができる。また、粒子径を制御した水酸化マグネシウムの焼成温度及び時間を制御することによって、酸化マグネシウムの凝集度を調整することができる。また、凝集度の調整方法として、粉砕後の凝集度を測定し、複数回焼成を行うことでも調整することができる。更に、焼成した酸化マグネシウムを、ジョークラッシャー、ジャイレトリークラッシャー、コーンクラッシャー、インパクトクラッシャー、ロールクラッシャー、カッターミル、スタンプミル、リングミル、ローラーミル、ジェットミル、ハンマーミル、回転ミル、振動ミル、遊星ミル、及びボールミル等の粉砕機を使用して粉砕することによっても、酸化マグネシウムの凝集度を調整することができる。
また、酸化マグネシウムの凝集度を調整するために、分級機を用いても酸化マグネシウムの凝集度を調整することができる。
本発明の範囲の酸化マグネシウムの凝集度を得るための粉砕機の最適条件は、使用する粉砕機の方式、能力(動力)により異なるが、粉砕を強化すると凝集度が増加し、弱めると凝集度は低下する。分級機を併用することは必ずしも必要ではないものの、併用することにより、より広範囲の制御が可能になる。
また、上記の方法によって得られた酸化マグネシウムの凝集度を測定し、凝集度が過剰なものには、それが不足するものを組み合わせて、混合することによって、酸化マグネシウムの凝集度を調整することができる。
本発明において、硫黄等の微量含有物量を、粗生成物の製造工程で制御する場合、湿式で微量成分を添加して、例えば、原料として予め微量含有物の量を分析した塩化マグネシウムの水溶液を用い、この水溶液に、水酸基を有するアルカリ性水溶液又はスラリーを添加し反応させ、水酸化マグネシウムを形成する工程で、微量含有物が所定量となるように調整添加することができる。例えば、カルシウム(Ca)を添加する場合、カルシウムの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩及びリン酸塩系が使用できる。リン(P)を添加する場合、リン酸、メタリン酸、ホスホン酸及び亜リン酸、これらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、並びにアンモニウム塩系を使用できる。ホウ素(B)を添加する場合、ホウ酸、ホウ酸アルカリ金属塩、ホウ酸アンモニウム塩及びメタホウ酸アルカリ金属塩系、二酸化ホウ素等が使用できる。硫黄(S)を添加する場合、硫酸及び亜硫酸、これらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、並びにアンモニウム塩系を使用できる。フッ素(F)を添加する場合、フッ化マグネシウム等を使用できる。塩素(Cl)を添加する場合、塩化マグネシウム等を使用できる。ケイ素(Si)を添加する場合、ケイ酸アルカリ金属塩、ケイ酸アルカリ土類金属塩及びコロイダルシリカ系を使用できる。
本発明の酸化マグネシウムは、例えば、カルシウム(Ca)、リン(P)、ホウ素(B)、フッ素(F)、及び塩素(Cl)等の微量含有物を含むことができる。
本発明の酸化マグネシウムがカルシウム(Ca)を含む場合、カルシウムの含有量は、CaO換算で0.2〜2.0質量%であることが好ましい。本発明の酸化マグネシウムがリン(P)を含む場合、リンの含有量は、P換算で0.03〜0.15質量%であることが好ましい。本発明の酸化マグネシウムがホウ素(B)を含む場合、ホウ素の含有量は、0.04〜0.15質量%であることが好ましい。本発明の酸化マグネシウムがフッ素(F)を含む場合、フッ素の含有量は、0.05質量%以下であることが好ましい。本発明の酸化マグネシウムが塩素(Cl)を含む場合、塩素の含有量は、0.05質量%以下であることが好ましい。本発明の酸化マグネシウムがケイ素(Si)を含む場合、ケイ素の含有量は、0.05〜0.5質量%であることが好ましい。
また、本発明における硫黄(S)等の微量含有物量を、粗生成物の製造工程中に除去して制御するには、上記の水酸化マグネシウム形成工程で、酸を添加して除去するか、上記の水酸化マグネシウム形成工程の後、ろ過し、水洗を繰り返すことにより除去することができる。
水洗する場合は、水酸化マグネシウムを水洗して微量含有物量を除去することができ、例えば、硫黄(S)、及び塩素(Cl)を除去することができる。また、塩化マグネシウム含有水溶液と水酸基を有するアルカリ性水溶液の反応を行う場合には、水酸化マグネシウムの一部を事前に反応析出させ、析出粒子に微量含有物である例えばホウ素(B)を吸着させ除去することができる。
更に、得られた水酸化マグネシウム等の最終焼成前に、硫黄(S)等の微量含有物量を制御することができる。この場合、得られた水酸化マグネシウムの硫黄(S)等の微量含有元素の含有量を測定し、微量成分を添加したり、微量含有元素が過剰なものには、それが不足するものを組み合わせて、混合し、焼成することにより制御することができる。
本発明の酸化マグネシウムは、クエン酸活性度(Citric Acid Activity、CAA)が50〜170秒であることが好ましく、60〜90秒であることがより好ましい。ここでクエン酸活性度(CAA)とは、温度:303K、0.4Nのクエン酸水溶液中に40%の最終反応当量の酸化マグネシウムを投与して攪拌したときの、最終反応までの時間、つまりクエン酸が消費され溶液が中性となるまでの時間を意味する。
CAAでは、固相−液相反応により、実際の電磁鋼板の表面で起こる二酸化ケイ素と酸化マグネシウムとの固相−固相反応の反応性を、経験的にシミュレートしており、一次粒子を含む酸化マグネシウム粒子の反応性を測定することできる。
酸化マグネシウムのCAAが170秒より大きければ、酸化マグネシウムの一次粒子径が粗大になり、酸化マグネシウム粒子の反応性が悪くなるため、(a)フォルステライト被膜生成率が低下する。また粒子が粗大なため酸で除去した際残留物が残り、(d)酸除去性も悪い。
酸化マグネシウムのCAAが50秒未満であれば、酸化マグネシウムの一次粒子径が小さくなり、酸化マグネシウム粒子の反応性が速くなりすぎる。そのため、均一なフォルステライト被膜ができなくなり、フォルステライト被膜の(b)被膜外観及び/又は(c)密着性が悪くなる。
本発明の方向性電磁鋼板は、下記のような方法で製造することができる。方向性電磁鋼板用の鋼板は、ケイ素(Si)を2.5〜4.5%を含有するケイ素鋼スラブを熱間圧延し、酸洗後、強冷間圧延を行うか、中間焼鈍をはさむ2回冷間圧延を行って、所定の板厚に調整することによって製造することができる。次に、この鋼板を冷間圧延したコイルに対して、923〜1173Kの湿潤水素雰囲気中で、脱炭を兼ねた再結晶焼鈍を行う。このとき鋼板表面に二酸化ケイ素を主成分とする酸化被膜を形成させる。次に、本発明の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを含む焼鈍分離剤を水に均一に分散させ、水スラリーを得る。この水スラリーを、表面に酸化被膜を形成した鋼板上に、ロールコーティング又はスプレーを用いて連続的に塗布し、約573Kで乾燥させる。こうして処理された鋼板を、例えば、1473Kで20.0時間の最終仕上焼鈍を行って、鋼板表面にフォルステライト被膜(MgSiO被膜)を形成する。フォルステライト被膜は絶縁被膜であるとともに、鋼板表面に張力を付与して、方向性電磁鋼板の鉄損値を向上させることができる。
下記の実施例により本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は本発明をいかなる意味においても制限するものではない。
<試験方法>
(1)BET比表面積の測定方法
比表面積測定装置(Macsorb、Mountech Co., Ltd.製)を使用して、窒素ガスを使用したガス吸着法(BET法)によりBET比表面積を測定した。
(2)ブレーン比表面積の測定方法
ブレーン空気透過装置(C−202B 株式会社西日本試験機製)により、JIS R5201:2015(8.粉末度試験、8.1比表面積試験)のとおりにブレーン比表面積を測定した。本測定では室温298K±1、ポロシチーを0.80に設定して測定した。なお、凝集度は、BET比表面積及びブレーン比表面積から、上述の式(1)及び式(2)を用いて算出した。
(3)ホウ素(B)及び硫黄(S)の含有量の測定方法
測定試料を、12Nの塩酸(試薬特級)に加え、加熱して完全に溶解させた後、ICP測定装置(PS3520 VDD、株式会社日立ハイテクサイエンス製)を用いて、酸化マグネシウム中のホウ素(B)及び硫黄(S)の含有量を測定した。
(4)塩素(Cl)の測定方法
塩素(Cl)の含有量については、試料を酸に溶解した後、分光光度計(UV−2550、島津製作所製)を用いて質量を測定することで、試料中の濃度を算出した。
(5)CAAの測定方法
0.4Nのクエン酸溶液1×10-4と、指示薬として適量(2×10-6)の1%フェノールフタレイン液とを、2×10-4のビーカーに入れ、液温を303Kに調整し、マグネットスターラーを使用して700rpmで攪拌しながら、クエン酸溶液中に40%の最終反応当量の酸化マグネシウムを投入して、最終反応までの時間、つまりクエン酸が消費され溶液が中性となるまでの時間を測定した。
(6)フォルステライト被膜生成率
フォルステライトの形成機構は反応式:2MgO+SiO→MgSiOで示される。そのため、酸化マグネシウム粉末と非晶質の二酸化ケイ素のモル比を、2:1になるように調合した混合物を形成し、この混合物0.8×10−3kgを圧力50MPaで成型し、直径15×10−3m、高さ約3×10−3mの成形体を得た。次に、この成形体を窒素雰囲気中で、1473Kで4.0時間焼成し、得られた焼結体中のフォルステライト生成量を、X線回折により定量分析した。生成率が90%以上の場合、充分な反応性を有し、良好なフォルステライト被膜が形成されると考えられる。
(7)フォルステライト被膜の外観
フォルステライト被膜の外観、フォルステライト被膜の密着性及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性の試験試料供試鋼として、方向性電磁鋼板用のケイ素鋼スラブを、公知の方法で熱間圧延、冷間圧延を行って、最終板厚0.28×10−3mとし、更に、窒素25%+水素75%の湿潤雰囲気中で脱炭焼鈍した鋼板を用いた。脱炭焼鈍前の鋼板の組成は、質量%で、C:0.01%、Si:3.29%、Mn:0.09%、Al:0.03%、S:0.07%、N:0.0053%、残部は不可避的な不純物とFeである。この電磁鋼板上に酸化マグネシウムを塗布して、フォルステライト被膜の被膜特性を調査した。具体的には、本発明の酸化マグネシウム又は比較例の酸化マグネシウムをスラリー状にして、乾燥後の質量で14.0×10−3kg・m−2になるように鋼板に塗布し、乾燥後、1473Kで20.0時間の最終仕上焼鈍を行った。最終仕上焼鈍が終了したのち冷却し、鋼板を水洗し、塩酸水溶液で酸洗浄した後、再度水洗して、乾燥させた。被膜の外観は、洗浄後の被膜の外観から判断した。すなわち、灰色のフォルステライト被膜が、均一に厚く形成されている場合を◎、被膜が均一であるがやや薄く形成されている場合を○、被膜が不均一で薄いが、下地の鋼板が露出している部分がない場合を△、被膜が不均一で非常に薄く、下地の鋼板が明らかに露出した部分がある場合を×とした。
(8)フォルステライト被膜の密着性
フォルステライト被膜の密着性は、洗浄前の被膜状態から判断した。すなわち、被膜が均一に形成され、剥離部位が存在しない場合を◎、被膜が僅かに不均一であるが、剥離部分が存在しない場合を○、被膜が不均一で、ピンホール状の剥離部位が存在する場合を△、被膜が不均一で、明確な剥離部位が存在する場合を×とした。
(9)未反応酸化マグネシウムの酸除去性
未反応酸化マグネシウムの酸除去性(単に、「酸除去性」ともいう。)は、洗浄後の被膜状態から判断した。すなわち、未反応の酸化マグネシウムが完全に除去されている場合を◎、明確な未反応酸化マグネシウムの残存は認められないものの、被膜に濃淡があり僅かに未反応酸化マグネシウムが残存すると判断した場合を○、点状に未反応酸化マグネシウムの残存が明確に観察される場合を△、明らかに未反応酸化マグネシウムが残存している場合を×とした。
<実施例1>
海水に水酸化カルシウムを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が0.05×10mol・m−3となるように加え、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.15質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素(B)含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入し、323Kで20.0時間、反応させて水酸化マグネシウムを得た。なお、反応終了5.0時間前に、高分子凝集剤を0.02質量%加えた。その後、フィルタープレスでろ過し、水洗し、乾燥した。次に、ロータリーキルンにより、1273K、0.5時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.16質量%、凝集度が4.78であった。
<実施例2>
海水に水酸化カルシウムを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が0.05×10mol・m−3となるように加え、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.40質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入し、323Kで20.0時間、反応させて水酸化マグネシウムを得た。なお、反応終了5.0時間前に、高分子凝集剤を0.02質量%加えた。その後、フィルタープレスでろ過し、水洗し、乾燥した。次に、ロータリーキルンにより、1223K、1.5時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.43質量%、凝集度が5.11であった。
<実施例3>
海水に水酸化カルシウムを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が0.05×10mol・m−3となるように加え、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.40質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入し、323Kで20.0時間、反応させて水酸化マグネシウムを得た。なお、反応終了5.0時間前に、高分子凝集剤を0.02質量%加えた後、フィルタープレスでろ過し、水洗し乾燥した。次に、ロータリーキルンにより、1273K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.45質量%、凝集度が3.18であった。
<実施例4>
最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入した濃度2.0×10mol・m−3のマグネシウムイオンを含む苦汁に、水酸化カルシウムスラリーを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が2.0×10mol・m−3になるように添加し、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.15質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、600rpmで攪拌し、353Kにて2.0時間反応させた。その後フィルタープレスでろ過し、水洗し、乾燥して得た。この水酸化マグネシウムをロータリーキルンで、1223K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.16質量%、凝集度が3.51であった。
<実施例5>
最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入した濃度2.0×10mol・m−3のマグネシウムイオンを含む苦汁に、水酸化カルシウムスラリーを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が2×10mol・m−3になるように添加し、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.30質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、600rpmで攪拌し、333Kにて2.0時間反応させた。その後フィルタープレスでろ過し、水洗し、乾燥して得た。この水酸化マグネシウムをロータリーキルンで、1223K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.28質量%、凝集度が4.45であった。
<比較例1>
海水に水酸化カルシウムを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が0.05×10mol・m−3となるように加え、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.6質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入し、323Kで20.0時間、反応させて水酸化マグネシウムを得た。なお、反応終了5.0時間前に、高分子凝集剤を0.02質量%加えた。その後、フィルタープレスでろ過し、乾燥した。次に、ロータリーキルンにより、1223K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.53質量%、凝集度が3.36であった。
<比較例2>
最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入した濃度2.0×10mol・m−3のマグネシウムイオンを含む苦汁に、水酸化カルシウムスラリーを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が2.0×10mol・m−3になるように添加し、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.05質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、600rpmで攪拌し、333Kにて2.0時間反応させた。その後フィルタープレスでろ過し、水洗し、乾燥して水酸化マグネシウムを得た。この水酸化マグネシウムをロータリーキルンで、1223K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.04質量%、凝集度が5.05であった。
<比較例3>
最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入した濃度2.0×10mol・m−3のマグネシウムイオンを含む苦汁に、水酸化カルシウムスラリーを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が2.0×10mol・m−3になるように添加し、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.05質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、600rpmで攪拌し、353Kにて2.0時間反応させた。その後フィルタープレスでろ過、水洗、乾燥して水酸化マグネシウムを得た。この水酸化マグネシウムをロータリーキルンで、1273K、0.3時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.03質量%、凝集度が4.09であった。
<比較例4>
最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入した濃度2.0×10mol・m−3のマグネシウムイオンを含む苦汁に、水酸化カルシウムスラリーを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が2.0×10mol・m−3になるように添加し、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.15質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、600rpmで攪拌し、353Kにて2.0時間反応させた。その後フィルタープレスでろ過し、水洗し、乾燥して水酸化マグネシウムを得た。この水酸化マグネシウムをロータリーキルンで、1423K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.16質量%、凝集度が2.11であった。
<比較例5>
海水に水酸化カルシウムを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が0.05×10mol・m−3となるように加え、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.3質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入し、323Kで20.0時間、反応させて水酸化マグネシウムを得た。なお、反応終了5.0時間前に、高分子凝集剤を0.02質量%加えた。その後、フィルタープレスでろ過し、乾燥した。次に、ロータリーキルンにより、1473K、1.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.29質量%、凝集度が2.42であった。
<比較例6>
海水に水酸化カルシウムを、反応後の水酸化マグネシウム濃度が0.05×10mol・m−3となるように加え、更に、最終的に得られる酸化マグネシウム中の硫黄(S)含有量が0.5質量%になるように亜硫酸ナトリウムを加え、最終的に得られる酸化マグネシウム中のホウ素含有量が0.06質量%になるように、純水で0.3×10mol・m−3に調整したホウ酸水溶液を投入し、323Kで20.0時間、反応させて水酸化マグネシウムを得た。なお、反応終了5.0時間前に、高分子凝集剤を0.02質量%加えた。その後、フィルタープレスでろ過し、乾燥した。次に、ロータリーキルンにより、1223K、3.0時間焼成後、酸化マグネシウムを得た。得られた酸化マグネシウムを、衝撃型粉砕機(ジェットミル)を用いて凝集度が所定の範囲になるようにブレーン比表面積及びBET比表面積を調整し、最終的に得られた酸化マグネシウムの硫黄含有量が0.46質量%、凝集度が5.91であった。
上述のようにして得られた実施例1〜5及び比較例1〜6の酸化マグネシウムを、脱炭焼鈍を終えた鋼板に塗布し、仕上焼鈍し、鋼板表面にフォルステライト被膜を形成した。このようにして得られた鋼板の、フォルステライト被膜生成率、被膜の外観、被膜の密着性、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性について、評価した。表1に、それらの結果を示す。なお、実施例1〜5及び比較例1〜6の酸化マグネシウムのCAAを測定したところ、すべて60〜90秒の範囲だった。
Figure 2017179461
表1から明らかなように、海水、苦汁を使用して合成した、硫黄含有量及び凝集度が所定の範囲である酸化マグネシウム(実施例1〜5)を用いて形成したフォルステライト被膜は、フォルステライト被膜生成率が90%以上と優れている。更に、これらのフォルステライト被膜は、被膜の外観、被膜の密着性、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性についてもすべて優れていることが明らかとなった。
これに対し、酸化マグネシウムのBET比表面積及びブレーン比表面積を調整せず、硫黄含有量及び凝集度が所定の範囲である酸化マグネシウム(比較例1〜6)を用いて形成したフォルステライト被膜は、フォルステライト被膜生成率、被膜の外観、被膜の密着性、及び未反応酸化マグネシウムの酸除去性という特性のうち、いずれかを満たしてはいないため、所望の鋼板が得られないことが明らかとなった。
以上のことから、本発明の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムによれば、優れた絶縁特性と磁気特性を有する方向性電磁鋼板を製造することができることが明らかとなった。

Claims (4)

  1. 硫黄含有量が0.1〜0.5質量%、及びブレーン比表面積から算出される粒子径RBlaineのBET比表面積から算出される粒子径RBETに対する比である凝集度RBlaine/RBETが3.0〜5.5である焼鈍分離剤用酸化マグネシウム。
  2. ホウ素を0.04〜0.15質量%含有し、塩素含有量が0.05質量%以下である請求項1に記載の焼鈍分離剤用酸化マグネシウム。
  3. 請求項1又は2に記載の焼鈍分離剤用酸化マグネシウムを含む焼鈍分離剤。
  4. 鋼板表面に二酸化ケイ素被膜を形成する工程と、
    請求項3に記載の焼鈍分離剤を二酸化ケイ素被膜の表面に塗布し、焼鈍することにより、鋼板表面にフォルステライト被膜を形成する工程と
    を含む、方向性電磁鋼板の製造方法。
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