JP4073920B2 - 耐磨耗性・耐腐食性ベルトコンベヤローラ - Google Patents
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Description
更に、製鉄所や発電所といった現場は原料輸送の便利さから海岸部に設置されているのが一般的であるが、この場合は潮風による腐食もまた大きな問題である。
(1)セラミック溶射
(2)ガラスコーティング
があるが、セラミック溶射は、基本的にコスト負担が大きく半ば消耗部品として扱われるベルトコンベヤ用ローラ等には経済面からも困難がある。
ガラス質コーティングは耐腐食性がありこの点についての効果は期待できるが、ガラスの硬度だけでは、満足な耐磨耗性が得られない。
この点に関して、上記特許文献2に例示されている方法は、目的が艶消しの琺瑯製品を作ることであるがために、廃ガラスをまず釉薬の他の調合物、例えばフリット等と一緒にしてボールミルで粉砕し、フリットと同程度の均一な微細粒子としている点で本発明とは全く異なるものであり、更にこの微細なガラス粒も焼成温度では自身の軟化熔融はないにしても、釉薬と反応し一体化する特性をもっているものであり、ために本発明の目的とする耐磨耗性、高融点無機質粒子とは、発想、製造過程、効果共に別のものといえる。
釉薬への粒子(骨材)の添加量は少なくては本来の粒子(骨材)の性質が発揮出来ず、多すぎても所定の温度では鋼材に密着しない。特に釉薬100部に対し容積比で5から300部程度が好ましい。なお、焼成後のガラス質被膜の膜厚は、製品により異なり、特に限定されないが、骨材粒子が膜の表面に頭を出す程度に厚さがあればよい。一般的に、0.01mm〜3.0mmの範囲とすることが可能であるが、通常は0.1〜1.0mmで十分である。
(1) 焼成温度:
鋼材の変形しない温度までなら適宜選択可能、一般的には700〜900℃程度が好ましいがこれに限定されない。鋼材の種類によっては900℃以上での焼成も可能である。
もちろん、700℃以下でも耐腐食性の優れた釉薬であれば使用可能である。
一定以上のモース硬度を持ち、釉薬と反応しないものなら適宜選択可能、例として珪石、アルミナ、ムライト、磁器の破砕物(セルベン)、結晶化ガラスの破砕物、炭化珪素、炭化硼素、所定温度で釉薬と反応又は溶融しないものなら一般的に砥粒といわれるものが使用出来る。
形状は特に限定されない。粒の大きさは釉薬層の厚さとの関係であまりに大きな粒は釉薬の層からはみ出し鋼材との密着が悪くなる。逆に小さいものは添加量が少ないと釉薬の中に、混ざってしまって効果が出なくなる。粒径10μから500μmまでのものが好ましい。
鋼材に密着し、粒子(骨材)と鋼材との熱膨張特性を考慮して調整できるものなら、適宜選択可能だが500から700℃程度の軟化温度をもち、耐腐食性に優れた硼珪酸系、燐酸系又は鉛系の釉薬が好ましい。もちろん鋼鉄及び鋳鉄の琺瑯に使用される釉薬も使用可能である。なお、焼成後のガラス質被膜の膜厚は製品により0.01mmから3.0mmまで可能ながら、膜の剥離、ひびや破損も考慮し0.1〜1.0mmが好ましい。
JIS G 3103
SB450 : ボイラ及び圧力容器用炭素鋼(C 0.31%以下、Si 0.
15〜0.30%、Mn 0.90%以下、P 0.035%以
下、S 0.040%以下、引張り強さ450〜550N/mm
2等)
JIS G 3131
SPHC : 熱間圧延軟鋼板及び鋼帯(C 0.15%、Mn 0.60%以
下、P 0.050%以下、S 0.050%以下、引張り強さ
270N/mm2以上等)
SPHD : 熱間圧延軟鋼板及び鋼帯(C 0.10%、Mn 0.50%以
下、P 0.040%以下、S 0.040%以下、引張り強さ
270N/mm2以上等)
JIS G 3141
SPCC : 冷間圧延鋼板及び鋼帯(C 0.12%、Mn 0.50%以下
、P 0.040%以下、S 0.045%以下、引張り強さ2
70N/mm2以上等)
JIS G 3444
STK540 : 一般構造用炭素鋼鋼管(C 0.23%以下、Si 0.55%
以下、Mn 1.50%以下、P 0.040%以下、S 0.
040%以下、引張強さ540N/mm2以上等)
STK400 : 一般構造用炭素鋼鋼管(C 0.25%以下、Si−、Mn−、
P 0.040%以下、S 0.040%以下、引張り強さ40
0N/mm2以上等)
JIS G 3445
STKM15C: 機械構造用炭素鋼鋼管(C 0.25〜0.35%、Si 0.
35%以下、Mn 0.30〜1.00%、P 0.040%以
下、S0.040%以下、引張り強さ580N/mm2以上等)
JIS G 3452
SGP : 配管用炭素鋼管(P 0.040%以下、S 0.040%以下
、引張り強さ290N/mm2以上等)
JIS G 3454
STPG370: 圧力配管用炭素鋼鋼管(C 0.25%以下、Si 0.35%
以下、Mn 0.30〜0.90%P 0.040%以下、S
0.040%以下、引張強さ370N/mm2以上等)
JIS G 4051
S 30C : 機械構造用炭素鋼鋼材(C 0.27〜0.33%、Si 0.
15〜0.35%、Mn 0.60〜0.90%、P 0.03
0%以下、S 0.035%以下等)
JIS G 5101
SC480 : 炭素鋼鋳鋼品(C 0.40%以下、P 0.40%以下、S
0.40%以下、引張り強さ480N/mm2以上、伸び15%
以上等)
JIS G 5501
FC150 : ねずみ鋳鉄品(引張り強さ150N/mm2以上、硬さ212H
B以下等)
かくして、不可能とされた上記のごとき鋼材製品にまで広く琺瑯処理が可能となったのである。
現在ベルトコンベヤ用のローラには、例えば、三本組ローラ、及び一本ローラ、二本組ローラなど、種類としてキャリヤローラ、リターンローラがあり、その製造材料としては上記JIS G 3444、JIS G 3445及びJIS G 3452の規格で示される一般構造用炭素鋼鋼管(STK)、機械構造用炭素鋼鋼管(STKM)及び配管用炭素鋼鋼管(SGP)が使用され、JIS規格(B 8803)によると、品質としてローラ外観については、「外部の仕上がりは、良好で、使用上有害な欠点があってはならない。なお、特にロ−ラの表面は、滑らかで、ひび、割れ、へこみ、その他有害な欠点があってはならない。」とされている。
しかし、本発明のローラは、特に琺瑯表面とすることにより、耐腐食性を有することは勿論、耐磨耗量が鋼材の表面と比較して60%以下、好ましくは55%以下である耐磨耗性を有するために、上記の品質を達成し、なおかつ従来品には無い優れた性質を有している。また、本発明のローラの品質を評価する基準として、琺瑯表面がビッカース硬度で1000以上、好ましくは1200〜4000であることが判明した。この点については、例えば、下記実施例及び比較例からも明らかなように、同一鋼材でビッカース硬度169及び磨耗量で22.8mm3のものがそれぞれ2875及び7.9mm3までも向上した製品が得られているのである。
(1)製品の表面は耐磨耗性に優れ、特にコンベヤのローラ等この耐磨耗性が要求される鋼製品の磨耗量を平均で約1/3以下に防止し、耐用時間を大幅に延長出来る。
(2)鋼材との密着には釉薬を用いているので、有機質の塗料などに比べて腐食に対しても優れた効果が期待できる。
(3)骨材の効果として、鋼材表面が凹凸を持っているため耐滑り性にも優れているのでかかる性質の要求される製品に応用できる。
(4)琺瑯用鋼板のみならず普通の鋼材又は製品に適用してその用途を拡大できる。
以上のことは、下記の最良の形態及び実施例等からも明らかである。
なお、本発明の上記コーテイング剤による琺瑯被膜の各種鋼材への密着性、耐磨耗性及び耐腐食性を利用して、更に他の製品用の材料、例えば上記JIS G 3103(ボイラ及び圧力容器用炭素鋼)、JIS G 3131(熱間圧延軟鋼鈑及び鋼帯)、JIS G 3141(冷間圧延軟鋼鈑及び鋼帯)、JIS G 3454(圧力配管用炭素鋼鋼管)、JIS G 4051(機械構造用炭素鋼鋼管)、JIS G 5101(炭素鋼鋳鋼品)及びJIS G 5501(ねずみ鋳鉄品)に使用されているものと同じ材質の鋼材がベルトコンベヤ用琺瑯ローラの製造に利用できることも確認された。すなわち、以下の実施例に記載される特性から明らかなように、これら広範な鋼材に0.1〜1.0mmの琺瑯被膜を付することにより磨耗量、腐食性の著しく向上したベルトコンベヤ用琺瑯ローラの出現が可能となったのである。
実施例1
Na2O−K2O−CaO−Al2O3を含む硼珪酸フリットにコバルト、ニッケル、マンガンを加えて釉薬を作成し、出来上がった釉薬へ350μ〜50μの珪砂を後入れ混合して、コーティング剤を作った。このコーティング剤を脱脂、ショットブラスト処理したSTK540の鋼材にスプレーで施釉し820℃の琺瑯焼成炉で5分焼成して、表面に凹凸のあるガラス膜を持つ釉掛け鋼材を得た。この鋼材をJIS R 4301の落球試験で密着性を調べたところ、琺瑯製品の規格を十分満足していた。爪とびと呼ばれる欠陥も発生しなかった。
次に、表面の硬度、耐磨耗性、耐腐食性、耐滑り性をそれぞれ所定の試験方法にしたがって評価し、表(1)に記載した結果を得た。硬度はビッカース硬度計を用いて測定した結果、対照例と比べて10倍以上の値を示し、優れた表面硬度を有していた。耐磨耗性については対照例と比べて磨耗減量が3分の1以下であった。
更に、このガラス膜の耐塩水腐食性を調べるため、JIS R 4301による塩水試験を実施したところ、ガラス膜のついていない裏面は激しい錆を生じたのに対してガラス膜で覆われた表面部分にはなんらの変化もなかった。耐滑り性についてはJISに適当な規格がないため、一般的に舗装面に用いられているASTM規格を採用し、滑り抵抗値を測定したところ、舗装用の安全基準について一般的にいわれている指針を充分に満足していた。
この実施例1の条件及び結果は、下記表1の冒頭に示したとおりである。
実施例2〜13の手順は実施例1と同じで、鋼材、釉薬、骨材、前処理、施釉方法、焼成温度等の条件が違うだけである。それらの条件及び結果は、下記表1の実施例1に続けて示した。
密着性 JISR4301(5.18)による落球試験
径36.51mm質量約200gの鋼球を所定の高さから自然落下
させ、衝撃面の剥離の状態を調べた。
所定の高さは当事者間の取り決めによるが、ここでは100cmと
した。ガラスが破壊された跡に金属面がみえないものを合格とした。
ビッカース硬度 原理的にはダイヤモンドの針を用いて、鉱物等の表面を一定の力で
押さえつけ、その時に出来る溝の大きさで鉱物等の硬さを計る方法。
モース硬度は指標となる鉱物と比較してランク付けするのに対して、
ビッカース硬度計では硬度そのものの値を評価することが出来る。
モース硬度3の方解石は、ビッカース硬度で136、モース硬度7
の石英(水晶)は、1103に相当するとされている。
本発明では、川鉄アドバンテック株式会社製超音波硬さ計を用いて
測定した。今回の測定では、鋼材そのものはビッカース硬度からみて
ほぼ方解石程度、本願発明の実施例は、ほぼトパーズかそれ以上の硬
さを持っていることがわかる。
耐磨耗性 コンベヤローラの分野で通常使用されている簡易式評価方法を採用
した。大越式迅速磨耗試験機による測定試料に回転円板を押し付け、
削られた幅と深さから、磨耗部分の体積を計算して比較した。
耐滑り性 ASTM E303による滑り抵抗試験試料の上で振り子を接触し
ながら滑らせ、そのときの摩擦による抵抗を数値で相対評価した。数
値が大きい程滑りにくい。乾いた状態と濡れた状態での測定値は異な
り、濡れた状態では数値は小さく、すべりやすい屋内の床タイル等で
の基準値は決められていないが、道路用の舗装面の場合、東京都の指
針では濡れた状態で40BPNが一応の安全基準とされている。本発
明でもこの東京都の指針を参考にした。
耐腐食性 JIS R 4301(5.13)による塩水試験
5%の塩化ナトリウム水溶液(34±3℃)に約48時間浸し、そ
の後液から取り出して流水で洗い、試験体を室内に立てかけ、約2時
間してから、琺瑯面の錆の有無を目視にて調べた。
爪とび 釉薬を施釉し、焼成後、炉から取り出して自然冷却直後と、さらに
2日後の2回、目視にて釉薬の剥れを観察。いずれにも発生していな
い場合を「なし」とした。
実施例と同様の原料を用いて表2のように比較例を作成した。
比較例1及び比較例2は骨材を添加しない場合、耐磨耗性を示す磨耗減量は実施例の3倍と多く、対照例として取り上げた鋼材と比べて大きな違いがなかった。
比較例の3及び比較例4は骨材を添加した場合の添加量の限界を示すものであり、骨材の添加量が5%以下では骨材の効果が十分に発揮できず、300%を超えるとコーティング剤が鋼材と密着せず、焼成後に剥離してしまう。
比較例5から比較例7は骨材の種類について示したものである。骨材として目的の効果を出すためには所定の温度で焼成した時釉薬と反応せず、釉薬中に残っている必要がある。ガラス質のものは焼成によって溶融してしまい、本来の効果を発揮できなかった。
耐腐食性に関しては、この比較例ではすべて塩水試験で錆の発生がなかった。
爪とびは、骨材の入っていないものや、量の少ないものについてはSPCCを除きすべて発生した。
(1)琺瑯被膜膜の密着性からみて、無機質骨材粒子を含む釉薬が使用された鋼材はその形状が板状であれ管状であれすべて琺瑯処理が可能なことと、表面のショットブラストの有無も関連することが理解できる。
(2)表面の耐磨耗性及び耐滑り性は釉薬中における無機質骨材粒子の有無及び含有量に左右される。
(3)特に本発明の琺瑯ローラの場合、実施例と比較例の中でも磨耗量の比較が最重要項目となるが、この量については、実施例5では僅か2.8mm3が比較例では15.2〜18.0mm3もあり、さらに釉薬なしの場合との比較では、実に十倍近くもの開きとなっているのであるから、その分ローラの使用時間(寿命)が延び、ベルトコンベヤの作業能率が上がる。
(4)耐久性を調べるために本発明のローラを実際に製鉄所の焼結鉱搬送のコンベヤラインに設置し、90日間(1日24時間、90日連続)の稼動試験を行った。結果、この時点で部分的にはコーティング剤の磨り減ったところはあっても、最も磨り減った部分で尚且つ2.1mm程度の肉厚を残していた。
コーティングを施さない鋼材(3.1mm厚さ)ではすでに磨り減って耐用限界に達し交換が必要となっていた。鋼材厚みを考慮して推定すると、本発明のローラは鋼材のローラに対して少なくとも3倍以上の使用時間が可能になるものと考えられる。今回実施したコンベヤラインは製鉄所全体の中でも最も過酷な条件に属する場所であり、交換期間が延びたことは、作業能率を向上させる上で大きな貢献が期待できる。
2 一本ローラ
3 琺瑯被膜
4 鋼管
5 シャフト
6 ベアリングケース
7 ボールベアリング
8 内側シール
9 外側シール
10 内側スナップリング
11 外側止め輪
Claims (4)
- 粒径10〜500μmの珪砂、セルベン、アルミナ、ムライト、結晶化ガラス粉末、炭化珪素、雲母及び炭化ホウ素からなる群から選ばれる無機質骨材粒子を、硼珪酸系又は燐酸系釉薬100容量部あたり5〜300容量部の比率で含むスラリー状コーチング剤を施釉、焼成してなるガラス質焼成膜を管状鋼材表面に有するベルトコンベヤローラ。
- ガラス質焼成膜が、釉薬の熔融点以上、無機質骨材粒子の熔融点未満の温度で焼成して得られるものである請求項1に記載のベルトコンベヤローラ。
- ガラス質焼成膜が、500℃〜900℃で焼成して得られるものである請求項2に記載のベルトコンベヤローラ。
- 管状鋼材表面が、予めショットブラスト加工されたものである請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のベルトコンベヤローラ。
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