JP5778351B2 - 電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯鋼の表面に塗膜を塗布および成膜する技術に関し、より具体的には、電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法に関する。

現在、中国国内産業の急速な発展に伴い、電力に対する需要が大幅に増加している。環境保護のリクエストに応じて、国は、原子力発電、水力発電および太陽光発電への投資を徐々に増加している。大型の水力発電機または原子力発電機が、電磁鋼に、特に電磁鋼の絶縁性に対し、厳しく要求している。したがって、帯鋼表面に環境に優しくかつ極厚絶縁塗膜を塗布する技術を開発する必要がある。

現在、電磁鋼表面の極厚絶縁塗膜は、主にDupont、RembrandtinおよびKlutheなどの会社からの塗料を使用して形成される。通常、塗膜の塗布は、縦型のダブルローラ塗布機を使用する。使用された塗布ローラは、溝またはスロット付きローラであり、かつ、帯鋼の運動により回転される受動ローラである。製造ラインの速度が変動すると、膜厚の制御に不利な影響を与え、塗膜の膜厚精度が低くなる。さらに、溝付きローラにより製造された塗膜は、不均一になる傾向があるため、不均一な絶縁性をもたらし、積層の要求を満たせない。塗布された帯鋼を焼成する方法は、主に誘導加熱、熱風乾燥および赤外線加熱を含む。誘導加熱装置は、その設置が困難であり、かつ、帯鋼の幅方向における加熱が不均一であるため、塗膜に不均一な性質を与える。赤外線加熱および近赤外線加熱装置は、加熱の精度が高いが、設備の初期投資が膨大であり、かつ、処理手順が煩雑であり、生産コストの低減に寄与できない。

本発明の目的は、電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法を提供することである。電磁鋼表面の絶縁塗膜は、極厚でありかつ優れた性質を有する。塗膜の膜厚は、２〜１０μｍの間に均一である。また、塗膜は、優れた層間抵抗性能を有するため、大規模な水力発電、原子力発電に適している。

上記目的を達成するため、本発明は、以下の技術的解決策を採用する。
電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法は、１）塗布液を調合する工程を備える。

この工程において、０．１〜４時間の攪拌時間で塗布液を充分撹拌し、その後、塗布液を純水または溶媒で希釈することにより、塗布液の粘度を１０〜８０Ｓに確保する（ＤＩＮ４粘度カップを用いて測定する）。

極厚塗膜には、固形分が多くかつ粘度が高い（一般的には１００Ｓを超える）ため、塗布液の均一性を確保するために、まず調整可能な空気圧式攪拌機（回転数約１００〜１０００ｒｐｍ）で塗布液を約０．１〜４時間で充分撹拌し、次いで塗布液を希釈し、粘度計で粘度を測定する。

塗布液の粘度が低いと、塗布速度が速くなり、気泡も生成され易くなり、表面品質が影響される。逆に、塗布液の粘度が高いと、塗布液の平坦性に不利になり、条痕および塗落ちなどの欠陥が発生し易い。したがって、塗膜の塗布を帯鋼の速度に適切に合致させ、塗布液の平坦性および塗膜の均一性を確保するために、合理的な粘度を選択する必要がある。本発明の粘度は１０〜８０Ｓの範囲内にある。また、撹拌の際、塗布液に多数の気泡を生じさせることを避けるべきである。

本発明の塗布液は、主にDupont、RembrandtinおよびKlutheなどの会社からの製品を使用している。これらの塗布液は、基本的に無機成分と有機成分との混合物である。異なる会社の製品は、異なる固体成分を含むが、主にＢａＳＯ_４、ＣａＳＯ_４、ＣａＣＯ_３、ＴｉＯ_２、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、２−ブトキシエタノール、１−ブトキシ−２−プロパノール、カーボンブラック、ポリイソブチレン、およびｎ−ブタノールなどのうち、いくつかの成分からなる。

そのうち、ＢａＳＯ_４、ＣａＳＯ_４およびＣａＣＯ_３の含有量は、通常３０〜７０％であり、ＴｉＯ_２の含有量は、通常５〜１５％であり、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、２−ブトキシエタノールおよび１−ブトキシ−２−プロパノールの含有量は、通常１〜５％であり、その他の有機成分の含有量は、通常０．１〜１％である。

具体的な塗布液が市販の既存製品であるため、その詳細な説明は、省略する。
電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法は、２）帯鋼を塗布する工程を備える。

この工程において、ダブルローラ塗布機またはトリプルローラ塗布機を用いて塗布を行う。使用された塗布機に基づき、膜厚を調整する方法を決定する。たとえば、ローラの周速比、圧力および間隙などのパラメータを調整することにより、膜厚の均一性および精度を制御することができる。

トリプルローラ塗布機を使用する場合、トリプルローラ塗布機の３つのローラの周速比、液取ローラと塗布ローラとの間の圧力、および液取ローラと計量ローラとの間の間隙を設定することにより、塗膜の膜厚および塗膜の均一性を適時に調整することができる。好ましくは、液取ローラおよび塗布ローラの周速比は通常０．２〜１．２であり、液取ローラと塗布ローラとの間の圧力は０．ｌ〜１０ｋＰａであり、液取ローラと計量ローラとの間の間隙は６０〜１５０μｍである。

ダブルローラ塗布機を使用する場合、２つの液取ローラおよび塗布ローラの周速比、並びに液取ローラと塗布ローラとの間の圧力を設定することにより、塗膜の膜厚および塗膜の均一性を適時に調整することができる。好ましくは、液取ローラおよび塗布ローラの周速比は０．２〜１．５であり、液取ローラと塗布ローラとの間の圧力はｌ〜５０ｋＰａである。

電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法は、３）塗膜を焼成する工程を備える。
この工程において、本発明は、バーナーノズルを用いて加熱を行い、加熱された空気が縦型の循環送風器により循環され、帯鋼表面の湿潤塗膜を乾燥し硬化させ、塗膜に含まれる水分が蒸発され排気ファンにより大気に排気される。

湿潤塗膜から成膜される膜の特性によって、焼成工程において、塗膜の焼成は、３つの加熱および冷却段階で行われる。この３つの加熱および冷却段階は、乾燥段階と焼成段階と冷却段階とを含む。乾燥段階の温度は１００〜４００℃であり、焼成段階の温度は２００〜３７０℃であり、乾燥段階と焼成段階との合計時間は３３〜１４４秒であり、そのうち、乾燥段階の時間は９〜３９秒であり、焼成段階の時間は２４〜１０５秒であり、最終的に形成された塗膜の膜厚は、２〜１０μｍである。

電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法は、帯鋼を搬送する工程を含む。
塗布後のすべての乾燥段階および焼成段階において、本発明は、帯鋼と非接触する搬送装置を使用する。この搬送装置は、圧力調整可能な空気を吹付けることによって湿潤塗膜を有する帯鋼を浮揚させる。焼成炉内に設けられた搬送装置の浮揚効果によって、湿潤塗膜を有する帯鋼が硬化される前に加熱炉のローラと接触しないように保持され、湿潤塗膜の表面を無傷に確保する。空気の圧力は、０〜２０００Ｐａである。

電磁鋼表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法は、４)膜厚をオンライン検出する工程をさらに備える。

この工程において、本発明は、通常のオンライン検出方法を用いて帯鋼の上下両表面の膜厚を連続的検出し、膜厚をフィードバックする機能を有する。検出結果の膜厚を所望の膜厚と比較し、所望の膜厚を達成するように塗布機のパラメータを適時に調整することにより、膜厚の均一性を確保する。

本発明の製造方法によって製造された極厚絶縁塗膜は、均一な膜厚、高付着性、耐擦傷性および優れた電気絶縁性を有するため、大規模な水力発電、原子力発電に使用される電磁鋼に適用することができる。

本発明の主な特徴は、以下である。
１．極厚絶縁塗膜の塗布液の粘度は、１０〜８０Ｓであるため、優れた平坦性および塗布性を有する。

２．ダブルローラ塗布機またはトリプルローラ塗布機を用いて塗布を行い、使用された塗布機に基づき、塗膜の膜厚制御および調整方法を決定すれば、膜厚を精確に制御することができる。

３．直火バーナー加熱および熱風循環方式を用いて塗膜を形成する。異なる温度を有する加熱段階を設けることにより、優れた塗布性を確保する。塗膜の硬化時間を３３〜１４４秒に設定することにより、塗膜に優れた付着性および絶縁性を与える。

４．非接触方式の搬送装置を用いて帯鋼を搬送するため、塗膜表面を無傷に確保することができる。

５．環境に優しい塗膜の膜厚は、オンラインフィードバックで制御されるため、膜厚を効率的に監視することができ、膜厚の均一性を確保することができる。

本発明は、２μｍを超える膜厚を有する塗膜製品を連続的に生産することができるため、異なる膜厚および異なる特性の塗膜に対する異なるユーザからの需要を満たすことができる。

本発明の一実施形態の概略図である。 本発明の別の実施形態の概略図である。

発明の詳細な説明
以下、実施例とともに、本発明の方法をさらに説明する。

１．トリプルローラ塗布機を使用する場合
図１に示すように、液取ローラ２および塗布ローラ３を用いて、圧延および焼鈍により処理された電磁鋼の帯鋼１の上下表面に、粘度２７Ｓの塗布液をそれぞれ塗布する。塗布には、トリプルローラ塗布機が使用される。塗布ローラの周速比が０．４５であり、液取ローラ２の周速比が０．４１であり、液取ローラ２と計量ローラ４との間の間隙が１００μｍである。その後、帯鋼１を焼成炉５に移し塗膜を焼成する。塗膜を焼成するときに、乾燥段階５１と焼成段階５２と冷却段階５３とを含む三段式の加熱および冷却方法を使用する。具体的には、乾燥温度が３５０℃であり、焼成温度が３２０℃であり、硬化成膜時間が３５秒である。最終的に、上下表面において形成された塗膜は、５μｍの膜厚、ＧＴ０の付着性および９００Ω・lam（欧州規格）の層間抵抗を有し、優れた表面品質および均一な膜厚を有する。上記のパラメータが好ましい範囲から外れると、得られた塗膜の表面品質が低くなり、粉末落ち、付着不良、塗膜表面の不均一などの問題が生じる。

他の実施例は、表１に示される。

２．ダブルローラ塗布機を使用する場合
図２に示すように、液取ローラ２および塗布ローラ３を用いて、圧延および焼鈍により処理された電磁鋼の帯鋼１の上下表面に、粘度３０Ｓの塗布液をそれぞれ塗布する。塗布には、ダブルローラ塗布機が使用される。塗布ローラの周速比が０．４８であり、液取ローラ２の周速比が０．４０であり、液取ローラと塗布ローラとの間の圧力はである。その後、帯鋼１を焼成炉５に移し塗膜を焼成する。塗膜を焼成するときに、乾燥段階５１と焼成段階５２と冷却段階５３とを含む三段式の加熱および冷却方法を使用する。具体的には、乾燥温度が１００℃であり、焼成温度が２２０℃であり、硬化成膜時間が７２秒である。最終的に、上下表面において形成された塗膜は、５μｍの膜厚、ＧＴ０の付着性および９００Ω・lam（欧州規格）の層間抵抗を有し、優れた表面品質および均一な膜厚を有する。上記のパラメータが好ましい範囲から外れると、得られた塗膜の表面品質が低くなり、粉末落ち、付着不良、塗膜表面の不均一などの問題が生じる。

他の実施例は、表２に示される。

本発明は、大規模な水力発電機、原子力発電機、および、その他の高絶縁性を要求する電動機に使用される電磁鋼の表面の塗布に適用されることができる。

Claims (6)

1. 電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法であって、
   １）塗布液を調合する工程を備え、
   この工程において、０．１〜４時間の攪拌時間で塗布液を充分撹拌し、その後、塗布液の初期粘度によって、純水または溶媒で塗布液を希釈することにより、塗布液の粘度を１０〜８０Ｓに確保し、
   ２）帯鋼を塗布する工程を備え、
   この工程において、ダブルローラ塗布機を用いて、順方向塗布と逆方向塗布との２種類の塗布方式で帯鋼の上下表面を塗布し、
   ダブルローラ塗布機において、液取ローラの周速比および塗布ローラの周速比がともに０．２〜１．５であり、液取ローラと塗布ローラとの間の圧力がｌ〜５０ｋＰａであり、
   ３）塗膜を焼成する工程を備え、
   この工程において、バーナーノズルを用いて加熱を行い、加熱された空気が縦型の循環送風器により循環され、帯鋼表面の湿潤塗膜を乾燥し硬化させ、
   塗膜を焼成する工程は、乾燥段階と焼成段階と冷却段階とを含む三段階で行われ、乾燥段階の温度が１００〜４００℃であり、焼成段階の温度が２００〜３７０℃であり、乾燥段階と焼成段階との合計時間が３３〜１４４秒であり、そのうち、乾燥段階の時間が９〜３９秒であり、焼成段階の時間が２４〜１０５秒であり、最終的に膜厚２〜１０μｍの塗膜を形成し、
   焼成工程において、塗布後の帯鋼は、非接触の方法で、圧力調整可能な空気を帯鋼の下面に吹付けることによって帯鋼を浮揚させる方法で搬送され、帯鋼の厚さによって空気の圧力が１〜２０００Ｐａの間に調整可能であり、湿潤塗膜の表面を無傷に確保するため、湿潤塗膜が硬化される前に加熱炉のローラと接触しない、電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法。
2. ４)膜厚をオンライン検出する工程をさらに備え、
   この工程において、通常のオンライン検出方法を用いて帯鋼の上下両表面の膜厚を連続的検出し、検出結果の膜厚を所望の膜厚と比較し、所望の膜厚を達成するように塗布機を適時に調整することにより、膜厚の均一性を確保する、請求項１に記載の電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法。
3. １）塗布液を調合する工程において、粘度を調整するための溶媒は、エチレングリコールモノブチルエーテル、またはエチレンブチルを含む、請求項１に記載の電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法。
4. 電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法であって、
   １）塗布液を調合する工程を備え、
   この工程において、０．１〜４時間の攪拌時間で塗布液を充分撹拌し、その後、塗布液の初期粘度によって、純水または溶媒で塗布液を希釈することにより、塗布液の粘度を１０〜８０Ｓに確保し、
   ２）帯鋼を塗布する工程を備え、
   この工程において、トリプルローラ塗布機を用いて、順方向塗布と逆方向塗布との２種類の塗布方式で帯鋼の上下表面を塗布し、
   トリプルローラ塗布機において、液取ローラ周速比および塗布ローラの周速比がともに０．２〜１．２であり、液取ローラと塗布ローラとの間の圧力が０．ｌ〜１０ｋＰａであり、液取ローラと計量ローラとの間の間隙が６０〜１５０μｍであり、
   ３）塗膜を焼成する工程を備え、
   この工程において、バーナーノズルを用いて加熱を行い、加熱された空気が縦型の循環送風器により循環され、帯鋼表面の湿潤塗膜を乾燥し硬化させ、
   塗膜を焼成する工程は、乾燥段階と焼成段階と冷却段階とを含む三段階で行われ、乾燥段階の温度が１００〜４００℃であり、焼成段階の温度が２００〜３７０℃であり、乾燥段階と焼成段階との合計時間が３３〜１４４秒であり、そのうち、乾燥段階の時間が９〜３９秒であり、焼成段階の時間が２４〜１０５秒であり、最終的に膜厚２〜１０μｍの塗膜を形成し、
   焼成工程において、塗布後の帯鋼は、非接触の方法で、圧力調整可能な空気を帯鋼の下面に吹付けることにより帯鋼を浮揚させる方法で搬送され、帯鋼の厚さによって空気の圧力が１〜２０００Ｐａの間に調整可能であり、湿潤塗膜の表面を無傷に確保するため、湿潤塗膜が硬化される前に加熱炉のローラと接触しない、電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法。
5. ４)膜厚をオンライン検出する工程をさらに備え、
   この工程において、通常のオンライン検出方法を用いて帯鋼の上下両表面の膜厚を連続的検出し、検出結果の膜厚を所望の膜厚と比較し、所望の膜厚を達成するように塗布機を適時に調整することにより、膜厚の均一性を確保する、請求項４に記載の電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法。
6. １）塗布液を調合する工程において、粘度を調整するための溶媒は、エチレングリコールモノブチルエーテル、またはエチレンブチルを含む、請求項４に記載の電磁鋼の表面に極厚絶縁塗膜を製造する方法。