JP6295834B2

JP6295834B2 - 液体塗布装置

Info

Publication number: JP6295834B2
Application number: JP2014111007A
Authority: JP
Inventors: 岡本　浩一; 浩一岡本; 良之黒岩
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: JP2015224375A

Description

本発明は、鋼管の外周面に液体を塗布する液体塗布装置に関する。

鋼管外周面の特性を向上させるため、鋼管外周面に液体を塗布することが一般的に行われている。その一例として、樹脂被覆鋼管における下地処理としての化成処理が挙げられる。

外周面が樹脂で被覆された樹脂被覆鋼管は、高い防食性を有する。そのため、樹脂被覆鋼管は、原油用ラインパイプ、都市ガス供給管、プラント配管、水道用配管等に広く用いられている。これらの用途では、高い防食性を維持する必要があるため、鋼管外周面に被覆された樹脂には高い密着性が要求される。そのため、従来から樹脂を被覆する前に鋼管外周面に下地処理として化成処理が施されている。

例えば特開平９−２０１９０２号公報（特許文献１）および実公平３−１８５０２号公報（特許文献２）には、樹脂の密着性を向上させるため、下地処理としての化成処理としてクロメート処理を施す方法が記載されている。

特許文献１には、クロメート処理剤塗布装置の処理室内を通過する鋼管の上方のノズルからクロメート処理液をシャワーとして過剰に散布し、処理室の出口に配置されたしごき部材によって、鋼管の表面をしごいてクロメート処理層の表面性状を均一にする方法が記載されている。

特許文献２には、鋼管を周方向に回転させながら長手方向に搬送（スキュー搬送）し、その際に鋼管の表面に、ロールコーターを用いてクロメート処理液を螺旋状に塗布する方法が記載されている。

また、特開２００９−２５６６９９号公報（特許文献３）には、化成処理液を鋼板に塗布する方法として、ロールコーターを用いる方法が記載されている。クロメート処理液に含有される六価クロムが環境規制の対象であるため、特許文献３にはクロメート処理液に代わる化成処理液として、環境規制の制約のないものを使用する方法が記載されている。

特開平９−２０１９０２号公報実公平３−１８５０２号公報特開２００９−２５６６９９号公報

特許文献１に記載の方法ではクロメート処理液を鋼管表面に塗布する液量よりも大量に散布するため、クロメート処理液を大量に使用する。しかし、クロメート処理液は空気中での安定性に優れており、鋼管から垂れ落ちたクロメート処理液は回収し、循環して利用することができる。このため、特許文献１に記載の方法ではクロメート処理液を高い歩留まりで使用することができる。

ところが、クロメート処理液に代わる化成処理液（以下「代替化成処理液」という。）には、空気中での安定性がクロメート処理液よりも劣るものが多い。代替化成処理液の塗布方法として、クロメート処理液と同様に循環使用を適用すると、空気との接触による液の劣化が著しく進行する。そのため、代替化成処理液は循環使用できない。一方、代替化成処理液の使用量を最小限とするために、代替化成処理液を必要量だけ滴下すると、搬送される鋼管が左右方向に振動した場合に鋼管の上方から滴下した代替化成処理液が鋼管の両側に垂れ落ちず、鋼管外周面の一方に代替化成処理液の塗り残しが生じるという問題がある。

特許文献２および３に記載の方法のように、ロールコーターで化成処理液を塗布する方法では、必要最小限の量の化成処理液を塗布することができる。このため、化成処理液を高い歩留まりで使用することができる。しかし、鋼管にロールコーターで化成処理液を塗布する場合、装置が複雑となるという問題がある。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成であって、化成処理液等の液体を、高い歩留まりで安定して均一に鋼管外周面に塗布することができる、液体塗布装置を提供することを目的とする。

本発明の液体塗布装置は、鋼管の外周面に液体を塗布する液体塗布装置であって、前記鋼管を長手方向に沿って搬送する搬送ローラと、前記鋼管を通すための貫通孔、および前記貫通孔の最上部から前記貫通孔の外側方向に向かう溝を表面に有する弾性体で構成された塗布部材と、前記塗布部材の前記溝に挿入された給液チューブと、前記給液チューブに液体を供給するポンプと、を備える。

上記の液体塗布装置において、前記塗布部材はポリウレタンからなるスポンジが好ましい。前記液体は、化成処理液または防錆剤とすることができる。化成処理液は、例えば、炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液とすることができる。

本発明の液体塗布装置によれば、簡単な構成の装置によって、液体を高い歩留まりで鋼管外周面に安定して均一に塗布することができる。

図１は、本発明の液体塗布装置の部分構成図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。

図１は、本発明の液体塗布装置の部分構成図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。同図（ｂ）には、鋼管も併せて示した。本発明の液体塗布装置は、塗布部材１および給液チューブ４を備える。

塗布部材１は弾性体からなり、鋼管６を通すための貫通孔２を有する。塗布部材１は、垂直に配置され、一方の表面に、貫通孔２の最上部から貫通孔２の外側方向に向かう溝３を有する。塗布部材１は、溝３が設けられた面が鋼管搬送方向上流側となるように配置される。

貫通孔２の内径は、鋼管６の外径以下とする。これにより、塗布部材１は、貫通孔２の全周において弾性的に鋼管６の外周全体と接触する。貫通孔２の内径の下限は、塗布部材１の伸びを考慮して設定するため、塗布部材１の材質によって異なる。例えば塗布部材１が発泡ポリウレタンからなるスポンジであり、鋼管６の外径が６０ｍｍである場合、貫通孔２の内径の下限は、これより１０ｍｍ程度小さい５０ｍｍとすることが好ましい。

塗布部材１の表面に設けられた溝３の上部には、液体を供給する給液チューブ４の一端が挿入され、固定される。給液チューブ４のもう一方の端部は液体を収容する容器５に接続される。

液体塗布装置は、図示しないポンプを備える。ポンプは、容器５と給液チューブ４との間に配置される。ポンプは、所定量の液体を逐次給液チューブ４に供給することが可能である。必要な液体の量に応じて、複数の給液チューブ４を溝３に挿入し、各給液チューブ４にポンプを配置してもよい。

液体塗布装置は、図示しない搬送ローラを備える。搬送ローラは、塗布部材１の鋼管搬送方向上流側および下流側に配置される。鋼管６の搬送は、この搬送ローラを用いて行い、鋼管６の長手方向に沿って搬送する。

鋼管外周面に液体を塗布する際には、図１（ｂ）に示すように、鋼管６を水平に長手方向に沿って搬送し、塗布部材１の貫通孔２に鋼管６を通過させる。その際、給液チューブ４から塗布部材１の溝３に液体を注入しながら、貫通孔２に鋼管６を通過させる。注入された液体は、溝３を伝って貫通孔２の最上部に到達し、鋼管６の外周面と貫通孔２との間に形成される微小な隙間による毛細管現象により、貫通孔２の全周に供給される。鋼管６は、外周全体が貫通孔２の全周に接触するため、鋼管６の外周面全体に液体を均一に塗布することができる。このとき、液体の注入量を必要最小限とすることにより、液体を高い歩留まりで鋼管６の外周面全体に塗布することができる。液体の注入量は、鋼管の径および搬送速度によって異なるが、例えば、外径６０ｍｍの鋼管を１０ｍ／ｍｉｎ程度の速度で搬送する場合には１００〜２００ｍＬ／ｍｉｎが好ましく、外径４００ｍｍの鋼管を２ｍ／ｍｉｎ程度の速度で搬送する場合には２００〜３００ｍＬ／ｍｉｎが好ましい。

液体の容器５およびポンプは、気密性の高いものとすることが好ましい。液体が空気に触れると特性が変化しやすいものであっても、液体の特性の変化を最小限に抑制できるからである。そのため、さらに液体の歩留まりを向上させることができる。気密性の高いポンプとしては、定量チュービングポンプが挙げられる。定量チュービングポンプは、高い精度で液体の注入量を制御できるため、過不足なく液体を注入することができる。

鋼管６と貫通孔２を同心となるように配置することにより、鋼管６の外周に接触する塗布部材１の応力を鋼管６の外周全体にわたって一定とすることができ、液体をより均一に塗布することができる。

給液チューブ４は、塗布部材１を構成する弾性体と同程度またはそれよりも高い柔軟性を有するものとすることが好ましく、例えば、シリコーン製チューブを用いることができる。給液チューブ４を柔軟性を有するものとすることにより、貫通孔２を通過する鋼管６が振動しても、塗布部材１および給液チューブ４が鋼管６に追従するため、安定して鋼管６の外周面に液体を塗布することができる。

塗布部材１に設ける溝３は、塗布部材１の表面に切り込みを入れただけのものであっても、多少の幅を有するものであってもよい。溝３の幅Ｗは、１ｍｍ以下が好ましい。溝３の深さＤは、塗布部材１の厚さＴの１０〜３０％が好ましい。塗布部材１の厚さＴは３０〜８０ｍｍが好ましい。

溝３の長さＬには、特に制限はない。しかし、溝３が長すぎると、溝３の上部に挿入された給液チューブ４から供給された液体の流動が不安定になるおそれがある。一方、溝３が短すぎると、搬送される鋼管６が上下方向に振動した際に、給液チューブ４と鋼管６とが接触し、液体の塗布状態に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、溝３の長さＬは１０〜５０ｍｍが好ましい。

塗布部材１には、貫通孔２の最上部の溝３に加えて、さらに追加の溝を設けてもよい。追加の溝を設け、それぞれの溝に給液チューブを挿入し、液体を供給することにより、鋼管６の外径が大きい場合のように多量の液体を塗布する必要がある場合にも、鋼管６の外周面に均一に液体を塗布することができる。追加の溝は、溝３と同じ面に、溝３に対して鋼管搬送方向左右対称に設けることが好ましい。

塗布部材１は、鋼管搬送方向に沿って複数配置してもよい。この場合、それぞれの塗布部材１の溝３に給液チューブ４を挿入する。塗布部材１を複数配置することにより、液体をより均一に塗布することができる。

塗布部材１を構成する弾性体は、ポリウレタンからなるスポンジとすることが好ましい。塗布部材１をスポンジとすることにより、給液チューブ４から溝３に供給された液体は、スポンジの表面を伝うのみならず、その一部は一旦スポンジに吸収され、スポンジ内を経て貫通孔２の周縁まで伝い、鋼管６の外周面に塗布される。スポンジは、ゴム等と異なり内部に液体を保持できるため、液体を余分に供給した場合でも鋼管６よりも下に垂れ落ちる液体を低減することができ、液体の歩留まりを向上させることができる。

鋼管６の外周面に塗布する液体としては、鋼管６に樹脂を被覆する前に鋼管６の外周面の下地処理に用いられる化成処理液を適用することができる。化成処理液としては、例えば炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液が挙げられる。炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液は、環境規制の対象ではないため、炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液を化成処理液として用いることにより、環境への負荷の小さい樹脂被覆鋼管を得ることができる。炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液は、炭酸ジルコニウムアンモニウムの含有率が金属ジルコニウム換算濃度で０．０５〜１０．００質量％であることが好ましい。

炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液は、空気中での安定性がクロメート処理液と比較して低い。しかし、本発明の液体塗布装置によれば、空気との接触を最小限とすることができるため、高い歩留まりで長期間にわたって安定して鋼管外周面に塗布することができる。

炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液の空気中での安定性が低い理由は、空気中の二酸化炭素によって炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液のｐＨが低下して、溶解しているイオンが沈殿することによると考えられる。

また、鋼管６の外周面に塗布する液体は、防錆剤とすることができる。本発明の液体塗布装置によれば、高い歩留まりで防錆処理を施した鋼管を得ることができる。

本発明の液体塗布装置の効果を確認するため、以下の試験を行い、その結果を評価した。

１．試験条件
液体塗布装置として、前記図１に示す構成の装置を使用した。使用した塗布部材は１枚とした。使用した鋼管は表１に示す試験番号１および２の２種類とした。各鋼管の外周面はあらかじめブラスト処理を施した。各試験番号の鋼管の寸法およびブラスト処理後の外周面の粗さ（十点平均粗さ）は表１に示す通りとした。

塗布部材に使用した弾性体は、試験番号１および２のいずれも軟質ポリウレタン発泡体（ポリエーテルポリオール系ウレタン樹脂）からなるスポンジとした。この軟質ポリウレタン発泡体の特性は以下の通りである。
見掛け密度：２０±１．５ｋｇ／ｍ³、
４０％硬さ：１００±２０Ｎ／３１４ｃｍ²、
２５％硬さ：９０±２０Ｎ／３１４ｃｍ²、
引張強度：７０ｋＰａ以上、
伸び率：１５０％以上、
引裂強度：４Ｎ／ｃｍ以上、
反発弾性：４０％以上、
圧縮残留歪（新）：１０％以下、
圧縮残留歪（旧）：５％以下、
繰返圧縮残留歪み：５％以下。

試験番号１および２の塗布部材の厚さ、貫通孔の内径、溝の深さおよび溝の長さは、表１に示す通りとした。

これらの鋼管および塗布部材を用い、表１に示す鋼管搬送速度および液体注入速度で液体の塗布試験を行った。塗布する液体は、炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液（炭酸ジルコニウムアンモニウムの含有率：３．０質量％）とした。

２．試験結果
液体の塗布状態は、目視で確認し、認識可能なむらがない場合に良好と判断した。塗布試験の結果、試験番号１および２のいずれも、視認可能なむらはなく、鋼管外周面への液体の塗布状態は良好であった。

１：塗布部材、２：貫通孔、３：溝、４：給液チューブ、５：容器、６：鋼管

Claims

鋼管の外周面に液体を塗布する液体塗布装置であって、
前記鋼管を水平に長手方向に沿って搬送する搬送ローラと、
前記鋼管を水平に長手方向に通すための貫通孔、および前記鋼管の長手方向に対して垂直な断面から見た場合の前記貫通孔の１２時の位置である最上部から前記貫通孔を前記鋼管の長手方向に対して垂直な断面から見た場合の上側方向に向かう溝を前記鋼管の搬送方向の上流側の表面に有する弾性体で構成された塗布部材と、
前記塗布部材の前記溝に挿入され、前記溝に前記液体を供給する給液チューブと、
前記給液チューブに前記液体を供給するポンプと、を備える液体塗布装置。
請求項１に記載の液体塗布装置において、
前記塗布部材はポリウレタンからなるスポンジである、液体塗布装置。
請求項１または２に記載の液体塗布装置において、
前記液体が化成処理液である、液体塗布装置。
請求項３に記載の液体塗布装置において、
前記化成処理液が炭酸ジルコニウムアンモニウムを主成分とする水溶液である、液体塗布装置。
請求項１または２に記載の液体塗布装置において、
前記液体が防錆剤である、液体塗布装置。