JP2008285710A - 酸洗方法および酸洗装置 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な操作をせずに且つ低コストで、鋼材の表面に付着したスケールを除去する酸洗処理に際し、ＮＯ_Ｘガスの発生を確実に防止ないし抑制できる酸洗方法、およびこれに用いる酸洗装置を提供する。
【解決手段】脱スケールすべき鋼材Ｍを少なくとも硝酸を含む酸洗液Ｌに浸漬して酸洗する方法であって、係る酸洗液Ｌの温度を２８℃以下に保つ、酸洗方法。また、硝酸を含み且つ上記鋼材Ｍを浸漬させる酸洗液Ｌが入れられた液槽２と、係る液槽２中の酸洗液Ｌを冷却するための熱交換器６および冷却ユニット１０からなる冷却手段と、を備えている、酸洗装置１も含まれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼材の表面に付着したスケール（酸化物）を除去する酸洗に際し、ＮＯ_Ｘガスの発生を防止ないし抑制できる酸洗方法および酸洗装置に関する。

熱間圧延などの熱間加工により製造された棒鋼、鋼線、平板などの鋼材の表面に付着したスケール（酸化物）を除去する脱スケールは、効率上の観点から一般には、硝酸などの酸性液中に上記鋼材を浸漬する酸洗処理によって行われている。係る酸洗時には、硝酸（ＨＮＯ_３）と２価鉄との過剰な反応などによって、環境上有害なＮＯ_Ｘガスが発生することがある。
上記酸洗時におけるＮＯ_Ｘガスの発生を抑制するため、硝酸を用いた酸洗液中のＦｅ^３＋／Ｆｅ^２＋比とＨＮＯ_３濃度との関係を、数式で示す一定の範囲に維持する酸洗液からのＮＯ_Ｘガス発生抑制方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１６８５８６号公報 （第１〜４頁、図１）

しかしながら、前記ＮＯ_Ｘガス発生抑制方法では、酸洗液中のＦｅ^３＋／Ｆｅ^２＋比およびＨＮＯ_３濃度を常に測定し、係る比および濃度を特定の数式に順次適用し、且つ逐次算出する必要がある。このため、上記Ｆｅ^３＋／Ｆｅ^２＋比とＨＮＯ_３濃度との測定や、これら測定値の数式への適用および算出を行うべく、精緻で高価な計測装置や演算装置が必要となると共に、算出値が一定の範囲を外れた場合には、酸洗液に過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）などの酸化剤を添加するという煩雑な操作が必要となる、問題点があった。
更に、酸洗液のうち硝酸液を入れ替える際に、適量の尿素を添加することにより、ＮＯ_Ｘガスを無害な水と窒素（Ｎ_２）とに分解する方法も提案されているが、やはり尿素を添加するという煩雑な操作が必要となる、という問題点があった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、煩雑な操作をすることなく且つ低コストで、鋼材の表面に付着したスケールを除去する酸洗処理に際し、ＮＯ_Ｘガスの発生を確実に防止ないし抑制できる酸洗方法、およびこれに用いる酸洗装置とを提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、発明者らによる各種の試験を行った結果、鋼材を酸洗するための酸洗液の温度を一定温度以下に保つことによって、ＮＯ_Ｘガスの発生を確実に防止ないし抑制可能となる知見を基に得られたものでる。
即ち、本発明の酸洗方法（請求項１）は、脱スケールすべき鋼材を少なくとも硝酸を含む酸洗液に浸漬して酸洗する方法であって、係る酸洗液の温度を２８℃以下に保つ、ことを特徴とする。

これによれば、酸洗すべき鋼材と酸洗液中の硝酸との反応熱や、外部から酸洗液への入熱を受ける実操業時においても、酸洗液の温度を２８℃以下に保つという、比較的簡単で且つ容易な操作によって、鋼材表面のスケールを除去する酸洗時において、ＮＯ_Ｘガスの発生を確実に防止ないし抑制することが可能となる。
尚、前記酸洗液の温度範囲は、２３〜２８℃、望ましくは２５〜２８℃である。
また、前記鋼材には、普通鋼、特殊鋼、またはステンレス鋼からなり、熱間圧延または温間圧延（引抜き）されたコイル形状の鋼線、または直線形などの棒鋼や、熱間鍛造または温間鍛造された鍛造材などが含まれる。
更に、前記酸洗液には、硝酸のほか、弗酸を更に添加した水溶液が含まれる。

一方、本発明の酸洗装置（請求項２）は、脱スケールすべき鋼材を酸洗する装置であって、少なくとも硝酸を含み、且つ上記鋼材を浸漬させる酸洗液が入れられた液槽と、係る液槽中の酸洗液を冷却する冷却手段を含む、ことを特徴とする。
これによれば、硝酸を含み且つ鋼材を浸漬させる液槽中の酸洗液を、冷却手段により冷却することで、上記酸洗液の温度を常に２８℃以下に低コストで且つ確実に維持することができる。従って、鋼材を脱スケールする酸洗時において、ＮＯ_Ｘガスの発生を確実に防止ないし抑制可能にすることができる。
尚、前記冷却手段は、例えば、液槽中の酸洗液を循環させて熱交換する熱交換器と、係る熱交換器との間での冷媒を循環させる冷却ユニットとからなり、液槽中の酸洗液を熱交換器に循環させて順次熱交換すると共に、係る熱交換器の冷媒を、冷却ユニットとの間で循環させて冷却するものが挙げられる。係る冷却ユニットには、ヒートポンプを有する冷却器や冷凍機などが含まれる。

更に、本発明には、前記酸洗液の温度を検出する測温手段と、係る測温手段が検出する液温に応じて、前記冷却手段の冷却能力を調整するフィードバック手段とを、更に備えている、酸洗装置（請求項３）も含まれる。
これによれば、酸洗液に浸漬する鋼材の量に基づく反応熱量の変化や、季節変動による外部からの入熱量の変化が生じた場合でも、測温手段によって検出された酸洗液の温度に基づき、フィードバック手段によって、熱交換器の冷却能力および冷却ユニットの冷却能力の一方または双方を調整することで、酸洗液の温度を２８℃以下に、人手を殆ど要することなく、ほぼ自動的に戻して維持することができる。

尚、前記冷却手段の冷却能力を調整することは、例えば、冷却手段の前記熱交換器および冷却ユニットの冷却能力の少なくとも一方を高めることである。
また、前記測温手段には、例えば、耐酸性の温度センサが含まれ、前記フィードバック手段には、例えば、コントローラまたはパソコンが含まれる。
更に、前記「調整する」とは、上記熱交換器への酸洗液の循環速度や、係る酸洗液を冷却する冷媒の供給量および供給速度を変更したり、上記冷却ユニットにおけるコンプレッサ（圧縮器）の回転速度を変更することなどを指している。
付言すれば、酸洗液の液温を温度計で測定し、係る液温が２８℃超である場合、人手によって、例えば、冷却ユニットの冷却能力を調整することも可能である。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の酸洗装置１を示す概略図である。
係る酸洗装置１は、図１に示すように、酸洗液Ｌが入れられた液槽２と、係る酸洗液Ｌを循環させつつ熱交換する熱交換器６と、係る熱交換器６との間で冷媒を循環させる冷却ユニット１０と、を含んでいる。上記熱交換器６と冷却ユニット１０とは、本発明の冷却手段を構成している。
所定量の硝酸および弗酸が添加された酸洗液Ｌが充填されている液槽２には、例えば、直径約１〜数ｃｍで且つコイル状に巻き付けた線材（鋼材）Ｍが、その槽壁３の開口部から酸洗液Ｌ中に浸漬可能とされている。係る線材Ｍは、その中空部に支持枠Ｆの水平片を挿入することによって、係る支持枠Ｆと共に昇降および水平移動可能とされている。

尚、前記線材Ｍは、例えば、工具鋼またはステンレス鋼からなり、例えば、インゴット鋳造された鋳塊に対し、熱間鍛造および熱間圧延を施したもので、その表面全体には、２価鉄を含むスケール（酸化物）が膜状に生成されている。
図１に示すように、液槽２の槽壁３には、液槽２中の酸洗液Ｌを排出する排液管４と、液槽２中に酸洗液Ｌを供給する給液管５とが貫通している。係る排液管４と給液管５とは、熱交換器６のタンク７内に配置された螺旋形状を呈する熱交換管８の両端に個別に接続されている。
尚、上記排液管４および給液管５の少なくとも一方には、液槽２と熱交換管８との間で酸洗液Ｌを循環させるためのポンプ（図示せず）が取り付けられている。また、上記熱交換器６のタンク７は、外部と断熱可能な構造を有している。

熱交換器６のタンク７には、冷却ユニット１０内の冷媒タンク１１との間で、冷媒を循環させるための供給管１２および排出管１３が接続され、これらの一方にはポンプ（図示せず）が取り付けられている。冷却ユニット１０内には、図示しないヒートポンプを含む冷却器Ｃが配置され、図１中の上下２つの矢印１４，１５で示すように、冷媒タンク１１との間で、所定の温度に冷却した冷媒を循環可能とされている。尚、上記冷媒には、非フロン系ガスが用いられている。

図１に示すように、液槽２内の酸洗液Ｌには、温度センサ（測温手段）１６が浸漬され、これにより検出された液温を電気信号に変換した後、係る液温の信号が２８℃以下に設定された設定温度（目標温度／しきい値）であるか否かをコントローラ１７で判別する。例えば、液温が上記設定温度を超えている場合、コントローラ１７は、液温を設定温度以下に冷却するため、信号ｆ１を冷却器Ｃの制御器１８に対して発信する。係る制御器１８は、冷却器Ｃに対して信号ｆ２を発信し、そのヒートポンプにおけるコンプレッサ（図示せず）回転数を高めさせることで、冷媒の温度を低下させる。尚、上記コントローラ１７と制御器１８とは、本発明のフィードバック手段を構成している。

酸洗装置１において、液槽２内の酸洗液Ｌは、熱交換器６との間で循環されることで、冷媒と熱交換されて冷却されるため、常に２８℃以下に保たれ、熱交換器６で熱交換されて昇温した冷媒は、冷媒タンク１１を介して、冷却器Ｃのヒートポンプを循環することにより、所定の温度以下に冷却される。
図１に示すように、液槽２の酸洗液Ｌ中に線材Ｍを浸漬すると、酸洗液Ｌ中の硝酸や弗酸と、線材Ｍの表面に付着しているスケールの２価鉄などとが、反応して反応熱を生じるため、酸洗液Ｌの温度が上昇する。また、液槽２の開口部から外部の輻射熱などが酸洗液Ｌに伝達されることによっても、係る酸洗液Ｌの温度上昇を招くことがある。

次述するように、酸洗液Ｌの温度が２８℃を越えた場合、突発的ないし不規則的にＮＯ_Ｘガスが発生することが、発明者らによる実験によって、経験的に明らかになっている。そこで、温度センサ１６により、酸洗液Ｌの温度が２８℃を越えたことが検出された場合には、前記信号ｆ１，ｆ２と制御器１８とを介して、冷却器Ｃの冷却能力を高めるように調整する。その結果、液槽２内に酸洗液Ｌの温度を２８℃以下の温度域に自動的に復帰させると共に、係る温度域に保つことができる。
従って、以上のような酸洗装置１によれば、従来のように過酸化水素などの酸化剤や尿素を添加するなどの煩雑な操作を行うことなく、ＮＯ_Ｘガスの発生を防止して、線材Ｍの酸洗を容易で安全に且つ低コストで行うことが可能となる。

ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなり、熱間圧延された直径２ｃｍで且つ同じ寸法のコイル状に巻き付けた重量が１トンである線材Ｍを複数個用意した。
係る線材Ｍの脱スケールに必要な量の硝酸および弗酸を添加した酸洗液Ｌを、前記液槽２に入れて、その液温を２３℃〜３５℃の範囲で変化させた。しかも、同じ液温において、当初の酸洗液Ｌを用いて線材Ｍを酸洗した場合と、既に別の線材Ｍを１回ないし複数回にわたり酸洗した酸洗液Ｌを用いて線材Ｍを酸洗した場合ごととに分けて、複数個の線材Ｍを個別に酸洗した。尚、酸洗液Ｌに対する各線材Ｍの密度（ρ）は、全ての線材Ｍで共通とした。
各酸洗時ごとにおいて、ＮＯ_Ｘガスが発生した否かを、酸洗液Ｌの液面から排出される色彩（黄色）の有無、およびガスセンサの双方によって判定した。

それらの結果を、図２のグラフに示した。尚、図２のグラフの縦軸は、酸洗時ごとにおける酸洗液Ｌ中に含まれていた２価鉄の濃度（％）を示し、これが０％の酸洗液Ｌは、初めて酸洗を行ったものであり、０．５％から１．０％に上昇するに連れて、２回目ないしそれ以上の回数で酸洗を行ったものである。
図２のグラフによれば、酸洗液Ｌの温度が２３℃〜２８℃の温度範囲で、前記線材Ｍを酸洗した実施例では、２価鉄の濃度が０〜１．０％の何れであっても、何れもＮＯ_Ｘガスの発生が確認されなかった。

一方、酸洗液Ｌの温度が２８．５℃〜３５℃の温度範囲で、前記線材Ｍを酸洗した比較例では、液温が２９℃で且つ２価鉄の濃度が０．５％、液温が３１℃で且つ２価鉄の濃度が０．８％、および、液温が３５℃で且つ２価鉄の濃度が０．７％であった３つの酸洗時において、ＮＯ_Ｘガスの発生が確認された。
係る結果によれば、酸洗液Ｌの温度を少なくとも２８℃以下に保つことで、硝酸イオンと２価鉄との反応が何らかの理由により抑制されるため、ＮＯ_Ｘガスの発生を防ぐことができた、ものと推定される。一方、図２のグラフ中でハッチングによって示した酸洗液Ｌの温度が２８℃を越える２８．５℃以上の温度帯は、ＮＯ_Ｘガスが発生し得る危険領域である、と推定することも可能である。

前記ＮＯ_Ｘガスが発生する原因ないしメカニズムに対する学術的ないし金属化学的なアプローチは、今後の研究に委ねざるを得ないところである。
しかしながら、前記実施例により、少なくとも硝酸および弗酸を所要量ずつ添加された酸洗液Ｌ中で、表面にスケールを有する鉄系の金属を酸洗する酸洗処理では、上記酸洗液Ｌの温度を２８℃以下に保って行うことで、ＮＯ_Ｘガスの発生を防ぐことができるか、少なくともかなり抑制することが可能となる。係る実施例の結果、本発明の酸洗方法が、環境上の観点から有用であり、且つ実操業の観点から望ましいことが判明した。
以上のような実施例によって、本発明の酸洗方法の優位性が容易に理解されよう。しかも、係る酸洗方法を実施するには、本発明の前記酸洗装置１を用いることが、実用的で且つ低コストであることも、容易に理解されるところである。

本発明は、以上において説明した実施の形態および実施例に限定されない。
例えば、本発明において酸洗すべき鋼材には、棒鋼、各種の異形断面に熱間圧延された鋼製の圧延材、あるいは、熱間鍛造された鋼製の鍛造材などが含まれる。
また、酸洗液Ｌを入れる液槽２は、酸洗によって線材Ｍなどのスケールから溶出する２価鉄などの鉄分を除去するため、前記槽壁３の一部に磁気フィルタを取り付けるようにした形態としても良い。
更に、酸洗装置１に用いる冷却手段の熱交換器は、前記熱交換器６に限らず、耐食性に優れた樹脂などからなるプレート式の熱交換器、あるいは、酸洗液Ｌと冷媒とが熱交換する流路が互いに平行で且つ複数層状とされ、且つ両者の各流路が各層ごとに位置しつつ、直角方向に流れる形態の熱交換器としても良い。

また、本発明の酸洗装置に用いる冷却手段は、液槽２の酸洗液Ｌを直に前記冷却ユニット１０に循環させる形態としても良い。
加えて、前記フィードバック手段によるフィードバック対象には、液槽２と熱交換器６との間で酸洗液Ｌを循環させるポンプや、あるいは、熱交換器６と冷却ユニット１０との間で冷媒を循環させるポンプを含めても良い。更に、フィードバック手段には、前記制御器１８などに替えて、単一のパソコンを用いても良い。

本発明の酸洗装置を示す概略図。 本発明の酸洗方法における実施例などを示すグラフ。

符号の説明

１……酸洗装置
２……液槽
６……熱交換器（冷却手段）
１０…冷却ユニット（冷却手段）
１６…温度センサ（測温手段）
１７…コントローラ（フィードバック手段）
１８…制御器（フィードバック手段）
Ｍ……線材（鋼材）
Ｌ……酸洗液

Claims (3)

1. 脱スケールすべき鋼材を少なくとも硝酸を含む酸洗液に浸漬して酸洗する方法であって、
   上記酸洗液の温度を２８℃以下に保つ、
   ことを特徴とする酸洗方法。
2. 脱スケールすべき鋼材を酸洗する装置であって、
   少なくとも硝酸を含み、且つ上記鋼材を浸漬させる酸洗液が入れられた液槽と、
   上記液槽中の酸洗液を冷却する冷却手段と、を含む、
   ことを特徴とする酸洗装置。
3. 前記酸洗液の温度を検出する測温手段と、
   前記冷却手段の冷却能力を調整するフィードバック手段と、
   を更に備えている、
   ことを特徴とする請求項２の酸洗装置。

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