JP2004524447A - ストリップ洗浄ラインにおいて溶液濃度を制御する方法 - Google Patents

Abstract

アルミニウムストリップ洗浄ラインにおける酸濃度の自動制御システムが与えられている。アルミニウムストリップ洗浄ラインにおいては、酸洗浄槽を通過する間、酸溶液と接触し、洗浄槽内の酸の濃度は、濃縮酸若しくは水を洗浄槽に添加することにより調整される。伝導性プローブは、洗浄槽の遊離酸濃度に対応する信号を与え、そしてオンライン処理滴定器は、周期的に、実効遊離酸濃度と実効全酸濃度とを示す第２信号を与える。これらの第１及び第２の信号は、遊離酸濃度の補正値を得るために使用される。その後、前記洗浄槽の酸濃度は、必要であれば、補正された比電気伝導率値をもとに調整される。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属ストリップ洗浄ライン、詳細には、アルミニウムストリップ洗浄ラインにおいて化学物質の濃度を自動的に制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車製造に使用する場合のアルミニウムストリップ処理工程において、ストリップ材料の表面を洗浄する必要がある。これを行う一つの方法として、ストリップ材料を、酸洗浄セクション、その後に設けられた濯ぎセクションを備える洗浄ラインに連続的に通過させることにより行われる方法がある。それぞれのセクションにおいて、酸溶液若しくは濯ぎ用水はそれぞれノズルを介して、ラインを通過するストリップの上面及び底面上に散布される。散布された液体は、容器の底面部分に配置されたタンク内に収集され、前記液体は、ポンプを用いて、前記タンクからノズルを介して循環する。
【０００３】
この工程において、酸洗浄セクション内の遊離酸の強度を制御することは重要であり、遊離酸強度制御は、一般的には洗浄槽中の液体に浸漬された伝導性プローブを設けることにより成される。溶液の遊離酸濃度におよそ比例して変化する比電気伝導率の信号は、一般的に伝導性プローブにより与えられ、前記信号は酸濃度を調整するために使用される。しかし、遊離酸濃度を概算するために比電気伝導率信号を用いると、不純物の変動のため、及び、遊離酸濃度とは無関係に洗浄溶液の実効比電気伝導率の増加又は減少を引き起こす洗浄槽内の温度の変動のため、オフセットエラーを引き起こし易く、また電極への付着により引き起こされる伝導性プローブのドリフトのためエラーを引き起こし易い。
【０００４】
この不安定要素のため、周期的に手動で滴定を行い、濃度が範囲内にあることを確かめるのが通例である。もし、一致していなければ、手動でプローブの再計算を行うか、試行錯誤を行いながら手動で洗浄槽を調整する選択肢しかない。これは、熟練した技術及び／又は操作を必要とし、骨の折れる労力であり、また、較正及び修正において作業員によるエラーを引き起こす可能性がある。洗浄槽濃度は、補正を行う前は目標値から非常にかけ離れ、結果的に、製品は不適切に加工処理されたものとなる。
【０００５】
上記補正を行う工程において、目的は洗浄槽内の遊離酸濃度（ＦＡＣ）を制御することである。ＦＡＣは、全酸濃度（ＴＡＣ）とは対照的にアルミニウム表面との反応に使用できる酸である。全酸濃度は、可溶性反応生成物及び遊離酸濃度を含んでいる。遊離酸濃度を概算し、遊離酸が低すぎるか又は高すぎるかに基づいて、水、又は貯蔵タンクからの新鮮な濃縮酸を添加することにより、遊離酸濃度の制御が行われる。
【０００６】
１９９５年２月２８日に公開された日本特許ＪＰ７−５４１７５号公報には、重量の損失をモニターすることにより鋼帯酸洗浄ラインにおける酸濃度を制御する方法が記載されている。しかし、洗浄ラインに関する問題、及び遊離酸濃度の正確さの重要性とは関連がない。
【０００７】
酸溶液ではなくアルカリ溶液を使用した洗浄ラインにストリップを通過させることによって金属ストリップを洗浄することは良く知られている。この具体例が、１９９９年１０月５日に公開された日本特許ＪＰ１１−２６９,６７８号公報に記載されている。その明細書では、アルカリ溶液を使用して冷延鋼帯を脱脂し、洗浄している。アルカリ性溶液を用いて洗浄する時、上記酸洗浄溶液の場合と同様に、濃度制御に関する問題に直面する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、金属ストリップ洗浄ラインにおいて化学薬品の濃度を制御する方法であって、自動化された、さらに正確な濃度制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある実施の形態は、アルミニウムストリップ洗浄ラインにおける酸濃度の自動制御方法に関する。アルミニウムストリップの洗浄ラインにおいては、アルミニウムストリップは、洗浄槽を通過している間、酸溶液と接触し、洗浄槽内の酸溶液の濃度は、洗浄槽に濃縮酸若しくは水を添加することにより調整される。伝導性プローブは、酸洗浄槽内に設けられ、このプローブは、洗浄槽の遊離酸濃度と略正比例関係を有する第１信号を発生する。オンライン処理滴定器が設置され、周期的に酸洗浄槽のサンプルデータをとり、二重終点滴定（dual endpoint titrator）により洗浄槽の遊離酸濃度と全酸濃度とを得る。オンライン滴定器は、実効遊離酸濃度と実効全酸濃度を表示する第２の信号を発生する。上記信号は、プログラム可能なシーケンス制御器（ＰＬＣ）に送信される。前記ＰＬＣは、滴定器からの信号に基づいて、伝導性プローブからの信号に対して補正係数を計算し、それにより遊離酸濃度に比例した補正比電気伝導率値を得る。この補正値に基づいて、洗浄槽の酸濃度は、自動的にまた連続的に調整される。また、洗浄槽の酸濃度は、必要であれば補正された比電気伝導率値に基づいて調整される。この用途に使用される酸は、一般的に硫酸である。全酸濃度と遊離酸濃度との差は、洗浄槽汚染物質のレベルを示しており、それゆえ計器で計測された洗浄セクションからの流量を調整するのに使用してもよい。
【００１０】
伝導性プローブは、溶液が２つの電極間に電流を導く能力を測定する。溶液中のイオン濃度の増加により、伝導率の値がより高くなる。伝導率はシーメンス（以前はｍｈｏとして知られていた）により測定され、伝導性プローブは、サンプル水中に溶解した全固体濃度を知るために使用しても良い。
【００１１】
新しい滴定は、設定された期間に、または、ＰＬＣにより要求された時に自動的に行われ、滴定サンプルを採取したときの比電気伝導率の値がＰＬＣメモリーに保存される。滴定タイマーは、完全に滴定を行った後、零にリセットされる。
【００１２】
滴定器による遊離酸滴定入力の確認は以下のように成される。もし、遊離酸の新しい値と記録されていた遊離酸の値との間の差が、電流値のｘパーセントより大きければ、電流値が保留され、新しい滴定がＰＬＣにより要求される。「酸濃度が範囲外。濃度を再確認せよ。」という警告信号が操作センターに送られる。これは、大きな相違が滴定エラー若しくは異常のためではないことを保証するためである。次の滴定の値は、ＰＬＣにより受け取られ、現在の値と置き換えられる。
【００１３】
滴定入力から遊離酸を確実に読み込んだ後直ぐ、電気伝導率補正係数が計算され、ＰＬＣ内に保存される。その計算は以下の通りである。
伝導率補正係数＝遊離酸滴定％−｛比電気伝導率（マイクロシーメンス／ｃｍ）＊濃度変換係数（１／マイクロシーメンス／ｃｍ）｝
濃度変換係数は、比電気伝導率を（１／マイクロシーメンス／ｃｍ）の単位を持つ遊離酸％に変換するための変換係数である。それらは、オフセットライン較正により洗浄液のそれぞれのタイプに対して決定される。伝導率メーターの出力に依存した実際の酸濃度は、以下のアルゴリズムによりＰＬＣ内で決定される。
伝導率補正した遊離酸濃度％＝｛比電気伝導率（マイクロシーメンス／ｃｍ）＊濃度変換係数（１／マイクロシーメンス／ｃｍ）｝＋伝導率補正係数
洗浄槽汚染物質のレベルを示した値は、ＰＬＣ内で以下のように計算される。
汚染物質のレベル＝全酸滴定％−遊離酸滴定％
【００１４】
酸洗浄槽は、一般的に１以上の濯ぎセクションに続く。濯ぎセクションでは、酸洗浄されたストリップが徹底的に濯ぎ落とされる。洗浄用液と濯ぎ用水は、ストリップの上部及び下部に位置する多くの散布ノズルにより、ストリップ材料上に散布されることが好ましい。散布ノズルは、移動しているストリップの上面と底面上に同時に散布するためにポンプに接続されている。洗浄用液と濯ぎ用水は、それぞれのセクションにある貯蔵庫に戻され、ノズルを介して循環する。
【００１５】
さらに別の実施の形態では、上記明細書に記載された酸洗浄槽は、アルカリ洗浄槽に置き換えても良い。上記同じ手段が使用され、洗浄槽内のアルカリ濃度を制御する。
【００１６】
本発明の方法は、熟練した技術や操作を必要とせず、半継続的に測定誤差を補償することにより処理制御をより正確にすることができるという重要な利点を有する。
【００１７】
図面は、この発明のある好ましい実施の形態を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
自動車製造において使用されるアルミニウムシート用の一般的な酸洗浄ラインが図１に示されている。洗浄ライン１０は、３つの部分、つまり酸洗浄セクション１１、第１濯ぎセクション１２、第２濯ぎセクション１３からなる。酸洗浄セクション１１において、酸溶液は、ノズル１９及び２０を介して、アルミニウムシート１４の上面及び底面のそれぞれに散布される。アルミニウムストリップは、酸洗浄セクション１１から、第１濯ぎセクション１２へと通過する。第１濯ぎセクションでは、濯ぎ用水が、上部ノズル２１及び下部ノズル２２を介して、ストリップの上面及び底面上に散布される。さらに、アルミニウムストリップは、第１濯ぎセクションから、第２濯ぎセクション１３へと通過する。第２濯ぎセクションでは、濯ぎ用水が、上部ノズル２３及び下部ノズル２４を介してストリップの上面及び底面上に散布される。
【００１９】
入口に位置する一組のロール１５、酸洗浄セクション１１および第１濯ぎセクション１２間に位置する２組のロール１６、２つの濯ぎセクション１２及び１３間に位置する更に別の一組のロール１７及び第２濯ぎセクション１３の出口に位置する２組のロール１８を備える一連のブラッシングロール（squeegee）が使用される。
【００２０】
タンク若しくは貯蔵庫２５、２６及び２７は、洗浄セクション１１、濯ぎセクション１２及び１３それぞれの散布ノズルの下に位置し、それぞれのセクションから液体を収集し循環させる。液体の循環は、ポンプ２８、２９及び３０による。それぞれのポンプは、バイパスライン（図示されていない）を備えており、ノズルへの供給ラインが閉じている間はバイパスラインによって液体が循環する。隣接するように配置されたタンク２５、２６及び２７間の還流は、自動制御バルブ４７及び４８を通過する。自動制御バルブ４７及び４８は、それぞれライン４９及び５０を介して、濯ぎセクション１２及び１３の散布ノズル用の液体供給ポンプに接続される。このようにして、洗浄セクション１１で必要とされる仕上げ用水が、濯ぎセクション１２から自動制御バルブ４８を介して供給され、さらに濯ぎセクション１３から自動制御バルブ４７を介して満たされる。ポンプ３４及び自動制御バルブ３５を介して脱イオン化水供給タンク３３から、濯ぎセクション１３は補充される。新鮮な酸が、ポンプ３１を介して供給タンク３２から洗浄セクションタンク２５へと供給される。
【００２１】
排出速度を制御して自動制御バルブ３６から液体を抜き取ることにより、洗浄セクション１１から排出するための一定の流れが保たれ、汚染物が排出される。必要な流量は、洗浄槽内の全酸濃度と遊離酸濃度と差により、自動滴定を用いて決定される。この値が大きければ大きいほど汚染物のレベルは大きくなる。もし、必要であれば、洗浄セクションから排出する流量を増加させることにより、汚染物を減少させる。液体レベルが、一以上のタンクにおいて過剰に高くなった場合のために、それぞれのタンク２５、２６及び２７には、排出用のオーバーフロー堰が備えられる。
【００２２】
システムは、プログラム可能なシーケンス制御器（ＰＬＣ）４０により制御される。前記ＰＬＣ４０は、タンク２５、２６及び２７のそれぞれにある液体水面センサー４４、４５及び４６からの信号、さらに、タンク２５内の伝導性プローブ４１及びオンライン滴定器４２からの信号も受け取る。前記滴定器４２は、ライン４３を介して、ポンプ２８により循環させられた液体から酸洗浄液体を受け取る。
【００２３】
排出用自動制御バルブ３６、濯ぎ用水還流自動制御バルブ４７及び４８、新鮮な水を注入するための自動制御バルブ３５及び酸供給用ポンプ３１を制御するために、ＰＬＣ４０からの信号が送られる。
【００２４】
比電気伝導率は温度により変化し、これは図２に示すようにおよそ正比例関係を有する。ＰＬＣ４０は、熱電対（thermocouple）５１により、酸洗浄タンク２５内の温度をモニターし、温度最適化係数が、プローブ４１からの伝導率の信号に適用される。いくつかの商用的に入手可能なプローブは、内臓型温度補正を有しており、その場合には、ラインＰＬＣ最適化係数が値１に設定される。遊離酸濃度の比電気伝導率に対する効果を温度の関数として表したものが、それぞれのタイプの洗浄液ごとに必要であり、この情報の具体例が、図３の中に示されている。
【００２５】
プローブ４１及び滴定器４２から受けた信号と、この情報とに基づいて、タンク２５の実効遊離酸濃度が、上記のアルゴリズムを使用して計算される。もし遊離酸のレベルが設定値より予め設定しておいたパーセンテージ減少したならば、ポンプ３１が作動し、濃縮された新鮮な酸をタンク２５の中へ添加する。酸レベルが、所望の設定値の予め決定されたパーセンテージ内になったときは、ポンプ３１は閉められる。
【００２６】
もし、遊離酸濃度が、設定値以上の設定パーセンテージである時は、自動制御バルブ４８が開けられ、遊離酸濃度が再び予め設定された範囲内に入るまで、タンク２５は濯ぎ用水タンク２６からの水で希釈される。タンク２６内の水のレベルが減少するとき、自動制御バルブ４７は開けられ、タンク２６を第２濯ぎセクション１３から補充する。タンク２７内の水のレベルは、自動制御バルブ３５を開けポンプ３４を動かすことにより補充し、タンク３３から脱イオン水を供給する。もし、酸濃度が設定値から外れた場合、アラームが作動する。
【００２７】
遊離酸、比電気伝導率、温度、洗浄槽汚染物（全酸−遊離酸）及びオフセット補正の値を全て記録し、ＰＬＣにより表示する。
【００２８】
酸洗浄溶液を用いた洗浄手段の上記詳細な説明は、洗浄溶液がアルカリ性溶液である洗浄手順にも同様に適用できる。
【００２９】
濯ぎセクション１３（リンス＃２）の貯蔵庫２７内に伝導性プローブを備えることが好ましく、これは、濯ぎ用水の汚染度を表示するのに有用である。プローブはＰＬＣ４０に接続され、前記ＰＬＣ４０は伝導率の予め設定された上限及び下限を有する。貯蔵庫２７へのキャリーオーバーによって、予め設定された上限まで伝導率が上がると、ポンプ３４が作動し、脱イオン化水が添加される。予め設定された制限値より伝導率が低くなるまで、加え続けられ、その制限値に達するとポンプ３４が停止する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明に係るストリップ洗浄ラインの部分的セクションの概略図を示している。
【図２】図２は、比電気伝導率に対する温度の効果を示したグラフである。
【図３】図３は、温度の関数である比電気伝導率に対する酸濃度の効果を示したグラフである。

Claims (7)

1. アルミニウムストリップが、洗浄槽を通過する間に、酸及びアルカリから選択された化学洗浄液と接触し、さらに前記洗浄槽の化学種の濃度が、水若しくは濃縮された化学種を前記洗浄槽に添加することにより調整されるアルミニウムストリップ洗浄ラインでの洗浄液濃度自動制御方法であって、
   前記洗浄槽内に伝導性プローブを設置し、洗浄槽の遊離化学種濃度に略比例する第１信号を発生させる工程と、
   オンライン処理滴定器を設置し、周期的に洗浄槽のサンプルをとり、二重終点滴定により洗浄槽の遊離化学種濃度及び全化学種濃度を得、それにより実効遊離化学種濃度及び全化学種濃度を示す第２信号を発生させる工程と、
   伝導性プローブからの信号に対する補正係数を計算するため、滴定器からの信号に基づいて、前記第１及び第２の信号を、プログラム可能なシーケンス制御器に送信し、そのことにより遊離化学種濃度に対する補正された比電気伝導率値を得る工程と、
   必要であれば、補正された比電気伝導率値に基づいて、前記洗浄槽濃度を調整する工程とを備えることを特徴とする洗浄液濃度自動制御方法。
2. 使用される前記洗浄液が、酸であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記洗浄槽の温度が測定され、該温度に基づいて比電気伝導率測定に補正係数が適用されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記比電気伝導率が連続的に測定されることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 前記滴定が、予め決められ、設定された間隔で行われることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の方法。
6. 前記酸洗浄液が、ストリップの上部及び下部に配置された散布ノズルにより、アルミニウムストリップの上面及び底面上に散布されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記酸洗浄工程が、濯ぎ用水がストリップの上面及び底面上に散布される少なくとも一つの水濯ぎ工程の前に行われることを特徴とする請求項６記載の方法。

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