JP2009091598A

JP2009091598A - 金属管の化成処理装置及び化成処理方法

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Publication number: JP2009091598A
Application number: JP2007260442A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hiraishi; 裕介平石
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-04
Also published as: JP5126659B2

Abstract

【課題】化成処理液を満たした化成処理槽において鋼管等の金属管を浸漬し処理を行う際に、発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止し、かつスラッジ除去効率を向上できる化成処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】化成処理液を満たした化成処理槽に金属管を浸漬してその表面を化成処理する装置であって、化成処理液を化成処理槽内に吐出する吐出ノズルを複数個設置し、そして、化成処理槽から化成処理液の一部を化成処理槽から吸い出すための吸い込み口を設置し、もって化成処理槽の中に化成処理液の対流を形成することを特徴とする金属管の化成処理装置とこの装置を用いてなる化成処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属管の化成処理装置及び化成処理方法に関するものであり、特に、金属管を化成処理装置に浸漬して化成処理する際に発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止できる装置及び方法に関するものである。

鋼管等の金属管の表面を防錆処理したり又は塗装下地処理したりするために、その金属材料表面にリン酸塩等の化成処理液を反応させることによって、化成処理皮膜を生成し、固着させることがなされている。

たとえば、リン酸亜鉛を含有する化成処理液を満たした化成処理槽の中に鋼管を浸漬すると、酸の消費に伴い鋼管と化成処理液の界面のＰＨが上昇して処理液中の亜鉛が析出し、この亜鉛が鋼管の表面に付着することによって鋼管の表面に亜鉛皮膜が形成される。しかしながら、この化成処理の際に、鋼管を構成する鉄より生じたリン酸鉄（ＦｅＰＯ_４）と、析出したが鋼管表面に付着できなかった亜鉛より生じたリン酸亜鉛（ＺｎＰＯ_４）を主成分とするスラッジが発生する。このスラッジは凝集しやすく、その結果、粗粒のスラッジが生成されることになる。この粗粒スラッジは比重が大きく、化成処理槽内に堆積しやすい。

ところが、化成処理液を満たした化成処理槽に鋼管を浸漬して化成処理を行った後に、鋼管を化成処理槽から取り出す際に、鋼管表面に粗粒スラッジが付着して、次のライニング工程又は塗装工程に悪影響を及ぼす。鋼管表面に粗粒スラッジが付着していると、次のライニング工程又は塗装工程でライニング不良又は塗装不良となりやすいし、化成処理工程で鋼管表面に一旦付着した粗粒スラッジが剥離した後にライニング又は塗装がなされると、その部分の防錆処理又は塗装下地処理が不十分なままとなる。

化成処理槽内に発生するスラッジの除去に関しては、従来、次のような改善提案がなされている。

特許文献１には、自動車ボディの化成処理槽の底にホッパ部を形成し、化成処理時に発生するスラッジを化成処理槽の底に形成されたホッパ部に溜めておき、ライン終了時に槽外に排出するようにした化成処理装置において、ホッパ部にスラッジが付着しないように、ホッパ部の出口側から化成処理槽側に向けてエアーを供給してなる装置が記載されている。

そして、特許文献２には、鋼板を塗装する前処理として、リン酸亜鉛等を用いた化成処理槽において鋼板表面に付着したスラッジを、化成処理を終了した直後に高圧洗浄水をスプレーすることによって、鋼板表面に付着したスラッジを除去することが記載されている。

特開２０００−１６０３５９号公報特開平６−１５８３４７号公報

しかしながら、上述した特許文献１には、自動車ボディの化成処理槽のホッパ部にスラッジが付着しないように、ホッパ部の出口側から化成処理槽側に向けてエアーを供給することが記載されているが、ホッパ部を形成することによってホッパ部に溜めておいた粗粒スラッジをエアーで巻き上げており、被化成処理物にスラッジが付着することを防止することはできない。

また、上述した特許文献２には、化成処理槽において鋼板表面に付着したスラッジを、化成処理を終了した直後に高圧洗浄水をスプレーすることによって、鋼板表面に付着したスラッジを除去することが記載されているが、被化成処理物に粗粒スラッジが付着することを防止することはでき。

そして、これらは、被化成処理物が自動車ボディ又は鋼板であって、被化成処理物が鋼管等の金属管の場合については、全く記載がない。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、化成処理液を満たした化成処理槽に鋼管等の金属管を浸漬して化成処理を行う際に発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止できる装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋼管等の金属管の表面に粗粒スラッジが付着することを防止できる金属管の化成処理装置及び化成処理方法について、種々検討と実験を行った結果、次の(a)〜(g)の知見を得た。

(a) 化成処理液を満たした化成処理槽に鋼管等の金属管を浸漬して化成処理を行う際に発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止するためには、スラッジが凝集して粗大化する前に化成処理槽から取り出せばよい。

(b) 粗粒スラッジは比重が大きいことを考慮すると、化成処理槽内に満たした化成処理液に対流を形成し、その化成処理液の対流中に含まれる粗粒スラッジを化成処理槽から吸い出してやればよい。化成処理槽から粗粒スラッジを吸い出す際には、その化成処理液の流れを妨げないようにして、すなわち、対流する化成処理液中を流れる粗粒スラッジの慣性力と重力を利用して化成処理槽から吸い出すのが得策である。したがって、粗粒スラッジを含む化成処理液流を化成処理槽から吸い出すための吸い込み口は、対流している化成処理液の中心流に含まれる粗粒スラッジの慣性を利用できるように、化成処理液流が流れを変える場所、すなわち、化成処理槽の端部近傍の底部に設置するのが好ましい。

(c) 化成処理槽内に化成処理液の対流を形成するためには、化成処理液を化成処理槽内に吐出するための吐出ノズルを複数個設置すればよい。このとき、その吐出ノズルの設置方向は化成処理槽中の化成処理液流を妨げないようにするのがよい。したがって、化成処理槽内に設置される吐出ノズルの方向は、その設置場所によって異なる。

(d) このようにすれば、化成処理液中に発生したスラッジは、粗大な粗粒スラッジとなる前に化成処理槽の吸い込み口から取り出されるから、化成処理液を満たした化成処理槽に鋼管等の金属管を浸漬して化成処理を行う際に発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止することができる。また、粗粒スラッジを積極的に吸い出すためのことができるから、化成処理液からのスラッジの除去効率も向上する。

(e) 一方、金属管の表面で化成処理反応を十分に起こさせるためには、金属管の長手方向に平行な層流となるように化成処理液を流すのがよい。金属管表面で化成処理液が層流の状態で接触すると、亜鉛析出等の金属管表面での化成処理反応が十分になされるとともに、金属管表面への粗粒スラッジの付着も防止できる。

(f) したがって、鋼管等の金属管を化成処理槽の中に横方向に浸漬する場合には、化成処理液流は金属管の載置された化成処理槽の中心部においては管長手方向に水平に流すとともに、金属管の載置されていない化成処理槽の端部においては垂直に流すことによって、化成処理槽内を垂直方向に対流する化成処理液流を形成するのがよい。なお、金属管表面への化成処理は、金属管の内外面の両面の場合と、外面又は内面の一方の面の場合とがあるが、内面の化成処理が不要なときには金属管の両端面に蓋をすればよいし、外面の化成処理が不要なときには外面をポリエチレンフィルム等の剥離可能なフィルムで覆えばよい。

(g) なお、化成処理槽の吸い込み口から取り出された化成処理液は、吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することによって化成処理液を循環させることができる。この際、その一部又は全部をフィルターリングした後に、化成処理槽内に吐出してもよいし、一旦、循環系外に吸い出し、スラッジを除去した後、循環系内に戻すこともできる。また、循環系の内外で化成処理液にその化学成分を追加してもよい。

本発明は、このような知見に基づいて完成したものであり、その要旨は次の(1)〜(5)の金属管の化成処理装置と、(6)の金属管の化成処理方法にある。以下、それぞれ、本発明(1)〜本発明(6)という。本発明(1)〜本発明(6)を総称して、本発明ということがある。

(1) 化成処理液を満たした化成処理槽に金属管を浸漬してその表面を化成処理する装置であって、化成処理液を化成処理槽内に吐出する吐出ノズルを複数個設置し、そして、化成処理槽から化成処理液の一部を化成処理槽から吸い出すための吸い込み口を設置し、もって化成処理槽の中に化成処理液の対流を形成することを特徴とする金属管の化成処理装置。

(2) 化成処理槽の吸い込み口から吸い出した化成処理液の一部又は全部を吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することによって化成処理液を循環させることを特徴とする、上記(1)の金属管の化成処理装置。

(3) 化成処理槽の吸い込み口から吸い出した化成処理液の一部又は全部を、循環系外に取り出し、スラッジを除去した後、その一部又は全部を吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することを特徴とする、上記(1)又は(2)の金属管の化成処理装置。

(4) 化成処理槽の吸い込み口から吸い出した化成処理液の一部又は全部を、循環系外に吸い出し、スラッジを除去した後、その一部又は全部に化成処理液の化学成分を追加してから、吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかの金属管の化成処理装置。

(5) 化成処理槽から化成処理液の一部を化成処理槽の系外に吸い出すための吸い込み口が化成処理槽の端部近傍に設けられていることを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかの金属管の化成処理装置。

(6) 上記(1)〜(5)のいずれかの金属管の化成処理装置を用いる化成処理方法であって、この化成処理槽内に金属管を横方向に載置するとともに、化成処理槽の中に形成される化成処理液の対流が金属管の表面において長手方向に流れるように金属管を化成処理槽内に載置することを特徴とする金属管を化成処理する方法。

本発明によれば、化成処理液を満たした化成処理槽に鋼管等の金属管を浸漬して化成処理を行う際に発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止することができる。また、化成処理液からのスラッジの除去効率も向上する。

以下、図面を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は次の実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる金属管の化成処理装置の一例を示す一部断面側面図である。

化成処理装置は、化成処理槽とその付属装置からなる。化成処理槽５は複数本の金属管（図示せず）を並列に並べて化成処理液中に浸漬できるだけの容積を有しており、化成処理槽５は約１６トンの化成処理液１０で満たされている。化成処理槽５の底部の外面には、化成処理液の温度管理ができるようにスチームヒータ６が設けられている。そして、化成処理液１０は化成処理槽５の中で垂直方向の対流を形成しており、ここでは、下部において右方向の水平の流れに、右端部において上方向の流れに、上部において左方向の水平の流れに、そして、左端部において下方向の流れになっていて、化成処理槽の中を垂直方向に循環している。複数本の金属管は、スチームヒータ６の上面に天井クレーン等を利用して、化成処理槽の中を対流する化成処理液の下部における右方向の水平の流れに平行になるように載置されており、化成処理液は金属管表面では層流となっている。したがって、金属管表面で化成処理反応が起こり易く、亜鉛析出等の化成処理を十分に行うことができるし、粗大な粗粒スラッジが対流する化成処理液中に存在していても、金属管表面には付着しにくい。

この例では、化成処理槽内に化成処理液の対流を形成するために、化成処理槽の端部近傍の底部には、吸い込み口１５が設けられていて、粗粒スラッジを含む化成処理液流を流量６００Ｌ（リットル）／分で循環ポンプ１６によって化成処理槽から吸い込み、その一部をフィルター（図示せず）を通した後、循環ライン１７を経由して化成処理槽に戻す（ここでは、ライン流量４８０Ｌ／分）ことで、化成処理液の循環系を形成している。

化成処理槽内には、化成処理槽内の下部に４本の吐出ノズル１１が、そして、化成処理槽内の上部に１本の吐出ノズル１１が、それぞれ設けられている。上記の吸い込み口から吸い込まれた化成処理液はその一部が化成処理槽に戻されるが、化成処理槽内の下部に設けられ、化成処理液に浸漬された４本の吐出ノズル１１から、化成処理槽内を対流する化成処理液の流れに吐出される（１本の吐出ノズル当たりの流量は１２０Ｌ／分）ので、この吐出によって、化成処理槽内での化成処理液の対流が強化される。吐出ノズル１１の先端はエジェクター機能を有し、ノズルの流量に対して周囲からその４倍の液量を吸い込むから、１本の吐出ノズル当たり、５倍のエジェクター能力を有することになる。

一方、流量６００Ｌ／分で循環ポンプ１６によって化成処理槽の吸い込み口１５から吸い込まれた、粗粒スラッジを含む化成処理液流のうちの一部（ここでは、ライン流量１２０Ｌ／分）は、分岐ライン１８を経由して液体サイクロン２１に送り込まれて、ここで液中のスラッジが濃縮され、ライン流量の１０％程度を液体サイクロン２１の下方から一次受けタンク２２にドレーン液として排出する。この分岐ライン１８には、流量調整弁１９と流量計２０が設けられており、流量調整弁１９を制御することによって、循環ライン１７と分岐ライン１８の流量を変更することができる。

ライン流量の９０％程度はドレーン調整弁２３を経由して化成処理槽に戻されるが、化成処理槽内の上部に設けられ、化成処理液に浸漬された１本の吐出ノズル１１から、化成処理槽内を対流する化成処理液の流れに吐出される（その流量は１０８Ｌ／分）ので、この吐出によっても、化成処理槽内での化成処理液の対流が強化される。この吐出ノズル１１もその先端はエジェクター機能を有し、ノズルの流量に対して周囲からその４倍の液量を吸い込むから、１本の吐出ノズル当たり、５倍のエジェクター能力を有することになる。

このように、上記の吸い込み口から吸い込まれた化成処理液は粗粒スラッジを除去して、化成処理槽に戻されるが、その化成処理液は、化成処理槽内の上部に設けられた１本の吐出ノズルに、化成処理槽内の下部に設けられた４本の吐出ノズルを加えた合計５本の吐出ノズルによって、化成処理槽内を対流する化成処理液の流れに吐出される。これらの吐出ノズル１１はいずれもその先端はエジェクター機能を有しており、５本の吐出ノズル合計の流量は５８８Ｌ／分となり、１本の吐出ノズル当たり５倍のエジェクター能力を有している。したがって、合計２９４０Ｌ／分の循環流量を形成し、化成処理槽中を対流する化成処理液は約６分で槽内を循環することになる。

一次受けタンク２２は、アンダーフローの仕切り２５によって２つの槽に分かれており、液体サイクロン２１の下方から排出された濃縮スラッジを含むドレーン液は、一次受けタンク２２の第一の槽２６に受け入れられ、アンダーフローの仕切りを通されることによって、濃縮スラッジを一次受けタンク２２の底部に堆積させるとともに、余剰液はオーバーフローさせて一次受けタンクの第二の槽２７から化成処理槽５に戻す。

一次受けタンク２２の底部に堆積した濃縮スラッジを吸い出しポンプ３１で吸い出し、遠心分離機３２に送って固液分離し、固形スラッジをスラッジボックス３３に回収する。なお、遠心分離機で固形スラッジが除去された液は、化成処理槽５に戻される。

図２は、化成処理槽の吸い込み口から吸い出される化成処理液中のスラッジ量（化成処理液の単位液量当たりのスラッジ量：ｇ／Ｌ）を、従来例（化成処理槽に吸い込み口のみを設置したもの）と上記実施例に係る本発明例（化成処理槽に吸い込み口と吐出ノズルを設置したもの）とで比較したものである。本発明例では、従来例に比して、スラッジの除去効率は約５倍であることがわかる。

図３は、化成処理槽中の化成処理液中に含まれるスラッジ量（化成処理液の単位液量当たりのスラッジ量：ｇ／Ｌ）を、化成処理する鋼管の処理量（トン数）との関係で図示したものである。化成処理液中に含まれるスラッジ量の許容量は４ｇ／Ｌである。

従来例（化成処理槽に吸い込み口のみを設置したもの）と上記実施例に係る本発明例（化成処理槽に吸い込み口と吐出ノズルを設置したもの）とで比較すると、従来例では鋼管処理量が約４０トンで化成処理液中に含まれるスラッジ量は許容量（４ｇ／Ｌ）を超えてしまうのに対して、本発明例では鋼管処理量が３００トンを超えても、化成処理液中に含まれるスラッジ量は許容量（４ｇ／Ｌ）に達しないことがわかる。

次に、化成処理後の鋼管の内面に付着したスラッジの面積率を、従来例（化成処理槽に吸い込み口のみを設置したもの）と上記実施例に係る本発明例（化成処理槽に吸い込み口と吐出ノズルを設置したもの）とで比較した。鋼管のサイズは、従来例と本発明例のいずれも、外径４００ｍｍ、肉厚９．５ｍｍ、長さ６０００ｍｍを用いた。

その結果、本発明例に係る鋼管の内面に付着したスラッジは、その個数が減少するだけでなく、１個当たりの面積も減少するという結果が得られた。

表１は、化成処理後の鋼管の内面に付着したスラッジの面積率を、従来例（化成処理槽に吸い込み口のみを設置したもの）と上記実施例に係る本発明例（化成処理槽に吸い込み口と吐出ノズルを設置したもの）とで比較した結果である。なお、スラッジの面積率は、鋼管の一端と他端について、それぞれ、端から１ｍまでの範囲において、内面に付着したスラッジの面積を目視により測定し、そのスラッジの合計面積を端から１ｍまでの範囲の全面積で除することによって求めた（単位は％）。

その結果、化成処理後の鋼管の内面に付着したスラッジの面積率は、従来例では平均６．０１％であったのに対して、本発明例では０．８１％であり、本発明によればスラッジの付着量が各段に低減することができた。

本発明に係る金属管の化成処理装置及び化成処理方法によれば、化成処理液を満たした化成処理槽に鋼管等の金属管を浸漬して化成処理を行う際に発生するスラッジが粗大化して金属管の表面に付着することを防止することができる。また、化成処理液からのスラッジの除去効率も向上する。

本発明にかかる金属管の化成処理装置の一例を示す一部断面側面図である。化成処理槽の吸い込み口から吸い出される化成処理液中のスラッジ量を、従来例と本発明例とで比較したものである。化成処理槽中の化成処理液中に含まれるスラッジ量を、化成処理する鋼管の処理量（トン数）との関係で図示したものである。

符号の説明

５化成処理槽
６スチームヒータ
１０化成処理液
１５吸い込み口
１６循環ポンプ
１７循環ライン
１８分岐ライン
１９流量調整弁
２０流量計
２１液体サイクロン
２２一次受けタンク
２３ドレーン調整弁
２５アンダーフローの仕切り
２６一次受けタンクの第一の槽
２７一次受けタンクの第二の槽
３１吸い出しポンプ
３２遠心分離機
３３スラッジボックス

Claims

化成処理液を満たした化成処理槽に金属管を浸漬してその表面を化成処理する装置であって、化成処理液を化成処理槽内に吐出する吐出ノズルを複数個設置し、そして、化成処理槽から化成処理液の一部を化成処理槽から吸い出すための吸い込み口を設置し、もって化成処理槽の中に化成処理液の対流を形成することを特徴とする金属管の化成処理装置。
化成処理槽の吸い込み口から吸い出した化成処理液の一部又は全部を吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することによって化成処理液を循環させることを特徴とする、請求項１に記載の金属管の化成処理装置。
化成処理槽の吸い込み口から吸い出した化成処理液の一部又は全部を、循環系外に取り出し、スラッジを除去した後、その一部又は全部を吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属管の化成処理装置。
化成処理槽の吸い込み口から吸い出した化成処理液の一部又は全部を、循環系外に吸い出し、スラッジを除去した後、その一部又は全部に化成処理液の化学成分を追加してから、吐出ノズルを通して化成処理槽内に吐出することを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の金属管の化成処理装置。
化成処理槽から化成処理液の一部を化成処理槽の系外に吸い出すための吸い込み口が化成処理槽の端部近傍に設けられていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の金属管の化成処理装置。
請求項１から５までのいずれかに記載の金属管の化成処理装置を用いる化成処理方法であって、この化成処理槽内に金属管を横方向に載置するとともに、化成処理槽の中に形成される化成処理液の対流が金属管の表面において長手方向に流れるように金属管を化成処理槽内に載置することを特徴とする金属管を化成処理する方法。