JP2009185371A - 金属製品処理の前処理装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】製造コストの増大を抑制しつつ表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる金属製品を得ることが可能な金属製品処理の前処理装置およびその方法を提供する。
【解決手段】廃液タンク（５）と不純物除去装置（４）間は逆洗用の循環配管(９，１０)で接続し、かつ廃液タンク（５）と水処理設備間を水処理送り配管（８）で接続してなる金属製品処理の前処理装置。この前処理装置を用い、不純物除去装置（４）の洗浄時に、水処理設備に送るまでの間、廃液タンク（５）内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、不純物除去装置（４）の逆洗系統に流し、不純物除去装置（４）の逆洗液として循環させて再利用したのち、不純物を含む使用済み逆洗液を水処理設備へ送る金属製品処理の前処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板に限らず金属製のパイプなどに適用できる金属製品処理（表面処理あるいは熱処理）の前処理装置およびその方法に関する。

鉄鋼製品の一種である表面処理鋼板は表面品質が重要で、その製造工程では、鋼板表面を清浄にする前処理を行ってから、めっきやコーティングなどの表面処理を行っている。
前処理には、鋼板表面の酸化スケールを除去する酸洗や、鋼板表面の油脂分および鉄粉を除去するアルカリ脱脂などがある。いずれの場合も、前処理に使用した酸溶液やアルカリ溶液が鋼板表面に付着するため、さらに鋼板表面の処理溶液を洗浄液で洗い流す洗浄工程が必須となる。

そこで、表面処理ラインは、上流側に前処理装置が設置され、表面処理を行うのに先立ち鋼板表面を清浄にする構成となっている。
たとえば、良好な電気めっきを行うため、表面処理ラインの前段に通常60℃以上の温度に加熱されたアルカリ溶液を満たした電解脱脂タンク（処理タンクという）を設置し、それに隣接して後段に水洗タンク（以下、洗浄タンクという）や回転ブラッシを設置し、その下流に酸溶液を満たした酸タンク（処理タンク）、それに隣接して洗浄タンク、ブラッシを設置して前処理装置を構成し、そこに鋼板を通過させることが行われている（非特許文献１）。

ところで、アルカリ溶液や酸溶液などの処理溶液中に含まれる不純物濃度は、運転時間が延びると共に上昇していく。このまま放置した場合、処理溶液中の不純物が所定値を超えてしまい、鋼板表面に不純物が再付着する。このようになった場合、鋼板表面の清浄度が悪化し、めっき斑などの表面欠陥が発生するから、表面処理鋼板の表面品質が低下する。

これを防ぐため、処理溶液を新しい酸溶液やアルカリ溶液と入れ替える方法がある。この方法を頻繁にくり返して処理溶液中の不純物濃度が所定値以下となるように管理しようとすると、処理液の使用量が増えかつ酸溶液やアルカリ溶液の廃液量も増える。
このため、従来から、処理液中の不純物を除去する不純物除去装置が設置され、処理タンクと循環配管で接続された不純物除去装置で、処理液中の不純物濃度を低く維持することが行われている（図３、図４参照）。

この従来の前処理装置に対し、以下のことが望まれていた。
（１）水処理設備で廃液処理する廃液量を削減する。（２）液を６０℃程度に加熱し不純物除去装置４の逆洗液として使用するのに必要な加熱エネルギーを削減する。（３）加熱した逆洗液を溜めておくための逆洗タンク１１を設置しないで済むようにする。
すなわち、不純物除去装置４の能力を十分発揮させるためには、不純物除去装置４の逆洗系統に逆洗液を導入して逆洗を行う必要があり、使用済み洗浄液と別に、液を加熱し不純物除去装置４の逆洗液として使用すると、それに使用した逆洗液が、廃液として水処理設備に送られる。その結果、使用済み洗浄液に加え、使用済み逆洗液を水処理設備で廃液処理する必要がある。

また、不純物除去装置４のフィルタや磁気式付着には、処理液中の不純物から除去した油脂分がグリス状に固まる場合があり、それを効率的に除去するには、液を６０℃程度に加熱し逆洗液として使用する必要がある。それには、加熱エネルギーおよび加熱した逆洗液を溜めておく逆洗タンクが必要となる。これらが、表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる表面処理鋼板の製造コストの増大につながっていた。

一方、製造コスト削減対策として、酸洗後リンス槽にて鋼板表面の酸溶液を洗い流した排液（使用済みリンス液）を、前処理装置で使用したアルカリ溶液を洗い流す洗浄液として再利用する方法が開示されている（特許文献１）。
特許文献１に記載の方法を実施する装置は、図５に示したように、冷間圧延ステンレス鋼帯２０を連続焼鈍する焼鈍炉２２の上流側に、鋼板表面をアルカリ脱脂するアルカリ脱脂装置２１を有し、焼鈍炉の下流側に酸化スケールを除去する酸洗設備２３を有する。

この連続焼鈍ラインはコールドＡＰラインと称され、アルカリ脱脂装置２１は、図６に示したように、アルカリ脱脂槽２４と、それに隣接設置された第１水洗スプレイ槽２５、第２水洗スプレイ槽２６および第１水洗スプレイ槽２５に洗浄水を供給する洗浄水貯蔵供給装置２７を具備し、冷間圧延ステンレス鋼帯２０を連続焼鈍するのに先立ち鋼板表面を清浄にする前処理装置を構成している。図６中、２８は酸溶液を満たした酸洗槽、２９は鋼板表面の酸溶液を洗い流す酸洗後リンス槽を示す。

なお、この連続焼鈍ラインには、酸洗後リンス槽２９にて鋼板表面の酸溶液を洗い流した排液（使用済みリンス液）を、第１水洗スプレイ槽２５で、鋼板表面のアルカリ溶液を洗い流す水洗液として再利用する供給ライン３０が、酸洗後リンス槽２９と洗浄水貯蔵供給装置２７間に設けられている。
また、特許文献２には、鋼板に前洗浄液をスプレイする前洗浄工程と、鋼板に本洗浄液をスプレイする本洗浄工程とからなる鋼板の洗浄方法において、前洗浄液として使用済の本洗浄液を用い、本洗浄液として純水を用い、前洗浄した後、本洗浄する前に鋼板に薬液をスプレイする方法が開示されている。
日本鉄鋼協会編「第３版 鉄鋼便覧 第６巻 二次加工・表面処理・熱処理・溶接」丸善出版、昭和５７年５月３１日、Ｐ４０５ 特開平１１−１５８６６８ 特開平６−２８７７８１

しかしながら、特許文献１に記載の連続焼鈍ラインには、冷間圧延ステンレス鋼帯２０を連続焼鈍するのに先立ち鋼板表面を清浄にするアルカリ溶液中の不純物を除去する装置が設置されていない。
しかも、鋼板表面の酸溶液を洗い流した排液が、鋼板表面のアルカリ溶液を洗い流す水洗液として再利用する供給ライン３０を経、洗浄水貯蔵供給装置２７に送られ、そこで溜められたのち、第１水洗スプレイ槽２５で、鋼板表面のアルカリ溶液を洗い流す水洗液として再利用される。このため、連続焼鈍量が増大するに従い、鋼板表面の酸溶液を洗い流した排液中に含まれる不純物が、洗浄水貯蔵供給装置２７に溜まり、不純物濃度が高くなってしまいやすく、表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる鋼板製品を得るのが困難であった。

また、特許文献２に記載の鋼板の洗浄方法は、使用済の本洗浄液を、前洗浄液として再利用するようにしているが、鋼板表面を清浄にする前処理装置の構成の開示がない。このため、製造コストの増大を抑制しつつ表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる金属製品を得ることが困難であった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、製造コストの増大を抑制しつつ表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる金属製品を得ることが可能な金属製品処理の前処理装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、金属板に限らず金属製のパイプなどに適用できる金属製品処理の前処理装置およびその方法について鋭意検討した結果、水処理設備に送るまでの間、廃液タンク内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、不純物除去装置の逆洗液として再利用すれば、前記課題を解決できることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
本発明は、以下のとおりである。
１．表面処理ライン又は熱処理ラインの前段に金属材表面の前処理に用いる処理溶液を満たした処理タンクを設置し、その後段に隣接して所定の温度の洗浄液で金属材表面の処理溶液を洗い流す洗浄タンクを設置し、前記処理溶液に含まれる不純物を除去する不純物除去装置と前段の処理タンク間を不純物除去配管で接続し、後段の洗浄タンクで使用された洗浄液を水処理設備へ送るまでの間、一時的に溜めておくための廃液タンクと後段の洗浄タンク間を廃液配管で接続し、金属材に表面処理又は熱処理を施すのに先立ち金属材表面を清浄にする前処理装置において、前記廃液タンクと前記不純物除去装置間を逆洗用の循環配管で接続し、かつ前記廃液タンクと水処理設備間を水処理送り配管で接続してなることを特徴とする金属製品処理の前処理装置。
２．金属材に表面処理又は熱処理を施すのに先立ち、上記１．に記載の前処理装置を用い、前段の前処理に用いる処理溶液に含まれる不純物を除去しつつ該処理溶液で金属材表面に前処理を施し、引き続き所定の温度の洗浄液で金属材表面の処理溶液を洗い流し、金属材表面を清浄にする前処理方法において、前記不純物除去装置の逆洗時に、水処理設備に送るまでの間、廃液タンク内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、前記不純物除去装置の逆洗系統に流し、前記不純物除去装置の逆洗液として循環させて再利用したのち、不純物を含む使用済み逆洗液を前記水処理設備へ送ることを特徴とする金属製品処理の前処理方法。

本発明によれば、図３、図４に示したような従来の前処理装置に比べて、以下の効果が得られる。
（１）水処理設備で廃液処理する廃液量を削減できる。
（２）液を加熱し不純物除去装置の逆洗液として使用するのに必要な加熱エネルギーを削減できる。
（３）加熱した逆洗液を溜めておくための逆洗タンクを設置しないで済む。

つまり、水処理設備に廃液として送るまでの間、廃液タンク内に一時的に溜められた洗浄液は、比較的清浄でかつ常温（２５℃）よりも高い温度を有するから、十分、不純物を除去する不純物除去装置の逆洗液として再利用することができる。
このため、上記（１）、（２）及び（３）の作用、効果によって、製造コストの増大を抑制しつつ表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる金属製品を得ることが可能となる。

ここで、図３、図４に示した従来の前処理装置は、液を加熱し逆洗液として溜めておくための逆洗タンク１１を設置した場合である。従来の前処理装置を用いた場合には、不純物除去装置４の逆洗時、使用済み洗浄液と別に、ヒータ１３で液を加熱し不純物除去装置４の逆洗液として使用するから、表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる金属製品を得ようとすると、製造コストの増大をまねく。

なお、図４は、逆洗タンク１１のヒータ１３で加熱した逆洗液を、不純物除去装置４の逆洗系統に接続される逆洗用の循環配管９，１０で循環使用するように構成したケースであり、図３に示した逆洗タンク１１のヒータ１３で加熱した逆洗液を、循環使用しないケースに比べ、水処理設備で廃液処理する廃液量を減らせる。

以下、金属製品として表面処理鋼板を例とし、鋼板に表面処理を施すのに先立ち、鋼板表面を清浄にする前処理装置について述べる。
図１は、本発明例の前処理装置による液流れを示すブロック図である。１は走行方向Ｂに向かって搬送される鋼板、２は電解脱脂タンク、３は洗浄タンク、４はアルカリ溶液中の不純物を除去する不純物除去装置を示す。

本発明例の鋼板表面処理の前処理装置は、表面処理ラインの前段にアルカリ溶液を満たした電解脱脂タンク２を設置し、その後段に隣接して所定の温度の洗浄水でアルカリ溶液を洗い流す洗浄タンク３を設置し、アルカリ溶液で鋼板表面に付着した鉄粉や油脂分を除去する鋼板表面の前処理を施す。この鋼板表面の前処理に引き続き、所定の温度の洗浄液で鋼板表面の処理溶液を洗い流す構成とした。このため、洗浄液貯蔵タンク１４には、ヒータ１５が具備され、所定の温度に加熱された洗浄水が、後段の洗浄タンク３に供給できるよう、洗浄液貯蔵タンク１４と後段の洗浄タンク３間が洗浄液供給配管１６で接続されている。また、後段の洗浄タンク３は、廃液タンク５と廃液配管７で接続されている。

この廃液タンク５は、後段の洗浄タンクで使用された洗浄液（以下、使用済み洗浄液という）を水処理設備へ送るまでの間、一時的に溜めておくためのタンクである。
ここで、電解脱脂タンク２で用いるアルカリ溶液中の不純物濃度を低く維持するため、処理液に含まれる不純物を除去する不純物除去装置４が設置され、不純物除去装置４と前段の電解脱脂タンク２間は不純物除去配管６で接続されている。この不純物除去配管６は、不純物除去装置４のフィルタや磁気式付着に接続されている。

ここまでの構成は従来の前処理装置も有する（図４参照）。
本発明例は、廃液タンク５と不純物除去装置４間は逆洗液の循環配管９、１０で接続し、かつ廃液タンク５と水処理設備間を水処理送り配管８で接続してなる前処理装置としたことを特徴とする。
ここで、図１中、ポンプＰを有する逆洗液の循環配管９は、廃液タンク５内に一時的に溜めておいた使用済み洗浄液を不純物除去装置４の逆洗系統に送る逆洗液供給配管で、残る逆洗液の循環配管１０は、不純物を含む逆洗液を廃液タンク５に戻す逆洗液戻り配管である。この逆洗液の循環配管９、１０は、不純物除去装置の逆洗系統にそれぞれ接続され、廃液タンク５内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、不純物除去装置の逆洗系統に流し、再利用する構成となっている。

この廃液タンク５内に一時的に溜められた使用済み洗浄液は、比較的清浄でかつ常温（２５℃）よりも高い温度を有するから、十分、不純物除去装置４の逆洗液として再利用することができる。
そこで、本発明例の鋼板表面処理の前処理装置によれば、不純物除去装置４の逆洗時に、廃液タンク５内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、不純物除去装置４の逆洗系統に流し不純物除去装置４の逆洗液として循環させて再利用したのち、不純物を含む使用済み逆洗液を水処理送り配管８で水処理設備へ送ることができる。

また、図２には、図１に示す本発明例において、不純物沈降用のサブタンク１７を設け、電解脱脂タンク２とサブタンク１７間を処理液の循環配管１８で接続した別形態を示す。
不純物沈降用のサブタンク１７と不純物除去装置４間は、不純物除去配管６で接続されている。この別形態では、不純物沈降用のサブタンク１７に、電解脱脂タンク２内のアルカリ溶液を導くことで、一部の不純物を沈降させ、残る不純物を、不純物除去装置４で除去するため、不純物除去装置４の逆洗頻度を、図１に示す本発明例に比べ、少なくすることができる。それ以外の構成は、図１に示す本発明例の構成と同様である。

この本発明例の別形態においても、不純物除去装置４の逆洗時に、廃液タンク５内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、不純物除去装置４の逆洗系統に流し不純物除去装置４の逆洗液として循環させて再利用することができる。その後、不純物を含む使用済み逆洗液を水処理送り配管８で水処理設備へ送り、そこで水処理することができる。
したがって、図３、図４に示した従来例の前処理装置に比べ、上記した（１）、（２）及び（３）の作用によって、製造コストの増大を抑制しつつ表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる表面処理鋼板を得ることが可能となる。

これに対し、従来例の前処理装置は、使用済み洗浄液と別に、液を加熱し逆洗液として溜めておくための逆洗タンク１１を設置した場合であり、使用済み洗浄液を不純物除去装置４の逆洗液として再利用する場合に比べ、表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる表面処理鋼板を得ようとすると、製造コストの増大をまねく。
以上の説明では、表面処理ラインの前段に鋼板表面の処理液としてアルカリ溶液を満たした電解脱脂タンク２を設置したが、本発明はこれに限るものでなく、表面処理ラインの前段に処理液として酸溶液を満たした処理タンクを設置してもよい。それに隣接して後段に所定の温度の洗浄水で鋼板表面の処理液を洗い流す前処理装置としたが、洗浄水に代わりリンス液などの洗浄液を用いることも本発明に含む。また、金属製品の処理として表面処理を例としたが、熱処理の前処理にも適用でき、金属製品として表面処理鋼板を例としたが、本発明は金属板や金属製のパイプなどにも適用できる。

また、金属材に処理を施すのに先立ち、金属材表面を清浄にする前処理装置として設置する処理タンクおよび洗浄タンクの数は、一つに限定されず、表面欠陥の少ない表面清浄性に優れる金属製品を得るために必要な数だけ設置することができ、処理液としてアルカリ溶液を満たした処理タンクと、酸溶液を満たした処理タンクとを組み合せて設置することも本発明に含む。

本発明例の前処理装置による液流れを示すブロック図である。 本発明例の別形態の液流れを示すブロック図である。 従来例の前処理装置に逆洗タンクを設けた場合の液流れを示すブロック図である。 従来例の前処理装置に逆洗タンクを設けた別形態の液流れを示すブロック図である。 特許文献１に記載の連続焼鈍装ラインの構成図である。 特許文献１に記載の連続焼鈍ラインにおける配管接続図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ 走行方向
１ 鋼板（金属材）
２ 電解脱脂タンク（処理タンク）
３ 洗浄タンク
４ 不純物除去装置
５ 廃液タンク
６ 不純物除去配管
７ 廃液配管
８ 水処理送り配管
９ 逆洗液供給配管（循環配管）
１０ 逆洗液戻り配管（循環配管）
１１ 逆洗タンク
１２ 水処理送り配管
１３ ヒータ
１４ 洗浄液貯蔵タンク
１５ ヒータ
１６ 洗浄液供給配管
１７ サブタンク
１８ 循環配管
２０ 冷間圧延ステンレス鋼帯
２１ アルカリ脱脂装置
２２ 焼鈍炉
２３ 酸洗設備
２４ アルカリ脱脂槽
２５ 第１水洗スプレイ槽
２６ 第２水洗スプレイ槽
２７ 洗浄水貯蔵供給装置
２８ 酸洗槽
２９ 酸洗後リンス槽
３０ 供給ライン

Claims (2)

1. 表面処理ライン又は熱処理ラインの前段に金属材表面の前処理に用いる処理溶液を満たした処理タンクを設置し、その後段に隣接して所定の温度の洗浄液で金属材表面の処理溶液を洗い流す洗浄タンクを設置し、前記処理溶液に含まれる不純物を除去する不純物除去装置と前段の処理タンク間を不純物除去配管で接続し、後段の洗浄タンクで使用された洗浄液を水処理設備へ送るまでの間、一時的に溜めておくための廃液タンクと後段の洗浄タンク間を廃液配管で接続し、金属材に表面処理又は熱処理を施すのに先立ち金属材表面を清浄にする前処理装置において、
   前記廃液タンクと前記不純物除去装置間を逆洗用の循環配管で接続し、かつ前記廃液タンクと水処理設備間を水処理送り配管で接続してなることを特徴とする金属製品処理の前処理装置。
2. 金属材に表面処理又は熱処理を施すのに先立ち、請求項１に記載の前処理装置を用い、前段の前処理に用いる処理溶液に含まれる不純物を除去しつつ該処理溶液で金属材表面に前処理を施し、引き続き所定の温度の洗浄液で金属材表面の処理溶液を洗い流し、金属材表面を清浄にする前処理方法において、
   前記不純物除去装置の逆洗時に、水処理設備に送るまでの間、廃液タンク内に一時的に溜められた使用済み洗浄液を、前記不純物除去装置の逆洗系統に流し、前記不純物除去装置の逆洗液として循環させて再利用したのち、不純物を含む使用済み逆洗液を前記水処理設備へ送ることを特徴とする金属製品処理の前処理方法。

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