JP2009240904A - 鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤、及び前記スケール防止方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄鋼製造工程における循環冷却水系のマンガンと亜鉛のスケール析出防止用薬剤であって、1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸や2−ホスホノブタンー1,2,4−トリカルボン酸等のホスホン酸又はその塩を含んでなる鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。及び、前記スケール防止剤を前記循環冷却水系に添加するスケール防止方法。
【選択図】図1
Description
前者の高炉・転炉、特に高炉からは、塵芥を含む排ガスが大量に発生し、それらは集塵冷却水と接触させることで、排ガスの浄化と冷却を行い、浄化ガスは大気中へ放出される。一方、集塵冷却水は、濾過や沈殿処理等の固液分離処理を受け、処理水は冷却塔に移送されて冷却され、再度、前記集塵冷却水として循環使用されるように、循環冷却水系が形成されている。
一方、後者の脱ガス装置は、鉄鋼製造中に溶鋼に取り込まれた水素や酸素、窒素、及びその他の有害元素等の除去や、炭素の除去による極低炭素鋼の製造等に、多目的に使用されている。
このような脱ガス装置を使用する脱ガス法としては、真空脱ガス法と取鍋脱ガス精錬法とが適用される。真空脱ガス法としては、流滴脱ガス法(取鍋流滴脱ガス法、真空造塊法、出鋼脱ガス法等)や真空容器内脱ガス法(DH(真空吸い上げ脱ガス)法、RH(還流式脱ガス)法等)があり、一方、取鍋脱ガス精錬法としては、アーク加熱取鍋脱ガス法(ASEA−SKF法、VAD法等)や真空脱炭法(VOD法、RH−OB法等)がある。
このような脱ガス法では、高性能大容量の真空ポンプが使用されるが、近年、維持管理が比較的容易なスチームエジェクターが使用されて、真空ポンプに代替するか、又は真空ポンプの負荷を低減する方法が採用されている。
前記スチームエジェクターは、溶鋼から不必要成分を真空状態で抽気されたガスと高圧水蒸気とを接触させた後、コンデンサーで、冷却水と直接接触させて前記水蒸気を冷却、凝縮することにより、除塵と真空維持を行う装置である。前記凝縮水はその後、濾過や沈殿処理等の固液分離処理を受け、処理水は冷却塔に移送されて冷却され、再度、前記冷却水として循環使用されるように、循環冷却水系が形成されている。
濾過や沈殿処理等の固液分離処理を受け、処理水は冷却塔に移送されて冷却され、再度、前記冷却水として循環使用されるように、循環冷却水系が形成されている。
これらのマンガンや亜鉛等は、上記脱ガス装置により溶鋼から除去され、水蒸気側に移行してコンデンサーで凝縮される結果、一定以上の濃度になると、マンガンと亜鉛を含むスケールとして前記の脱ガス循環水系中の配管壁や濾材、冷却塔の充填材等に析出する。
同じことが高炉・転炉排ガス集塵循環冷却水系についても言え、高炉・転炉排ガスが集塵冷却水と接触することにより、排ガスの冷却と集塵とが行われた後、前記集塵冷却水は濾過や沈殿処理により、それらの装置や循環水系の配管壁等に、マンガンと亜鉛を含むスケールが析出する。
しかしながら、本発明の対象となるスケールは、マンガンと亜鉛とを含むスケールであり、スケール組成が異なるうえ、対象水系も異なるところから、従来、このようなスケール防止剤を当該鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤として適用されることはなかった。
1.鉄鋼製造工程における循環冷却水系のマンガンと亜鉛のスケール析出防止剤であって、ホスホン酸又はその塩を含んでなる鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。
2.前記ホスホン酸又はその塩が、1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸、2−ホスホノブタンー1,2,4−トリカルボン酸、及びそれらの塩から選ばれる少なくとも1種である上記1に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。
3.鉄鋼製造工程における循環冷却水系が、脱ガス装置を含む循環冷却水系である上記1又は2に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。
4.鉄鋼製造工程における循環冷却水系のマンガンと亜鉛のスケール防止方法であって、該循環水系にホスホン酸又はその塩を含む鉄鋼製造工程の循環水系用スケール防止剤を添加することを特徴とする鉄鋼製造工程における循環水系用スケール防止方法。
5.前記ホスホン酸又はその塩が、1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸、2−ホスホノブタンー1,2,4−トリカルボン酸、及びそれらの塩から選ばれる少なくとも1種である上記4に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止方法。
6.鉄鋼製造工程における循環冷却水系が、脱ガス装置を含む循環冷却水系である上記4又は5に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止方法。
図1は、真空脱ガス装置1として、RH型脱ガス装置を用いた図であり、溶鋼2を含む取鍋3の上部に、上昇管4と下降管5を有する真空容器6を設け、上昇管4から溶鋼2を真空容器6に吸い上げ、溶鋼中の不純物を抽気後、下降管5から再度取鍋3に溶鋼を戻すようにされている。なお、通常、溶鋼2の攪拌のためにアルゴンガス等の不活性ガスが溶鋼2に吹き込まれるが、図1では図示されていない。
真空容器6はスチームエジェクター10と連結され、前記抽気ガスがスチームエジェクター10に送られると、エジェクタ―内で高圧水蒸気11と混合された後、コンデンサー12、例えばバロメトリックコンデンサー等で冷却水13と直接接触し、排ガスは冷却・凝縮する。その結果、真空容器内の真空度が維持される。
なお、図1では、1段のスチームエジェクター10が図示されているが、必要により復数段設けることができる。
不純物を含むスチームドレン14(凝縮水)はガスセパレーター(図示せず)に送られて集塵水とガスとに分離され、ガスは大気に放出される。一方、集塵水は、ピット15、及び調整水槽16に送られた後、固液分離のために、濾過装置17及び/又は沈殿池18に送られ、そこで懸濁物質が分離される。なお、調整水槽16は省略することができる。
本発明において使用することができる濾過装置17としては、特に制限はなく、従来公知の様々な濾過装置の中から適宜選ぶことができる。この濾過装置としては、例えば、アンスラサイト、砂、けい砂、砂利、活性炭、プラスチックなどの濾材を用いる濾過器の他に、必要に応じて精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜などの濾過膜を用いる膜濾過装置等も用いることができる。
なお、懸濁物質が大きな粒子で沈降しやすい場合や、懸濁物質の濃度が高い場合には、沈殿装置を設けてろ過装置と組み合わせて用いることが好ましい。
一方、本発明において使用することができる沈殿池18としても、公知の任意のものが採用できるが、好ましくは凝集沈殿槽や加圧浮上槽に凝集剤を添加することにより行う方式のものが採用できる。この凝集剤に特に制限はなく、例えば、従来公知のアニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤、さらには無機凝集剤などを挙げることができる。無機凝集剤としては、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などがある
このような固液分離手段により、懸濁物質の分離が促進され、濾過装置17及び/又は沈殿池18の出口では、通常、処理水中の懸濁物質濃度は循環する上に問題にならない程度、例えば50mg/l以下に処理されている。このように懸濁物質成分が分離された水は、次いで冷却塔19に送られ、そこで、大気と強制接触することで冷却されて、再度、前記のスチームエジェクター10のコンデンサー12に送られる。
なお、図1では、冷却水は沈殿池18のみで処理されているが、前述の通り、必要に応じて濾過装置17及び沈殿池18で、又は濾過装置17のみで処理することができる。又、水中のマンガンと亜鉛濃度が低い場合には、一部の水を直接冷却塔に戻しても良い。
本発明においては、この鉄鋼製造工程における循環冷却水系におけるマンガンと亜鉛を含むスケールの発生を防止するために、ホスホン酸又はその塩を、例えば薬剤供給手段20により、該水系に添加することにより、前記スケールの発生を防止し、又、析出したマンガンと亜鉛のスケールに作用して、マンガンを溶解してスケールトラブルを解決したものである。
とりわけ、性能の面から、1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸、2−ホスホノブタンー1,2,4−トリカルボン酸、及びそれらの塩から選ばれるホスホン酸又はその塩が好ましい。
これらのホスホン酸又はその塩は、1種を単独で用いることもできるし、あるいは、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
その水系への添加量は、通常、0.1mg/l以上、好ましくは0.1〜10mg/l程度とする。添加場所は図1では、冷却塔出口としたが、それに限定されずに冷却塔のピット、濾過装置、又は沈殿装置の入口、又は出口の配管に、循環冷却水中のホスホン酸が上記の濃度となるように、定量ポンプ等で添加してやれば良い。
本発明のスケール防止剤は、マンガンイオンと亜鉛イオンがそれぞれ100mg/l以下の水質を示す水系で、該水系のpHが6〜10において、上記添加量にて効果的にマンガンと亜鉛を含むスケールの析出を防止し、かつ、析出したマンガンの再溶解を行うことができる。
前記防食剤としては、リン酸塩、重合リン酸塩、リン酸エステル等のリン系化合物、亜鉛、アルミニウム及びニッケルなどの多価金属の塩類等が挙げられる。
前記殺菌剤としては、例えば、アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロライド等の四級アンモニウム塩、クロルメチルトリチアゾリン、クロルメチルイソチアゾリン、メチルイソチアゾリン、次亜塩素酸塩、及びブロム化ヒダントイン等の等の塩素系、臭素系、及び有機窒素硫黄系薬剤等が挙げられる。なお、殺菌剤としては、機器により殺菌成分を発生させる方法でも良く、たとえば、被処理液に食塩を加え、又は加えずにそのまま被処理液を電気分解する方法等も適用することができる。
前記ホスホン酸以外のスケール防止剤としては、分子量が500〜100,000程度のポリカルボン酸類が挙げられ、具体的には、ポリマレイン酸、ポリアクリル酸などが例示される。又、カルボン酸系不飽和単量体単位と、非イオン性不飽和単量体単位及び/又はスルホン酸基含有不飽和単量体単位とを有する共重合体も使用でき、例えば、マレイン酸とイソブチレンの共重合体、マレイン酸とアミレンの共重合体、(メタ)アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の共重合体、(メタ)アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸とt−ブチルアクリルアミドの共重合体、(メタ)アクリル酸と2−ヒドロキシ−3−アリロキシプロパンスルホン酸の共重合体、(メタ)アクリル酸とイソプレンスルホン酸の共重合体、(メタ)アクリル酸とイソプレンスルホン酸と2−ヒドロキシメチルメタクリレートとの共重合体、(メタ)アクリル酸とスチレンスルホン酸の共重合体などが例示される。
水系内に銅材質を含む場合には、例えば、ベンゾトリアゾールやトリルトリアゾール、メルカプトベンゾチアゾールなどのアゾール類を併用すれば、銅材質に対する防食性能を向上させることができて好ましい。
前記消泡剤としては、シリコーン系消泡剤、プルロニック系又はポリオキシアルキレン系消泡剤、及び鉱物油系消泡剤等が挙げられる。
実施例1〜5、比較例1〜8
マンガンイオンと亜鉛イオンの析出試験を机上試験にて行った。
初期濃度として、MnCl2をマンガンイオンとして18mg/l、ZnCl2を亜鉛イオンとして5mg/l、及びFeCl2を鉄イオンとして3mg/lとなるようにビーカーに入れた水に加えてpHを8に調整し、そこに、表1に示すスケール防止剤を所定量添加し、24時間静置した。水温は20℃に維持した。なお、実施例1は薬剤を添加しないブランク試験である。
24時間後、水を、孔径が0.1μmの濾紙を用いて濾過を行い、濾過後の濾液を、原子吸光光度計を用いて水中のマンガンイオンと亜鉛イオンの濃度を測定し、下式を用いて、マンガンと亜鉛の析出抑制率を求めた。
Mn析出抑制率(%)=[(薬剤を添加した時のMnイオン濃度―薬剤を添加しない時の
Mnイオン濃度)/(初期のMnイオン濃度―ブランクテストのMnイオン濃度)]
×100
Zn析出抑制率(%)=[(薬剤を添加した時のZnイオン濃度―薬剤を添加しない時の
Znイオン濃度)/(初期のZnイオン濃度―ブランクテストのZnイオン濃度)]
×100
結果を表1に示す。
マンガン析出物の溶解試験を机上試験にて行った。
水を入れたビーカーに、初期濃度として、1000mg/lのMn析出物を加え、表2に示す各種スケール溶解剤を添加後、pH9に調整し、24時間静置した。水温は20℃一定とした。なお、実施例6は薬剤を添加しないブランク試験である。
24時間後、水を、孔径が0.1μmの濾紙を用いて濾過を行い、濾過後の濾液を、原子吸光光度計を用いて、水中のマンガンイオンを測定し、下式に従って、マンガンと亜鉛の析出抑制率を求めた。
Mn析出抑制率(%)=(薬剤を添加した時のMnイオン濃度/Mn析出物の初期濃度
)×100
結果を表2に示す。
又、表2より、本発明のスケール防止剤は、析出したマンガンの溶解作用が、比較例に示したスケール防止剤よりも優れていることが分かる。
これらの結果により、実際の鉄鋼製造工程における循環冷却水系において、マンガンと亜鉛を含むスケールの析出を効果的に防止し、かつ、一旦析出したこれらのスケールから、マンガンを効果的に溶解することができることがわかる。
2 溶鋼
10 スチ−ムエジェクター
11 高圧水蒸気
12 コンデンサー
15 ピット
17 濾過装置
18 沈殿池
19 冷却塔
20 薬剤供給手段
Claims (6)
- 鉄鋼製造工程における循環冷却水系のマンガンと亜鉛のスケール析出防止剤であって、ホスホン酸又はその塩を含んでなる鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。
- 前記ホスホン酸又はその塩が、1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸、2−ホスホノブタンー1,2,4−トリカルボン酸、及びそれらの塩から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。
- 鉄鋼製造工程における循環冷却水系が、脱ガス装置を含む循環冷却水系である請求項1又は2に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止剤。
- 鉄鋼製造工程における循環冷却水系のマンガンと亜鉛のスケール防止方法であって、該循環水系にホスホン酸又はその塩を含む鉄鋼製造工程の循環水系用スケール防止剤を添加することを特徴とする鉄鋼製造工程における循環水系用スケール防止方法。
- 前記ホスホン酸又はその塩が、1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸、2−ホスホノブタンー1,2,4−トリカルボン酸、及びそれらの塩から選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止方法。
- 鉄鋼製造工程における循環冷却水系が、脱ガス装置を含む循環冷却水系である請求項4又は5に記載の鉄鋼製造工程における循環冷却水系用スケール防止方法。
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