JP2012097336A - Scale removing method of chromium-containing steel material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scale removing method of a chromium-containing steel material for sufficiently removing, with a simple facility, scale of a bilayer structure having a lower layer containing high chromium oxide content formed on the surface of the chromium-containing steel material and an upper layer mainly made of iron oxide.SOLUTION: The scale removing method for a surface of the chromium-containing steel material, where the scale has the bilayer structure having the upper layer and lower layer and the chromium oxide content of the lower layer is higher than that of the upper layer, includes: a first step of removing the upper layer with acid; and a second step of applying oxidation treatment to the lower layer to solubilize the chromium oxide of the lower layer and then performing acid treatment. Preferably, the second step is repeated until the whole lower layer is removed. As the acid treatment, treatment by permanganate is suitable.

Description

本発明はクロム含有鋼材料のスケール除去方法に係り、特に蒸気系に使用されているクロム含有管から水蒸気酸化スケールを除去するのに好適な方法に関する。   The present invention relates to a method for removing scale of chromium-containing steel material, and more particularly to a method suitable for removing steam oxidation scale from a chromium-containing tube used in a steam system.

ボイラの過熱器や再熱器の管路にはCr−Mo鋼やSUS鋼等の高温耐熱性に優れたクロム含有鋼材料が用いられている。このような管路の内壁がその内部を流通する過熱蒸気により酸化されると、酸化クロムや酸化鉄等からなる水蒸気酸化スケールが形成される。   A chromium-containing steel material having excellent high-temperature heat resistance, such as Cr-Mo steel or SUS steel, is used for pipelines of boiler superheaters and reheaters. When the inner wall of such a pipe is oxidized by superheated steam flowing through the inside, a steam oxidation scale made of chromium oxide, iron oxide or the like is formed.

このように管壁に付着した酸化スケールが剥離すると管路のUベント部に堆積して過熱器管のオーバヒートの原因となったり、或いは剥離スケールが飛散してタービンのエロージョンの原因になる。そこで、かかる水蒸気酸化スケールは定期的に除去する必要がある。   If the oxide scale adhering to the pipe wall is peeled off in this way, it accumulates on the U-bent portion of the pipe and causes overheating of the superheater pipe, or the peel scale scatters and causes erosion of the turbine. Therefore, it is necessary to periodically remove such steam oxidation scale.

なお、かかる酸化スケールは管路の内壁のみならず、蒸気に晒される壁面には一般に発生する。したがって、管路の外壁に発生する場合もあり、また管路に限らず同等の壁面には発生する可能性がある。   Such oxide scale is generally generated not only on the inner wall of the pipeline but also on the wall surface exposed to steam. Therefore, it may occur on the outer wall of the pipeline, and may occur on the same wall surface as well as the pipeline.

特開2004−211996(特許文献1)の0015段落に記載されているように、クロム含有鋼管内面の水蒸気酸化スケールは、内外層(上下層)からなる二層構造となっている。外層(上層)スケールは酸化鉄(特にマグネタイト(γ−Fe))を主体とし、内層(下層)スケールはFe、Cr、Mo等を含む酸化物である。 As described in paragraph 0015 of JP-A-2004-211996 (Patent Document 1), the steam oxidation scale on the inner surface of the chromium-containing steel pipe has a two-layer structure composed of inner and outer layers (upper and lower layers). The outer layer (upper layer) scale is mainly composed of iron oxide (particularly magnetite (γ-Fe 3 O 4 )), and the inner layer (lower layer) scale is an oxide containing Fe, Cr, Mo and the like.

通常の鋼管内面のスケールは、酸化鉄を主体とするものであり、酸洗浄により比較的容易に除去することができるが、上記のクロム含有鋼材料に水蒸気酸化により生じる二層構造のスケールは、下層の酸化物が難溶性の酸化クロムを多く含み、通常の酸洗浄では除去が困難である。   The scale of a normal steel pipe inner surface is mainly composed of iron oxide and can be removed relatively easily by acid cleaning. However, the scale of the two-layer structure generated by steam oxidation in the chromium-containing steel material is as follows. The lower oxide layer contains a large amount of hardly soluble chromium oxide, and is difficult to remove by ordinary acid cleaning.

特開平9−87877(特許文献2)には、ボイラ主蒸気管の酸化スケールを除去する方法として、ノズルを主蒸気管に挿入し、該ノズルから酸洗液を高圧で噴射することによりスケールを除去することが記載されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 9-87877 (Patent Document 2), as a method for removing oxidized scale of a boiler main steam pipe, a scale is formed by inserting a nozzle into the main steam pipe and injecting pickling liquid from the nozzle at a high pressure. It is described to be removed.

しかしながら、この場合、酸洗液の高圧噴射装置が必要であり、洗浄設備コストが嵩むと共に、湾曲した配管部分や小口径管には適用が無理又は困難であるという短所がある。   However, in this case, a high-pressure injection device for pickling solution is required, which increases the cost of cleaning equipment and has the disadvantages that it is impossible or difficult to apply to curved pipe portions and small-diameter pipes.

特開平10−259489(特許文献3)には、熱間圧延ステンレス鋼の表面の膜スケール方法として、まず過マンガン酸液に浸漬し、次いで酸に浸漬してスケールを溶解除去する方法が記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-259489 (Patent Document 3) describes a method of film scale on the surface of hot rolled stainless steel, first dipping in a permanganate solution and then dipping in an acid to dissolve and remove the scale. ing.

しかしながら、この方法をクロム含有鋼材料の二層スケールの除去に適用した場合、過マンガン酸液浸漬時に過マンガン酸が二層スケールの酸化クロムリッチな下層に殆ど到達せず、その後に酸処理しても十分には下層を除去することができない。   However, when this method is applied to the removal of the two-layer scale of the chromium-containing steel material, the permanganate hardly reaches the two-layer scale chromium oxide-rich lower layer when immersed in the permanganate solution, and then the acid treatment is performed. However, the lower layer cannot be removed sufficiently.

特開2003−193276(特許文献4)には、ガスタービンエンジンの酸化クロムコーティング層を除去する方法として、まずアルカリで処理して表面の炭化水素残留物等よりなる汚染物質層を除去し、次いでアルカリ性過マンガン酸塩処理溶液に浸漬し、その後、酸洗浄することが記載されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-193276 (Patent Document 4), as a method of removing a chromium oxide coating layer of a gas turbine engine, a contaminant layer composed of a hydrocarbon residue on the surface is first removed by treatment with alkali, and then It is described that the substrate is immersed in an alkaline permanganate treatment solution and then acid-washed.

しかしながら、この方法をクロム含有鋼材料に二層スケールの除去に適用した場合にも、上記特許文献3の場合と同様に、過マンガン酸塩溶液浸漬時に過マンガン酸塩が酸化クロムリッチな下層に殆ど到達しないので、酸処理しても該下層を十分に除去することはできない。   However, even when this method is applied to the removal of a two-layer scale in a chromium-containing steel material, as in the case of Patent Document 3, the permanganate is formed into a lower layer rich in chromium oxide when immersed in the permanganate solution. Since it hardly reaches, the lower layer cannot be sufficiently removed even by acid treatment.

特開2004−211996号公報JP 2004-211996 A 特開平9−87877号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-87877 特開平10−259489号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-259489 特開2003−193276号公報JP 2003-193276 A

本発明は、クロム含有鋼材料の表面に形成された酸化クロム含有量の多い下層と、酸化鉄を主体とする上層とを含んだ二層構造のスケールを簡易な設備で十分に除去することができるクロム含有鋼材料のスケール除去方法を提供することを目的とする。   The present invention can sufficiently remove the scale of a two-layer structure including a lower layer having a high chromium oxide content formed on the surface of the chromium-containing steel material and an upper layer mainly composed of iron oxide with simple equipment. An object of the present invention is to provide a method for removing the scale of a chromium-containing steel material.

本発明(請求項1)は、クロム含有鋼材料表面のスケールを除去する方法であって、該スケールは、上層及び下層よりなり、かつ下層の酸化クロム含有率が上層よりも高い二層構造を有しているクロム含有鋼材料のスケール除去方法において、酸によって上層を除去する第1の工程と、下層を酸化処理して該下層を可溶化し、次いで酸処理する第2の工程とを有することを特徴とするものである。   The present invention (Claim 1) is a method for removing scale on the surface of a chromium-containing steel material, the scale comprising a two-layer structure comprising an upper layer and a lower layer, and the lower layer of chromium oxide content being higher than that of the upper layer. In the descaling method of the chromium containing steel material which has, it has the 1st process of removing an upper layer with an acid, and the 2nd process of oxidizing the lower layer, solubilizing the lower layer, and then acid-treating It is characterized by this.

請求項2は、請求項1において、前記第2の工程を複数回行うことを特徴とするものである。   A second aspect of the present invention is characterized in that the second step is performed a plurality of times in the first aspect.

請求項3は、請求項1又は2において、前記酸化処理は過マンガン酸塩溶液をスケールに接触させる処理であることを特徴とするものである。   A third aspect is characterized in that, in the first or second aspect, the oxidation treatment is a treatment in which a permanganate solution is brought into contact with a scale.

請求項4は、請求項3において、過マンガン酸塩溶液を循環させてスケールに接触させると共に、循環溶液中のクロムイオン濃度を測定し、クロムイオン濃度の上昇速度が所定値以下になるまで酸化処理を行うことを特徴とするものである。   A fourth aspect of the present invention provides the method according to the third aspect, wherein the permanganate solution is circulated and brought into contact with the scale, the chromium ion concentration in the circulating solution is measured, and oxidation is performed until the rate of increase of the chromium ion concentration becomes a predetermined value or less. Processing is performed.

請求項5は、請求項1ないし4のいずれか1項において、前記第1及び第2の工程の酸処理は、酸溶液を循環させてスケールに接触させる処理であり、循環溶液中の鉄イオン濃度を測定し、鉄イオン濃度の上昇速度が所定値以下になるまで酸処理を行うことを特徴とするものである。   A fifth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the acid treatment in the first and second steps is a treatment in which an acid solution is circulated and brought into contact with the scale, and the iron ions in the circulating solution The concentration is measured, and the acid treatment is performed until the rate of increase of the iron ion concentration becomes a predetermined value or less.

請求項6は、請求項1ないし5のいずれか1項において、前記クロム含有鋼材料中のクロム含有量が12wt%以下であることを特徴とするものである。   A sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the chromium content in the chromium-containing steel material is 12 wt% or less.

本発明のクロム含有鋼材料のスケール除去方法では、クロム含有鋼材料表面における酸化クロムリッチな下層と酸化鉄を主体とした上層とを有した二層構造のスケールを除去するに際し、まずスケールを酸処理して上層を溶解除去し(第1の工程)、次いで残留する下層を酸化処理して該下層を酸可溶性とし、その後酸処理して下層を除去する(第2の工程)。このように上層を除去してから下層を酸化処理するので下層が十分に酸可溶性となり、酸処理によって下層が十分に除去される。   In the method for removing the scale of the chromium-containing steel material of the present invention, when removing the scale of the two-layer structure having the lower layer rich in chromium oxide and the upper layer mainly composed of iron oxide on the surface of the chromium-containing steel material, the scale is first converted into an acid. The upper layer is dissolved and removed by the treatment (first step), and then the remaining lower layer is oxidized to make the lower layer acid soluble, and then the acid treatment is performed to remove the lower layer (second step). Thus, since the lower layer is oxidized after removing the upper layer, the lower layer becomes sufficiently acid-soluble, and the lower layer is sufficiently removed by the acid treatment.

なお、下層を可溶化するための酸化処理としては、過マンガン酸塩の溶液を接触させるのが簡易かつ効果的であり、好ましい。   In addition, as the oxidation treatment for solubilizing the lower layer, it is simple and effective to contact a permanganate solution, which is preferable.

下層を酸化処理によって可溶化してから酸処理する第2の工程を複数回繰り返すことにより、下層を十分に除去することができる。   By repeating the second step of acid treatment after solubilizing the lower layer by oxidation treatment, the lower layer can be sufficiently removed.

本発明方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the method of this invention. 実施例の通液方法の説明図である。It is explanatory drawing of the liquid passing method of an Example. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明方法は、クロム含有鋼材料表面のスケールを除去する方法であって、該スケールは、上層及び下層よりなり、かつ下層の酸化クロム含有率が上層よりも高い層構造を有しているクロム含有鋼材料のスケール除去方法において、酸によって上層を除去する第1の工程と、下層を酸化処理して該下層の酸化クロムを可溶化し、次いで酸処理する第2の工程とを有する。   The method of the present invention is a method for removing scale on the surface of a chromium-containing steel material, the scale comprising a top layer and a bottom layer, and having a layer structure in which the chromium oxide content in the bottom layer is higher than that of the top layer The method for removing the scale of the contained steel material includes a first step of removing the upper layer with an acid, and a second step of oxidizing the lower layer to solubilize the lower layer of chromium oxide and then acid-treating the lower layer.

本発明は特に鋼管とりわけボイラ熱交換器用合金鋼鋼管、ボイラ熱交換器用ステンレス鋼鋼管、ボイラ熱交換器用炭素鋼鋼管などに適用するのに好適であり、例えばSTBA20〜24等のCr−Mo合金鋼管、各種ステンレス鋼管、STB25〜29等の高Cr炭素鋼管が例示される。具体的なボイラ管としては、過熱器管、再熱器管、主蒸気管などが挙げられる。   The present invention is particularly suitable for application to steel pipes, in particular, alloy steel pipes for boiler heat exchangers, stainless steel pipes for boiler heat exchangers, carbon steel pipes for boiler heat exchangers, and the like, for example, Cr-Mo alloy steel pipes such as STBA20-24. Examples include various stainless steel pipes and high Cr carbon steel pipes such as STB 25-29. Specific boiler tubes include superheater tubes, reheater tubes, main steam tubes, and the like.

本発明では、このようなクロム含有鋼材料の表面に水蒸気酸化などにより形成された、酸化クロムリッチな下層と酸化鉄を主体とする上層とを有する二層構造のスケールを除去する。上記のクロム含有鋼材料よりなる過熱器管又は再熱器管等の表面に水蒸気酸化により生じたスケールの下層には、酸化クロムが3wt%以上例えば、5〜15wt%程度含有されることが一般的であり、上層は酸化鉄を90wt%以上例えば、92〜98wt%程度含有し、酸化クロムを0.5wt%以下、例えば0.1〜0.2wt%程度含有することが多い。また、スケールの上層と下層の合計厚みが0.2〜0.6mm程度である場合、下層の厚さが占める割合は通常30〜70%、特に40〜60%程度である。   In the present invention, the scale of a two-layer structure having a chromium oxide-rich lower layer and an upper layer mainly composed of iron oxide formed on the surface of such a chromium-containing steel material by steam oxidation or the like is removed. The lower layer of the scale generated by steam oxidation on the surface of the superheater tube or reheater tube made of the above-mentioned chromium-containing steel material generally contains chromium oxide in an amount of 3 wt% or more, for example, about 5 to 15 wt%. In many cases, the upper layer contains iron oxide at 90 wt% or more, for example, about 92 to 98 wt%, and chromium oxide at 0.5 wt% or less, for example, about 0.1 to 0.2 wt%. When the total thickness of the upper and lower layers of the scale is about 0.2 to 0.6 mm, the proportion of the lower layer thickness is usually 30 to 70%, particularly about 40 to 60%.

本発明では、このような二層構造のスケールを有したクロム含有鋼材料からスケールを除去するに際し、まずスケールに酸溶液を接触させて上層を溶解除去する(第1の工程)。   In the present invention, when removing the scale from the chromium-containing steel material having such a two-layered scale, first, the acid solution is brought into contact with the scale to dissolve and remove the upper layer (first step).

酸処理に用いる酸としては、無機酸、有機酸、キレート剤のいずれでもよい。無機酸としては、塩酸、硫酸、フッ酸などが例示される。有機酸としては、クエン酸、クエン酸アンモニウム、ギ酸、マロン酸、シュウ酸、酢酸、グリコール酸、リンゴ酸などが例示される。これらの酸は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。キレート剤としてはEDTA、EDTA−アンモニウム塩などが挙げられる。   The acid used for the acid treatment may be any of an inorganic acid, an organic acid, and a chelating agent. Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrofluoric acid. Examples of the organic acid include citric acid, ammonium citrate, formic acid, malonic acid, oxalic acid, acetic acid, glycolic acid, malic acid and the like. These acids may use only 1 type and may use 2 or more types together. Examples of the chelating agent include EDTA and EDTA-ammonium salt.

酸溶液の濃度は、無機酸の場合、3〜10wt%、特に5〜8wt%程度が好適であり、有機酸又はキレート剤の場合は3〜20wt%特に3〜15wt%程度が好適である。   The concentration of the acid solution is preferably about 3 to 10 wt%, particularly about 5 to 8 wt% in the case of an inorganic acid, and about 3 to 20 wt%, particularly about 3 to 15 wt% in the case of an organic acid or a chelating agent.

酸溶液には、下地鋼材の腐食を防止するために、腐食抑制剤、還元剤などを含有させるのが好ましい。腐食抑制剤としては、第1級〜第3級アミン、高分子アミン化合物、イミダゾリン化合物などが例示される。還元剤としては、ヒドラジン、エリソルビン酸、L−アルコスビン酸又はこれらの塩類が例示され、特にエリソルビン酸又はL−アルコスビン酸が好適である。   The acid solution preferably contains a corrosion inhibitor, a reducing agent or the like in order to prevent corrosion of the base steel material. Examples of the corrosion inhibitor include primary to tertiary amines, polymer amine compounds, imidazoline compounds and the like. Examples of the reducing agent include hydrazine, erythorbic acid, L-arcosbic acid and salts thereof, and erythorbic acid or L-arcosbic acid is particularly preferable.

酸溶液とスケールとを接触させるには、酸の溶液にクロム含有鋼材料を浸漬してもよいが、クロム含有鋼材料が管であり、スケールが管内面に生じている場合には、酸溶液を管内に通液するのが好ましい。   To bring the acid solution into contact with the scale, the chromium-containing steel material may be immersed in an acid solution. However, if the chromium-containing steel material is a tube and the scale is formed on the inner surface of the tube, the acid solution Is preferably passed through the tube.

この通液時の液流速は、0.01〜5.0m/sec、特に0.1〜3.0m/sec程度が好適であるが、これに限定されない。通液時の液温は、常温でもよく、加温されていてもよいが、溶解速度を高くするために、40℃以上、無機酸の場合は、特に50℃〜60℃、有機酸又はキレート剤の場合は80〜95℃程度に加温することが好ましい。   The liquid flow rate at the time of liquid passage is preferably 0.01 to 5.0 m / sec, particularly about 0.1 to 3.0 m / sec, but is not limited thereto. The liquid temperature at the time of passing the liquid may be normal temperature or may be heated, but in order to increase the dissolution rate, it is 40 ° C. or higher. In the case of inorganic acid, 50 ° C. to 60 ° C., especially organic acid or chelate In the case of an agent, it is preferable to heat to about 80-95 degreeC.

この上層除去のための酸処理時間は、上層の好ましくは80%以上、特に95%以上が除去されるように設定されるのが好ましい。   The acid treatment time for removing the upper layer is preferably set so that preferably 80% or more, particularly 95% or more of the upper layer is removed.

酸によって上層を溶解除去する場合、処理時間は予め設定した所定時間としてもよいが、酸溶液を管に循環通液すると共にこの循環液中のFeイオン濃度を測定し、このFeイオン濃度の経時的な上昇速度が所定値以下になるまで継続するようにしてもよい。この場合、0.5時間あたりのFeイオン濃度の上昇が溶出Feイオン濃度の5%以下となったことを2点確認するまで、この酸処理を行うのが好ましい。   When the upper layer is dissolved and removed with acid, the treatment time may be a predetermined time set in advance, but the acid solution is circulated through the pipe and the Fe ion concentration in the circulating liquid is measured. You may make it continue until a typical raise speed becomes below a predetermined value. In this case, it is preferable to carry out this acid treatment until it is confirmed that the increase in the Fe ion concentration per 0.5 hour is 5% or less of the eluted Fe ion concentration.

この上層除去のための酸処理(第1の工程)を行った後、第2の工程に移行し、まずクロム含有鋼材料表面に残留する下層を酸化処理して可溶化する。この酸化処理としては、過マンガン酸による処理、オゾン処理、過酸化水素処理等を採用することができるが、取り扱いが容易な過マンガン酸塩による処理が好適である。過マンガン酸塩としては、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウムのいずれでもよいが、安価であるところから、過マンガン酸カリウムが好適である。過マンガン酸塩溶液の濃度は0.1〜10wt%、特に0.5〜5.0wt%程度が好適である。   After performing the acid treatment (first step) for removing the upper layer, the process proceeds to the second step. First, the lower layer remaining on the surface of the chromium-containing steel material is oxidized and solubilized. As this oxidation treatment, treatment with permanganic acid, ozone treatment, hydrogen peroxide treatment or the like can be adopted, but treatment with permanganate which is easy to handle is suitable. As the permanganate, either potassium permanganate or sodium permanganate may be used, but potassium permanganate is preferred because it is inexpensive. The concentration of the permanganate solution is preferably about 0.1 to 10 wt%, particularly about 0.5 to 5.0 wt%.

過マンガン酸塩等による酸化処理により、下層中の酸化クロムはCrからCr 2−となり、可溶性となる。 By the oxidation treatment with permanganate or the like, the chromium oxide in the lower layer is changed from Cr 2 O 3 to Cr 2 O 7 2− and becomes soluble.

過マンガン酸塩の溶液は、鋼種に応じてpHが調整されることが好ましい。炭素鋼の場合は、pH8以上、例えば10〜14程度のアルカリ性の過マンガン酸塩溶液又は中性の過マンガン酸塩溶液を用いるのが好ましい。   The pH of the permanganate solution is preferably adjusted according to the steel type. In the case of carbon steel, it is preferable to use an alkaline permanganate solution having a pH of 8 or more, for example, about 10 to 14, or a neutral permanganate solution.

過マンガン酸塩溶液をアルカリ性とするためには、アルカリとして水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを用いるのが好ましい。   In order to make the permanganate solution alkaline, it is preferable to use potassium hydroxide or sodium hydroxide as the alkali.

過マンガン酸塩溶液には、さらに界面活性剤等を含有させてもよい。   The permanganate solution may further contain a surfactant or the like.

過マンガン酸塩溶液と、下層とを接触させるには、該クロム含有鋼材料を溶液に浸漬してもよく、スケールが管内面に生じている場合には、該溶液を管内に通液するのが好ましい。   In order to bring the permanganate solution into contact with the lower layer, the chromium-containing steel material may be immersed in the solution, and when the scale is formed on the inner surface of the tube, the solution is passed through the tube. Is preferred.

この通液時の液流速は、0.01〜5.0m/sec、特に0.1〜3.0m/sec程度が好適であるが、これに限定されない。通液時の液温は、常温でもよく、加温されていてもよいが、酸化速度を高くするために、40℃以上、特に70℃〜95℃程度に加温することが好ましい。   The liquid flow rate at the time of liquid passage is preferably 0.01 to 5.0 m / sec, particularly about 0.1 to 3.0 m / sec, but is not limited thereto. The liquid temperature at the time of passing the liquid may be normal temperature or may be heated, but in order to increase the oxidation rate, it is preferable to heat to 40 ° C. or higher, particularly about 70 ° C. to 95 ° C.

過マンガン酸塩溶液で下層の酸化による可溶化処理を行う場合、処理時間は予め設定した所定時間としてもよいが、過マンガン酸塩溶液を管に循環通液すると共にこの循環液中のCrイオン濃度を測定し、このCrイオン濃度の経時的な上昇速度が所定値以下になるまで継続するようにしてもよい。この場合、0.5時間あたりのCrイオン濃度の上昇が溶出クロムイオン濃度の5%以下となったことを2点確認するまで、この可溶化処理を行うのが好ましい。   When the solubilization treatment by oxidation of the lower layer is performed with the permanganate solution, the treatment time may be a predetermined time set in advance, but the permanganate solution is circulated through the tube and Cr ions in the circulatory fluid are circulated. The concentration may be measured and continued until the rate of increase in Cr ion concentration with time falls below a predetermined value. In this case, it is preferable to carry out this solubilization treatment until it is confirmed that the increase in Cr ion concentration per 0.5 hour is 5% or less of the eluted chromium ion concentration.

この下層の酸化処理を行った後、酸による下層の溶解除去処理を行う。   After the lower layer is oxidized, the lower layer is dissolved and removed with an acid.

この場合の酸溶液としては、前記第1の工程の酸溶液と同様のものが好適である。この場合の酸溶液の濃度は、前記第1の工程の酸溶液と同等であってもよく、それよりも高くても、また低くてもよい。なお、後述のように、下層の酸化処理と酸処理とを繰り返し複数サイクル行う場合、後のサイクルでは先のサイクルよりも過マンガン酸塩溶液や酸の濃度を低くしてもよい。   The acid solution in this case is preferably the same as the acid solution in the first step. The concentration of the acid solution in this case may be equivalent to the acid solution in the first step, and may be higher or lower than that. As will be described later, when the lower layer oxidation treatment and the acid treatment are repeated for a plurality of cycles, the concentration of the permanganate solution and the acid may be lower in the later cycle than in the previous cycle.

酸処理の手法の好適な態様は、上層溶解除去処理時の酸処理と同様に、浸漬処理でもよく、管内に通液してもよい。管に通液する場合の好適な条件は、上層の溶解除去処理時と同様である。   A preferred embodiment of the acid treatment method may be dipping treatment as in the acid treatment during the upper layer dissolution and removal treatment, or may be passed through the tube. Suitable conditions for passing through the tube are the same as in the upper layer dissolution and removal treatment.

酸によって下層を溶解除去する場合、処理時間は予め設定した所定時間としてもよいが、酸溶液を管に循環通液すると共にこの循環液中のFeイオン濃度を測定し、このFeイオン濃度の経時的な上昇速度が所定値以下になるまで継続するようにしてもよい。この場合、0.5時間あたりのFeイオン濃度の上昇が溶出Feイオン濃度の5%以下となったことを2点確認するまで、この酸溶解処理を行うのが好ましい。   When the lower layer is dissolved and removed with an acid, the treatment time may be set to a predetermined time, but the acid solution is circulated through the pipe and the Fe ion concentration in the circulating liquid is measured. You may make it continue until a typical raise speed becomes below a predetermined value. In this case, it is preferable to perform this acid dissolution treatment until it is confirmed that the increase in Fe ion concentration per 0.5 hour is 5% or less of the eluted Fe ion concentration.

本発明では、上記の下層の酸化処理と酸溶解除去処理とからなる第2の工程を繰り返し行ってもよい。   In the present invention, the second step comprising the lower layer oxidation treatment and the acid dissolution removal treatment may be repeated.

即ち、第1図(a)のように、上層の除去(第1の工程)の後、下層の酸化処理及び下層の溶解除去(第2の工程)を1回だけ行ってスケールをすべて除去できる場合には、第2の工程は1回だけ行えばよい。第2の工程が1回だけでは鋼材表面の下層が十分に除去されない場合には、第1図(b)のように下層の酸化処理と酸溶解除去処理とからなる第2の工程を2回以上行うのが好ましい。   That is, as shown in FIG. 1 (a), after removal of the upper layer (first step), the lower layer oxidation treatment and lower layer dissolution removal (second step) can be performed only once to remove all the scale. In some cases, the second step need only be performed once. If the lower layer on the surface of the steel material is not sufficiently removed by the second step only once, the second step consisting of the lower layer oxidation treatment and the acid dissolution removal treatment is performed twice as shown in FIG. 1 (b). It is preferable to carry out the above.

なお、第2の工程を行った後、ボイラ管等の洗浄対象物の表面を観察し、スケールが十分に除去されていれば、第2の工程を終了とし、スケール除去が不十分な場合にはもう1回第2の工程を行うようにしてもよい。洗浄対象物の表面を観察する代りに、第2の工程の酸処理工程流出液中のCrイオン濃度を測定し、このCrイオン濃度が所定値以下であれば第2の工程を終了とし、所定値を超えるときにはもう1回第2の工程を行うようにしてもよい。   In addition, after performing the 2nd process, the surface of cleaning objects, such as a boiler pipe, is observed, and if the scale is removed enough, the 2nd process will be ended and the scale removal is insufficient. May perform the second step once more. Instead of observing the surface of the object to be cleaned, the Cr ion concentration in the acid treatment step effluent of the second step is measured, and if this Cr ion concentration is below a predetermined value, the second step is terminated, When the value is exceeded, the second step may be performed once more.

通常の場合、第2の工程を2〜3回程度行えば、クロム含有鋼材料よりなるボイラ管内面の水蒸気酸化スケールを十分に除去することができる。第2の工程を1回又は複数回行ってスケールを十分に除去した後は、ボイラ管等の洗浄対象物を水洗する。   Normally, if the second step is performed about 2 to 3 times, the steam oxidation scale on the inner surface of the boiler tube made of the chromium-containing steel material can be sufficiently removed. After the scale is sufficiently removed by performing the second step one or more times, the object to be cleaned such as a boiler tube is washed with water.

本発明は、ボイラ管以外のクロム含有鋼材料表面の二層構造のスケール除去にも適用できる。なお、スケールはさらに別の層を有していてもよい。   The present invention can also be applied to scale removal of a two-layer structure on the surface of a chromium-containing steel material other than a boiler tube. In addition, the scale may have another layer.

以下、実施例、比較例及び参考例について説明する。   Hereinafter, examples, comparative examples, and reference examples will be described.

[実施例1]
発電用石炭焚きボイラの、STBA27(Cr9wt%)よりなる3次過熱器管(内径37.6mm、外径50.8mm)をボイラから長さ60mmに切り出してサンプル管とした。
[Example 1]
A tertiary superheater tube (inside diameter 37.6 mm, outside diameter 50.8 mm) made of STBA27 (Cr 9 wt%) of a coal-fired boiler for power generation was cut out from the boiler to a length of 60 mm to obtain a sample tube.

このサンプル管(3次過熱器管)の内面には、平均厚さ0.23mm(150mg/cm)のスケールが付着していた。EPMAで分析したところ、このスケールはクロムを約9〜15wt%、鉄を50〜60wt%含有する平均厚さ0.11mmの下層と、鉄を60〜70wt%含有し、クロムを含有しない平均厚さ0.13mmの上層とからなる二層構造を有していた。 A scale having an average thickness of 0.23 mm (150 mg / cm 2 ) was adhered to the inner surface of the sample tube (third superheater tube). When analyzed by EPMA, this scale has an average thickness of 0.11 mm containing about 9 to 15 wt% chromium and 50 to 60 wt% iron, and an average thickness containing 60 to 70 wt% iron and no chromium. It had a two-layer structure consisting of an upper layer of 0.13 mm.

このサンプル管3本を直列に接続し、第2図の通り循環通液できるように接続した。槽1内の液は、ポンプ2、循環往管3、サンプル4,4、循環戻管5、槽1の順に通液される。槽1にはヒータ6が設けられ、液を加温できるようになっている。   The three sample tubes were connected in series so that circulation was possible as shown in FIG. The liquid in the tank 1 is passed through the pump 2, the circulation outward pipe 3, the samples 4 and 4, the circulation return pipe 5, and the tank 1 in this order. The tank 1 is provided with a heater 6 so that the liquid can be heated.

実施例1では、第2の工程を3回繰り返した。即ち、第1回目酸処理→第1回目酸化処理→第2回目酸処理→第2回目酸化処理→第3回目酸処理→第3回目酸化処理→第4回目酸処理の処理を行った。   In Example 1, the second step was repeated three times. That is, the first acid treatment → the first oxidation treatment → the second acid treatment → the second oxidation treatment → the third acid treatment → the third oxidation treatment → the fourth acid treatment.

第1回目〜第3回目の酸処理の酸溶液として、下記組成の有機酸溶液を用い、液温度を90±5℃とした。   As an acid solution for the first to third acid treatments, an organic acid solution having the following composition was used, and the liquid temperature was 90 ± 5 ° C.

グリコール酸:4.5wt%
マロン酸:4.5wt%
L−アスコルビン酸:1.0wt%
腐食抑制剤:1.0wt%
また、第4回目の酸処理の酸溶液として、下記組成の有機酸溶液を用い、液温度を90±5℃とした。
Glycolic acid: 4.5 wt%
Malonic acid: 4.5wt%
L-ascorbic acid: 1.0 wt%
Corrosion inhibitor: 1.0 wt%
Further, as the acid solution for the fourth acid treatment, an organic acid solution having the following composition was used, and the liquid temperature was set to 90 ± 5 ° C.

グリコール酸:1.5wt%
マロン酸:1.5wt%
L−アスコルビン酸:1.0wt%
腐食抑制剤:1.0wt%
なお、腐食抑制剤としては、朝日化学工業(株)製イビット30ES(「イビット」は、住友化学工業(株)の登録商標)を用いた。
Glycolic acid: 1.5 wt%
Malonic acid: 1.5wt%
L-ascorbic acid: 1.0 wt%
Corrosion inhibitor: 1.0 wt%
As the corrosion inhibitor, IBIT 30ES manufactured by Asahi Chemical Industry Co., Ltd. (“IBIT” is a registered trademark of Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used.

酸化処理のための酸化剤としては、過マンガン酸カリウムの1.5wt%と水酸化カリウム3.5wt%の混合溶液を用い、液温は80±5℃とした。第3回目の酸化処理には、過マンガン酸カリウム1wt%と水酸化カリウム2wt%の混合溶液を用いた。   As an oxidizing agent for the oxidation treatment, a mixed solution of 1.5 wt% potassium permanganate and 3.5 wt% potassium hydroxide was used, and the liquid temperature was 80 ± 5 ° C. For the third oxidation treatment, a mixed solution of 1 wt% potassium permanganate and 2 wt% potassium hydroxide was used.

酸洗浄時には、上記の酸溶液(未使用のもの)1.3Lを槽1に収容し、8L/minにて循環通液すると共に、槽1内の液の全Fe(T−Fe)濃度及び全Cr(T−Cr)濃度を経時的に測定した。そして、槽1内のFeイオン濃度の経時的上昇が停止するまで、具体的には、0.5時間あたりのFeイオン濃度の上昇が溶出Feイオン濃度の5%以下を2点確認するまで、酸洗浄を継続した。酸洗浄の終了後、酸溶液を抜き、純水で水洗し、次の酸化処理を行った。   At the time of acid cleaning, 1.3 L of the above acid solution (unused) is stored in the tank 1 and circulated through at 8 L / min, and the total Fe (T-Fe) concentration of the liquid in the tank 1 and The total Cr (T-Cr) concentration was measured over time. And until the time-dependent increase in the Fe ion concentration in the tank 1 stops, specifically, until the increase in the Fe ion concentration per 0.5 hour confirms two points of 5% or less of the eluted Fe ion concentration, The acid wash was continued. After the completion of the acid cleaning, the acid solution was taken out, washed with pure water, and then subjected to the following oxidation treatment.

酸化処理時には、上記の過マンガン酸溶液(未使用のもの)1.3Lを槽1に収容し、8L/minにて循環通液すると共に、槽1内の液の全Fe(T−Fe)濃度及び全Cr(T−Cr)濃度を経時的に測定した。そして、槽1内のCrイオン濃度の経時的上昇が停止するまで、具体的には、0.5時間あたりのCrイオン濃度の上昇が溶出Crイオン濃度の5%以下を2点確認するまで、酸化処理を継続した。この結果を表1、第3図及び第4図に示す。   At the time of oxidation treatment, 1.3 L of the above-mentioned permanganate solution (unused) is placed in the tank 1 and circulated through at 8 L / min, and the total Fe (T-Fe) in the liquid in the tank 1 Concentration and total Cr (T-Cr) concentration were measured over time. And until the time-dependent increase in Cr ion concentration in the tank 1 stops, specifically, until the increase in Cr ion concentration per 0.5 hour confirms two points of 5% or less of the eluted Cr ion concentration, The oxidation treatment was continued. The results are shown in Table 1, FIG. 3 and FIG.

表1及び第4図に示す通り、上層除去のための第1回目の酸洗浄工程では、25時間が経過するとFeイオン濃度の上昇が11,100mg/Lでほぼ停止したので、次の第1回目の過マンガン酸カリウムによる下層酸化処理工程に移行した。   As shown in Table 1 and FIG. 4, in the first acid cleaning step for removing the upper layer, the increase in Fe ion concentration almost stopped at 11,100 mg / L after 25 hours. It shifted to the lower layer oxidation treatment process with the second potassium permanganate.

この第1回目の下層酸化処理工程では、24時間が経過するとCrイオン濃度の上昇が216mg/Lでほぼ停止したので、次の第2回目の酸処理に移行した。   In the first lower layer oxidation treatment step, the increase in Cr ion concentration almost stopped at 216 mg / L after 24 hours had elapsed, so the process shifted to the next second acid treatment.

この第2回目の酸処理工程では12時間が経過するとFeイオン濃度の上昇が1,000mg/Lでほぼ停止したので、次の第2回目の過マンガン酸カリウムによる下層酸化処理工程に移行した。この第2回目の下層酸化処理工程では、11時間が経過するとCrイオン濃度の上昇が260mg/Lでほぼ停止したので、次の第3回目の酸処理に移行した。この第3回目の酸処理工程では21時間が経過するとFeイオン濃度の上昇が500mg/Lでほぼ停止したので、次の第3回目の過マンガン酸カリウムによる下層酸化処理工程に移行した。   In the second acid treatment step, the increase in Fe ion concentration almost stopped at 1,000 mg / L after 12 hours had passed, so the process shifted to the second lower layer oxidation treatment step with potassium permanganate. In the second lower layer oxidation treatment step, the increase in Cr ion concentration almost stopped at 260 mg / L after 11 hours had elapsed, and the process shifted to the next third acid treatment. In this third acid treatment step, the increase in Fe ion concentration almost stopped at 500 mg / L after 21 hours had elapsed, so the process shifted to the next third lower layer oxidation treatment step with potassium permanganate.

この第3回目の下層酸化処理工程では、8時間が経過するとCrイオン濃度の上昇が114mg/Lでほぼ停止したので、次の第4回目の酸処理に移行した。この第4回目の酸処理工程では8時間が経過すると、Feイオン濃度の上昇が250mg/Lでほぼ停止すると共にCrイオン濃度の上昇が13mg/Lでほぼ停止した。これをもってスケール除去処理を終了することとし、配管内に残留する酸溶液を排出し、純水で水洗した。サンプル管内面を観察したところ、スケールはほぼ完全に除去されていた。   In this third lower layer oxidation treatment step, the increase in Cr ion concentration almost stopped at 114 mg / L after 8 hours had passed, so the process shifted to the next fourth acid treatment. In the fourth acid treatment step, after 8 hours, the increase in Fe ion concentration almost stopped at 250 mg / L and the increase in Cr ion concentration almost stopped at 13 mg / L. With this, the descaling process was terminated, and the acid solution remaining in the pipe was discharged and washed with pure water. When the inner surface of the sample tube was observed, the scale was almost completely removed.

Figure 2012097336
Figure 2012097336

[比較例1]
実施例1で用いたものと同じサンプル管を同様に4本直列に接続し、第2図の通りセットした。槽1に実施例1と第1回目〜第3回目酸処理時と同一の未使用の酸溶液を1.3L収容し、液温90℃にて30時間通液すると共に槽1内の液中のT−Fe濃度及びT−Cr濃度を測定した。
[Comparative Example 1]
Four sample tubes identical to those used in Example 1 were similarly connected in series and set as shown in FIG. The tank 1 contains 1.3 L of the same unused acid solution as in Example 1 and the first to third acid treatments, and is passed for 30 hours at a liquid temperature of 90 ° C. and in the liquid in the tank 1. T-Fe concentration and T-Cr concentration were measured.

次いで、槽1及びサンプル4内の残留液をすべて排出し、槽1に再び同じ未使用の酸溶液を1.3L収容し、液温90℃にて30時間通液すると共に槽1内の液中のT−Fe濃度及びT−Cr濃度を測定した。結果を表2、第5図及び第6図に示す。第5,6図の通り、10時間特に20時間を経過すると、Fe及びCrの溶出は極めて緩慢となる。   Next, all the remaining liquid in the tank 1 and the sample 4 is discharged, and 1.3 L of the same unused acid solution is again stored in the tank 1, and the liquid in the tank 1 is passed through at a liquid temperature of 90 ° C. for 30 hours. The T-Fe concentration and T-Cr concentration in the medium were measured. The results are shown in Table 2, FIG. 5 and FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, elution of Fe and Cr becomes extremely slow after 10 hours, especially 20 hours.

その後、サンプルの内面を観察したが、茶色を帯びたスケールが平均厚さ0.15mmにて残留していた。合計の酸洗浄時間は、実施例1では65時間、比較例1では60時間とほぼ同等であるにもかかわらず、比較例1ではスケール下層が殆ど除去されていないことが認められた。   Thereafter, the inner surface of the sample was observed, and a brownish scale remained at an average thickness of 0.15 mm. Although the total acid cleaning time was almost equal to 65 hours in Example 1 and 60 hours in Comparative Example 1, it was confirmed that the scale lower layer was hardly removed in Comparative Example 1.

Figure 2012097336
Figure 2012097336

実施例1の通り、クロム含有鋼材料の場合でも、スケール上層を除去してから過マンガン酸塩で下層を可溶化させて酸処理を行うことにより下層を溶解させることができ、この可溶化処理及び酸処理を複数回繰り返すことにより、下層を十分に除去することができる。   As in Example 1, even in the case of a chromium-containing steel material, it is possible to dissolve the lower layer by removing the upper layer of the scale and then solubilizing the lower layer with permanganate and performing acid treatment. And the lower layer can be sufficiently removed by repeating the acid treatment a plurality of times.

1 槽
4 サンプル管
6 ヒータ
1 tank 4 sample tube 6 heater

Claims (6)

クロム含有鋼材料表面のスケールを除去する方法であって、
該スケールは、上層及び下層よりなり、かつ下層の酸化クロム含有率が上層よりも高い二層構造を有しているクロム含有鋼材料のスケール除去方法において、
酸によって上層を除去する第1の工程と、
下層を酸化処理して該下層を可溶化し、次いで酸処理する第2の工程とを有することを特徴とするクロム含有鋼材料のスケール除去方法。
A method for removing scale on the surface of a chromium-containing steel material,
The scale is composed of an upper layer and a lower layer, and the chromium-containing steel material has a two-layer structure in which the chromium oxide content of the lower layer is higher than that of the upper layer.
A first step of removing the upper layer with an acid;
And a second step of solubilizing the lower layer by oxidizing the lower layer and then acid-treating the lower layer, and a method for removing the scale of the chromium-containing steel material.
請求項1において、前記第2の工程を複数回行うことを特徴とするクロム含有鋼材料のスケール除去方法。   The scale removal method for a chromium-containing steel material according to claim 1, wherein the second step is performed a plurality of times. 請求項1又は2において、前記酸化処理は過マンガン酸塩溶液をスケールに接触させる処理であることを特徴とするクロム含有鋼材料のスケール除去方法。   3. The method for removing the scale of a chromium-containing steel material according to claim 1, wherein the oxidation treatment is a treatment in which a permanganate solution is brought into contact with the scale. 請求項3において、過マンガン酸塩溶液を循環させてスケールに接触させると共に、循環溶液中のクロムイオン濃度を測定し、クロムイオン濃度の上昇速度が所定値以下になるまで酸化処理を行うことを特徴とするクロム含有鋼材料のスケール除去方法。   In claim 3, the permanganate solution is circulated and brought into contact with the scale, the chromium ion concentration in the circulating solution is measured, and the oxidation treatment is performed until the rate of increase of the chromium ion concentration becomes a predetermined value or less. A method for removing scale of a chromium-containing steel material. 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記第1及び第2の工程の酸処理は、酸溶液を循環させてスケールに接触させる処理であり、
循環溶液中の鉄イオン濃度を測定し、鉄イオン濃度の上昇速度が所定値以下になるまで酸処理を行うことを特徴とするクロム含有鋼材料のスケール除去方法。
5. The acid treatment in any one of claims 1 to 4, wherein the acid treatment in the first and second steps is a treatment in which an acid solution is circulated and brought into contact with a scale.
A method for removing the scale of a chromium-containing steel material, comprising measuring an iron ion concentration in a circulating solution and performing an acid treatment until an increasing rate of the iron ion concentration becomes a predetermined value or less.
請求項1ないし5のいずれか1項において、前記クロム含有鋼材料中のクロム含有量が12wt%以下であることを特徴とするクロム含有鋼材料のスケール除去方法。   6. The method for removing a scale of a chromium-containing steel material according to any one of claims 1 to 5, wherein a chromium content in the chromium-containing steel material is 12 wt% or less.
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