JP2018044238A - 鋼板の電解洗浄装置、連続焼鈍設備、及び鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
火災災害の発生を確実に防止することのできる鋼板の電解洗浄装置を提供すること。
【解決手段】
洗浄液を内部に収容し、鋼板が通板される洗浄槽と、少なくとも一部が前記洗浄液中に浸漬され、洗浄液への通電を行う電極部材と、前記電極部材に接続され、前記電極部材への通電を行う通電部材と、を有し、前記電極部材は、Ｐｂ又はＳＵＳにより形成され、前記電極部材の少なくとも前記通電部材と接触する部分が、Ｐｂの酸化物又はＣｒの酸化物により形成される鋼板の電解洗浄装置。
【選択図】図１
火災災害の発生を確実に防止することのできる鋼板の電解洗浄装置を提供すること。
【解決手段】
洗浄液を内部に収容し、鋼板が通板される洗浄槽と、少なくとも一部が前記洗浄液中に浸漬され、洗浄液への通電を行う電極部材と、前記電極部材に接続され、前記電極部材への通電を行う通電部材と、を有し、前記電極部材は、Ｐｂ又はＳＵＳにより形成され、前記電極部材の少なくとも前記通電部材と接触する部分が、Ｐｂの酸化物又はＣｒの酸化物により形成される鋼板の電解洗浄装置。
【選択図】図１
Description
本発明は、電極の異常発熱が原因となって引き起こされる火災災害の発生を防止することのできる鋼板の電解洗浄装置、該鋼板の電解洗浄装置を備えた連続焼鈍設備、及び該連続焼鈍設備を用いた鋼板の製造方法に関する。
製鉄所の冷延工場等においては、鋼板の表面を洗浄することを目的として、鋼板の電解洗浄装置（以下、単に「洗浄装置」と称することもある。）が用いられることがある。例えば、図１（ａ）に示すように、洗浄装置１は、洗浄液２を収容する洗浄槽３と、洗浄槽３内の洗浄液２に通電する電極部材４とを備える。鋼板７が洗浄液２中を通板されている間に、電極部材４から数十〜数千Ａの電流が通電される。通電時に洗浄液２が電気分解されて各種のガスが発生することで、鋼板７の洗浄効果が向上する。
一方で、これらの洗浄装置１では、時折小火や煙の発生等の火災災害が起こる危険性が高く、防災上の課題となっている。特に、洗浄槽３を構成するタンクの材質が可燃性である場合や、洗浄液２が可燃性である場合には、小火が大規模な火災に繋がる可能性があり、大変危険である。従来、このような火災災害を防止するために、洗浄槽３内の温度を測定すること等の対策が講じられている。しかし、小火や煙の発生原因そのものが解明されておらず、火災災害の危険性を完全に撲滅することはできていない。
電極を備えた設備における火災の対策技術を開示した文献として、特許文献１が挙げられる。特許文献１は、複数の電池モジュールを収納ケース内に備えた電池ユニット内において、１つの電池モジュールから腐食性ガスや火災が発生した際に、他の正常な電池モジュールにこれらのガスや火災が移行しないように、異常状態の波及を防止するという技術である。しかし、特許文献１においても火災の原因そのものは特定されておらず、電極を備えた設備における火災災害の発生を根本的に解決できるわけではない。
本発明は、上記の問題点に鑑みて完成されたものであり、火災災害の発生を確実に防止することのできる鋼板の電解洗浄装置、該鋼板の電解洗浄装置を備えた連続焼鈍設備、及び該連続焼鈍設備を用いた鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
本発明を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］洗浄液を内部に収容し、鋼板が通板される洗浄槽と、少なくとも一部が前記洗浄液中に浸漬され、洗浄液への通電を行う電極部材と、前記電極部材に接続され、前記電極部材への通電を行う通電部材と、を有し、前記電極部材は、Ｐｂ又はＳＵＳにより形成され、前記電極部材の少なくとも前記通電部材と接触する部分が、Ｐｂの酸化物又はＣｒの酸化物により形成される鋼板の電解洗浄装置。
［２］前記洗浄液は、酸溶液又はアルカリ溶液である［１］に記載の鋼板の電解洗浄装置。
［３］前記電極部材と前記通電部材とは、前記洗浄槽の外側で接続されてなる［１］又は［２］に記載の鋼板の電解洗浄装置。
［４］連続的に通板される鋼板を焼鈍する焼鈍炉を備えた連続焼鈍設備であって、前記焼鈍炉の入側又は出側の少なくとも一方に、［１］から［３］までのいずれか一つに記載の鋼板の電解洗浄装置が設けられた連続焼鈍設備。
［５］［４］に記載した連続焼鈍設備に鋼板を通板することにより行われる鋼板の製造方法。
［１］洗浄液を内部に収容し、鋼板が通板される洗浄槽と、少なくとも一部が前記洗浄液中に浸漬され、洗浄液への通電を行う電極部材と、前記電極部材に接続され、前記電極部材への通電を行う通電部材と、を有し、前記電極部材は、Ｐｂ又はＳＵＳにより形成され、前記電極部材の少なくとも前記通電部材と接触する部分が、Ｐｂの酸化物又はＣｒの酸化物により形成される鋼板の電解洗浄装置。
［２］前記洗浄液は、酸溶液又はアルカリ溶液である［１］に記載の鋼板の電解洗浄装置。
［３］前記電極部材と前記通電部材とは、前記洗浄槽の外側で接続されてなる［１］又は［２］に記載の鋼板の電解洗浄装置。
［４］連続的に通板される鋼板を焼鈍する焼鈍炉を備えた連続焼鈍設備であって、前記焼鈍炉の入側又は出側の少なくとも一方に、［１］から［３］までのいずれか一つに記載の鋼板の電解洗浄装置が設けられた連続焼鈍設備。
［５］［４］に記載した連続焼鈍設備に鋼板を通板することにより行われる鋼板の製造方法。
本発明によると、電極における異常発熱を防ぐことで、鋼板の電解洗浄装置における小火、煙の発生等の火災災害を防止することができる。
まず、図１を用いて、鋼板の電解洗浄装置において火災災害が発生するメカニズムについて説明する。尚、図１（ａ）は鋼板が洗浄槽中を縦方向に通板される装置の例であり、図１（ｂ）は鋼板が洗浄槽中を横方向に通板される装置の例である。
図１（ａ）に示すように、洗浄装置１は、内側に洗浄液２を収容する洗浄槽３と、洗浄液２に通電を行うことで電気分解を引き起こす電極部材４とを備える。電極部材４は、少なくともその一部が洗浄液２内に浸漬される。また、電極部材４には、図示しない外部電源から電極部材４まで電流を通す通電部材５が接続される。電極部材４及び通電部材５は、鋼板７の表面側と裏面側とに一対ずつ設けられる。鋼板７は、一対の電極部材４の間を、図の上から下へと通板されていく。
本発明に係る洗浄装置１に代表される大型の装置の場合には、電極部材４と通電部材５とを一体物としてしまうと操作性が悪くなってしまうこと、高い通電性が要求される電極部材４と優れた耐腐食性が要求される通電部材５とでは求められる特性が異なること、等の理由により、電極部材４と通電部材５とはそれぞれ異なる材質により別体として製作される。よって、電極部材４と通電部材５とはボルト等で締結される。この場合、電極部材４と通電部材５とが互いに接触する部分（面）として接続面６が生じる。上述のように、電極部材４と通電部材５とは異なる材質（金属）によって形成されており、接続面６では異種金属の接触による酸化還元反応が発生する。酸化還元反応により、電極部材４及び通電部材５を構成する金属の酸化物が、それぞれの表面に形成される。
本発明者らは、従来の電極部材４を構成する材質、例えばＦｅやＴｉでは、酸化還元反応により電極部材４の表面（接続面６を構成する部分）に複数の異なる種類の酸化物が形成され、これにより電極部材４での異常発熱現象が引き起こされ、この異常発熱現象が原因となって洗浄装置１における小火や煙の発生等の火災災害が引き起こされる危険性があることを見出した。以下において詳細に説明する。尚、上述したＦｅやＴｉは、耐薬品性・耐腐食性に優れていること、及び価格が低廉であることといった理由によって、電極部材４の材質として従来から広く用いられている。
図２のエリンガム図で示すように、Ｔｉの酸化によって形成されうる３種類の酸化物（ＴｉＯ、ＴｉＯ２、及びＴｉ２Ｏ３）は、グラフの縦軸にて示される標準生成自由エネルギーが類似した値を示す。類似した値の一例としては、２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ・Ｏ２以下（図２の縦軸のマス１つ分に相当する。）を挙げることができる。よって、電極部材４の材質としてＴｉを用いる場合、接続面６における電極部材４の表面には、これら３種類の酸化物が形成されうる。
図３におけるＴｉの不動態皮膜（イメージ図）の欄に、Ｔｉによって形成された電極部材の表面に複数種類の酸化物が形成される様子を示す。標準生成エネルギーの似た複数種類の酸化物が形成される場合、各種類の酸化物の成長は一様でなく、接続面を構成する電極部材の表面には酸化物の種類に応じた凹凸が形成される。
尚、図３には示していないが、電極部材の材質としてＦｅを用いる場合にも、接続面を構成する電極部材の表面において、互いに似た標準生成自由エネルギーを有するＦｅＯやＦｅ２Ｏ３といった複数種類の酸化物が形成され、これにより電極部材４の表面には凹凸が形成される。
表面の凹凸が大きい電極部材４は、表面の凹凸が小さい電極部材４に比べて、僅かな凸部において電極部材４と通電部材５とが接触し、接続面６における電極部材４と通電部材５との接触面積が小さい。また、図３の「電気抵抗率」の欄に示されているように、金属の酸化物は非酸化物に比べて電気抵抗率が著しく大きい。よって、表面に複数種類の酸化物が凹凸状に形成された電極部材４では、僅かな接触面積（酸化物によって形成された凸部）に電流が局所的に集中し、電極部材４での異常な発熱やスパークの発生に繋がる。さらには、高温となった電極部材４の部分的な溶損も引き起こされる。
また、この現象が繰り返し発生することで、電極部材４における溶損部分の増加に伴う接触面積の更なる低下が引き起こされ、異常発熱の問題がより大きくなる。接続面６の近傍に可燃物が存在する場合には、電極部材４の異常発熱が、小火やくすぶりの発生といった火災災害へと繋がる危険がある。
本発明者らは、上記の問題点を見出し、電極部材４の材質、特に通電部材５と接触している接続面６における電極部材４の材質が火災災害の発生に大きな影響を及ぼすことに想到した。より具体的には、ＦｅやＴｉのように、似た大きさの標準生成エネルギーを有する複数種類の金属酸化物が形成されうる材質を用いるのではなく、一種類又は複数種類の金属酸化物により安定した不動態皮膜を形成しうる材質を用いることが好ましいことを見出した。これらの材質の具体例として、Ｃｒ及びＰｂが挙げられる。尚、Ｃｒを含んだ電極材料としてＳＵＳが挙げられる。
まず、電極部材４の材質としてＳＵＳを用いる例について説明する。ＳＵＳは、鋼板の表面にＣｒの不動態被膜が形成された材料である。ＳＵＳの具体例として、ＪＩＳ（日本工業規格）で規定されたＳＵＳ３０４、及びＳＵＳ４１０等を挙げることができる。
図２には、Ｃｒ２Ｏ３のエリンガム図が示されているが、図中にはＣｒの他の酸化物の直線は示されていない。このように、Ｃｒの酸化物の中には、Ｃｒ２Ｏ３に類似する標準生成自由エネルギーの酸化物がない。よって、電極部材４の材質としてＳＵＳを用いた場合、電極部材４の表面（特に、接続面６を構成する部分）に形成される酸化物はほぼ全てがＣｒ２Ｏ３の１種類となる。この場合、図３の不動態皮膜のイメージ図にも示されているように、電極の表面にＣｒ２Ｏ３という一種類の酸化物からなる均一な膜が形成されることになる。よって、電極部材４と通電部材５との接触面積が著しく減少することはなく、局所的な過通電が防止され、電極部材４が異常な高温状態となることが防止される。尚、導電性材料の表面にクロム酸化物の皮膜が形成されていれば、ＳＵＳ以外であっても、電極部材４の材質として使用することができる。
次に、電極部材４の材質としてＰｂ（及び鉛酸化物）を用いる例について説明する。この例では、ＰｂＯ２に類似する標準生成自由エネルギーの鉛酸化物が存在せず、電極部材４の表面には、ＰｂＯ２一種類からなる安定した不動態皮膜が形成される。よってＳＵＳの場合と同様に、電極部材４と通電部材５との接触面積の減少、及び電極部材４の異常発熱を防止することができ、火災災害の発生を抑えることができる。
尚、一種類又は複数種類の金属酸化物により安定した不動態皮膜を形成しうる材質（具体例としてＰｂ又はＣｒ）は、少なくとも電極部材４のうち、通電部材５と接触する部分（接続面６を形成する部分）に用いられていればよい。よって、接続面６を構成する電極部材４の表面のみに上述の材質を形成する態様であっても、本発明の効果を奏しうる。尚、Ｐｂ及びＣｒは、それぞれ接続面６において安定的な酸化物の状態で存在する。
上記の説明では、電極部材４の異常発熱を抑えることのできる材質の典型例としてＳＵＳ及びＰｂ（及び鉛酸化物）を挙げたが、その他の材質としてＰｔ、Ｉｒ、及びハステロイ等を用いる場合にも本発明の効果を発揮しうる。
通電部材５の材質は特に制限されないが、接続面６における異常発熱を確実に防止するという観点からは、通電部材５のうち少なくとも接続面６を形成する部分は、電極部材４と同様の材質により形成することが好ましい。
また、接続面６は、図１（ａ）のように洗浄槽３の内部に形成されていてもよいし、洗浄槽３の外部に形成されていてもよい。但し、洗浄槽３の内部に形成された接続面６は、高温等の異常状態を検知することがより困難であるので、洗浄槽３の外部に接続面６が形成される洗浄装置に本発明を適用する方が、確実に火災災害を防止するという効果が大きい。
より具体的には、図８を用いて説明する。図８では、電極部材４と通電部材５とは洗浄槽３の外側で接続され、接続面６は洗浄槽３の外部に位置する。上述したように電極部材４と通電部材５とはボルト等によって締結されるが、設備を長期間使用していると、この締結が弱くなり接続面６において部材同士の接触不良が生じる。本発明者らは、接続面６における接触不良によっても電極部材４における異常発熱が発生することに着目した。図１（ａ）のように洗浄槽３の内部に接続面６を位置させると、部材同士の締結の劣化を監視、確認することが難しく、火災の発生を未然に予想することが難しい。一方で、図８に示すように、接続面６を洗浄槽３の外部に位置させると、部材同士の締結の劣化を監視、確認することが容易であり、設備の劣化による火災発生のリスクを事前に検知することができる。これにより、確実に火災災害を防止することができる。
尚、以上の説明では、洗浄槽３の中を鋼板７が垂直方向に通板される例について説明してきたが、洗浄槽３の中を鋼板７が水平方向に通板される図１（ｂ）の例についても、上述の説明と同様に火災災害を防止することができる。
次に、本発明に係る洗浄装置を用いて鋼板を洗浄する具体的な態様について、図４〜６を用いて説明する。
図４の例では、洗浄装置１の後段に水洗装置１１が設けられる。洗浄槽３の内部には、中性・酸性・アルカリ性等の洗浄液２を収容し、通電部材５及び電極部材４を介して洗浄液２に通電することで、洗浄液２が電気分解されてガス等が発生することにより、鋼板７の洗浄効果が向上する。鋼板７の表面に付着した洗浄液２は、後段の水洗装置１１において洗い流され、清浄な鋼板７が下流側へと通板される。水洗装置１１は、内部に水１２を収容した水洗槽１３を備え、水中に鋼板７が通板されることによって鋼板７の水洗が行われる。
図５の例は、洗浄装置１において鋼板７が水平方向に通板されること以外は、図４の例と同様である。
また、図６に示すように、水洗槽１３を用いずに、水洗スプレー１４を用いて鋼板７に水を噴射することによっても鋼板７の水洗を行うことができる。
洗浄液２としては、特に酸性の液（酸溶液）を用いることが好ましい。これにより、鋼板７の表面に付着したスケール等を剥離させる酸洗の用途に洗浄装置１を用いることができる。酸性の液としては、例えばｐＨが３．０以下の溶液であり、硫酸系や硝酸系等の溶液を挙げることができる。酸洗の際には、酸溶液が揮発しガスとなった場合に特に腐食性ガスが発生しやすい。腐食性ガスが通電部材５と電極部材４との接続面を腐食させることで、接続面６における両部材の接触面積の低下及び異常発熱の発生が起こりやすくなる。本発明では、洗浄液２として酸溶液を用いた場合であっても、接続面６における電極部材４の腐食を抑えることができ、それに伴う火災の発生を確実に防止することができる。
また、洗浄槽３の材質としては、洗浄液２に用いられる酸やアルカリ等に耐えうるように、ＦＲＰ及びＰＰ等の耐薬品性の高い樹脂を用いることが好ましい。或いは、洗浄槽３として用いる金属製のタンクの内側に、ＦＲＰ及びＰＰ等の耐薬品性の高い樹脂によるライニングを施すこともできる。
本発明における鋼板の洗浄装置を用いるのに特に適した用途として、連続焼鈍設備が挙げられる。連続焼鈍設備について、図７を用いて説明する。
図７のように、連続焼鈍設備２１は、加熱帯２２ａ、均熱帯２２ｂ、冷却帯２２ｃ、及び過時効帯２２ｄを順番に有する焼鈍炉２２と、焼鈍炉２２の入側と出側とにそれぞれ設けられた各種の付帯装置とからなる。各種の付帯装置としては、例えば、入側に設けられたペイオフリール２３、シャー２４、ウェルダー２５、及び入側ルーパー２６、出側に設けられた出側ルーパー２７、シャー２８、及び巻取機２９等が挙げられる。また、焼鈍炉２２の入側及び出側には、それぞれ入側洗浄装置３１及び出側洗浄装置３２が設けられる。
焼鈍炉２２において鋼板に熱処理を行う前の入側洗浄装置３１では、焼鈍の前段で鋼板の表面に付着した油分を取り除く脱脂が行われる。脱脂を行う場合、洗浄液としてアルカリ溶液（例えば、苛性ソーダ、オルソ珪酸ソーダ等を主成分としたｐＨ８〜１１程度の溶液）を用いた電解洗浄を行うことが好ましい。
一方で、焼鈍炉２２において鋼板７に熱処理を行った後の出側洗浄装置３２では、熱処理の過程で鋼板７の表面に付着したスケールを除去する脱スケールが行われる。脱スケールを行う場合、洗浄液として酸溶液を用いた電解洗浄（酸洗）を行うことが好ましい。
入側洗浄装置３１及び出側洗浄装置３２の少なくとも一方に、本発明に係る洗浄装置１を用いることによって、電極に起因する火災災害の発生を防止することができる。
上述した連続焼鈍設備２１に鋼板の原板を通板することによって、各種の鋼板を製造することができる。例えば、連続焼鈍設備２１の後段で各種のめっきを施しためっき鋼板を製造することもできる。本発明に係る洗浄装置を用いることによって、電解洗浄の際に火災災害が起こることを防止しつつ、鋼板を製造することが可能になる。
尚、本発明に係る鋼板の洗浄装置１を適用することができるのは、上述した連続焼鈍設備２１に限らず、例えば、溶融めっきラインや電気めっきラインの一部に設けられる鋼板の洗浄設備に適用することもできる。また、これらのラインとは独立したバッチ式の洗浄設備に適用することもできる。
１ 洗浄装置
２ 洗浄液
３ 洗浄槽
４ 電極部材
５ 通電部材
６ 接続面
７ 鋼板
８ 通板ロール
１１ 水洗装置
１２ 水
１３ 水洗槽
１４ 水洗スプレー
２１ 連続焼鈍設備
２２ 焼鈍炉
２２ａ 加熱帯
２２ｂ 均熱帯
２２ｃ 冷却帯
２２ｄ 過時効帯
２２ｅ 二次冷却帯
２３ ペイオフリール
２４ シャー
２５ ウェルダー
２６ 入側ルーパー
２７ 出側ルーパー
２８ シャー
２９ 巻取機
３１ 入側洗浄装置
３２ 出側洗浄装置
２ 洗浄液
３ 洗浄槽
４ 電極部材
５ 通電部材
６ 接続面
７ 鋼板
８ 通板ロール
１１ 水洗装置
１２ 水
１３ 水洗槽
１４ 水洗スプレー
２１ 連続焼鈍設備
２２ 焼鈍炉
２２ａ 加熱帯
２２ｂ 均熱帯
２２ｃ 冷却帯
２２ｄ 過時効帯
２２ｅ 二次冷却帯
２３ ペイオフリール
２４ シャー
２５ ウェルダー
２６ 入側ルーパー
２７ 出側ルーパー
２８ シャー
２９ 巻取機
３１ 入側洗浄装置
３２ 出側洗浄装置
Claims (5)
- 洗浄液を内部に収容し、鋼板が通板される洗浄槽と、
少なくとも一部が前記洗浄液中に浸漬され、洗浄液への通電を行う電極部材と、
前記電極部材に接続され、前記電極部材への通電を行う通電部材と、を有し、
前記電極部材は、Ｐｂ又はＳＵＳにより形成され、
前記電極部材の少なくとも前記通電部材と接触する部分が、Ｐｂの酸化物又はＣｒの酸化物により形成される鋼板の電解洗浄装置。 - 前記洗浄液は、酸溶液又はアルカリ溶液である請求項１に記載の鋼板の電解洗浄装置。
- 前記電極部材と前記通電部材とは、前記洗浄槽の外側で接続されてなる請求項１又は２に記載の鋼板の電解洗浄装置。
- 連続的に通板される鋼板を焼鈍する焼鈍炉を備えた連続焼鈍設備であって、
前記焼鈍炉の入側又は出側の少なくとも一方に、請求項１から３までのいずれか一項に記載の鋼板の電解洗浄装置が設けられた連続焼鈍設備。 - 請求項４に記載した連続焼鈍設備に鋼板を通板することにより行われる鋼板の製造方法。
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| WO1998017845A1 (fr) * | 1996-10-24 | 1998-04-30 | Ishifuku Metal Industry Co., Ltd. | Electrolyseur |
| JP2005097745A (ja) * | 2004-10-15 | 2005-04-14 | Somakkusu Kk | 金型洗浄用の電解洗浄液 |
-
2017
- 2017-01-24 JP JP2017010056A patent/JP6696448B2/ja active Active
Patent Citations (5)
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