JP2018145499A

JP2018145499A - 脱亜鉛処理装置及び脱亜鉛処理方法

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Publication number: JP2018145499A
Application number: JP2017043728A
Authority: JP
Inventors: 純一郎白井; Junichiro Shirai; 孝夫奥野; Takao Okuno; 伊藤　誠; Makoto Ito; 伊藤　　誠; 真司高田; Shinji Takada; 修治石橋; Shuji Ishibashi; 佐藤　孝志; Takashi Sato; 孝志佐藤; 和夫冨芳; Kazuo Tomiyoshi
Original assignee: Daihatsu Metal Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Metal Co Ltd
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】装置の高価格・大型化を招くことなく、亜鉛メッキ鋼板屑から比較的短時間及び低ランニングコストで亜鉛を除去することができ、かつ、環境にやさしい脱亜鉛処理が可能な脱亜鉛処理装置及び方法を提供する。【解決手段】脱亜鉛処理装置は、所定温度に加熱された過熱水蒸気ＶSを発生させる過熱水蒸気発生部１と、亜鉛メッキ鋼板屑Ｗが収容されると共に、過熱水蒸気発生部１で発生した過熱水蒸気ＶSが供給される処理室２と、処理室３からの排気Ｅが排気される排気部３とを備えている。処理室２に収容された亜鉛メッキ鋼板屑Ｗは、処理室２内に充満された過熱水蒸気ＶSの雰囲気下で所定温度加熱された脱亜鉛される。【選択図】図１

Description

本発明は、亜鉛メッキ鋼板屑から亜鉛を除去するための装置及び方法に関する。

亜鉛メッキ鋼板は防錆機能を備えていることにより、自動車ボディの内外板等に多用されている。自動車ボディの生産工程等で生じる亜鉛メッキ鋼板屑（スクラップ）は、鋳物原料等として再利用されるが、亜鉛が付着したままの状態で再溶融すると、亜鉛蒸気による作業環境の悪化や溶融設備に深刻な劣化を招く。そのため、再利用に際して亜鉛メッキ鋼板屑から亜鉛を除去する処理（脱亜鉛処理）が行われている。

亜鉛メッキ鋼板屑の脱亜鉛処理としては、亜鉛メッキ鋼板屑を真空雰囲気下で加熱し、亜鉛を蒸発させて除去する方法（例えば特許文献１、２）、亜鉛メッキ鋼板屑を一酸化炭素や二酸化炭素等の還元性ガス又は窒素やアルゴン等の不活性ガスの雰囲気下で加熱し、亜鉛を蒸発させて除去する方法（例えば特許文献３〜６）が知られている。

特開平６−１８４６５７号公報特開平６−２８７６５７号公報特開平５−１４８５５２号公報特開平５−１２５４５９号公報特開２０１２−１２８８９２号公報特開２０１０−１８０４７２号公報

亜鉛メッキ鋼板屑を真空雰囲気下で加熱して亜鉛を除去する方法は、亜鉛を比較的低温で蒸発させて除去することができるという利点があるが、脱亜鉛処理を行う処理室内を大気圧状態から所要の真空圧状態にするのに時間が掛かり、処理時間が長くなるという問題がある。また、真空排気機器を設置する必要がある上に、処理室や配管等を耐真空圧仕様にする必要があり、処理装置が高価格・大型化するという問題がある。

亜鉛メッキ鋼板屑を還元性ガス雰囲気下で加熱して亜鉛を除去する方法は、環境負荷物質である還元性ガスの排気を処理するために特別な排ガス処理設備を設置する必要があり、処理装置が高価格・大型化するという問題がある。また、亜鉛メッキ鋼板屑を不活性ガス雰囲気下で加熱して亜鉛を除去する方法は、不活性ガスのランニングコストが掛かり、処理費用が高くなる傾向があると共に、不活性ガスの漏洩防止に配慮する必要があり、処理装置が高価化するという問題点がある。

上記のような従来技術上の問題点に鑑み、本発明は、装置の高価格・大型化を招くことなく、亜鉛メッキ鋼板屑から比較的短時間及び低ランニングコストで亜鉛を除去することができ、かつ、環境にやさしい脱亜鉛処理が可能な脱亜鉛処理装置及び方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、所定温度に加熱された過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生部と、亜鉛メッキ鋼板屑が収容されると共に、前記過熱水蒸気発生部で発生した前記過熱水蒸気が供給される処理室と、前記処理室からの排気が排気される排気部とを備え、前記処理室内に充満された前記過熱水蒸気の雰囲気下で前記亜鉛メッキ鋼板屑を前記所定温度に加熱して脱亜鉛を行う脱亜鉛処理装置を提供する。

前記過熱水蒸気の温度は７００〜１０００℃であることが好ましい。

前記過熱水蒸気の温度は亜鉛の沸点以上の温度であることが好ましい。

前記排気部は、前記処理室から排気される排気中の亜鉛を捕集する捕集部を備えている構成とすることができる。

また、前記排気の流れに対して、前記捕集部の下流側に接続され、前記捕集部で亜鉛を捕集した後の排気を前記過熱水蒸気発生部に循環させる排気循環部を備えている構成とすることができる。

本発明は、上記課題を解決するため、亜鉛メッキ鋼板屑を処理室に収容し、所定温度に加熱された過熱水蒸気を前記処理室に供給し、前記処理室内に充満された前記過熱水蒸気の雰囲気下で前記亜鉛メッキ鋼板屑を前記所定温度に加熱して脱亜鉛を行う脱亜鉛処理方法を提供する。

本発明によれば、装置の高価格・大型化を招くことなく、亜鉛メッキ鋼板屑から比較的短時間及び低ランニングコストで亜鉛を除去することができ、かつ、環境にやさしい脱亜鉛処理が可能な脱亜鉛処理装置及び方法を提供することができる。

実施形態に係る脱亜鉛処理装置の全体構成を概念的に示す図である。

以下、本発明の実施形態及び実施例について説明するが、本発明は以下の実施形態及び実施例に限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る脱亜鉛処理装置の全体構成を概念的に示している。この実施形態の脱亜鉛処理装置は、所定温度に加熱された過熱水蒸気Ｖ_Sを発生させる過熱水蒸気発生部１と、亜鉛メッキ鋼板屑Ｗが収容されると共に、過熱水蒸気発生部１で発生した過熱水蒸気Ｖ_Sが供給される処理室２と、処理室２からの排気Ｅが排気される排気部３とを主要な要素として構成される。

過熱水蒸気発生部１は、水を加熱して水蒸気（飽和水蒸気等）Ｖ_Mを発生させる水蒸気発生器（ボイラー）１Ａと、水蒸気発生器１Ａで発生した水蒸気Ｖ_Mを加熱して過熱水蒸気Ｖ_Sを発生させる過熱水蒸気発生器１Ｂとを備えている。この実施形態において、過熱水蒸気発生器１Ｂは、水蒸気発生器１Ａから供給される水蒸気Ｖ_Mを誘導加熱コイル１Ｂ１により大気圧下で加熱して過熱水蒸気Ｖ_Sに変換するものである。過熱水蒸気Ｖ_Sの温度は、誘導加熱コイル１Ｂ１に通じる電流を電流制御器、例えばインバータ１Ｂ２で制御することによって、所定温度に設定することができる。加熱工程では、過熱水蒸気Ｖ_Sの温度は、亜鉛の沸点である９０７℃程度、９０７℃以下、または９０７℃以上の所定の加熱温度Ｔ１、例えば７００〜１０００℃に制御される。加熱工程の後に冷却工程を設ける場合、冷却工程では、過熱水蒸気Ｖ_Sの温度は、加熱温度Ｔ１よりも低い所定の冷却温度Ｔ２、例えば４５０℃以下に制御される。

処理室２は、耐火煉瓦や鋼板等の耐熱材で形成され、内部を加熱する加熱器、例えば高周波加熱ヒータ２Ａを底部（及び／又は側部）に備えている。

排気部３は、処理室２に接続され、処理室２から排気Ｅが排気される排気管３Ａと、排気管３Ａに接続され、排気Ｅ中に混じった亜鉛を捕集する捕集部、例えば集塵機３Ｂ（サイクロン集塵機等）とを備えている。さらに、この実施形態では、集塵機３Ｂの下流側に排気循環部４を接続し、集塵機３Ｂで亜鉛を捕集した後の排気Ｅ’を排気循環部４を介して過熱水蒸気発生部１に循環させる構成にしている。この例では、集塵機３Ｂの下流側に３方切換え弁４ａを介装し、３方切換え弁４ａの切換えにより、排気Ｅ’を圧縮機（コンプレッサー）４ｂを介して過熱水蒸気発生器１Ｂに還流させる態様と、排気Ｅ’を水蒸気発生器１Ａに還流させる態様とを選択できるようにしている。集塵機３Ｂで亜鉛を捕集した後の排気Ｅ’を水蒸気発生器１Ａ又は過熱水蒸気発生器１Ｂに還流させ、排気Ｅ’の熱量を水蒸気発生器１Ａ又は過熱水蒸気発生器１Ｂで有効利用することによって、熱効率を高めて省エネ化を図ることができる。

この実施形態の脱亜鉛処理装置を用いた亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの脱亜鉛処理の具体例を以下に説明する。

まず、処理室２を高周波加熱ヒータ２Ａで加熱して、処理室２内の温度が所定の加熱温度Ｔ１（例えば７００〜１０００℃）になるように予熱する（予熱工程）。予熱後、処理室２に亜鉛メッキ鋼板屑Ｗを収容し、高周波加熱ヒータ２Ａの温度設定値を加熱温度Ｔ１に維持しつつ、過熱水蒸気発生部１から加熱温度Ｔ１に温度制御された過熱水蒸気Ｖ_Sを所定流量Ｑ１（例えば１０〜２００ｋｇ／ｈ）で処理室２に供給する（加熱工程）。過熱水蒸気Ｖ_Sの供給により、処理室２内の空気が排気部３に排気されて過熱水蒸気Ｖ_Sに置換されることにより、処理室２内が無酸素状態になる。そして、この状態で処理室２の加熱と過熱水蒸気Ｖ_Sの供給を継続すると、亜鉛メッキ鋼板屑Ｗが処理室２内に充満された加熱温度Ｔ１の過熱水蒸気Ｖ_Sの雰囲気下（無酸素状態）で加熱され、亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの表面の亜鉛が蒸発して鋼板部分から分離される。この亜鉛蒸気は、過熱水蒸気Ｖ_Sと伴に処理室２から排気部３に排気される。処理室２から排気された排気Ｅ中の亜鉛蒸気は、排気部３の排気管３Ａを流通する間に冷却され、及び／又は、集塵機３Ｂ中で冷却されることにより凝縮して亜鉛粒子（亜鉛微粒子）になり、集塵機３Ｂで捕集されて装置外部に排出される。このようにして亜鉛粒子が分離された排気Ｅ’（過熱水蒸気又は水蒸気）は、排気循環部４を介して過熱水蒸気発生部１に還流され、排気Ｅ’の熱量が水蒸気発生器１Ａ又は過熱水蒸気発生器１Ｂで有効利用される。

上記の加熱工程（加熱温度Ｔ１の過熱水蒸気Ｖ_Sの供給・排気）を所定時間ｔ１、保持した後、高周波加熱ヒータ２Ａの温度設定値と過熱水蒸気発生部１の温度設定値を加熱温度Ｔ１よりも低い冷却温度Ｔ２（亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの表面が酸素の存在下で酸化しない程度の温度：例えば４５０℃又はそれ未満の温度）に下げ、冷却温度Ｔ２での高周波加熱ヒータ２Ａによる加熱を持続しつつ、過熱水蒸気発生部１から冷却温度Ｔ２に温度制御された過熱水蒸気Ｖ_Sを所定流量Ｑ１（例えば１０〜２００ｋｇ／ｈ）で処理室２に供給する（冷却工程）。そして、この冷却工程を一定時間行い、処理室２内の温度が冷却温度Ｔ２に落ち着いた段階で、高周波加熱ヒータ２Ａによる処理室２の加熱を停止すると共に、過熱水蒸気発生部１による処理室２への過熱水蒸気Ｖ_Sの供給を停止し、処理室２内の温度が冷却温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ３（例えば処理室２外の周囲温度程度）になるまで自然冷却し、その後、処理室２から亜鉛メッキ鋼板屑Ｗ（脱亜鉛スクラップ）を取り出す。処理室２から取り出された亜鉛メッキ鋼板屑Ｗは、上記の加熱工程を経て脱亜鉛処理がされているので、良質な熔解材料として再利用することができる。また、加熱工程後に冷却工程を設け、過熱水蒸気Ｖ_Sの雰囲気下（無酸素状態）で亜鉛メッキ鋼板屑Ｗを冷却温度Ｔ２で冷却するので、冷却過程で亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの表面に酸化亜鉛皮膜等が生成されることが防止又は抑制され、亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの再利用性が一層高まる。同時に、脱亜鉛された亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの母材（鋼板部分）の酸化も防止又は抑制されるので、亜鉛めっき鋼板屑Ｗの減損が防止又は抑制され、更に再利用性が高まる。

この実施形態の脱亜鉛処理装置は、亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの加熱を過熱水蒸気Ｖ_Sの雰囲気下（大気圧下）で行うので、環境にやさしく、また、装置の低価格・小型化、低ランニングコストの点でも有利である。また、後述する実施例から分かるように、比較的短時間で脱亜鉛処理を行うことが可能である。

上述した実施形態において、過熱水蒸気発生部１は、水蒸気発生器１Ａと過熱水蒸気発生器１Ｂとを共通のケーシング等に収容してユニット化したものであっても良い。また、集塵機３Ｂで亜鉛粒子を捕集（分離）した後の排気Ｅ’は、冷却すると水に戻り、有害物質は含んでいないので、水ドレンとしてそのまま装置外部に排出することもできる。従って、排気循環部４は省略可能である。さらに、上述の実施形態では、予熱工程後に亜鉛メッキ鋼板屑Ｗを処理室２に収容するようにしているが、予熱工程前に亜鉛メッキ鋼板屑Ｗを処理室２に収容するようにしても良い。また、上述の実施形態において、加熱温度Ｔ１から冷却温度Ｔ２への温度設定値の変更は、一時に行っても良いし、段階的又は連続的に行っても良い。また、冷却温度Ｔ２での冷却工程後に処理室２から亜鉛メッキ鋼板屑Ｗを取り出して自然冷却するようにしても良い。

亜鉛メッキ鋼板屑Ｗの試料に対して、脱亜鉛処理の条件を種々変えて実験を行った。その結果を表１にまとめて示す。

表１において、試料番号０は脱亜鉛処理を行っていない亜鉛メッキ鋼板屑Ｗ（未処理品）である。試料番号１〜７は、いずれも、加熱温度Ｔ１の過熱水蒸気Ｖ_Sの雰囲気下（無酸素状態）で加熱工程を実施した亜鉛メッキ鋼板屑Ｗであるが、試料番号２〜７については、冷却温度Ｔ２の過熱水蒸気Ｖ_Sの雰囲気下（無酸素状態）で冷却を行う冷却工程を加熱工程後に実施し、試料１ではかかる冷却工程を省略した。亜鉛残量は、１０ｇ程度の試料を酸性液（塩酸）に浸漬し、試料表面の亜鉛を酸性液で溶解して除去した後、酸性液中の亜鉛量を計測し、この亜鉛量を酸性液処理前の試料１ｇ当りの値（ｍｇ／ｇ）に換算して求めた。表１における試料番号１〜７の亜鉛残量は、試料番号０の亜鉛残量を１００として示した値である。尚、過熱水蒸気Ｖ_Sの流量Ｑ１は３７ｋｇ／ｈ（加熱工程、冷却工程）、処理室２の容積は約８００ｃｃである。

表１に示すように、亜鉛の沸点である９０７℃以上の加熱温度Ｔ１＝９２０℃、加熱時間ｔ１＝５分で加熱工程を実施した試料１、２は、亜鉛残量がそれぞれ試料番号０の１５％、６％であり、５分という比較的短い加熱時間ｔ１で８５％、９４％の亜鉛が除去されていた。また、試料１と試料２との比較から、加熱工程の後に冷却工程を設けることによって、加熱温度Ｔ１が同じ９２０℃であっても、亜鉛除去率が８５％から９４％に向上することが分かった。

亜鉛の沸点である９０７℃未満の加熱温度Ｔ１＝８００℃、加熱時間ｔ１＝５分で加熱工程を実施した試料３は、亜鉛残量が試料番号０の４３％であり、試料１、２に比べて脱亜鉛の効果は劣るが、大気圧下での処理でありながら、亜鉛の沸点である９０７℃未満の加熱温度Ｔ１＝８００℃で６０％弱の亜鉛を除去できたことは注目に値する。また、加熱時間ｔ１を５分より長くして、例えば加熱時間ｔ１を１０分程度にすることにより、６０％を超える亜鉛を除去することができると推測される。

試料４及び試料６〜７は、加熱温度Ｔ１を６５０℃に下げ、加熱時間ｔ１をそれぞれ５分、１０分、３０分にして加熱工程を実施したものであるが、ｔ１＝５分では９５％の亜鉛が残存し、ｔ１＝１０分では８１％の亜鉛が残存し、ｔ１＝３０分でも７３％の亜鉛が残存した。これらの結果から、加熱温度Ｔ１＝６５０℃の条件では、加熱時間ｔ１を長くしても、効果的な脱亜鉛は期待できないことが分かった。

また、試料５は、加熱温度Ｔ１＝５００℃、加熱時間ｔ１＝５分の条件で加熱工程を実施したものであるが、９８％の亜鉛が残存し、効果的な脱亜鉛は期待できないことが分かった。そして、この傾向は加熱時間ｔ１を長くしても変わらないと推測される。

上記の実験結果から、加熱温度Ｔ１を亜鉛の沸点である９０７℃以上の温度に設定することにより、５分程度の比較的短時間の加熱工程で高い脱亜鉛効果が得られることが分かる。特に、加熱工程の後に冷却温度Ｔ２での冷却工程を設けることで、脱亜鉛効果をより一層高めることができる。加熱温度Ｔ１の上限は、脱亜鉛効果と必要熱量との関係（熱効率）を考慮すると、９５０℃程度が好ましい。

また、上記の実験結果から、加熱温度Ｔ１を亜鉛の沸点である９０７℃未満の８００℃に設定しても、ある程度の脱亜鉛効果が得られることから、加熱温度Ｔ１の下限は、８００℃程度でも良い。

以上より、加熱温度Ｔ１のより好ましい範囲は８００〜９５０℃である。

１過熱水蒸気発生部
１Ａ水蒸気発生器
１Ｂ過熱水蒸気発生器
２処理室
３排気部
３Ｂ捕集部
４排気循環部

Claims

所定温度に加熱された過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生部と、亜鉛メッキ鋼板屑が収容されると共に、前記過熱水蒸気発生部で発生した前記過熱水蒸気が供給される処理室と、前記処理室からの排気が排気される排気部とを備え、前記処理室内に充満された前記過熱水蒸気の雰囲気下で前記亜鉛メッキ鋼板屑を前記所定温度に加熱して脱亜鉛を行う脱亜鉛処理装置。
前記過熱水蒸気の温度が７００〜１０００℃であることを特徴とする請求項１に記載の脱亜鉛処理装置。
前記過熱水蒸気の温度が亜鉛の沸点以上の温度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱亜鉛処理装置。
前記排気部は、前記処理室から排気される排気中の亜鉛を捕集する捕集部を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の脱亜鉛処理装置。
前記排気の流れに対して、前記捕集部の下流側に接続され、前記捕集部で亜鉛を捕集した後の排気を前記過熱水蒸気発生部に循環させる排気循環部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の脱亜鉛処理装置。
亜鉛メッキ鋼板屑を処理室に収容し、所定温度に加熱された過熱水蒸気を前記処理室に供給し、前記処理室内に充満された前記過熱水蒸気の雰囲気下で前記亜鉛メッキ鋼板屑を前記所定温度に加熱して脱亜鉛を行う脱亜鉛処理方法。