JP4112562B2 - 鉄除去装置 - Google Patents
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Description
本発明は、油分散水溶液中の鉄を除去する鉄除去装置に関する。
油分散水溶液、例えば、鋼板の冷間圧延用の圧延油クーラントには、８５〜９８容量％の水、潤滑成分となる２〜１５容量％の圧延油、及び界面活性剤等の添加物が含まれている。圧延油クーラントは、冷間圧延時に鋼板を冷却し、潤滑面（ロールと鋼板の表面）の圧延動力（荷重）を低減し摩擦熱を緩和するものである。しかしながら、圧延油クーラントは、冷間圧延中に鋼板及びロールから発生する摩耗粉が混入し、使用済みの圧延油クーラント（以下、単に「使用済みクーラント」ともいう）を再利用する場合、使用済みクーラントに含まれる摩耗粉によって、鋼板表面の品質の低下、及びロールの破損等の問題が生じる。そこで、摩耗粉に含まれる最大長さが、例えば、１００μｍ以上の粗粒は濾過して除去し、それ未満の鉄粉を磁力によって吸着させて除去する磁力選別機も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１の磁力選別機では、使用済みクーラントに含まれる鉄イオンを除去することができず、磁力選別機で処理した圧延油クーラントを再利用する場合、圧延油クーラント中の鉄分の濃度が上がるという問題があった。本発明中、鉄イオンとは、２価又は３価の鉄イオンが対象であり、この鉄イオンには、水分子と水和した水和イオンあるいは水酸化物イオンと結合した水酸化鉄イオンも含まれる。また、使用済みクーラントに含まれる鉄イオンと界面活性剤や油とが反応して金属石鹸が生成され、これが油分散水溶液中又は油界面に溶解又は分散し、処理した圧延油クーラントの品質を低下させるという問題もあった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、油分散水溶液中の鉄イオン及び鉄粉を除去する鉄除去装置を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る鉄除去装置は、油分散水溶液中の鉄粉を吸着して除去する鉄粉除去手段を備えた鉄除去装置において、
更に、前記油分散水溶液中の鉄イオンを吸着可能な陽イオン除去手段を設け、前記油分散水溶液中の鉄粉及び鉄イオンを除去し、しかも、前記陽イオン除去手段は、セルロースの水酸基をカルボキシル基に変換したセルロース誘導体からなる陽イオン吸着材を有し、該カルボキシル基によって前記鉄イオンを吸着する。
更に、前記油分散水溶液中の鉄イオンを吸着可能な陽イオン除去手段を設け、前記油分散水溶液中の鉄粉及び鉄イオンを除去し、しかも、前記陽イオン除去手段は、セルロースの水酸基をカルボキシル基に変換したセルロース誘導体からなる陽イオン吸着材を有し、該カルボキシル基によって前記鉄イオンを吸着する。
水中において使用される陽イオン除去手段としては、例えば、スルホン酸基、カルボン酸基、又はホスホン酸基を備えた陽イオン交換樹脂や陽イオン交換膜等の陽イオン吸着材を備えた濾過器があるが、これをそのまま使用しても、油分散水溶液中では、陽イオン吸着材への油の付着、陽イオン吸着材の油への溶解等によって、イオン交換能を十分に発揮できない。そのため油分散水溶液中で使用できる陽イオン除去手段としては、陽イオンを吸着可能な官能基を有し、しかも、油の付着を防止でき、油に溶解しないセルロース誘導体が適している。
ここで、油分散水溶液とは、水中に油滴が分散（存在）する状態の水溶液であり、油分散水溶液中の油の量は、例えば、１容量％以上かつ３０容量％以下程度のものである。
ここで、油分散水溶液とは、水中に油滴が分散（存在）する状態の水溶液であり、油分散水溶液中の油の量は、例えば、１容量％以上かつ３０容量％以下程度のものである。
また、鉄粉除去手段としては、例えば、非磁性物で形成された筒体の周囲に設置された励磁コイルによって、筒体内に配置された磁性体が磁化されて、筒体に供給された油分散水溶液中の鉄粉を吸着する磁力選別機が使用できる（特許文献１参照）。この場合、磁性体に付着した鉄粉は、励磁コイルを消磁して磁性体から分離することができる。
第２の発明に係る鉄除去装置は、第１の発明に係る鉄除去装置において、前記油分散水溶液は冷間圧延で使用された圧延油クーラントである。
冷間圧延用の圧延油クーラントは、水が８５〜９８容量％、潤滑成分となる圧延油が２〜１５容量％の混合物であって、更に、界面活性剤等の添加物が含まれて乳化している。また、使用済みクーラントには、圧延中に鋼板及びロールから発生し鉄粉除去手段で除去可能な強磁性体の摩耗粉（粗粒及び鉄粉）と、摩耗粉が使用済みクーラント中の水に溶解して生じ鉄粉除去手段では除去し難い弱磁性体の鉄イオン及び水酸化鉄とが含まれている。この鉄イオンと、使用済みクーラントに含まれる界面活性剤とが反応して、鉄粉除去手段では除去できない弱磁性の金属石鹸が生成することが多い。
冷間圧延用の圧延油クーラントは、水が８５〜９８容量％、潤滑成分となる圧延油が２〜１５容量％の混合物であって、更に、界面活性剤等の添加物が含まれて乳化している。また、使用済みクーラントには、圧延中に鋼板及びロールから発生し鉄粉除去手段で除去可能な強磁性体の摩耗粉（粗粒及び鉄粉）と、摩耗粉が使用済みクーラント中の水に溶解して生じ鉄粉除去手段では除去し難い弱磁性体の鉄イオン及び水酸化鉄とが含まれている。この鉄イオンと、使用済みクーラントに含まれる界面活性剤とが反応して、鉄粉除去手段では除去できない弱磁性の金属石鹸が生成することが多い。
第３の発明に係る鉄除去装置は、第１及び第２の発明に係る鉄除去装置において、前記油分散水溶液は、ｐＨが７以上かつ９以下に調整されている。
油分散水溶液は、ｐＨが７未満では陽イオン除去手段に吸着された鉄イオンが脱離し易くなり、ｐＨが９を超えると、使用済みクーラントの塩基性が高くなって、油成分の加水分解が進み易くなり、化学的安定性が劣り取り扱い難くなる。
油分散水溶液は、ｐＨが７未満では陽イオン除去手段に吸着された鉄イオンが脱離し易くなり、ｐＨが９を超えると、使用済みクーラントの塩基性が高くなって、油成分の加水分解が進み易くなり、化学的安定性が劣り取り扱い難くなる。
第１の発明に係る鉄除去装置において、前記陽イオン除去手段は、セルロースの水酸基をカルボキシル基に変換したセルロース誘導体からなる陽イオン吸着材を有し、該カルボキシル基によって前記鉄イオンを吸着する。従って、多数のβ−Ｄ−グルコースが１−４結合して構成されるセルロースを酸化すると、セルロース（詳細にはセルロース分子鎖）の構成単位であるグルコピラノース環の第２、第３、及び第６炭素に結合している３個の水酸基がカルボキシル基に変化する。
セルロース誘導体の機械的強度を保つためには、グルコピラノース環の第６炭素（Ｃ−６）の水酸基を酸化すると共に、セルロース誘導体のグルコピラノース環１個当たりのカルボキシル基の上限を１個、好ましくはグルコピラノース環６個当たりカルボキシル基１個とし、下限をグルコピラノース環１個当たり０．１個とするのが好ましい。これによって、セルロースの水酸基の酸化によるセルロース分子鎖（β−Ｄ−グルコースの１−４結合の部分）の切断やグルコピラノース環の開環（第２、第３炭素の酸化）を防止することができる。
第４の発明に係る鉄除去装置は、第１の発明に係る鉄除去装置において、前記陽イオン吸着材は、前記セルロース誘導体を使った繊維を基本形状とし、その集合体としての不織布である。
セルロースの繊維（以下、「セルロース繊維」ともいう）としては、吸着処理時における繊維の脱落や繊維からの溶出物を抑えることができる再生セルロースの長繊維が好適に使用される。
セルロースの繊維（以下、「セルロース繊維」ともいう）としては、吸着処理時における繊維の脱落や繊維からの溶出物を抑えることができる再生セルロースの長繊維が好適に使用される。
請求項１〜４に記載の鉄除去装置においては、油分散水溶液中の鉄イオンを吸着可能な陽イオン除去手段を設けているので、油分散水溶液中の鉄粉のみでなく鉄イオンを除去することができ、油分散水溶液中の鉄分を少なく維持でき、油分散水溶液の再利用ができる。
特に、請求項２記載の鉄除去装置においては、分散水溶液が冷間圧延で使用された圧延油クーラントであり、圧延油クーラント中の鉄イオンが除去されるので、鉄イオンと界面活性剤との反応による金属石鹸の生成を抑えることができ、圧延油クーラント中の鉄濃度の上昇を抑え、圧延油クーラントの寿命を長くすることができる。
請求項３記載の鉄除去装置においては、油分散水溶液のｐＨが７以上かつ９以下に調整されているので、陽イオン除去手段に吸着された鉄イオンを脱離させることなく効率的に鉄イオンを除去することができる。
特に、請求項２記載の鉄除去装置においては、分散水溶液が冷間圧延で使用された圧延油クーラントであり、圧延油クーラント中の鉄イオンが除去されるので、鉄イオンと界面活性剤との反応による金属石鹸の生成を抑えることができ、圧延油クーラント中の鉄濃度の上昇を抑え、圧延油クーラントの寿命を長くすることができる。
請求項３記載の鉄除去装置においては、油分散水溶液のｐＨが７以上かつ９以下に調整されているので、陽イオン除去手段に吸着された鉄イオンを脱離させることなく効率的に鉄イオンを除去することができる。
また、請求項１記載の鉄除去装置においては、陽イオン除去手段が、セルロースの水酸基をカルボキシル基に変換したセルロース誘導体からなる陽イオン吸着材を有するので、変換されたカルボキシル基によって鉄イオンを吸着して除去することができる。また、陽イオン吸着材は、セルロースから製造されるので、従来のイオン交換材よりも耐油性及び耐熱性に優れ、しかも安価である。
特に、請求項４記載の鉄除去装置においては、陽イオン吸着材がセルロース誘導体を使った繊維を基本形状とした不織布であるので、濾過材として使用でき、取り扱い易い。また、不織布を濾過材として使用した場合、不織布が細かい網目状となっているので、鉄イオンのみならず、鉄イオンあるいは水酸化鉄を吸着して最大径が大きくなった油の粒子を除去することができる。
特に、請求項４記載の鉄除去装置においては、陽イオン吸着材がセルロース誘導体を使った繊維を基本形状とした不織布であるので、濾過材として使用でき、取り扱い易い。また、不織布を濾過材として使用した場合、不織布が細かい網目状となっているので、鉄イオンのみならず、鉄イオンあるいは水酸化鉄を吸着して最大径が大きくなった油の粒子を除去することができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る鉄除去装置の説明図、図２は同鉄除去装置の磁力選別機の説明図、図３は同鉄除去装置の濾過器の説明図、図４は同鉄除去装置の陽イオン吸着材に使用されるセルロース誘導体の説明図である。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る鉄除去装置の説明図、図２は同鉄除去装置の磁力選別機の説明図、図３は同鉄除去装置の濾過器の説明図、図４は同鉄除去装置の陽イオン吸着材に使用されるセルロース誘導体の説明図である。
図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る鉄除去装置１０について説明する。
鉄除去装置１０は、油分散水溶液の一例であり冷間圧延で使用された使用済みの圧延油クーラント（以下、「使用済みクーラント」ともいう）１１中の鉄粉及び鉄イオンを除去して再利用可能とするものである。鉄除去装置１０は、鉄粉を吸着して除去する鉄粉除去手段の一例である磁力選別機１２（日本磁力選鉱株式会社製の商品名ＨＩＧＡＭＳ）と、鉄イオンを吸着する陽イオン除去手段の一例である濾過器１３を有している。以下、詳しく説明する。
鉄除去装置１０は、油分散水溶液の一例であり冷間圧延で使用された使用済みの圧延油クーラント（以下、「使用済みクーラント」ともいう）１１中の鉄粉及び鉄イオンを除去して再利用可能とするものである。鉄除去装置１０は、鉄粉を吸着して除去する鉄粉除去手段の一例である磁力選別機１２（日本磁力選鉱株式会社製の商品名ＨＩＧＡＭＳ）と、鉄イオンを吸着する陽イオン除去手段の一例である濾過器１３を有している。以下、詳しく説明する。
図１に示すように、冷間圧延で使用される冷間圧延機１４は、常温で被圧延物（鋼板又は鋼帯）１５をその上下に配置されたロール１６、１７で圧延する設備である。冷間圧延の際に、被圧延物１５とその上下のロール１６、１７との摩擦によって膨大な熱が発生するので、クーラントタンク１８に貯留された圧延油クーラント１９をポンプ２０を介して被圧延物１５の上下に供給して冷却している。圧延油クーラント１９は、８５〜９８容量％の水と２〜１５容量％の圧延油とからなる混合物に、界面活性剤等の添加物が含まれている。
冷間圧延に使用された使用済みクーラント１１は、圧延油クーラント１９の成分の他に、圧延によって被圧延物１５及び上下のロール１６、１７から発生する最大長さが、例えば、１００μｍ以上の粗粒及びそれ未満の鉄粉を有する摩耗粉と鉄イオンとが混入しており、廃液タンク２１に貯留される。通常、使用済みクーラント１１はｐＨ７以上かつ９以下であるが、その範囲外である場合には、例えば、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ剤、塩酸等の酸性剤を廃液タンク２１に供給し、使用済みクーラント１１を所定のｐＨに調整する。使用済みクーラント１１は、廃液タンク２１からポンプ２６を介して、鉄除去装置１０に供給される。
鉄除去装置１０は、使用済みクーラント１１中の粗粒を除去可能な図示しないフィルタを備えた粗粒濾過器２７を有している。粗粒濾過器２７によって粗粒が除去された使用済みクーラント１１は、待機タンク４４で貯留される。待機タンク４４に貯留された使用済みクーラント１１は、ポンプ２９を介して磁力選別機１２に供給される。使用済みクーラント１１は、粗粒が除去されているので、磁力選別機１２では最大長さが１００μｍ未満の微細な鉄粉を除去すればよく効率的である。
図２に示すように、磁力選別機１２は、粗粒が除去された使用済みクーラント１１が下部から供給されるステンレス等の非磁性物で形成された筒体３０と、筒体３０の周囲に１又は複数、例えば、４つ巻き回して設置された励磁コイル３１と、筒体３０内に配置され励磁コイル３１によって磁化されて使用済みクーラント１１中の鉄粉を磁力によって吸着する１又は２以上（多数）の球形状の磁性体３２とを備えている。
磁性体３２は、原料（圧延油クーラント）の種類によっても異なるが、通常直径が３．２〜３２ｍｍ程度に選別され、筒体３０内に密に充填しても一定の隙間が生じるようになっている。また、励磁コイル３１には、直流電流が供給され、筒体３０内部の磁性体３２を磁化し、更に、励磁コイル３１の側部には励磁コイル３１によって発生する熱を冷却するために冷却ファン３３が設けられている。
磁力選別機１２は、磁性体３２を消磁して磁性体３２から鉄粉を脱離させる際、鉄粉を洗い流すために筒体３０内に上部から洗浄液を供給する別系統の図示しない配管が、筒体３０に連通して設けられている。また、筒体３０内部には、図示しない振動装置に連結された振動子３５が配設され、筒体３０内の洗浄時に振動子３５を振動させて、磁性体３２に吸着（付着）している鉄粉を脱離させ易くしている。なお、この振動子３５の代わりに筒体下部に振動モーターを取付けて筒体全体を振動させるようにすることも可能である。
図３に示すように、鉄イオンを吸着する濾過器１３は、磁力選別機１２によって鉄粉が除去された使用済みクーラント１１が供給される筒状のケーシング３７と、ケーシング３７内に配置され、ケーシング３７の一端にその端部が取付けられ他端が閉塞し、側面に多数の貫通孔３８が設けられた筒状の網体３９と、網体３９の周囲に配置され、網体３９の全ての貫通孔３８を覆い、使用済みクーラント１１内の鉄イオンを吸着可能な陽イオン吸着材４０とを有している。
陽イオン吸着材４０は不織布であって、例えば、図４に示すように、銅アンモニア法によって製造された長繊維の再生セルロースで構成された繊維（以下、「セルロース繊維」という）４１から造られた不織布を、１．７質量％の過酸化水素水（酸化剤の一例）に２０℃で１００時間浸漬して、セルロース繊維４１の水酸基をカルボキシル基に変換し、０．０１７モル／リットルの塩酸水溶液で洗浄した後、水洗いし、ｐＨ９の水酸化ナトリウム水溶液で洗浄して製造される。
図４に示すように、セルロース繊維４１は、前記した処理によりその構成要素であるグルコピラノース環の水酸基の一部がカルボキシル基まで酸化されてセルロース誘導体４２となっている。セルロース誘導体４２中のカルボキシル基に鉄イオンが吸着する。なお、セルロース誘導体は、紫外線の照射、過酸化水素以外の酸化剤（例えば、重クロム酸カリウムの塩酸酸性溶液等）の曝露、及び溶液中での電気分解等のいずれか１又は２以上を組み合わせた方法によってセルロースから製造することができる。
セルロース繊維４１を構成するグルコピラノース環の水酸基は、構造的に一級水酸基（第６炭素）がより酸化され易いので、セルロース誘導体４２では、セルロース繊維４１の一級水酸基が酸化されているが、第２及び第３炭素の水酸基が酸化されることもある。なお、グルコピラノース環の水酸基は３個であるが、セルロース繊維４１の機械的強度を保つために、グルコピラノース環１個当たりカルボキシル基１個を上限とし、グルコピラノース環６個当たりカルボキシル基１個がより好ましい。
図１及び図３に示すように、濾過器１３によって、使用済みクーラント１１から鉄イオンが除去された再生クーラント４３は、再び待機タンク４４で貯留される。このように、待機タンク４４内の使用済みクーラント１１を、ポンプ２９、磁力選別機１２、及び濾過器１３を介して待機タンク４４に循環させる。待機タンク４４は、開閉弁４５を介してクーラントタンク１８と接続されている。再生クーラント４３は、使用済みクーラント１１中の粗粒、鉄粉、及び鉄イオンが除去され、実質的に圧延油クーラント１９と同様の組成となっている。クーラントタンク１８内の圧延油クーラント１９が少なくなったときには、開閉弁４５を開いて、待機タンク４４中の再生クーラント４３をクーラントタンク１９に供給する。
次に、鉄除去装置１０を使用した使用済みクーラント１１中の鉄分の除去方法について説明する。
冷間圧延機１４での圧延の際に、クーラントタンク１８に貯留された圧延油クーラント１９をポンプ２０を介して、被圧延物１５とその上下に配置されたロール１６、１７の間に供給して冷却する。この際に使用された使用済みクーラント１１を廃液タンク２１に貯留する。使用済みクーラント１１のｐＨが所定値でない場合には、廃液タンク２１にアルカリ剤又は酸性剤を供給する。
冷間圧延機１４での圧延の際に、クーラントタンク１８に貯留された圧延油クーラント１９をポンプ２０を介して、被圧延物１５とその上下に配置されたロール１６、１７の間に供給して冷却する。この際に使用された使用済みクーラント１１を廃液タンク２１に貯留する。使用済みクーラント１１のｐＨが所定値でない場合には、廃液タンク２１にアルカリ剤又は酸性剤を供給する。
廃液タンク２１内の使用済みクーラント１１をポンプ２６を介して、粗粒濾過器２７に供給して、使用済みクーラント１１中の粗粒を除去し、待機タンク４４に貯留する。待機タンク４４から、ポンプ２９を介して、磁力選別機１２に供給する。磁力選別機１２に供給された使用済みクーラント１１中の鉄粉は、励磁コイル３１によって磁化された磁性体３２に吸着され除去される。更に、磁力選別機１２によって鉄粉が除去された使用済みクーラント１１を濾過器１３に供給し、使用済みクーラント１１中の鉄イオンを濾過器１３の陽イオン吸着材４０のカルボキシル基によって吸着して除去する。濾過器１３で鉄イオンが除去された再生クーラント４３は、再び待機タンク４４に貯留される。
使用済みの圧延油クーラントを濾過して粗粒を除去した後、磁力選別機１２で鉄粉を除去し、更に、濾過器１３で鉄イオンを除去し、再生クーラントを得た。
（比較例）
使用済みの圧延油クーラントを濾過して粗粒を除去た後、磁力選別機１２で鉄粉を除去し、処理済みクーラントを得た。
（比較例）
使用済みの圧延油クーラントを濾過して粗粒を除去た後、磁力選別機１２で鉄粉を除去し、処理済みクーラントを得た。
実施例によって処理された再生クーラントには、粗粒が０ｍｇ／Ｌ、鉄粉が１１２５ｍｇ／Ｌ、鉄イオンが０ｍｇ／Ｌ含まれ、比較例によって処理された処理済みクーラントには、粗粒が０ｍｇ／Ｌ、鉄粉が１３２５ｍｇ／Ｌ、鉄イオンが４．４５ｍｇ／Ｌが含まれていた。以上のように、本発明の鉄除去装置によって、使用済みの圧延油クーラント中の摩耗粉及び鉄イオンを除去することができ、再生クーラント中の鉄分を所定量以下とすることができる。
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記した実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の鉄除去装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の鉄除去装置において、鉄粉除去手段として、磁力選別機を用いて鉄粉を除去したが、粗粒及び鉄粉を除去できる装置でもよい。また、前記実施の形態では、陽イオン吸着材を磁力選別機の下流側に配置して、鉄粉を除去した使用済みの圧延油クーラントを陽イオン吸着材で処理したが、陽イオン吸着材を磁力選別機の筒体内に配置して、筒体内で鉄粉及び鉄イオンを同時に吸着して除去してもよく、また、陽イオン吸着材を磁力選別機の上流側に配置して、鉄イオンを除去した使用済みクーラントを磁力選別機で処理してもよい。なお、陽イオン吸着材として、耐油性の又は耐油処理をした陽イオン交換樹脂（膜も含む）も使用できる。
１０：鉄除去装置、１１：使用済みの圧延油クーラント、１２：磁力選別機、１３：濾過器、１４：冷却圧延機、１５：被圧延物、１６、１７：ロール、１８：クーラントタンク、１９：圧延油クーラント、２０：ポンプ、２１：廃液タンク、２６：ポンプ、２７：粗粒濾過器、２９：ポンプ、３０：筒体、３１：励磁コイル、３２：磁性体、３３：冷却ファン、３５：振動子、３７：ケーシング、３８：貫通孔、３９：網体、４０：陽イオン吸着材、４１：セルロースの繊維（セルロース分子鎖）、４２：セルロース誘導体、４３：再生クーラント、４４：待機タンク、４５：開閉弁
Claims (4)
- 油分散水溶液中の鉄粉を吸着して除去する鉄粉除去手段を備えた鉄除去装置において、
更に、前記油分散水溶液中の鉄イオンを吸着可能な陽イオン除去手段を設け、前記油分散水溶液中の鉄粉及び鉄イオンを除去し、しかも、前記陽イオン除去手段は、セルロースの水酸基をカルボキシル基に変換したセルロース誘導体からなる陽イオン吸着材を有し、該カルボキシル基によって前記鉄イオンを吸着することを特徴とする鉄除去装置。 - 請求項１記載の鉄除去装置において、前記油分散水溶液は冷間圧延で使用された圧延油クーラントであることを特徴とする鉄除去装置。
- 請求項１及び２のいずれか１項に記載の鉄除去装置において、前記油分散水溶液は、ｐＨが７以上かつ９以下に調整されていることを特徴とする鉄除去装置。
- 請求項１記載の鉄除去装置において、前記陽イオン吸着材は、前記セルロース誘導体を使った繊維を基本形状とし、その集合体としての不織布であることを特徴とする鉄除去装置。
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