JP4857793B2

JP4857793B2 - ステンレス鋼帯の酸洗方法及び酸洗設備

Info

Publication number: JP4857793B2
Application number: JP2006026718A
Authority: JP
Inventors: 正大平野; 友平松居
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: JP2007204821A

Description

本発明は、ステンレス鋼帯の酸洗方法及び酸洗設備に関する。

ステンレス鋼帯の連続酸洗プロセスでは、熱間圧延後焼鈍したステンレス鋼帯の表面に生成したスケールを除去するために、従来、主として硫酸で予め酸洗後、弗酸と硝酸の混合酸で酸洗する方法が採用されている。この方法で酸洗を行う従来設備の１例を図１に示す。この例の設備は、焼鈍炉２及び冷却帯３を通ってきたステンレス鋼帯１を、ＭＳＢ（機械的スケール破壊）装置４及びショットブラスト装置５に順次通した後、酸洗槽（硫酸浴槽）６，７内の硫酸浴に浸漬通板し、次いで酸洗槽（混合酸浴槽）８内の弗酸と硝酸の混合酸浴に浸漬通板するように構成されている。

硫酸浴による酸洗（即ち硫酸酸洗）では、スケール層と鋼（地鉄）との界面で鋼が溶解し、スケールが剥離することで脱スケールが進行するので、継続すると硫酸浴中のＦｅ、Ｃｒ等の金属濃度が高くなり脱スケール性が低下する。
この脱スケール性の低下を抑制する手段として、特許文献１には、硫酸浴中のＦｅ^３＋を還元剤或いは電解還元によりＦｅ^２＋に還元することにより同浴中のＦｅ^３＋量を０．５ｇ／Ｌ以下に調整することが開示されている。又、特許文献２には、硫酸浴のＦｅ^２＋濃度を４５ｇ／Ｌ以下に管理することが開示されている。又、特許文献３には、硫酸浴中の全Ｆｅ濃度を１０ｇ／Ｌ以上とし且つ硫酸浴１Ｌ当たり１００ｍＬ／分以上の空気通気を併用することが開示されている。

一方、硫酸浴中のＦｅ^３＋、Ｆｅ^２＋等の金属濃度（又は浴液の酸濃度）を所望濃度に保つ手段としては、通常、酸洗槽から浴液を一部抜き取り、新たな硫酸水溶液（或いは更に水）を酸洗槽に追加する方法が採用されている。又、抜き取った浴液に、蓚酸等の添加（特許文献４）、或いは、金属鉄との接触或いは更に拡散透析（特許文献５）を施して、酸洗槽に戻す方法が知られている。
特開平９−１９５０７３号公報特開２００４−１４９８２８号公報特開平２−２０５６９２号公報特開昭５２−６１１３４号公報特開昭５９−５３６８６号公報

ステンレス鋼帯、中でも特にＣｒ含有量の多いフェライト系ステンレス鋼帯は、硫酸浴中での溶解速度が大きいため、フェライト系ステンレス鋼帯の連続酸洗操業中は、硫酸浴中の金属濃度の上昇及び遊離酸の劣化、更に金属塩の析出が著しく、上記従来の技術ではこの金属濃度の急激な上昇を抑えることが困難である。そこで、硫酸浴に酸洗促進剤（酸洗を促進する効能を有する界面活性剤主体の薬剤）を添加することで、地鉄の溶解速度を上げる対策をとっている。

しかしながら、酸洗促進剤を添加する対策は、一時的な即効性はあるものの持続性に乏しく、しかも硫酸浴中の酸洗促進剤濃度を制御することが難しいため、過剰な地鉄溶解を招きやすい。そのためスラッジの増量を招き、酸洗槽底に溜まったスラッジの処理負荷が大きいという問題があった。又、酸洗促進剤を添加すると、硫酸浴中の金属濃度の更なる上昇を招く悪循環に陥りやすく、それによる地鉄溶解速度の低下を補うために、しばしば通板速度の減速を余儀なくされるという問題もあった。尚、上記通常の、酸洗槽から浴液を一部抜き取り、新たな硫酸水溶液（或いは更に水）を酸洗槽に追加する方法も併用しているが、硫酸浴の酸濃度を安定制御するためには少量ずつの追加とせざるを得ないため、金属濃度の急激な上昇に対しては抑制効果に乏しい。

そこで、本発明は、硫酸酸洗中の地鉄溶解速度の変動を有効に抑制し、スラッジ処理負荷を低減でき且つ通板速度を安定して高速に維持できるステンレス鋼帯の酸洗方法及び酸洗設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成した本発明は、以下のとおりである。
[請求項１] ステンレス鋼帯を連続通板しながら硫酸浴に浸漬する工程を有するステンレス鋼帯の酸洗方法において、前記硫酸浴の浴液を一部抜出してバッファタンクに貯え、該貯えた液をサイクロンに循環的に通すと共にこれと併行して前記貯えた液を前記サイクロンと並列させたフィルタに循環的に通して浮遊物を除去し、前記フィルタを通過してなる清浄液をイオン交換樹脂に通して金属を除去して遊離酸を回収し、該回収した遊離酸を前記硫酸浴に戻すことにより前記硫酸浴の金属濃度を目標８５ｇ/Ｌ以下に制御することを特徴とするステンレス鋼帯の酸洗方法。

[請求項２] 前記硫酸浴の金属濃度の制御目標を、８５ｇ/Ｌ以下に代えて、酸洗促進剤使用時の地鉄溶解速度を確保可能な金属濃度とし、且つ地鉄溶解速度の低下に応じて前記酸洗促進剤を添加することを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼帯の酸洗方法。
[請求項３] ステンレス鋼帯の通板ライン内に硫酸浴を保持する硫酸浴槽を有するステンレス鋼帯の酸洗設備において、前記硫酸浴槽の浴液を一部抜出して貯え且つ該貯えた浴液を一部抜出して前記硫酸浴槽に戻す循環タンクと、該循環タンクの浴液を一部抜出してバッファタンクに貯え、該貯えた液をサイクロンに循環的に通すと共にこれと併行して前記貯えた液を前記サイクロンと並列させたフィルタに循環的に通して浮遊物を除去し前記フィルタを通過してなる清浄液にする浴液浄化手段と、前記清浄液をイオン交換樹脂に通して金属を除去し、得られた遊離酸を回収して前記循環タンクに戻す金属除去及び酸回収手段とを有することを特徴とするステンレス鋼帯の酸洗設備。

本発明によれば、ステンレス鋼板を高速で連続通板しながら硫酸酸洗する工程において、地鉄溶解速度を適正な範囲に維持しやすくなり、スラッジ処理負荷を低減でき且つ通板速度を安定して高速に維持できるようになる。又、酸洗促進剤の使用量を大幅に削減することが可能である。

実酸洗ラインでの硫酸浴液に相当する硫酸水溶液（硫酸濃度２７〜３０ｇ／Ｌ）中の鉄濃度を種々違えて調整した試験液にステンレス鋼板を浸漬する実験を行い、鋼の溶解量と鉄濃度の関係を調べた。実酸洗ラインでの硫酸浴液中の金属は殆どが鉄であり、鉄以外の金属（Ｃｒ、Ｃｕ等）は無視できる程度に微量であるから、鉄濃度で金属濃度を代表して差支えない。尚、浸漬時間は、実酸洗ラインの硫酸浴に高速５０ｍｐｍで通板浸漬したときの浸漬時間に合わせた。その結果を図２に示す。

図２より、鉄濃度が０ｇ／Ｌから約７３ｇ／Ｌに増しても溶解量は約８０ｇ／ｍ^２と略一定であり、鉄濃度が更に約９７ｇ／Ｌに増すと溶解量は約４３ｇ／ｍ^２に減り、鉄濃度が更に１３５ｇ／Ｌに増すと溶解量は微減して約４０ｇ／ｍ^２になる。一方、実酸洗ラインの硫酸酸洗では、酸洗減量が６０ｇ／ｍ^２未満になるとステンレス鋼板の表面品質及び耐食性の劣化に繋がるという経験的知見が得られている。酸洗減量と等価な溶解量が６０ｇ／ｍ^２以上になる鉄濃度範囲は、図２より８５ｇ／Ｌ以下である。よって、本発明では、実酸洗ラインの硫酸浴の金属濃度を目標８５ｇ／Ｌ以下に制御する。

硫酸浴の金属濃度を上記目標に制御する方法を種々検討し、上記目標からのずれの発生（突発的な酸洗減量の低下に繋がる）頻度が少なく、且つスラッジの堆積量も少なくする面から、次の方法が最適であることがわかった。即ち、硫酸浴の浴液を一部抜出し、サイクロン及びフィルタに通して浮遊物を除去した後、イオン交換樹脂に通して金属を除去して遊離酸を回収し、該回収した遊離酸を前記硫酸浴に戻すという循環系を構成し、この循環系の循環液量を操作することにより、硫酸浴の金属濃度を上記目標に制御するのである。

尤も、上記制御中に突発的な酸洗減量の低下が全く起らないとはいえない。それが起った場合には、前記酸洗促進剤を添加してもよい。その場合、金属濃度の制御目標を上記の８５ｇ／Ｌ以下とすることに代えて、当該酸洗促進剤使用時の酸洗減量（地鉄溶解速度）を確保可能な金属濃度としておくと、酸洗促進剤の添加量を従来よりも削減でき、スラッジ量もさらに低減するので好ましい。尚、当該酸洗促進剤使用時の酸洗減量（地鉄溶解速度）を確保可能な金属濃度は、予め実験によって求めることができ、好ましくは７５ｇ／Ｌ以下、より好ましくは６０ｇ／Ｌ以下、更に好ましくは４０ｇ／Ｌ以下である。

上述の循環系を設備として具体化したのが本発明の酸洗設備であり、その１例を図３に示す。図３では硫酸浴槽７に設けた循環系を示したが、硫酸浴槽６に設けたものも同様である。循環タンク１０は、硫酸浴槽７の浴液を一部抜出して貯え且つ該貯えた浴液を一部抜出して硫酸浴槽７に戻すものである。この戻し液は一部抜出されて浴液浄化手段１１に供給される。

浴液浄化手段１１は、前記供給された液をバッファタンク１１１に貯え、該貯えた液をサイクロン１１２に循環的に通して粗い浮遊物を除去すると共に、フィルタ１１３に循環的に通して微細な浮遊物を除去し、フィルタ１１３を通過した清浄液を清浄液タンク１１４に貯え、その一部を金属除去及び酸回収手段１２へ供給する。サイクロン１１２はハイドロサイクロンで構成される。サイクロン１１２により除去された粗い浮遊物はスラッジとなって沈降し、スラリーとして排出される。フィルタ１１３を通らなかった微細な浮遊物を含む非清浄液はバッファタンク１１１に戻り、この戻った微細な浮遊物はバッファタンク１１１とフィルタ１１３とを循環するうちにやがては凝集粗大化し、サイクロン１１２側に移った際に除去される。フィルタ１１３は筒型の内側に供給した液を外側に濾過する方式のマイクロフィルタで構成される。このマイクロフィルタの目詰まり防止のために、適時逆流洗浄が行われる。

金属除去及び酸回収手段１２は、供給された清浄液をイオン交換樹脂塔１２１に通し、該塔内のイオン交換樹脂に、金属イオン（鉄イオンで代表）の結合酸（ＦｅＳＯ_４）を透過させて廃液として排出し、その一方で遊離酸（Ｈ^＋，ＳＯ_４ ⁻）を吸着させ、該吸着した遊離酸を、別途供給する回収水により剥離させて回収し、該回収した遊離酸を循環タンク１０に戻す。金属除去率は７０％程度、遊離酸回収率は９５％程度である。尚、イオン交換樹脂塔１２１の設置基数は図示の３基に限らず、必要金属除去量に応じて適宜決定される。

実施例として、図１に示した従来の酸洗設備を、図３に示した設備形態に改造し、硫酸浴中の金属濃度（鉄濃度で代表）の制御目標を５０ｇ／Ｌとして本発明を実施した。この実施例について、本発明の実施前後にかけての硫酸浴槽７内の硫酸浴中の鉄濃度の推移を図４に示す。図４より、本発明の実施前（従来）では鉄濃度を８５ｇ／Ｌ以下にすることは困難であったのに対し、本発明の実施後は、実施開始から約１日間の過渡期を経て、鉄濃度の目標５０ｇ／Ｌへの安定制御が達成されていることがわかる。

この実施例においては、月平均のスラッジ処理負荷が従来を１００とした指数で約３５、月平均の減速通板時間比率が従来を１００とした指数で約５と、夫々大幅に改善された。また、酸洗促進剤の使用量も、従来を１００とした指数で約８０に削減できた。

従来の酸洗設備の１例を示す模式図である。鋼の溶解量と試験液の鉄濃度との関係を示すグラフである。本発明の酸洗設備の１例を示す構成概要図である。本発明の実施前後にかけての硫酸浴中の鉄濃度の推移を示すグラフである。

符号の説明

１ステンレス鋼帯
２焼鈍炉
３冷却帯
４ＭＳＢ（機械的スケール破壊）装置
５ショットブラスト装置
６、７酸洗槽（硫酸浴槽）
８酸洗槽（混合酸浴槽）
１０循環タンク
１１浴液浄化手段
１２金属除去及び酸回収手段
１１１バッファタンク
１１２サイクロン
１１３フィルタ
１２１イオン交換樹脂塔

Claims

ステンレス鋼帯を連続通板しながら硫酸浴に浸漬する工程を有するステンレス鋼帯の酸洗方法において、前記硫酸浴の浴液を一部抜出してバッファタンクに貯え、該貯えた液をサイクロンに循環的に通すと共にこれと併行して前記貯えた液を前記サイクロンと並列させたフィルタに循環的に通して浮遊物を除去し、前記フィルタを通過してなる清浄液をイオン交換樹脂に通して金属を除去して遊離酸を回収し、該回収した遊離酸を前記硫酸浴に戻すことにより前記硫酸浴の金属濃度を目標８５ｇ/Ｌ以下に制御することを特徴とするステンレス鋼帯の酸洗方法。
前記硫酸浴の金属濃度の制御目標を、８５ｇ/Ｌ以下に代えて、酸洗促進剤使用時の地鉄溶解速度を確保可能な金属濃度とし、且つ地鉄溶解速度の低下に応じて前記酸洗促進剤を添加することを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼帯の酸洗方法。
ステンレス鋼帯の通板ライン内に硫酸浴を保持する硫酸浴槽を有するステンレス鋼帯の酸洗設備において、前記硫酸浴槽の浴液を一部抜出して貯え且つ該貯えた浴液を一部抜出して前記硫酸浴槽に戻す循環タンクと、該循環タンクの浴液を一部抜出してバッファタンクに貯え、該貯えた液をサイクロンに循環的に通すと共にこれと併行して前記貯えた液を前記サイクロンと並列させたフィルタに循環的に通して浮遊物を除去し前記フィルタを通過してなる清浄液にする浴液浄化手段と、前記清浄液をイオン交換樹脂に通して金属を除去し、得られた遊離酸を回収して前記循環タンクに戻す金属除去及び酸回収手段とを有することを特徴とするステンレス鋼帯の酸洗設備。