JP4932333B2

JP4932333B2 - 消泡装置

Info

Publication number: JP4932333B2
Application number: JP2006153281A
Authority: JP
Inventors: 友世西山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2026-06-01
Also published as: JP2007319790A

Description

本発明は、たとえば、鋼板に付着した圧延油の脱脂洗浄工程において発生する泡を消泡するための消泡装置に関するものである。

鋼板の連続焼鈍ラインや連続メッキラインの前段には、前工程の冷間圧延ラインで鋼板に付着した圧延油を脱脂洗浄する設備が設けられている。その際の脱脂洗浄の方法としては、薬剤として主に苛性ソーダやオルソ珪酸ソーダなどのアルカリ液を用いて、スプレーや電解、ブラッシングする方法が取られている。
しかし、圧延油とアルカリが鹸化反応を起こし、鹸化成分が一定の濃度を越えると発泡現象を起こしやすくなり、その結果、洗浄設備やアルカリ貯蔵タンクのまわりに泡が漏れ、作業環境の悪化やアルカリ洗浄液の損失を招くという問題があった。

この問題を回避するために、従来では、化学的に発泡を抑制する手段や、泡を機械的に消泡する手段が知られている。
前者の例としては、アルカリ洗浄液中に高級アルコールを添加することで鹸化成分を溶かし、発泡を抑制する手段や、シリコーンオイルを添加することで界面張力を落とし破泡しやすくする手段が知られているが、いずれも費用の点で問題があり、シリコーンオイルの場合は、さらに、鋼板と塗装膜やメッキ層との密着性を低下させるという問題もある。

また、後者の例としては、特許文献１〜３などの手段が知られている。
特許文献１には、洗浄タンクの側壁に垂直下向きのオーバーフロー管を設け、エジェクター装置によってタンクから吸い出した泡をオーバーフロー管内で消泡するとともに、オーバーフロー管の途中に水平方向のガス抜き管を設けて、消泡後の気液を分離する手段が記載されているが、重力差を用いて気液を分離するために垂直方向にある一定の長さが必要となり、洗浄タンクの深さを深くしなければならないという問題がある。また、エジェクター装置の圧縮空気吐出流速が大きい場合、消泡後の気液を十分に分離できないという問題もある。

特許文献２には、エジェクター装置を用いて、洗浄タンクから吸い出した泡を別に設けた消泡箱内で消泡板に衝突させ、泡の流速を落として気液を分離する手段が記載されているが、消泡箱を別途設置するため、スペース面で問題がある。また、蒸気エジェクターを用いて大量に泡を処理する場合は、蒸気使用によるコストアップや蒸気により洗浄液が薄まるという問題もある。

特許文献３には、サイクロンの入り口上部にインペラ式消泡装置を取り付け、処理装置から流出した泡を含む液を水頭を利用してサイクロン内に流入させ、サイクロン内の液体の旋回流を利用してサイクロン中心に集められた泡を、サイクロン上部に設置したインペラ式消泡装置により吸引して消泡する手段が記載されているが、水頭を用いてサイクロン内に液体を送液するためにサイクロン設置位置レベルに制約があること、サイクロン用に別タンクが必要となること、鋼板の脱脂洗浄設備で発生する泡のようにスラッジを多く含む泡を処理する場合は、スラッジが消泡装置内に堆積してインペラの回転を阻害するなど故障を引き起こしやすいことなどの問題がある。

それらの問題を解決する手段として、タンク内に設置でき、故障が少なく、泡の吸引と消泡および消泡後の気液分離がタンク内で実施できる消泡装置が望まれるが、タンク内の空間上の制約から、従来、適当な装置は見当たらなかった。

特開平８−７１３０５号公報特開平１１−３６０９０号公報特開平４−２２２６０５号公報

そこで、本発明は、小型で洗浄タンクや貯蔵タンク内に設置でき、かつ、機械的可動部分がなく故障しにくい消泡装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
請求項１の消泡装置の発明は、泡を吸引して消泡する消泡部と、消泡後の気液混合気流から気体と液体を分離する気液分離部よりなる消泡装置であって、消泡部は、消泡管と、消泡管の一端部近傍に消泡管と交差して取り付けられた吸引管と、消泡管の一端部に取り付けられ、該管内に高速エアーを吹き込んで高速ガス気流を形成し、そのエジェクター効果によって吸引管から泡を吸引するとともに、吸引した泡を消泡管内で高速ガス気流によって泡をせん断して消泡するためのエアーノズルとを備えており、気液分離部は、前記消泡管の他端部が取り付けられる外筒部と、外筒部の上端に上部円錐部を介して取り付けられた分離後の気体を排出する気流排出管と、外筒部の下端に下部円錐部を介して取り付けられた分離後の液体を排出する液体排出管とを備え、かつ、前記消泡管の他端部は、外筒部の下端部に、外筒部の接線に沿うように取り付けられており、消泡後の気液混合気流を外筒部内で高速旋回させて気体と液体を遠心分離することを特徴とする。

請求項２の消泡装置の発明は、さらに、外筒部下端と液体排出管下端との間の鉛直方向高さを外筒部鉛直方向高さの１／２以下としたことを特徴とする。
請求項３の消泡装置の発明は、さらに、前記消泡管の前記他端部を外筒部内部に延長し、消泡後の前記気液混合気流の流入口を外筒部内に形成したことを特徴とする。
請求項４の消泡装置の発明は、さらに、前記気流排出管が、円錐部を介して外筒部上端に取り付けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ノズルから吹き込んだ高速ガス流によって泡を吸引して消泡するエジェクター式の消泡部の消泡管を、気液を遠心分離するための外筒部の下端部に取り付けて、消泡部と気液分離部を一体のものとしたので、消泡装置全体の設置スペースを小さくすることができる。また、気液分離に遠心分離手段を用いているので、消泡後の気液混合気流の流速が大きい場合でも気液の分離を可能とし、消泡装置の適用範囲を拡大することができる。さらに、外筒部の上端に上部円錐部を設けることで、外筒部内の旋回流をスムーズに気流排出管に排出できるため、気液分離部での圧力損失をさらに低減することが可能となる。以上に加え、機械的可動部分がないため、故障を起こしにくいという効果もある。

請求項２に係る発明によれば、気液分離部の高さを小さくすることができるので、高さの制約があるタンク内にも消泡装置の設置が可能になる。
請求項３に係る発明によれば、消泡管の端部を外筒部内まで延長することで、流入口付近で旋回流と流入気流の衝突による圧力損失を低減することができる。

本発明者は、設置スペースが小さく、機械的な可動部分を有しないで、泡を吸いこみ、泡を消泡して気液を分離するものとして、エジェクター装置を用いて泡を吸引し、消泡する装置と、遠心分離式の気液分離装置との組み合わせを考えた。
サイクロンによる遠心分離式の気液分離装置は、特許文献３にあるように上下の高さが大きく、タンク内に設置するためには高さを低くする必要がある。
本発明者は、消泡後の気液混合気流の流入口を気液分離装置の外筒部下部に位置させることで、気液分離装置の高さを低くできることを着想した。
本発明は、そのような着想を基に、更に検討を加えた結果なされたものである。

以下、添付の図面を参照して本発明の消泡装置の実施の形態を説明する。
図１において、４は消泡管であり、その先端には外部の圧縮空気源から消泡管４内に圧縮空気を吹き込むためのエアーノズル１が設けられており、また、先端部近傍には、発生した泡を吸引するための吸引管３が、消泡管４に交差して設けられている。そして、以上によって消泡装置の消泡部が構成される。

エアーノズル１から消泡管４に吹き込まれた圧縮空気により高速のガス流を形成させ、そのエジェクター効果による吸引力により、吸引管３の吸引口２から泡を消泡管４内に吸引する。吸い込まれた泡は、消泡管４内でエアーノズル１からの高速ガス流によってせん断されるとともに、吹き飛ばされて消泡管４の内壁に押し付けられ、破泡して液化される。

なお、消泡装置の吸込管３は、図１のように消泡管４に直角に取り付けたものに限らず、消泡管に対して吸込み方向に角度を付けて取り付けてもよく、また、消泡管に対する取り付け方向も、図１に示す側に限らず、その反対側に取り付けてもよい。さらに、泡を吸込みやすくするため吸込口２をラッパ状に形成してもよい。

６は、消泡後の気液混合気流をその内部で高速旋回させて気体と液体を遠心分離する外筒部であり、上端には、上向き円錐状の上部円錐部７を介して気流排出管８が形成され、下端には、下向き円錐状の下部円錐部９を介して液体排出管１０が形成されている。そして、以上によって消泡装置の気液分離部が構成される。
外筒部６の下端部には、前記消泡管４が一体に取り付けられており、消泡後の気液混合気流は、消泡管４と外筒部６との接続部に形成された気流流入口５を通って、外筒部６内に流入されるようになっている。
気流排出管８には、外部から排気装置を接続して分離後の気体を排気する。

気流排出管８の径ａは、液体排出管の径ｄよりも大きくして、外筒部６内の旋回流を上向きの旋回流とし、液体排出管より気流が噴出しないようにする。
また、外筒部６内でより効果的に旋回流を形成するためには、外筒部６の径をｃ、消泡管４の径をｂ、気流排出管８の径をａ、外筒部６の高さをｈとすると、つぎの（１）、（２）の関係を満たすようにそれぞれを形成するのが望ましい。
（１）ｃ＞２×ｂ＋ａ
（２）ｈ＞２×ｂ

本発明の気液分離部は、消泡管４を外筒部６下端に位置させて、気液分離後の気流を外筒部６上端の気流排出管８から外部に排出するようにしたので、外筒部６下端と液体排出管１０下端との間の長さＬを小さくできる。
Ｌは、分離後の液体を下部円錐部９から液体排出管を通して排出するために必要な長さ以上あればよいが、吸引管３の吸引口２下端と液体排出管１０下端とのレベル差を小さく設定して、消泡装置の高さをできるだけ低くするためには１／２・ｈ以下が望ましい。
なお、一般のサイクロン分離器で、そのように気流流入口をサイクロン室の下端部に設置すると、気流排出口付近で気流の絞りが生じ、絞りによって発生する高流速によりスプラッシュが気流排出口に巻き上げられる現象が生じるが、本発明では、気流排出管８を外筒部６の上端部に設置して、そのような現象が生じるのを回避できる。

そして、外筒部６内に流入された気液混合気流は、圧縮空気の高速ガス流によって、外筒部６の内壁に沿って上方に向かう旋回流となる。この際発生する遠心力のため、液体の微粒子は外側に飛び出して外筒部６の内壁に達し、混合気流から分離される。
このとき、消泡管４の端部を、図１（ｃ）に示されるように、外筒部内部にまで延長し、消泡後の前記気液混合気流の流入口５を外筒部内、特に中心部に形成するのが好ましい。そのようにすることで、流入口付近で旋回流と流入気流の衝突による圧力損失を低減することができる。
また、外筒部６の上端に上部円錐部７を設けることで外筒部内の旋回流をスムーズに気流排出管８に排出でき、気液分離部での圧力損失をさらに低減することができる。

次に、冷間圧延後の鋼帯の洗浄ラインに本発明の消泡装置を適用する場合を例に、本発明の消泡装置の使用態様を説明する。
図２において、１１は、冷間圧延後の鋼帯に付着した圧延油を、例えばブラッシングにより脱脂するための洗浄装置であり、装置内に連続的に搬送されてくる鋼帯１２に苛性ソーダなどを含有するアルカリ洗浄液を吹き付けつつブラッシングすることで脱脂洗浄が行われる。

１３は、洗浄液１６を貯蔵する循環タンクで、洗浄装置１１とは、樋１４によって接続している。循環タンク１３内の洗浄液は、ポンプ１５によって洗浄装置１１に流入され、洗浄装置１１から樋１４を通って循環タンク１３に戻るようになっている。この循環の過程で、洗浄装置１１及び循環タンク１３内で、洗浄液中に石鹸の生成による泡１７が発生し、時間の経過とともに循環タンク内に蓄積し、あふれるようになる。

そのような事態を防止するために、循環タンク１３内に図１で示される本発明の消泡装置１０１が設置される。その際、消泡装置のエアーノズルはエアーコンプレッサ１８に接続され、気流排出管は排気洗浄装置１９に接続される。消泡装置は、発生する泡の量やタンクの面積に応じて複数の台数を設置する。
消泡装置１０１は、消泡管が洗浄液の液面と平行、もしくは液面に対しやや前方下向きの傾斜となるように、かつ液面に接近して設置する。このとき、吸引管の吸引口２は、少なくとも通板ラインより下に設け、また、洗浄装置や樋などに開口部がある場合は、開口部より下に位置するように設置するのがよい。

以上のような装置において、次の条件で消泡装置を作動させて消泡した。
エアーノズルから、吐出流速４２６Ｎｍ／ｓで消泡管４内に高速エアーを吹き込んだ。そのとき発生するエジェクター効果により、約１３ｍ^３／ｍｉｎの割合で吸引口から泡を吸引した。
また、高速エアーの剪断力により、消泡前には比重０．０２であった泡を、液体排出管からの排出時には比重０．８０と、ほぼ完全に液化することができた。

使用した消泡装置の外筒部高さは、循環タンク内に設置できる２３０ｍｍとしたが、消泡後の混合気体を気液分離部の外筒部内で気体と液体に分離後、気流は気流排出管から約１７ｍ^３／ｍｉｎの割合で排気され、液体は液体排出管から約５０ｌ／ｍｉｎの割合で循環タンク内の洗浄液に戻された。気流とともに排気装置に持ち出された液体は０．２ｌ／ｍｉｎ以下であり、９９％以上の気液分離効率を得ることができた。
このことから、上記の外筒部高さで、気液混合気流の旋回スペースを十分確保でき、気液を効果的に遠心分離できることが確認された。

また、一般に、エジェクター式消泡装置の吸引管内の負圧は１００ｍｍＡｑ程度であり、サイクロン分離器の装置圧力損失は５０ｍｍＡｑ〜２００ｍｍＡｑであるから、一般のサイクロン分離器をエジェクター式消泡装置の前方に設置した場合、エジェクター式消泡装置の吸引能力に著しい低下がみられる。
本発明では、気液分離部での圧力損失を３５ｍｍＡｑ程度に抑えることができ、遠心力を用いた気液分離手段とエジェクター式の吸引・消泡手段のそれぞれの能力を両立させることができた。

上記の使用例では、消泡装置全体をタンク内に設置し、分離した液体部分をそのまま循環タンクに戻すようにしたが、気液分離部をタンク外に設置して、分離された液体からスラッジなどを分離した後、タンクに戻すようにすることもできる。

以上説明した実施の形態では、鋼帯の洗浄ラインに本発明の消泡装置を適用する場合を例に説明したが、本発明の消泡装置はそのような例に限定されるものではなく、例えば、湿式の排煙脱硫装置の処理液タンク内の消泡など、他の場合にも適用可能である。

本発明の消泡装置を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は内部の気流の流れを説明する図である。本発明の消泡装置の使用例を説明する図である。

符号の説明

１エアーノズル
２吸引口
３吸引管
４消泡管
５気流流入口
６外筒部
７上部円錐部
８気流排出管
９下部円錐部
１０液体排出管
１１洗浄装置
１２鋼帯
１３循環タンク
１４洗浄液戻り用の樋
１５ポンプ
１６洗浄液
１７泡
１８エアーコンプレッサ
１９排気洗浄装置
１０１消泡装置

Claims

泡を吸引して消泡する消泡部と、消泡後の気液混合気流から気体と液体を分離する気液分離部よりなる消泡装置であって、消泡部は、消泡管と、消泡管の一端部近傍に消泡管と交差して取り付けられた吸引管と、消泡管の一端部に取り付けられ、該管内に高速エアーを吹き込んで高速ガス気流を形成し、そのエジェクター効果によって吸引管から泡を吸引するとともに、吸引した泡を消泡管内で高速ガス気流によって泡をせん断して消泡するためのエアーノズルとを備えており、気液分離部は、前記消泡管の他端部が取り付けられる外筒部と、外筒部の上端に上部円錐部を介して取り付けられた分離後の気体を排出する気流排出管と、外筒部の下端に下部円錐部を介して取り付けられた分離後の液体を排出する液体排出管とを備え、かつ、前記消泡管の他端部は、外筒部の下端部に、外筒部の接線に沿うように取り付けられており、消泡後の気液混合気流を外筒部内で高速旋回させて気体と液体を遠心分離することを特徴とする消泡装置。
外筒部下端と液体排出管下端との間の鉛直方向高さを外筒部鉛直方向高さの１／２以下としたことを特徴とする請求項１に記載の消泡装置。
前記消泡管の前記他端部を外筒部内部に延長し、消泡後の前記気液混合気流の流入口を外筒部内に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の消泡装置。