JP6202027B2 - 酸洗液の温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板（たとえばステンレス鋼板等）を酸洗するために酸洗槽へ供給される酸洗液の温度制御方法に関するものである。

金属板の酸洗は、酸洗槽内に貯留した酸洗液に金属板を浸漬し連続的に通板させて、表面の異物（たとえば酸化スケール等）を除去する処理である。酸洗液は酸（たとえば硫酸等）の水溶液であり、その酸と異物との化学反応によって異物を溶解する、あるいは酸と金属板との化学反応によって異物を除去する処理である。したがって、酸洗液の温度が高すぎると、化学反応が過剰に進行して、金属板の表面に凹凸が生じて、目標を超える大きな粗さとなったり、金属板が変色するという問題が生じる。また、酸洗液の温度が低すぎると、化学反応が進行せず、異物を溶解、除去できない。そのため、酸洗における酸洗液の温度は極めて重要であり、酸洗槽内の酸洗液の温度を一定に保持するために、加熱手段を備えた酸洗槽が広く使用されている。

しかし酸洗液は、酸洗槽から蒸発する、あるいは金属板に付随して酸洗槽外へ持ち出される等によって減少していく。したがって酸洗液を適宜補充する必要がある。また、酸洗液を酸洗槽から排出して濃度調整等の処置を施して、再び酸洗槽へ循環させる場合も、酸洗液を外部から酸洗槽へ供給する必要がある。その際、酸洗槽内に貯留されている酸洗液の温度が変化しないように、補充あるいは循環のために供給される酸洗液の温度を制御する技術が種々検討されている。

たとえば特許文献１には、工場で製造された製品の殺菌や洗浄のために使用する洗浄水の温度を制御する技術が開示されている。この技術は、洗浄水が流通する１機の熱交換器に蒸気と冷水を適宜切換えて供給して、洗浄水の加熱または冷却を行なう技術である。しかしこの技術は、蒸気と冷水が同じ配管を通って熱交換器に供給されるので、温度制御の応答性が悪くなるという問題がある。たとえば洗浄水の冷却から加熱に切換える際に、熱交換器に蒸気を供給しても、その蒸気が流通する配管が低温であるから、洗浄水を所定の温度に加熱するのに長時間を要する。

したがって特許文献１に記載された発明を酸洗液の温度制御に適用すると、応答性が悪いので、酸洗槽へ供給する酸洗液を所定の温度に調整するまでに長時間を要し、その間は酸洗液が、その温度を大きく変動しながら酸洗槽へ供給される。したがって酸洗の操業を停止せざるを得ず、酸洗の作業性の大幅な低下を招く。

また、酸洗槽内の酸洗液には様々な物質が溶解しており、低温の酸洗液が供給された場合に、それらの物質が凝固して、酸洗槽や付帯設備の設備故障を引き起こすという問題も生じる。酸洗液中の物質が凝固するのを防止するためには、酸洗液を所定の温度に保持して酸洗槽へ供給する必要があるが、応答性の悪い温度制御では、その凝固を十分に防止できない。

特開平10-19436号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、金属板を酸洗するための酸洗槽へ供給する酸洗液の温度を短時間で、精度良く所定の範囲に制御することができ、しかも酸洗液中の物質が凝固することによる設備故障を防止できる酸洗液の温度制御方法を提供することを目的とする。

本発明者は、酸洗槽へ供給する酸洗液の温度制御の応答性を向上する技術について検討した。そして、熱交換器を２台以上使用し、それぞれの熱交換器に加熱と冷却の機能を振り分けることによって、酸洗液の温度を短時間で、精度良く所定の範囲に制御することが可能となり、ひいては設備故障を防止できることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、酸洗槽へ補充あるいは循環して供給する酸洗液の温度制御方法において、酸洗液を酸洗槽へ供給する供給配管に２台以上の熱交換器を直列に配設し、熱交換器の少なくとも１台は温水弁を介して温水を供給して酸洗液を加熱する一方で、その他の熱交換器は冷水弁を介して冷水を供給して酸洗液を冷却する機能を備え、少なくとも温水を供給する熱交換器と冷水を供給する熱交換器とが切り替わる熱交換器の出側にそれぞれ測温器を取付けて酸洗液の温度を測定し、下記のａ〜ｄのモードのうちのいずれか１つを選択し、あるいは２つ以上を順序立てて組合わせて酸洗液の温度制御を行なう酸洗液の温度制御方法である。
ａ．供給配管の最下流に配設された熱交換器の出側に取付けた測温器で測定した酸洗液の温度のみに基づいて温水弁および冷水弁を開閉するモード。
ｂ．酸洗液を冷却せず、酸洗液を加熱する熱交換器を使用して、当該加熱する最下流の熱交換器の出側に取付けた測温器で測定した酸洗液の温度に基づいて、温水を供給する温調弁を開閉するモード。
ｃ．酸洗液を加熱せず、酸洗液を冷却する熱交換器を使用して、当該冷却する最下流熱交換器の出側に取付けた測温器で測定した酸洗液の温度に基づいて冷水弁を開閉するモード。
ｄ．作業員が介入して温水弁および冷水弁を開閉するモード。

本発明の温度制御方法においては、酸洗槽内の酸洗液に金属板を浸漬し通板する時はモードａを選択し、金属板を通板しない時はモードｂを選択することが好ましい。また、供給配管に切替バルブとバイパス配管を配設して、モードａ〜ｄの選択を可能にすることが好ましい。

本発明によれば、金属板を酸洗するための酸洗槽へ供給する酸洗液の温度を短時間で、精度良く所定の範囲に制御することができ、しかも酸洗液中の物質が凝固することによる設備故障を防止できるので、産業上格段の効果を奏する。

本発明を適用する酸洗設備の例を示す説明図である。 本発明を適用する酸洗設備の他の例を示す説明図である。 本発明による酸洗液の温度推移の例を模式的に示すグラフである。

本発明に好適な温度制御方法の１例を図１に示し、本発明の温度制御方法について説明する。金属板１を酸洗するにあたって、酸洗槽２内の酸洗液３に金属板１を浸漬して、連続的に通板する。酸洗液３は硫酸や塩酸等の水溶液であり、その酸洗液３を所定の温度に保持しつつ、金属板１を通板することによって、金属板１の表面に付着した異物を溶解あるいは除去する。

酸洗液３を酸洗槽２へ供給する供給配管４には２機以上の熱交換器が直列に配設され、その熱交換器のうち少なくとも１機は酸洗液３を加熱するための熱交換器（以下、加熱用熱交換器という）とし、その他は酸洗液３を冷却するための熱交換器（以下、冷却用熱交換器という）とする。

以下では図１を参照して、供給配管４に２機の熱交換器（すなわち冷却用熱交換器10、加熱用熱交換器11）を直列に配設する例について説明する。なお、図１には供給配管４の最も下流側（すなわち酸洗槽２に近い側）に冷却用熱交換器10を配設する例を示すが、冷却用熱交換器10と加熱用熱交換器11を直列に並べる順番は特に限定せず、加熱用熱交換器11を最下流に配設しても良い。

冷却用熱交換器10は、出側の供給配管４に測温器６（以下、冷却出側測温器という）を備えており、その冷却出側測温器６の測定値を制御対象として例えばＰＩＤ制御を行ない、その出力値を冷水弁８に出力する。冷却用熱交換器10は、こうして冷水弁８を開閉して冷水の供給量を調整し、酸洗液を冷却するものである。

加熱用熱交換器11は、出側の供給配管４に測温器７（以下、加熱出側測温器という）を備えており、その加熱出側測温器７の測定値を制御対象として例えばＰＩＤ制御を行ない、その出力値を温水弁９に出力する。加熱用熱交換器11は、こうして温水弁９を開閉して温水の供給量を調整し、酸洗液を加熱するものである。

既に説明した通り、冷却用熱交換器10と加熱用熱交換器11は直列に配設されるので、酸洗液３は、酸洗槽２に供給される前に加熱および冷却を施されて所定の温度に保持される。ただし、必ずしも酸洗液３に加熱と冷却を共に施す必要はなく、加熱のみを施す（つまり冷却用熱交換器10を停止する）、あるいは冷却のみを施す（つまり加熱用熱交換器11を停止する）ことも可能である。

また、供給配管４に切替バルブ５とバイパス配管12を配設することによって、酸洗液３に加熱のみ、あるいは冷却のみを施すことができる（図２参照）。

このように冷却用熱交換器10、冷却出側測温器６、冷水弁８、加熱用熱交換器11、加熱出側測温器７、温水弁９を配設し、さらに必要に応じて切替バルブ５、バイパス配管12を配設することによって、さまざまな運転モードを選択して酸洗液３を酸洗槽２に供給することが可能となる。

まず、冷却用熱交換器10と加熱用熱交換器11を使用する運転モード（以下、モードａという）について説明する。モードａは、図１に示すように直列に配設した２台の熱交換器のうち、供給配管４の最下流側に配設された熱交換器の測温器（図１の例では冷却出側測温器６）のみを用いて酸洗液３の温度を測定し、その測定値に基づいて冷水弁８と温水弁９の双方を開閉して、酸洗液３の温度を調整する。例えば、冷却出側測温器６が所定温度より高ければ、温水弁９を閉じて、冷水弁８を開き、熱交換器10に冷水を通して冷却し、所定温度より低ければ、冷水弁８を閉じて、温水弁９を開き、熱交換器11に温水を通して加熱すれば良い。このモードａは、単一の検出器を用いて単一の制御対象を（図１の例では冷却出側測温器６を用いて酸洗液３の温度を）所定の温度に制御するので、短時間で精度良く制御できる。

図１に示す酸洗設備において、モードａを選択して酸洗液３の温度制御を行なった場合の、さらに詳しい酸洗液の温度推移の例を図３に示す。冷却出側測温器６における酸洗液３の温度の目標として設定された目標値（以下、設定温度という）に対して酸洗液３の温度の測定値が低い時間帯は、冷水弁８を閉じて冷却用熱交換器10を使用せず、温水弁９を開いて加熱用熱交換器11のみを使用して、酸洗液３を加熱する。そして、冷却出側測温器６の測定値が設定温度に近づいて、設定温度−βとなった時に、温水弁９を閉じて加熱用熱交換器11を停止する。

冷却出側測温器６における酸洗液３の温度の測定値が、設定温度に対して高い時間帯は、温水弁９を閉じて加熱用熱交換器11を使用せず、冷水弁８を開いて冷却用熱交換器10のみを使用して酸洗液３を冷却する。そして、冷却出側測温器６の測定値が設定温度に近づいて、設定温度＋αとなった時に、冷水弁８を閉じて冷却用熱交換器10を停止する。

このようにして、温度制御が作動しない時間帯13（いわゆる不感帯）を設けることによって、温水弁９と冷水弁８の過剰な開閉を防止することが可能となり、酸洗液３の温度をさらに短時間で、かつ一層精度良く制御できる。そして、酸洗槽２内の酸洗液３に溶解した様々な物質の凝固を防止できるので、設備故障を防ぐことが可能となる。なお、不感帯13を設けるためのα値とβ値は、酸洗槽２内の酸洗液３の容量や温度等に応じて適宜設定する。

モードａについて図１を参照して説明したが、図２に示す酸洗設備でも、モードａを選択して酸洗液３の温度制御を同様に行なうことができる。例えば、モードａを選択して酸洗液３の温度制御を行なう場合、切替バルブ51と53を開いて、切替バルブ52を閉じる。これにより、酸洗液３の流路は、加熱用熱交換器11と冷却用熱交換器10の双方を通ることになり、モードａが可能になる。

また、モードｂを選択する場合、切替バルブ51と52を開いて、切替バルブ53を閉じる。これにより、酸洗液３の流路は、加熱用熱交換器11のみを通ることとなり、モードｂが可能になる。

さらに、モードｃを選択する場合、切替バルブ53を開いて、切替バルブ51と52を閉じる。これにより、酸洗液３の流路は、冷却用熱交換器10のみを通ることになり、モードｃが可能になる。

図２に示す酸洗設備は、温水弁９や冷水弁８が長期の使用等で洩水が生じた場合等において、酸洗液３の流路を変更することにより、精度良く確実に温度制御を行なうことができるので、有用である。

また、加熱用熱交換器11のみを使用する運転モード（すなわちモードｂ）は、加熱出側測温器７による酸洗液３の温度の測定値に基づいて温水弁９を開閉して、酸洗液３の温度を調整する。このモードｂでは、冷水弁８を常時閉じておいて、冷却用熱交換器10を使用しない。なお、加熱出側測温器７を用いることにより、加熱用熱交換器11の出側直後の酸洗液３の温度が測定できるので、制御の応答を早くできて、精度良く制御できるので好ましい。

冷却用熱交換器10のみを使用する運転モード（すなわちモードｃ）は、冷却出側測温器６による酸洗液３の温度の測定値に基づいて冷水弁８を開閉して、酸洗液３の温度を調整する。このモードｃでは、温水弁９を常時閉じておいて加熱用熱交換器11を使用しない。

これらのモードｂ、ｃは、いずれも、測温器による酸洗液３の温度の測定値と設定温度との差が大きい場合に有効である。

モードｂとｃは同時に併用しない。こうすることによって、いずれのモードを選択した場合においても、単一の制御対象（すなわち加熱出側測温器７の測定値または冷却出側測温機６の測定値）を所定の温度に制御するために加熱または冷却を行なうので、短時間で精度良く制御することが可能となる。

モードａ、ｂ、ｃの選択について、酸洗槽２内の酸洗液に金属板１を浸漬し通板する時はモードａを選択し、金属板１を通板しない時はモードｂを選択することが好ましい。その理由は、酸洗槽２内に金属板１を通板する時は、金属板１の酸洗槽入側温度、通板速度、サイズ（幅、厚み）、表面状態により、酸洗槽２内の酸洗液３の温度が変動し易いため、酸洗液３の冷却および加熱の双方が可能なモードａが必要である。また、酸洗槽２内に金属板１を通板しない時は、酸洗槽２内の酸洗液３あるいは供給配管内の酸洗液３は、自然放冷されるのみであるから、酸洗液３を加熱するモードｂを選択するとよい。

さらに本発明は、酸洗液３中の物質の凝固以外の理由で設備故障が発生した場合に、作業員が手動で介入して温水弁９と冷水弁８を開閉できる運転モード（以下、モードｄという）も備える。このモードｄも、モードａ、ｂ、ｃと順序立てて組合わせることが可能である。

なお、本発明におけるモードの組合わせは、酸洗液３を酸洗槽２へ供給する際に、まず単一のモードで温度制御を行ない、その後、他の単一モードに変更して温度制御を行なう、すなわちモードａ、ｂ、ｃ、ｄのいずれかを順序立てて温度制御を行なうことを意味しており、同時に複数のモードを併用することは含まない。

図１に示す酸洗設備を用いて、金属板１の一例としてステンレスSUS430鋼板の酸洗（酸洗液は硝弗酸）を行なった。まずステンレス鋼板１の通板を開始する前は、加熱用熱交換器11のみを使用する運転モード（すなわちモードｂ）を選択して、加熱出側測温器７による温度の測定値に基づいて、酸洗液３を加熱しながら酸洗槽２へ供給し、ステンレス鋼板１の通板を開始した後は、モードａを選択して、供給配管４の最下流側に配設された冷却出側測温器６による酸洗液３の温度の測定値に基づいて冷水弁８と温水弁９の双方を開閉して、酸洗液３の温度を制御しながら、酸洗液３を酸洗槽２へ供給した。その間の酸洗液３の温度の推移を図３に示す。なお、設定温度は85℃、αは５℃、βは５℃とした。

こうして冷却出側測温器６の測定値が（設定温度−β）〜（設定温度＋α）の範囲内に収斂するのに要する時間を測定した。その結果、モードａを選択した後（すなわち通板を開始した後）、冷却出側測温器６の測定値がその範囲内に収斂するまでの所要時間は３分であった。これを発明例１とする。

これに対して比較例として、図１に示す酸洗設備を用いて、まずステンレスSUS430鋼板１の通板を開始する前はモードｂを選択し、ステンレスSUS430鋼板１の通板を開始した後は、加熱出側測温器７と冷却出側測温器６を同時に併用し、加熱出側測温器７による酸洗液３の温度の測定値に基づいて温水弁９を開閉し、かつ、冷却出側測温器６による酸洗液３の温度の測定値に基づいて冷水弁８を開閉して、酸洗液３の温度制御を行ないながら、酸洗液３を酸洗槽２へ供給した。なお、設定温度、α、βは発明例１と同じとした。

この比較例では、通板を開始した後、冷却出側測温器６の測定値が（設定温度−β）〜（設定温度＋α）の範囲内に収斂するまでの所要時間は５分であり、発明例１よりも長時間を要した。つまり、制御対象が２つ（すなわち加熱出側測温器７の測定値および冷却出側測温器６の測定値）になるから、所定の温度範囲に収斂させるまでに長時間を要した。

次に、図２に示す酸洗設備において、発明例１と同様にステンレスSUS430鋼板１の通板を開始する前はモードｂ、ステンレスSUS430鋼板１の通板を開始した後はモードａを選択して、酸洗液３の温度制御を行なった。これを発明例２とする。発明例２では、通板を開始した後、冷却出側測温器６の測定値が（設定温度−β）〜（設定温度＋α）の範囲内に収斂するまでの所要時間は３分であり、発明例１とほぼ同等であった。

１ 金属板
２ 酸洗槽
３ 酸洗液
４ 供給配管
51 切替バルブ
52 切替バルブ
53 切替バルブ
６ 冷却出側測温器
７ 加熱出側測温器
８ 冷水弁
９ 温水弁
10 冷却用熱交換器
11 加熱用熱交換器
12 バイパス配管
13 不感帯

Claims (3)

1. 酸洗槽へ補充あるいは循環して供給する酸洗液の温度制御方法において、前記酸洗液を前記酸洗槽へ供給する供給配管に２台以上の熱交換器を直列に配設し、前記熱交換器の少なくとも１台は温水弁を介して温水を供給して前記酸洗液を加熱する一方で、その他の熱交換器は冷水弁を介して冷水を供給して前記酸洗液を冷却する機能を備え、少なくとも温水を供給する熱交換器と冷水を供給する熱交換器とが切り替わる前記熱交換器の出側にそれぞれ測温器を取付けて前記酸洗液の温度を測定し、下記のａ〜ｄのモードのうちのいずれか１つを選択し、あるいは２つ以上を順序立てて組合わせて前記酸洗液の温度制御を行なうことを特徴とする酸洗液の温度制御方法。
   ａ．前記供給配管の最下流に配設された前記熱交換器の出側に取付けた前記測温器で測定した前記酸洗液の温度のみに基づいて前記温水弁および前記冷水弁を開閉するモード。
   ｂ．前記酸洗液を冷却せず、前記酸洗液を加熱する前記熱交換器を使用して、当該加熱する最下流の熱交換器の出側に取付けた前記測温器で測定した前記酸洗液の温度に基づいて前記温水弁を開閉するモード。
   ｃ．前記酸洗液を加熱せず、前記酸洗液を冷却する前記熱交換器を使用して、当該冷却する最下流の熱交換器の出側に取付けた前記測温器で測定した前記酸洗液の温度に基づいて前記冷水弁を開閉するモード。
   ｄ．作業員が介入して前記温水弁および前記冷水弁を開閉するモード。
2. 前記酸洗槽内の前記酸洗液に金属板を浸漬し通板する時は前記モードａを選択し、前記金属板を通板しない時は前記モードｂを選択することを特徴とする請求項１に記載の酸洗液の温度制御方法。
3. 前記供給配管に切替バルブとバイパス配管を配設して、前記モードａ〜ｄの選択を可能にすることを特徴とする請求項１または２に記載の酸洗液の温度制御方法。

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