JP7155401B2 - 酸液調製装置及び酸液供給装置並びに酸洗設備 - Google Patents

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Description

本開示は、酸液調製装置及び酸液供給装置並びに酸洗設備に関する。
鋼板の酸洗において、酸液に含まれる第二鉄イオン(Fe3+)の濃度を調節することで、酸洗速度が大きくなることが知られており、酸液中のFe3+濃度を調節するための方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、酸液中に含まれるFe3+の濃度を所定範囲内の値に維持するために、酸液のエアレーション(曝気)を行い、酸洗時に酸液中に生じる第一鉄イオン(Fe2+)を酸化して、酸液中のFe3+濃度を増加させることが記載されている。
特許第4186131号公報
しかしながら、特許文献1に記載されるエアレーションでは、酸液中の溶存酸素濃度を高めることが難しく、鉄イオンの酸化反応の速度を十分に高めることが難しい。また、鉄イオンの酸化反応により十分な量のFe3+イオンを得るためには多量の酸液が必要となり、このため巨大な酸液タンクが必要となる。したがって、エアレーションによる酸液中の鉄イオンの酸化処理を実際に採用するのは難しい。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、鋼板の酸洗に用いる酸液中のFe3+濃度を容易に調節可能な酸液調製装置及び酸液供給装置並びに酸洗設備を提供することを目的とする。
本発明の少なくとも一実施形態に係る酸液調製装置は、
鋼板の酸洗に用いられる酸液の調製装置であって、
前記酸液を貯留するための密閉タンクと、
前記密閉タンクに該密閉タンクの外部から酸素含有ガスを供給するためのガス供給部と、
前記密閉タンク内のガスを外部に排出するためのパージ部と、
を備える。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、鋼板の酸洗に用いる酸液中のFe3+濃度を容易に調節可能な酸液調製装置及び酸液供給装置並びに酸洗設備が提供される。
一実施形態に係る酸洗設備の概略図である。 一実施形態に係る酸洗設備の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。 一実施形態に係る酸液供給装置の概略図である。 酸液中の鉄イオンの濃度比と酸洗時間との関係の一例を示すグラフである。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1及び図2は、それぞれ、一実施形態に係る酸洗設備の概略図である。
まず、図1を参照して、幾つかの実施形態に係る酸洗設備の概要について説明する。図1に示すように、一実施形態に係る酸洗設備1は、酸液3を用いて鋼板2の酸洗をするための酸洗装置10と、酸洗装置10に酸液3を供給するように構成された酸液供給装置20と、を備える。
酸洗装置10は、酸液3を貯留するための酸洗槽12と、酸液3に浸漬された帯状の鋼板2を連続的に搬送するための搬送ロール16と、を備えている。酸液3は、鋼板2の表面に生成したスケール(酸化被膜)を溶解して除去するための酸洗液であり、例えば、塩酸、硫酸、硝酸又はフッ酸等の酸を含む液体である。搬送ロール16は、鋼板2に張力を与えて該鋼板2を、酸洗槽の酸液中に鋼板を浸漬させて搬送するように構成されている。
酸液供給装置20は、酸洗装置10に供給する酸液を調製するための酸液調製装置22と、酸液調製装置22からの酸液を酸洗装置10に供給するための酸液供給ライン24と、酸洗装置10からの酸液を酸液調製装置22に返送するための酸液返送ライン26と、を含む。
鋼板の酸洗において、酸液に含まれる第二鉄イオン(Fe3+)の濃度を調節することで、酸洗速度が大きくなることが知られている。
ここで、図12は、酸液中の鉄イオン(Fe2+、Fe3+)の濃度比と、酸洗時間との関係の一例を示すグラフである。図12に示すように、酸液中Fe3+濃度をある程度大きくすることで、酸洗速度が増大する(すなわち、酸洗時間が短くなる)。したがって、酸液調製装置22にて酸液中のFe3+濃度を適切に調節することで、鋼板の酸洗を効率的に行うことができる。なお、酸液調製装置22の構成については後述する。
図2に示す酸洗設備1は、鋼板2の搬送方向において直列に配置された複数の酸洗槽12(12A~12C)を有する酸洗装置10を含む連続酸洗設備である。複数の酸洗槽12(12A~12C)は、隔壁によって隔てられている。
複数の酸洗槽12(12A~12C)の各々に搬送ロール16が設けられており、これらの搬送ロール16によって、複数の酸洗槽12内の酸液3に浸漬された状態で鋼板2が搬送されるようになっている。
図2に示す酸洗設備1では、鋼板2を酸洗するための酸液3が酸液供給部18を介して最下流側の酸洗槽12Cに供給されるようになっている。また、酸洗槽12(12A~12C)から溢れた酸液3が、酸洗槽12間の隔壁を超えて上流側の酸洗槽へと移送されるようになっている。最上流側の酸洗槽12Aには、酸液3を排出するための酸液排出部19が設けられている。
また、図2に示す酸洗設備1では、酸液調製装置22と、最下流側の酸洗槽12Cとの間に酸液供給ライン24及び酸液返送ライン26が設けられている。即ち、酸液調製装置22で調製された酸液が、最下流側の酸洗槽12Cに供給されるようになっている。
下流側の酸洗槽12では、鋼板2表面のスケールの溶解に加えて、鋼板2の母材表面を溶解させる処理を行うことがある。このように鋼板2の母材を酸液で溶解させる場合に、酸液中のFe3+が消費される。よって、複数の酸洗槽12のうちの下流側の酸洗槽(例えば最下流の酸洗槽12C)に対して、酸液調製装置22で調製された酸液3を供給することで、効果的に鋼板の酸洗を行うことができる。
以下、幾つかの実施形態に係る酸液調製装置22についてより詳細に説明する。
図3~図10は、それぞれ、一実施形態に係る酸液調製装置を含む酸液供給装置の概略図である。図3~図10に示すように、幾つかの実施形態に係る酸液調製装置22は、酸液3を貯留するための密閉タンク30と、ガス供給部31と、パージ部33と、を備えている。
密閉タンク30には、ガス供給部31を介して、外部からの酸素含有ガスが供給されるようになっている。また、密閉タンク30から、パージ部33を介して密閉タンク30内のガスを外部に排出可能になっている。
密閉タンク30は、鋼板を酸洗するための酸液3が貯留される。密閉タンク30内には、貯留した酸液3を含む液相部101と、気相部102とが形成されるようになっている。
幾つかの実施形態では、酸洗装置10(図1、図2参照)の酸洗槽12からの酸液が酸液返送ライン26を介して流入して貯留されるようになっていてもよい。
密閉タンク30に供給される酸素含有ガスは、例えば、酸素分圧が、1気圧の大気の酸素分圧(約0.021MPa)よりも大きい酸素含有ガスであってもよく、例えば、酸素分圧が0.022MPaよりも大きい酸素含有ガスであってもよい。
あるいは、酸素含有ガスは、大気中の酸素濃度(約20.95%)よりも高い酸素濃度を有していてもよく、例えば、20.1%以上の酸素濃度であってもよい。あるいは、酸素含有ガスは、空気等のガスを加圧して、酸素分圧を高めたものであってもよい。
幾つかの実施形態では、酸液調製装置22は、密閉タンク30に供給する酸素含有ガスを生成する機能を有していてもよい。例えば、図3に示す例示的な実施形態では、酸液調製装置22は、酸素ガス発生装置38と、加圧部40と、を備えている。そして、酸素ガス発生装置38で生成されたガスが、加圧部40で昇圧された後、酸素ガス供給ライン36を含むガス供給部31を介して密閉タンク30に供給されるようになっている。なお、加圧部40はコンプレッサであってもよい。
酸素ガス発生装置38は、空気を原料として、空気よりも酸素濃度が高いガスを生成するように構成されている。酸素ガス発生装置38は、酸素濃度が90体積%以上のガスを生成するように構成されていてもよい。
あるいは、幾つかの実施形態では、酸液調製装置22の外部の酸素含有ガス源からのガスがガス供給部31に供給されるようになっていてもよい。例えば、上述の酸素含有ガス源として、高圧の酸素が貯蔵された酸素ガスボンベを用いてもよい。また、例えば、酸素含有ガス源として、空気を昇圧したものを用いてもよい。この場合、酸液調製装置22は、空気を昇圧するためのコンプレッサ(加圧部)を含んでいてもよい。
図3~図10に示す実施形態では、ガス供給部31はガス供給管32を含んでいる。
図3~図6に示す例示的な実施形態では、ガス供給管32は密閉タンク30に接続されており、ガス供給管32の一端により形成される供給口から、密閉タンク30の中に酸素含有ガスが流入するようになっている。
図3に示す例示的な実施形態では、ガス供給管32の供給口は、密閉タンク30に貯留された酸液3(即ち液相部101)の中に設けられており、酸液3中に酸素含有ガスを吹き込むようになっている。図4~図6に示す例示的な実施形態では、ガス供給管32の一端が密閉タンク30に接続されており、ガス供給管32からの酸素含有ガスが、密閉タンク30内の気相部102に供給されるようになっている。
図7~図10に示す例示的な実施形態では、ガス供給管32は、後述するガス循環路50に接続されており、ガス供給管32からの酸素含有ガスは、ガス循環路50の一部等を介して密閉タンク30内に供給されるようになっている。
また、図3~図10に示す実施形態では、パージ部33はパージ管34を含んでいる。
図3~図6に示す例示的な実施形態では、パージ管34は密閉タンク30の気相部102の部分に接続されており、該気相部102からのガスがパージ管34を介して外部に排出されるようになっている。
図7~図10に示す例示的な実施形態では、パージ管34は、後述するガス循環路50に接続されており、密閉タンク30内の気相部102のガスが、ガス循環路50の一部及びパージ管34を介して外部に排出されるようになっている。
上述した実施形態では、ガス供給部31を介して密閉タンク30に酸素含有ガスを供給可能であるとともに、密閉タンク30内の酸素含有ガスが消費されて酸素濃度が低下したら密閉タンク30内のガスをパージ部33を介して外部に排出可能であるので、密閉タンク30内の酸素ガス分圧を調節しやすい。すなわち、密閉タンク30内における酸液3中の溶存酸素濃度を調節できるので、密閉タンク30内での酸液3中での第一鉄イオン(Fe2+)から第二鉄イオン(Fe3+)への酸化反応速度を調整することができる。よって、密閉タンク30内の酸液3中のFe3+濃度を適切に調節することができ、これにより鋼板2(図1参照)の酸洗を効率的に行うことができる。
幾つかの実施形態では、ガス供給管32には、該ガス供給管32の圧力を調節するための第1バルブ35が設けられている(例えば図5及び図7~図10参照)。この場合、第1バルブ35を適切に操作することにより、密閉タンク30内の圧力を適切に調節しながら、密閉タンク30に酸素含有ガスを供給することができる。
幾つかの実施形態では、パージ管34には、該パージ管34を介して密閉タンク30から排出されるガスの流量をするための第2バルブ37が設けられている(例えば図5及び図7~図10参照)。この場合、第2バルブ37を適切に操作することにより、密閉タンク30内の圧力や気相中の酸素濃度を適切に調節しながら、密閉タンクからガスを排出することができる。
幾つかの実施形態では、パージ管34は、一定流量のガスを連続的に排出するように構成されていてもよい。例えばパージ管34には、規定流量のガスを排出するためのオリフィスが設けられていてもよい。
幾つかの実施形態では、酸液調製装置22には、密閉タンク30内の圧力を計測するための圧力センサ92が設けられている。例えば図4~図6に示す例示的な実施形態では、圧力センサ92は、密閉タンク30内の気相部の圧力を計測するように構成されている。
また、幾つかの実施形態では、酸液調製装置22には、密閉タンク30内の気相部102中の酸素濃度を計測するための濃度センサ94が設けられている。例えば図4~図6に示す例示的な実施形態では、濃度センサ94は、密閉タンク30内の気相部102の濃度を計測するように構成されている。
なお、密閉タンク30から排出されるガスが通るパージ管34(パージ部33)におけるガス中の酸素濃度は、密閉タンク30内におけるガス中の酸素濃度とほぼ同じである。そこで、幾つかの実施形態では、濃度センサ94は、パージ部33におけるガス中の酸素濃度を計測するように構成されていてもよい。
ガス供給管32に設けられた第1バルブ35は、圧力センサ92による計測結果に基づいて開度調節されるように構成されていてもよい。このように、密閉タンク30内の圧力の計測結果に基づいて第1バルブ35の開度を調節することにより、密閉タンク30内の圧力をより適切に調節することができる。
第1バルブ35は、圧力センサ92及び濃度センサ94による計測結果に基づいて開度調節されるように構成されていてもよい。この場合、圧力センサ92及び濃度センサ94の計測結果から、密閉タンク30内における酸素分圧を算出することができるので、密閉タンク30内の圧力(全圧)及び酸素分圧を適切に調節することができる。
パージ管34に設けられた第2バルブ37は、濃度センサ94による計測結果に基づいて開度調節されるように構成されていてもよい。このように、密閉タンク30内の酸素濃度の計測結果に基づいて第2バルブ37の開度を調節することにより、密閉タンク30内の酸素ガス濃度をより適切に調節しながら、密閉タンク30からガスを排出することができる。
第2バルブ37は、圧力センサ92及び濃度センサ94による計測結果に基づいて開度調節されるように構成されていてもよい。この場合、圧力センサ92及び濃度センサ94の計測結果から、密閉タンク30内における酸素分圧を算出することができるので、密閉タンク30内の圧力(全圧)及び酸素分圧を適切に調節しながら、密閉タンク30からガスを排出することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図5に示すように、酸液調製装置22は、第1バルブ35及び/又は第2バルブ37の開度調節を行うためのコントローラ90を備えていてもよい。コントローラ90は、圧力センサ92又は濃度センサ94の計測結果に基づいて、第1バルブ35及び/又は第2バルブ37の開度を調節するように構成されていてもよい。また、コントローラ90は、圧力センサ92及び濃度センサ94の計測結果に基づいて、第1バルブ35及び/又は第2バルブ37の開度を調節するように構成されていてもよい。
幾つかの実施形態では、例えば図3に示すように、酸液調製装置22は、密閉タンク30に貯留された酸液3の温度を調節するための温度調節部43をさらに備える。この場合、温度調節部43により密閉タンク30内の酸液3の温度を調節することができるので、密閉タンク30内における鉄イオンの酸化還元反応を促進することができる。よって、密閉タンク30内の酸液3中のFe3+濃度をより効率的に調節することができる。
温度調節部43は、密閉タンク30又は酸液循環路42(後述)に設けられたヒータであってもよい。
幾つかの実施形態では、例えば図4~図6及び図9~図10に示すように、酸液調製装置22は、酸液循環路42と、酸液循環路42に設けられた循環ポンプ44と、を備えている。酸液循環路42は、密閉タンク30に貯留された酸液3を密閉タンク30の外に抜き出して、該酸液3を循環させて密閉タンク30に戻すように構成されている。
この場合、酸液循環路42及び循環ポンプ44を介して、密閉タンク30内の酸液3を循環させるようにしたので、密閉タンク30内の溶液を撹拌することができる。これにより、密閉タンク30内での酸素ガスの酸液3への溶解を促進することができ、酸液3中の溶存酸素濃度を増大させることができる。よって、密閉タンク30内の酸液3中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
また、幾つかの実施形態では、例えば図7~図10に示すように、酸液調製装置22は、密閉タンク30内の気相部102のガスを密閉タンク30の外に抜き出して、該ガスを循環させて密閉タンク30に戻すためのガス循環路50を備えている。
この場合、密閉タンク30内の気相部102のガスを、ガス循環路50を介して循環させながらガス混入部46(後述)又はガス吹込み部52(後述)に供給するようにしたので、密閉タンク30の気相部102内に存在する酸素ガスを利用して、酸液3中へのガスの混入又は吹込みを連続的に行うことができる。よって、酸液3中の溶存酸素濃度を効率的に増大させることができる。
図4、図5、図9及び図10に示す例示的な実施形態では、酸液調製装置22は、酸液3にガスを混入させるためのガス混入部46を含む。ガス混入部46は、酸液循環路42を介して密閉タンク30から抜き出された酸液3が供給されるとともに、このように供給された酸液3に酸素含有ガスを混入させるように構成されている。そして、ガス混入部46にて酸素含有ガスが混入された酸液3が、ガス混入部46から密閉タンク30内に放出されて貯留されるようになっている。
図4及び図5に示す例示的な実施形態では、ガス混入部46は、密閉タンク30内の気相部102のガス(酸素含有ガス)を取り込むためのガス取り込み部46aを有するエジェクタノズルである。この場合、ガス混入部46(エジェクタノズル)では、エジェクタノズルの内部に形成される酸液3の流れに、気相部102のガスがガス取り込み部46aを介して吸引されることにより、酸液3とガスの気泡を含む混合流が形成される。そして、ガス混入部46から、酸素含有ガスの気泡を含む酸液3が密閉タンク30内に放出される。
図9及び図10に示す例示的な実施形態では、ガス混入部46には、酸液循環路42からの酸液3と、ガス循環路50からの酸素含有ガスが導かれるようになっている。そして、ガス混入部46にて酸液3と酸素含有ガスとが混合されることにより、酸液3とガスの気泡を含む混合流が形成される。そして、ガス混入部46から、酸素含有ガスの気泡を含む酸液3が密閉タンク30内に放出される。
なお、図10に示す例示的な実施形態では、ガス混入部46は密閉タンク30の外部に設けられているとともに、ガス混入部46と密閉タンク30とを接続する接続部47が設けられている。そして、ガス混入部46からの酸素含有ガスの気泡を含む酸液3は、接続部47を介して密閉タンク30内に放出される。
ガス混入部46として、例えば上述したエジェクタノズルや、密閉タンク30内の酸液3中に酸素含有ガスのマイクロバブルを生成するように構成されたマイクロバブル発生ノズルを用いてもよい。
図9又は図10に示す実施形態において、マイクロバブル発生ノズルを採用する場合には、ノズル内にてマイクロバブルが発生する場所は、マイクロバブル発生ノズル(ガス混入部46)におけるガス循環路50と酸液循環路42の両方の流入部よりも下流側の位置である。
このように、ガス混入部46にて、酸液循環路42からの酸液3に酸素含有ガスを混入させるようにしたので、酸液3と酸素含有ガスとの接触が促進されて、酸素ガスの酸液3への溶解が促進される。そして、ガス混入部46の酸液3を密閉タンク30に戻すようにしたので、密閉タンク30内の酸液3中の溶存酸素濃度をより効果的に増大させることができる。よって、密閉タンク30内の酸液3中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
図6に示す例示的な実施形態では、酸液調製装置22は、酸液循環路42からの酸液3を密閉タンク30内の気相部102に噴射して液滴106を形成するための噴射部48を備えている。この実施形態では、酸液循環路42は、酸液3を循環させて密閉タンク30の気相部102に戻すように構成されている。
噴射部48は、酸液3を液滴の状態で噴射するように構成されていてもよい。あるいは、噴射部48は、噴射後の酸液3が分裂して液滴となるように、酸液3を噴射するように構成されていてもよい。噴射部48としてスプレーを用いてもよい。
このように、酸液循環路42から密閉タンク30に戻された酸液3を、密閉タンク30の気相部102内で噴射することにより、気相部102内で酸液3の液滴106を形成することができる。これにより、気相部102における酸液3と酸素含有ガスとの接触面積を増大させて、酸素ガスの酸液3への溶解を促進させることができる。よって、酸液3中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク30内の酸液3中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
なお、特に図示しないが、幾つかの実施形態では、酸液調製装置22は、上述のガス混入部46及び噴射部48を含んでおり、これらを併用するようになっていてもよい。この場合、酸液循環路42は途中で分岐し、分岐路の1つを介してガス混入部46に酸液3を供給し、他の分岐路を介して噴射部48に酸液3を供給するように構成されていてもよい。
図3、図7及び図8に示す例示的な実施形態では、酸液調製装置22は、酸素含有ガスを密閉タンク30に貯留された酸液3の中に吹き込むためのガス吹込み部52をさらに備えている。
この場合、ガス吹込み部52により酸素含有ガスを密閉タンク30内の酸液3中に吹き込むようにしたので、酸液3中に酸素含有ガスの気泡104を形成することができる。これにより、酸液3と酸素含有ガスとの接触面積を増大させて、酸素ガスの酸液3への溶解を促進させることができる。よって、酸液3中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク30内の酸液3中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
ガス吹込み部52は、密閉タンク30内の酸液3中に酸素含有ガスのマイクロバブルを生成するように構成されたマイクロバブル発生ノズルであってもよい。
図7又は図8に示す実施形態において、マイクロバブル発生ノズルを採用する場合には、ノズル内にてマイクロバブルが発生する場所は、密閉タンク30の内側又は外側のどちらでもよいが、その場所には、密閉タンク30内の酸液3が入りこんでいる。
図8に示す例示的な実施形態では、ガス吹込み部52は、密閉タンク30内の液相部101から酸液3を取り込むための酸液取り込み部52aを有している。そして、ガスを密閉タンク30内の酸液3に吹き込む際に生じるガスジェットを利用して周囲の酸液3を酸液取り込み部52aを介して取り込んでノズル内に巻き込み、マイクロバブルを発生するようになっている。
幾つかの実施形態では、ガス供給部31からの酸素含有ガスが、密閉タンク30内の気相部102を経由せずにガス混入部46又はガス吹込み部52一方に供給されるように構成される。
例えば図7~図10に示す例示的な実施形態では、ガス供給管32(ガス供給部31)がガス循環路50に接続されており、ガス供給管32からの酸素含有ガスは、ガス循環路50の一部を介して、ガス混入部46(図9、図10の場合)又はガス吹込み部52(図7、図8の場合)に供給されるようになっている。
密閉タンク30内では、酸液3における鉄イオンの酸化還元反応により酸素が消費されるため、ガス供給部31を介して酸素含有ガスを補給しなければ、密閉タンク30内の気相部102のガス中の酸素濃度は減少する。
この点、上述の実施形態では、ガス供給部31からの比較的高濃度の酸素含有ガスを、比較的低濃度の密閉タンク30内の気相部102を経由せずにガス混入部46又はガス吹込み部52に供給することができる。よって、ガス混入部46又はガス吹込み部52にて、酸素ガスの酸液3への溶解をより一層促進させることができる。これにより、酸液3中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク30内の酸液3中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
幾つかの実施形態では、例えば図7~図10に示すように、ガス供給部31は、ガス循環路50に接続されたガス供給管32を含む。そして、ガス循環路50とガス混入部46(図9、図10の場合)又はガス吹込み部52(図7、図8の場合)を介して密閉タンク30に酸素含有ガスが供給されるようになっている。
この場合、ガス供給管32からの酸素含有ガスを、ガス循環路50を介してガス混入部46又はガス吹込み部52に供給するようにしたので、ガス供給管32からの酸素含有ガスを、ガス循環路50とは別の経路でガス混入部46又はガス吹込み部52に供給する場合に比べて、装置構造を簡素化することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図7~図10に示すように、パージ部33は、ガス循環路50に接続されたパージ管34を含み、ガス循環路50を介して、密閉タンク30内のガスを密閉タンク30の外部に排出するように構成される。
この場合、パージ管34をガス循環路50に接続したので、パージ管34を密閉タンク30に接続する場合に比べて、密閉タンク30と外部配管の接続箇所を減らすことができる。よって、密閉タンク30のシール性が一層良好となり、密閉タンク30内の酸素分圧をより確実に調節することができる。
図11は、一実施形態に係る酸液供給装置の概略図である。
図11に示す酸液供給装置20の構成は、基本的には図1に示す酸洗設備1に含まれる酸液供給装置20と同様であるが、さらに、以下に説明する特徴を有する。
図11に示す酸液供給装置20は、上述した酸液調製装置22と、該酸液調製装置22の密閉タンク30に貯留された酸液3を酸洗装置10(図1参照)に供給するための酸液供給ライン24と、酸液供給ライン24に設けられたガス回収容器27及び減圧弁23と、を備えている。減圧弁23は、酸液供給ライン24においてガス回収容器27よりも上流側に設けられている。
上述の実施形態によれば、密閉タンク30から酸洗装置10に酸液3を供給するための酸液供給ライン24にガス回収容器27及び減圧弁23を設けたので、減圧弁23により酸液供給ライン24の圧力を低下させて酸液3中の気泡を膨張させることで、ガス回収容器27の酸液3から分離し、酸液3に溶解できなかった酸素ガスを、例えば図11に示すようにガス回収容器27内で回収することができる。なお、図11に示すように、ガス回収容器27内にて、減圧により酸液3に溶解できなくなった酸素ガス108は、酸液3(液相部107)から分離されて貯留される。このようにして、酸液供給ライン24の酸液3中に含まれる残存酸素を回収して、有効利用することができる。
図11に示すように、酸液供給装置20には、ガス回収容器27内の酸素ガス108を密閉タンク30に送るための、返送ライン28及び返送ポンプ29を設けてもよい。これにより、ガス回収容器27に貯留された酸素ガス108を密閉タンク30に戻して、密閉タンク30内の酸液3中での鉄イオンの酸化還元反応の酸化剤として用いるようにしてもよい。
以下、幾つかの実施形態に係る酸液調製装置及び酸液供給装置並びに酸洗設備について概要を記載する。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る酸液調製装置は、
鋼板の酸洗に用いられる酸液の調製装置であって、
前記酸液を貯留するための密閉タンクと、
前記密閉タンクに該密閉タンクの外部から酸素含有ガスを供給するためのガス供給部と、
前記密閉タンク内のガスを外部に排出するためのパージ部と、
を備える。
上記(1)の構成によれば、密閉タンクに酸素含有ガスを供給可能であるとともに、密閉タンク内の酸素含有ガスが消費されて酸素濃度が低下したら密閉タンク内のガスを外部に排出可能であるので、密閉タンク内の酸素ガス分圧を調節しやすい。すなわち、密閉タンク内における酸液中の溶存酸素濃度を調節できるので、密閉タンク内での酸液中での第一鉄イオン(Fe2+)から第二鉄イオン(Fe3+)への酸化反応速度を調整することができる。よって、密閉タンク内の酸液中のFe3+濃度を適切に調節することができ、これにより鋼板の酸洗を効率的に行うことができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記ガス供給部は、酸素分圧が0.022MPaよりも大きい前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに供給するように構成される。
上記(2)の構成によれば、密閉タンク内の酸素分圧を大気(1気圧)の酸素分圧よりも高くすることができるので、大気圧下で酸液の処理をする場合に比べて、酸液中の溶存酸素濃度を大きくすることができる。よって、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化反応速度を増大させることができるので、酸液中のFe3+濃度の調節を効率的に行うことができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記ガス供給部は、
前記密閉タンクに供給される前記酸素含有ガスが流れるガス供給管と、
前記ガス供給管に設けられ、該ガス供給管の圧力を調節するための第1バルブと、を含む。
上記(3)の構成によれば、密閉タンクに酸素含有ガスを供給するためのガス供給管に第1バルブを設けたので、第1バルブを適切に操作することにより、密閉タンク内の圧力を適切に調節しながら、密閉タンクに酸素含有ガスを供給することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンク内の圧力を計測するための圧力センサをさらに備え、
前記第1バルブは、前記圧力センサの計測結果に基づいて開度調節されるように構成される。
上記(4)の構成によれば、密閉タンク内の圧力の計測結果に基づいて第1バルブの開度を調節するようにしたので、密閉タンク内の圧力をより適切に調節することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
前記パージ部は、
前記密閉タンクから排出される前記ガスが流れるパージ管と、
前記パージ管に設けられ、前記パージ管を介して前記密閉タンクから排出されるガスの流量を調節するための第2バルブと、を含む。
上記(5)の構成によれば、密閉タンク内のガスを排出するためのパージ管に第2バルブを設けたので、第2バルブを適切に操作することにより、密閉タンク内の圧力や気相中のガス濃度を適切に調節しながら、密閉タンクからガスを排出することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンク内の気相中の酸素濃度を計測するための濃度センサをさらに備え、
前記第2バルブは、前記濃度センサの計測結果に基づいて開度調節されるように構成される。
上記(6)の構成によれば、密閉タンク内の酸素濃度の計測結果に基づいて第2バルブの開度を調節するようにしたので、密閉タンク内の酸素ガス濃度をより適切に調節しながら密閉タンクからガスを排出することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
空気よりも酸素濃度が高いガスを生成するための酸素ガス発生装置をさらに備え、
前記ガス供給部は、前記酸素ガス発生装置で生成されたガスを前記酸素含有ガスとして前記密閉タンクに供給するように構成される。
上記(7)の構成によれば、酸素ガス発生装置を用いて空気よりも酸素濃度が高い酸素含有ガスを生成し、該酸素含有ガスを密閉タンクに供給するようにしたので、密閉タンク内の酸素分圧を容易に増大させることができる。よって、密閉タンク内の酸液中の溶存酸素濃度の調節が容易となる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンクに供給される前記酸素含有ガスを昇圧させるための加圧部をさらに備える。
上記(8)の構成によれば、密閉タンクに供給される酸素含有ガスを加圧部で昇圧することができるので、密閉タンク内の酸素分圧を容易に増大させることができる。よって、密閉タンク内の酸液中の溶存酸素濃度の調節が容易となる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンクに貯留された前記酸液の温度を調節するための温度調節部をさらに備える。
上記(9)の構成によれば、温度調節部により密閉タンク内の酸液の温度を調節することができるので、密閉タンク内における鉄イオンの酸化還元反応を促進することができる。よって、密閉タンク内の酸液中のFe3+濃度をより効率的に調節することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンクに貯留された前記酸液を抜き出して、該酸液を循環させて前記密閉タンクに戻すための酸液循環路と、
前記酸液循環路に設けられた循環ポンプと、
をさらに備える。
上記(10)の構成によれば、酸液循環路及び循環ポンプを介して、密閉タンク内の酸液を循環させるようにしたので、密閉タンク内の溶液を撹拌することができる。これにより、密閉タンク内での酸素ガスの酸液への溶解を促進することができ、酸液中の溶存酸素濃度を増大させることができる。よって、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(10)の構成において、
前記酸液循環路は、前記酸液を循環させて前記密閉タンクの気相部に戻すように構成され、
前記酸液循環路を介して前記気相部に戻された前記酸液を前記気相部内で噴射するように構成された噴射部をさらに備える。
上記(11)の構成によれば、酸液循環路から密閉タンクに戻された酸液を、密閉タンクの気相部内で噴射することにより、気相部内で酸液の液滴を形成することができる。これにより、気相部における酸液と酸素含有ガスとの接触面積を増大させて、酸素ガスの酸液への溶解を促進させることができる。よって、酸液中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(10)又は(11)の構成において、
前記酸液調製装置は、
前記酸液循環路を介して前記密閉タンクから抜き出された前記酸液が供給され、供給された該酸液に前記酸素含有ガスを混入させるためのガス混入部をさらに備え、
前記ガス混入部からの前記酸液が前記密閉タンクに貯留されるように構成される。
上記(12)の構成によれば、ガス混入部にて、酸液循環路からの酸液に酸素含有ガスを混入させるようにしたので、ガス混入部にて、酸液と酸素含有ガスとの接触が促進されて、酸素ガスの酸液への溶解が促進される。そして、ガス混入部の酸液を密閉タンクに戻すようにしたので、密閉タンク内の酸液中の溶存酸素濃度をより効果的に増大させることができる。よって、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(12)の構成において、
前記ガス混入部は、前記密閉タンクの外部に設けられる。
上記(13)の構成によれば、ガス混入部を密閉タンクの外部に設けたので、ガス混入部のメンテナンスが容易となる。例えば、ガス混入部のパーツの取り外し等を、密閉タンクに手を加えることなく容易にすることができる。
(14)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(13)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに貯留された前記酸液の中に吹き込むためのガス吹込み部をさらに備える。
上記(14)の構成によれば、ガス吹込み部により酸素含有ガスを密閉タンク内の酸液中に吹き込むようにしたので、酸液中に酸素含有ガスの気泡を形成することができる。これにより、酸液と酸素含有ガスとの接触面積を増大させて、酸素ガスの酸液への溶解を促進させることができる。よって、酸液中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
(14’)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(14)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンク内の前記酸液を循環させるための酸液循環路内の前記酸液に前記酸素含有ガスを混入させるためのガス混入部、または、前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに貯留された前記酸液の中に吹き込むためのガス吹込み部の少なくとも一方を備え、
前記ガス混入部又は前記ガス吹込み部の前記少なくとも一方は、前記酸液中に前記酸素含有ガスのマイクロバブルを生成するように構成される。
上記(14’)の構成によれば、ガス混入部で酸液に酸素含有ガスを混入させることにより、又はガス吹込み部により酸液中に酸素含有ガスを吹き込むことにより、酸素ガスの酸液への溶解を促進させることができる。また、ガス混入部又はガス吹込み部により、酸液中に酸素含有ガスのマイクロバブルを生成するようにしたので、酸素ガスの酸液への溶解をより一層促進させることができる。よって、酸液中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
(14’’)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(14)の何れかの構成において、
前記酸液調製装置は、
前記密閉タンク内の前記酸液を循環させるための酸液循環路内の前記酸液に前記酸素含有ガスを混入させるためのガス混入部、または、前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに貯留された前記酸液の中に吹き込むためのガス吹込み部の少なくとも一方を備え、
前記ガス供給部からの前記酸素含有ガスが、前記密閉タンク内の気相部を経由せずに前記ガス混入部又は前記ガス吹込み部の前記少なくとも一方に供給されるように構成される。
上記(14’’)の構成によれば、ガス供給部からの比較的高濃度の酸素含有ガスを、比較的低濃度の密閉タンク内の気相部を経由せずにガス混入部又はガス吹込み部に供給することができる。よって、ガス混入部又はガス吹込み部にて、酸素ガスの酸液への溶解をより一層促進させることができる。これにより、酸液中の溶存酸素濃度を増大させることができるため、密閉タンク内の酸液中での鉄イオンの酸化還元反応速度、及び、Fe3+濃度を調節しやすくなる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(14)の構成において、
前記密閉タンク内の前記酸液を前記密閉タンクの外部に抜き出して、該酸液を循環させて前記密閉タンクに戻すための酸液循環路内の前記酸液に前記酸素含有ガスを混入させるためのガス混入部、または、前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに貯留された前記酸液の中に吹き込むためのガス吹込み部の少なくとも一方と、
前記密閉タンク内の気相部のガスを抜き出して、該ガスを循環させて前記密閉タンクに戻すためのガス循環路と、を備え、
前記ガス混入部又は前記ガス吹込み部の前記少なくとも一方には、前記ガス循環路からの前記ガスが供給される。
上記(15)の構成によれば、密閉タンク内の気相部のガスを、ガス循環路を介して循環させながらガス混入部又はガス吹込み部に供給するようにしたので、密閉タンクの気相部内に存在する酸素ガスを利用して、酸液中へのガスの混入又は吹込みを連続的に行うことができる。よって、酸液中の溶存酸素濃度を効率的に増大させることができる。
(15’)幾つかの実施形態では、上記(15)の構成において、
前記ガス供給部は、前記ガス循環路に接続されたガス供給管を含み、前記ガス循環路と前記ガス混入部又は前記ガス吹込み部の前記少なくとも一方とを介して前記密閉タンクに前記酸素含有ガスを供給するように構成される。
上記(15’)の構成によれば、ガス供給管からの酸素含有ガスを、ガス循環路を介してガス混入部又はガス吹込み部に供給するようにしたので、ガス供給管からの酸素含有ガスを、ガス循環路とは別の経路でガス混入部又はガス吹込み部に供給する場合に比べて、装置構造を簡素化することができる。
(16)幾つかの実施形態では、上記(15)の構成において、
前記パージ部は、前記ガス循環路に接続されたパージ管を含み、前記ガス循環路を介して、前記密閉タンク内の前記ガスを外部に排出するように構成される。
上記(16)の構成によれば、パージ管をガス循環路に接続したので、パージ管を密閉タンクに接続する場合に比べて、密閉タンクと外部配管の接続箇所を減らすことができる。よって、密閉タンクのシール性が一層良好となり、密閉タンク内の酸素分圧をより確実に調節することができる。
(17)本発明の少なくとも一実施形態に係る酸液供給装置は、
上記(1)乃至(16)の何れか一項に記載の酸液調製装置と、
前記密閉タンクに貯留された前記酸液を前記酸洗装置に供給するための酸液供給ラインと、
前記酸液供給ラインに設けられたガス回収容器と、
前記酸液供給ラインにおいて前記ガス回収容器よりも上流側に設けられた減圧弁と、
を備える。
上記(17)の構成によれば、密閉タンクから酸洗装置に酸液を供給するための酸液供給ラインにガス回収容器及び減圧弁を設けたので、減圧弁により酸液供給ラインの圧力を低下させて酸液中の溶存酸素濃度を低下させることができる。また、これにより酸液に溶解できなくなった酸素ガスをガス回収容器内に貯留させることができる。このようにして、酸液供給ラインの酸液中に含まれる残存酸素を回収して、有効利用することができる。
(18)本発明の少なくとも一実施形態に係る酸洗設備は、
酸液を用いて鋼板の酸洗をするための酸洗装置と、
前記酸洗装置に前記酸液を供給するように構成された上記(17)に記載の酸液供給装置と、
を備える。
上記(18)の構成によれば、密閉タンクに酸素含有ガスを供給可能であるとともに、密閉タンク内の酸素含有ガスが消費されて酸素濃度が低下したら密閉タンク内のガスを外部に排出可能であるので、密閉タンク内の酸素ガス分圧を調節しやすい。すなわち、密閉タンク内における酸液中の溶存酸素濃度を調節できるので、密閉タンク内での酸液中での第一鉄イオン(Fe2+)から第二鉄イオン(Fe3+)への酸化反応速度を調整することができる。よって、密閉タンク内の酸液中のFe3+濃度を適切に調節することができ、これにより鋼板の酸洗を効率的に行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1 酸洗設備
2 鋼板
3 酸液
10 酸洗装置
12,12A~12C 酸洗槽
16 搬送ロール
18 酸液供給部
19 酸液排出部
20 酸液供給装置
22 酸液調製装置
23 減圧弁
24 酸液供給ライン
26 酸液返送ライン
27 ガス回収容器
28 返送ライン
29 返送ポンプ
30 密閉タンク
31 ガス供給部
32 ガス供給管
33 パージ部
34 パージ管
35 第1バルブ
36 酸素ガス供給ライン
37 第2バルブ
38 酸素ガス発生装置
40 加圧部
42 酸液循環路
43 温度調節部
44 循環ポンプ
46 ガス混入部
46a ガス取り込み部
47 接続部
48 噴射部
50 ガス循環路
52 ガス吹込み部
52a 酸液取り込み部
90 コントローラ
92 圧力センサ
94 濃度センサ
101 液相部
102 気相部
104 気泡
106 液滴
107 液相部
108 酸素ガス

Claims (18)

  1. 鋼板の酸洗に用いられる酸液の調製装置であって、
    前記酸液を貯留するための密閉タンクと、
    前記密閉タンクに該密閉タンクの外部から酸素含有ガスを供給するためのガス供給部と、
    前記密閉タンク内のガスを外部に排出するためのパージ部と、
    を備える酸液調製装置。
  2. 前記ガス供給部は、酸素分圧が0.022MPaよりも大きい前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに供給するように構成された
    請求項1に記載の酸液調製装置。
  3. 前記ガス供給部は、
    前記密閉タンクに供給される前記酸素含有ガスが流れるガス供給管と、
    前記ガス供給管に設けられ、該ガス供給管の圧力を調節するための第1バルブと、を含む
    請求項1又は2に記載の酸液調製装置。
  4. 前記密閉タンク内の圧力を計測するための圧力センサをさらに備え、
    前記第1バルブは、前記圧力センサの計測結果に基づいて開度調節されるように構成された
    請求項3に記載の酸液調製装置。
  5. 前記パージ部は、
    前記密閉タンクから排出される前記ガスが流れるパージ管と、
    前記パージ管に設けられ、前記パージ管を介して前記密閉タンクから排出されるガスの流量を調節するための第2バルブと、を含む
    請求項1乃至4の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  6. 前記密閉タンク内の気相中の酸素濃度を計測するための濃度センサをさらに備え、
    前記第2バルブは、前記濃度センサの計測結果に基づいて開度調節されるように構成された
    請求項5に記載の酸液調製装置。
  7. 空気よりも酸素濃度が高いガスを生成するための酸素ガス発生装置をさらに備え、
    前記ガス供給部は、前記酸素ガス発生装置で生成されたガスを前記酸素含有ガスとして前記密閉タンクに供給するように構成された
    請求項1乃至6の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  8. 前記密閉タンクに供給される前記酸素含有ガスを昇圧させるための加圧部をさらに備える
    請求項1乃至7の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  9. 前記密閉タンクに貯留された前記酸液の温度を調節するための温度調節部をさらに備える
    請求項1乃至8の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  10. 前記密閉タンクに貯留された前記酸液を抜き出して、該酸液を循環させて前記密閉タンクに戻すための酸液循環路と、
    前記酸液循環路に設けられた循環ポンプと、
    をさらに備える
    請求項1乃至9の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  11. 前記酸液循環路は、前記酸液を循環させて前記密閉タンクの気相部に戻すように構成され、
    前記酸液循環路を介して前記気相部に戻された前記酸液を前記気相部内で噴射するように構成された噴射部をさらに備える
    請求項10に記載の酸液調製装置。
  12. 前記酸液循環路を介して前記密閉タンクから抜き出された前記酸液が供給され、供給された該酸液に前記酸素含有ガスを混入させるためのガス混入部をさらに備え、
    前記ガス混入部からの前記酸液が前記密閉タンクに貯留されるように構成された
    請求項10又は11に記載の酸液調製装置。
  13. 前記ガス混入部は、前記密閉タンクの外部に設けられた
    請求項12に記載の酸液調製装置。
  14. 前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに貯留された前記酸液の中に吹き込むためのガス吹込み部をさらに備える
    請求項1乃至13の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  15. 前記密閉タンク内の前記酸液を前記密閉タンクの外部に抜き出して、該酸液を循環させて前記密閉タンクに戻すための酸液循環路内の前記酸液に前記酸素含有ガスを混入させるためのガス混入部、または、前記酸素含有ガスを前記密閉タンクに貯留された前記酸液の中に吹き込むためのガス吹込み部の少なくとも一方と、
    前記密閉タンク内の気相部のガスを抜き出して、該ガスを循環させて前記密閉タンクに戻すためのガス循環路と、を備え、
    前記ガス混入部又は前記ガス吹込み部の前記少なくとも一方には、前記ガス循環路からの前記ガスが供給されるように構成された
    請求項1乃至11の何れか一項に記載の酸液調製装置。
  16. 前記パージ部は、前記ガス循環路に接続されたパージ管を含み、前記ガス循環路を介して、前記密閉タンク内の前記ガスを外部に排出するように構成された
    請求項15に記載の酸液調製装置。
  17. 請求項1乃至16の何れか一項に記載の酸液調製装置と、
    前記密閉タンクに貯留された前記酸液を酸洗装置に供給するための酸液供給ラインと、
    前記酸液供給ラインに設けられたガス回収容器と、
    前記酸液供給ラインにおいて前記ガス回収容器よりも上流側に設けられた減圧弁と、
    を備える酸液供給装置。
  18. 酸液を用いて鋼板の酸洗をするための酸洗装置と、
    前記酸洗装置に前記酸液を供給するように構成された請求項17に記載の酸液供給装置と、
    を備える酸洗設備。
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