JPH06102835B2 - 金属表面処理工程でのエネルギ−利用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属表面の脱脂、りん酸塩処理などの目的に使
用される表面処理工程での排熱及び排蒸気の有効利用方
法に関するものである。

（従来の技術） 塗装を目的とした金属表面は切断、プレス工作、穴開
け、防錆などの目的で使用された各種の油や汚れを洗浄
除去するためのアルカリ洗浄と、塗料の密着性、塗膜の
防錆力を向上させるための表面調整処理、化成処理及び
それらの薬品を洗い落とすための水洗工程から成ってい
る 尚、表面調整処理は脱脂と共用されたり、工程が省略さ
れることがある。

又、単に湯又は水をエアレーションして表面調整処理と
することもある。

次いで乾燥後、塗装工程へ移送されるのが標準的な処理
工程であり、処理方法としては浸漬式スプレー式、又は
それらの方式の組合わせからなっている。

アルカリ洗浄剤及び化成処理剤は、加熱して使用されて
おり、水洗い工程は複数段の水洗工程を有し、アルカリ
洗浄剤及び化成処理剤の水洗工程の最後段に新鮮水を供
給し、順次前段へオーバーフローし、余剰水は工程外へ
排出し排水処理しているのが一般的である。

又、アルカリ洗浄剤や、化成処理剤は１〜５％程度の水
溶液として使用される。

アルカリ洗浄剤及び化成処理剤は加温されて使用される
ので水分が蒸発するが、この水分の減少量を水洗い工程
での余剰水量とつり合わせ、水洗工程から補給すること
によって工程水洗水の無排水化が可能となり、一部で実
用化されている。

この方法は、スプレー式の場合に特に蒸発が発生しやす
いので採用されるが、浸漬式の場合には別途スプレーで
きる蒸発室を設けることにより採用可能となる。

塗装前処理を終了した処理物は、水切り乾燥し、次いで
塗装〜塗料焼付工程を経て次工程へ送られる。これら乾
燥炉又は、焼付炉等からの排熱を前記スプレー室へ導入
し、蒸発補助、熱源の節約などに利用する方法も行われ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 排熱を活用する方法は、蒸発を促進させる熱源の節約と
しても又、効率の面からも非常に良い方法である。

排熱は薬剤の加熱手段、前処理の水切乾燥炉塗料焼付
炉、脱臭炉等から導入するが、燃料として、プロパンガ
スや重油等が使用され、この燃料が燃焼して生じる二酸
化炭素（炭酸ガス）が混入している。

二酸化炭素は有毒なガスではないが、水に溶かすと下記
の様に解離して酸性を示す。

CO₂＋H₂Ｏ→H⁺＋HCO₃ ^- （PK 6.51） ここで、二酸化炭素の水溶液のpHは１気圧ので3.7を示
す。

このように、二酸化炭素を含む排熱を薬剤のスプレーし
ているゾーンへ導入すると薬剤がアルカリ系の洗浄剤の
場合は中和されることになる。アルカリ系洗浄剤の洗浄
力を支えている大きな要因の一つは、配合されているア
ルカリ剤の活性アルカリ度であるが、この活性アルカリ
が、排熱で中和され洗浄力を劣化させるのでアルカリ剤
を補給する必要がある。

二酸化炭素で中和されるのを見越し、強アルカリを採用
することもあるが、中和された活性アルカリは消滅せ
ず、総アルカリ又は、全アルカリと呼ばれる成分として
残存する。

ところで、アルカリ洗浄剤の洗浄力を決定する要因とし
て活性アルカリと全アルカリの比をとったアルカリ比と
いう項目がある。すなわち全アルカリ／活性アルカリ＝
アルカリ比である アルカリ比は、新液の状態がその薬剤の最も洗浄力を発
揮する値であり、通常１〜４程度である。

前記した排熱で、活性アルカリが中和され全アルカリ分
が増加するとアルカリ比がどんどん高くなり、洗浄力も
それに比例して劣化していく。そのため活性アルカリ度
があっても、洗浄力が劣化したままという事態が生じ
る。

更に、次工程以後の水洗水の汚れも多くなることにな
る。

水洗水は、アルカリ成分を水で希釈して洗浄している訳
であるが、全アルカリ分が高くなると同一水洗水量で洗
浄した場合は、洗浄度が低下することになり、同時に水
洗水の汚染度が増大する。又、二酸化炭素の影響で洗浄
力が劣化するのをできるだけ低くしようとする目的で強
アルカリ剤を使用するとアルカリが金属面に作用して表
面調整効果が弱くなり、皮膜化成結晶が粗くなって処理
物の塗料後の塗膜性能が悪くなる。

本発明の目的は、排熱の導入により、蒸気を効率良く発
生させ、排気することにより処理品の塗膜性能を劣化さ
せることなく事実上、無排水化するところにあるので、
水洗水の汚染は、できるだけ低くして、補給水も少なく
したいものである。

アルカリ洗浄剤に排熱を導入すると活性アルカリが中和
されるという、前記欠点があるためにアルカリ洗浄剤を
頻繁に更新しなければならないという問題点が生じる。
又、排熱の導入をしないで、薬液を加温し、蒸発水を得
るためには多量の燃料を必要とするというデメリットが
ある。

一方、化成処理薬液の水溶液はpHが3.0前後であり、二
酸化炭素による影響を受けることがない。

本発明は上記問題点を解決し、極めて効率良く無排水化
又は、排水量の極低減化を行う方法を提供するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明はアルカリ系洗浄剤
のスプレーゾーンには排熱を導入せず又は、二酸化炭素
の影響を受けない程度に制限して排熱を導入し、排熱の
ほとんどを化成処理液のスプレーゾーンに導入すること
により解決したものである。

更に、排蒸気をヒートポンプへ導入することにより排蒸
気からは熱が回収される。

回収した熱の全部又は、殆どをアルカリ洗浄槽へ導入す
れば排熱中の二酸化炭素の影響を受けることなく排熱を
有効に利用できる。

換言すれば利用てきる排熱を間接的に利用する方法をと
ったものである。

又、ヒートポンプに導入した排蒸気からはドレン水が得
られるので、洗浄用水として再利用することができ、極
めて効果的に排熱及び排蒸気の有効利用が図れる。

（作用） 上記構成により、被処理物は脱脂ゾーンで洗浄された
後、数段の水洗ゾーンにて付着液が洗い落とされ、表面
調整工程を通って又は、省略し、化成処理ゾーンにて化
成処理された後、数段の水洗ゾーンにて付着液が洗い落
とされ、水切り乾燥を経て塗装工程へ移送されるが、こ
の操業中、化成処理工程のスプレーゾーンには水切乾燥
炉、塗料焼付炉、脱臭炉、加熱手段等からの排熱が熱風
導入部から吹き込まれ、効率よく蒸発が行われる。

脱脂スプレーゾーン及び化成液スプレーゾーンで発生し
た蒸気は、ヒートポンプの冷媒蒸発器に送入され、ここ
で冷却された上で大気中に排気され、凝縮水は水洗水と
して最終段の水洗ゾーンなどに送られ再利用される。

一方、ヒートポンプの冷媒は、蒸気と熱交換した後、凝
縮器側に入るが、ここには脱脂薬液ゾーンから循環配管
により脱脂加工液が送入されているので、水分の凝縮に
より生じた潜熱により、脱脂加工液が加熱され蒸発熱に
相当する熱量の全部又は、一部を供給する。

これにより、脱脂スプレゾーンで蒸発する水分の気化熱
及び薬液槽の保温に必要な熱量は燃料なしで又は、わず
かな燃料で充足される。

本システムの排気の流れと蒸気の流れを機能面から述べ
ると脱脂工程及び化成処理工程から発生する蒸気は、ヒ
ートポンプ内へ送られ、ヒートポンプの冷媒を加熱し、
蒸気は蒸留水として凝縮し、凝縮堆は水洗水等に利用さ
れる。

ヒートポンプの冷媒は、間接的に脱脂液に熱を供給する
ので排熱中の二酸化炭素の影響を受けないことになり、
化成処理の結晶微細化に適した弱アルカリ系の洗浄剤を
使用できることになる。

一方、化成処理液は二酸化炭素を含む排熱が導入されて
も性状に全く影響を受けることがないので、他工程から
の排熱を極めて有効に利用することができ、ヒートポン
プを介して脱脂系の蒸発熱源としての排熱利用が行える
ことになる。

以下本発明を添付図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の金属表面処理工程での排熱及び排蒸
気の利用方法の概要を示す１例で浸漬脱脂ゾーン１とこ
れに続くスプレー脱脂ゾーン2,浸漬水洗ゾーン3,スプレ
ー水洗ゾーン4,浸漬表面調整ゾーン5,浸漬皮膜化成処理
ゾーン6,スプレー水洗ゾーン7,浸漬水洗ゾーン8,スプレ
ー水洗ゾーン９〜10を有している。

又、浸漬皮膜化成処理ゾーン６から、ポンプP₅により皮
膜化成処理液の水分を蒸発させるため、付設した蒸発室
Ｓへ化成処理液を送り皮膜化成液蒸発ゾーン６′内にス
プレーする。

又、浸漬皮膜化成処理ゾーン６から、ポンプP₅により化
成処理液を皮膜化成スプレー液導管19に送り、皮膜化成
液蒸発ゾーン６′内にスプレー機構6Sによりスプレーし
て、化成処理液中の水分を蒸発させるための蒸発室Ｓを
付設している。蒸発室Ｓは、浸漬用化成処理剤の水分蒸
発を促進させるたるに付設したものでありスプレー方式
で化成処理剤を使用する場合は不不要である。

2B〜10Bは、スプレービーンの薬液槽又は、水洗水槽で
あり、浸漬ゾーンの薬液槽は浸漬ゾーンそのものが薬液
槽である。

Ｃは、コンベアレールでこれにより被処理物Ｗが各ゾー
ンへ移送される。

2S〜10Sは各スプレーゾーン内に配設されたスプレー構
造であり、1V〜9Vの送水管を通して各ゾーンにスプレー
される。3V,6V,8V,9Vは、置換水洗用送水管と共用され
ている。又、2R〜10Rは置換水洗スプレー構造であり、
次工程水洗水又は、ドレン水、新鮮水等が2V〜10Vの送
水管を通して置換スプレーされる。

1E,2Eは気液分離器であり、それぞれゾーン2,ゾーン
６′で蒸気とミストが混入した排気が、排気導管12又
は、16を通って1E〜2Eに導入され気液分離される。分離
された液体は分離ミスト戻し管13又は、17を通って脱脂
ゾーン又は、皮膜化成ゾーン又は、その付付設した蒸発
室に戻るようになっている。

14,20は気液分離された気体の排気導管であり、排気フ
ァンＦによりヒートポンプの吸熱部22Hに導入され、熱
を放出して排気管21を通って大気中へ排気される。ヒー
トポンプの吸熱部22Hに導入された水分を含む蒸気は冷
却されることによって水分が凝縮されるので導管23を通
してドレン水槽Ｔへ送られる。ヒートポンプの吸熱部22
H内で、吸熱した熱媒体（フレオン等）は、圧縮機Ａに
て圧縮されヒートポンプの放熱部21Hに送られ熱を放出
する。

ヒートポンプの放熱部21Hには、薬液槽2B内の脱脂剤加
工液が循環パイプ24を通って送られてきているので加熱
され、循環パイプ25を通って溜槽2Bへ戻る。

ドレン水槽に溜った凝縮水は5V又は、10Vの送水管を通
して各薬液処理後の水洗水として再利用する。

30Hは水切炉、塗料焼付炉、脱臭炉等からの排熱導入部
であり、スプレー脱脂ゾーン２又は、皮膜化成液蒸発ゾ
ーン６′排熱導入ファン29により排熱導管26〜27を通し
て、排熱が30Hより導入され、蒸発をより促進させてい
る。31は新水の導水管である。

第２図は、化成処理部に付設した蒸発室の位置を示す１
例である。

蒸発量のコントロールは、排風量やスプレー水量、排熱
の吹込み量、熱風温度などで自在にコントロールを行う
ことができる。

（実施例） 具体的実施例として第１図の工程において脱脂加工液
（50℃）に５万Kcal/Hを給熱し化成処理液（50℃）には
5.1万Kcal/Hと焼付炉排熱7.5万Kcal/H及び水切炉排熱5.
4万Kcal/Hを給熱した。脱脂スプレーゾーン２から42℃
の排蒸気15万Kcal/H（60m³）と化成処理部に付設したス
プレーゾーン６から42℃の排蒸気13万Kcal/H（50m³）を
ヒートポンプに導入した。ヒートポンプには、脱脂加工
液（48℃）を850l/分導入し、熱交換して52℃とし、20
万Kcal/Hを与えて薬液槽に戻した。

脱脂液は水分の蒸発量が230l/Hであり皮膜化成液の水分
の蒸発量は220l/Hであった 脱脂工程後の最後段水洗工程には、処理物520m²/Hに付
着して持ち出される水分を含め282l/Hの給水を行った。

又、皮膜化成処理後の最終段水洗工程には220l/Hの給水
を行った。

ヒートポンプに送られた排蒸気からは、凝縮水（ドレン
水）260l/Hが得られたので、このドレン水を給水用の新
鮮水として再利用した この系で使用されたヒートポンプの使用電力量は36KW/H
であった。

ヒートポンプにより、回収された熱量20万Kcal/Hと他工
程の排熱12.9万Kcal/Hを利用した場合のシステムの加熱
量は、プロパンガスで15Kg/Hであった。

又、ヒートポンプを止め、排熱も導入しない状態でプロ
パンガスの使用量を測定したところ32Kg/Hが必要であっ
た。

（発明の効果） このような系のもとでは、アルカリ脱脂液の二酸化炭素
による悪影響を受けることなく他工程からの排熱を利用
できる。従って使用する薬剤の制限を受けることがない
ため良質の化成皮膜結晶が得られ、塗膜性能が向上す
る。

又、系から発生する蒸気はヒートポンプを利用すること
により、熱エネルギー、凝縮水の再利用が図れ、極めて
経済的なシステムとなり、無公害化も同時に図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属表面処理工程での排熱および排蒸
気の利用方法の概要を例示する回路図で、第２図は化成
処理ゾーンに付設した蒸発室の位置の１例を示す断面図
である。 １…浸漬脱脂ゾーン、２…スプレー脱脂ゾーン 3,8…浸漬水洗ゾーン 4,7,9,10…スプレー水洗ゾーン ５…浸漬表面調整ゾーン ６…浸漬皮膜化成処理ゾーン ６′…皮膜化成液蒸発ゾーン 2B〜10B…各ゾーンのスプレー液の溜槽 2S〜10S…各ゾーンのスプレー機構 2R〜10R…置換水洗スプレー機構 Ｓ…蒸発室、Ｃ…コンベアレール ｗ…被処理物 P₁〜P₁₁…循環ポンプ 1E,2E…気液分離器 21H,22H…ヒートポンプ熱交換器 Ａ…圧縮機 Ｆ…排気ファン、Ｔ…ドレン水槽 1V〜10V…槽水管 12,14,16,20…排気導管 13,17…分離ミスト戻し管 18…スプレー液戻し管 19…皮膜化成スプレー液導管 21…排気出口 21H…ヒートポンプの放熱部 22H…ヒートポンプの吸熱部 23…ドレン水戻し管 24,25…脱脂液循環パイプ 26,27…排熱導管、29…排熱導入ファン 30H…排熱導入部、31…新水の導水管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属表面をアルカリ系洗浄剤で脱脂処理し
   た後、皮膜化成処理剤で皮膜化成処理し、次いで塗装を
   行う金属表面処理工程において、水切り乾燥炉、塗料焼
   付炉、脱臭炉、薬液加熱手段等からの排熱をアルカリ系
   脱脂洗浄剤のスプレー部には殆ど又は、全く導入せず、
   排熱は皮膜化成処理剤のスプレー部、又は、皮膜化成処
   理部に付設した蒸発室のスプレー部に主として導入し、
   なおかつ薬液のスプレー部から発生する蒸気をヒートポ
   ンプに導入し、回収された熱をアルカリ系洗浄剤の加熱
   に利用することを特徴とする金属表面処理工程でのエネ
   ルギー利用方法