KR102626638B1 - 금속관의 세정 방법 및 세정 장치 - Google Patents
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Abstract
높은 세정성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 금속관의 세정 방법 및 세정 장치를 제공한다. 금속관(2)의 세정 방법은, 세정조(10)에 세정액(3)을 저류하는 저류 공정과, 세정조(10) 내의 세정액(3) 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블을 발생시키고, 또한 세정조(10) 내의 세정액(3) 중에 초음파를 조사하면서, 세정조(10) 내의 세정액(3)에 금속관(2)을 침지하는 침지 공정과, 세정조(10)에 새로운 세정액(3)을 공급하는 공급 공정과, 세정조(10) 내에 있어서 세정액(3)의 액면 높이가 기준 액면(S)의 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면(S)의 높이를 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액(3)을 세정조(10)로부터 배출하는 배출 공정을 구비한다.
Description
본 개시는, 금속관의 세정 방법 및 세정 장치에 관한 것이다.
종래, 금속관의 제조 공정에 있어서, 금속관의 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위해서 산세 처리가 행해지고 있다. 산세 처리 후의 금속관은, 표면에 잔존하는 스케일을 제거하기 위해서 세정액에 의해 세정된다(예를 들면, 물에 의한 세정 처리(린스)가 실시된다). 산세 처리 후의 금속관에는, 예를 들면, 세정액 중에 초음파를 조사하면서 세정하는 초음파 세정을 실시할 수 있다.
특허문헌 1은, 마이크로 버블의 존재하에서 피세정물의 초음파 세정을 행하도록 한 초음파 세정 장치를 개시한다. 당해 초음파 세정 장치는, 초음파 발생기와, 탈기 장치를 구비한다. 초음파 발생기는, 세정액이 저류되는 세정조 내에 설치되어 있다. 탈기 장치는, 세정조에 접속된 순환로에 설치되어 있다. 세정조 내의 세정액은, 순환로를 통해 탈기 장치에 도입된다. 탈기 장치는, 세정액으로부터 용존 공기를 분리하여 기포, 바람직하게는 마이크로 버블을 발생시킨다. 이 기포(마이크로 버블)는, 세정액과 함께, 순환로를 통해 세정조에 되돌려진다. 이에 의해, 세정조 내의 세정액의 용존 공기 농도가 서서히 저하된다. 용존 공기 농도가 규정값 이하가 되었을 때, 세정조 내의 세정액에 피세정물이 침지되고, 초음파 발생기가 세정액에 초음파를 조사한다.
특허문헌 1에는, 세정액의 용존 공기 농도를 규정값 이하로 함으로써, 초음파의 음압의 저하가 없는, 효율적으로 양호한 초음파 세정을 행할 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 초음파 세정 장치를 산세 처리 후의 금속관의 세정에 사용하는 경우에는, 세정성의 저하가 염려된다. 즉, 금속관의 초음파 세정에서는, 세정액 중의 스케일의 양이 시간과 함께 증가한다. 이 스케일에 의해, 세정액에 조사된 초음파가 감쇠하여 세정성이 저하된다.
본 개시는, 높은 세정성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 금속관의 세정 방법 및 세정 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 개시에 따른 금속관의 세정 방법은, 세정조에 세정액을 저류하는 저류 공정과, 세정조 내의 세정액 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블(fine bubble)을 발생시키고, 또한 세정조 내의 세정액 중에 초음파를 조사하면서, 세정조 내의 세정액에 금속관을 침지하는 침지 공정과, 세정조에 새로운 세정액을 공급하는 공급 공정과, 세정조 내에 있어서 세정액의 액면 높이가 소정의 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액을 세정조로부터 배출하는 배출 공정을 구비한다.
본 개시에 의하면, 금속관의 세정에 있어서, 높은 세정성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
도 1은, 실시형태에 따른 세정 장치의 평면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 세정 장치의 II-II 단면도이다.
도 3은, 실시형태에 따른 세정 장치에 채용 가능한 배출 기구를 예시하는 도면이다.
도 4는, 실시형태에 따른 세정 장치에 채용 가능한, 다른 배출 기구를 예시하는 도면이다.
도 5는, 세정액의 용존 산소 농도와, 초음파의 음압과, 금속관의 세정성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 세정액의 오버플로우 시간과, 세정액의 용존 산소 농도와, 세정조로의 세정액의 공급량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 세정액의 스케일 밀도와, 초음파의 음압 감쇠율과, 금속관의 세정성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 세정 처리된 금속관의 표면적과, 세정액의 스케일 밀도와, 세정조로의 세정액의 공급량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 세정 장치의 II-II 단면도이다.
도 3은, 실시형태에 따른 세정 장치에 채용 가능한 배출 기구를 예시하는 도면이다.
도 4는, 실시형태에 따른 세정 장치에 채용 가능한, 다른 배출 기구를 예시하는 도면이다.
도 5는, 세정액의 용존 산소 농도와, 초음파의 음압과, 금속관의 세정성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 세정액의 오버플로우 시간과, 세정액의 용존 산소 농도와, 세정조로의 세정액의 공급량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 세정액의 스케일 밀도와, 초음파의 음압 감쇠율과, 금속관의 세정성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 세정 처리된 금속관의 표면적과, 세정액의 스케일 밀도와, 세정조로의 세정액의 공급량의 관계를 나타내는 그래프이다.
실시형태에 따른 금속관의 세정 방법은, 세정조에 세정액을 저류하는 저류 공정과, 세정조 내의 세정액 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블을 발생시키고, 또한 세정조 내의 세정액 중에 초음파를 조사하면서, 세정조 내의 세정액에 금속관을 침지하는 침지 공정과, 세정조에 새로운 세정액을 공급하는 공급 공정과, 세정조 내에 있어서 세정액의 액면 높이가 소정의 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액을 세정조로부터 배출하는 배출 공정을 구비한다(제1 구성).
제1 구성에 따른 세정 방법에서는, 금속관이 침지되는 세정액에 파인 버블을 발생시킴으로써, 세정액 중에 조사된 초음파가 산란하여 세정성이 향상한다. 또, 세정액 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블을 발생시킴으로써, 초음파 세정 동안, 세정액의 용존 산소 농도가 저하된다. 이에 의해, 양호한 초음파 세정성을 확보할 수 있다.
제1 구성에 따른 세정 방법에서는, 예를 들면, 세정조에 세정액이 공급됨으로써, 혹은, 세정조 내의 세정액에 금속관이 침지됨으로써, 세정조 내에 있어서 세정액의 액면 높이가 상승하여 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이분만큼, 세정조로부터 세정액이 배출된다. 이에 의해, 금속관으로부터 박리되어 세정액 중에 분산 및 부유하는 스케일이, 세정액과 함께 세정조로부터 배출된다. 세정조에서는, 새로운 세정액의 공급도 행해진다. 그 때문에, 세정조에 있어서, 세정액 중의 스케일 밀도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 세정액 중에 조사되는 초음파의 감쇠를 저감할 수 있어, 높은 세정성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
상기 침지 공정에 있어서, 세정조 내의 세정액의 용존 산소 농도는, 5.2mg/L 이하인 것이 바람직하다(제2 구성).
제2 구성에 의하면, 양호한 초음파 세정성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
상기 공급 공정은, 상기 침지 공정과 동시에 실시할 수 있다. 공급 공정에 있어서, 세정조로의 세정액의 1분당 공급량은, 세정조에 있어서의 세정액의 저류량의 0.17% 이상 1.25% 이하인 것이 바람직하다(제3 구성).
제3 구성에 의하면, 세정액 중의 스케일의 양의 증가를 보다 확실하게 억제할 수 있음과 더불어, 세정액 중의 용존 산소 농도를 바람직한 범위로 유지할 수 있다.
상기 공급량은, 상기 저류량의 0.17% 이상 0.83% 이하인 것이 보다 바람직하고(제4 구성), 상기 저류량의 0.33% 이상 0.83% 이하인 것이 더욱 바람직하다(제5 구성).
제4 또는 제5 구성에 의하면, 세정액 중의 스케일의 양의 증가를 더욱 확실하게 억제할 수 있음과 더불어, 세정액 중의 용존 산소 농도를 보다 바람직한 범위로 유지할 수 있다.
상기 금속관은, 특정 화학 조성을 갖는 강관이어도 된다. 당해 화학 조성은, 질량%로, C：0.01~0.13%, Si：0.75% 이하, Mn：2% 이하, P：0.045% 이하, S：0.030% 이하, Ni：7~14%, 및, Cr：16~20%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다(제6 구성).
상기 화학 조성은, 잔부의 Fe의 일부를 대신해, 질량%로, Nb：0.2~1.1%, Ti：0.1~0.6%, Mo：0.1~3%, Cu：2.5~3.5% 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유할 수도 있다(제7 구성).
상기 화학 조성은, 잔부의 Fe의 일부를 대신해, 질량%로, B：0.001~0.1% 및 N：0.02~0.12%를 함유할 수도 있다(제8 구성).
실시형태에 따른 금속관의 세정 장치는, 세정조와, 공급 기구와, 배출 기구와, 파인 버블 발생 기구와, 초음파 조사 기구를 구비한다. 세정조에는, 세정액이 저류되며, 금속관이 수용된다. 공급 기구는, 세정조에 세정액을 공급한다. 배출 기구는, 세정조 내에 있어서 세정액의 액면 높이가 소정의 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액을 세정조로부터 배출한다. 파인 버블 발생 기구는, 세정조 내의 세정액 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블을 발생시킨다. 초음파 조사 기구는, 세정조 내의 세정액 중에 초음파를 조사한다(제9 구성).
제9 구성에 따른 세정 장치는, 파인 버블 발생 기구를 구비한다. 파인 버블 발생 기구는, 세정액 중의 용존 기체를 기포화함으로써, 세정액 중에 파인 버블을 발생시킨다. 이 때문에, 금속관의 초음파 세정에 있어서, 양호한 세정성을 확보할 수 있다.
제9 구성에 따른 세정 장치에 있어서, 배출 기구는, 세정조 내에 있어서 세정액의 액면 높이가 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이분만큼, 세정조로부터 세정액을 배출한다. 이에 의해, 금속관으로부터 박리되어 세정액 중에 분산 및 부유하는 스케일이, 세정액과 함께 세정조로부터 배출된다. 한편, 공급 기구는, 세정조에 대해, 새로운 세정액을 공급한다. 세정조에서는, 세정액의 공급 및 배출에 의해, 세정액 중의 스케일 밀도를 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 초음파의 감쇠를 저감할 수 있어, 높은 세정성을 확보할 수 있다.
이하, 본 개시의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상당한 구성에 대해서는 동일 부호를 달아, 같은 설명을 반복하지 않는다.
[세정 장치]
도 1은, 실시형태에 따른 세정 장치(1)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 세정 장치(1)의 II-II 단면도이다.
도 1을 참조하여, 세정 장치(1)는, 피세정물인 금속관(2)에 대해 초음파 세정을 행한다. 세정 장치(1)는, 예를 들면, 산세 처리가 실시된 후의 금속관(2)에 대해, 세정 처리를 실시할 수 있다.
세정 장치(1)는, 세정조(10)와, 공급 기구(20)와, 복수의 배출 기구(30)와, 복수의 초음파 조사 기구(40)와, 복수의 파인 버블 발생 기구(50)를 구비한다. 세정 장치(1)는, 복수의 완충 부재(60)를 추가로 구비한다.
(세정조)
세정조(10)는, 금속관(2)을 수용 가능하게 구성되어 있다. 초음파 세정에 있어서, 세정조(10) 내에는, 통상, 복수의 금속관(2)이 동시에 수용된다.
세정조(10)에는, 금속관(2)을 세정하기 위한 세정액(3)이 저류된다. 세정액(3)의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 세정액에서 적절히 선택하여 채용할 수 있다. 세정액(3)은, 예를 들면 물(수돗물 또는 공업용수)이다.
본 실시형태에 있어서, 세정조(10)는, 평면에서 봤을 때 직사각형상을 이룬다. 세정조(10)는, 그 상면이 개구하고 있다. 세정조(10)의 저면은, 예를 들면, 길이 방향의 일단부에서 타단부를 향해 경사지는 경사면이다. 즉, 세정조(10)에 있어서, 길이 방향의 일단부의 깊이(내벽면의 높이)는, 길이 방향의 타단부의 깊이(내벽면의 높이)와 상이하다. 세정조(10)는, 예를 들면, 10~25m 정도의 길이, 1~2m 정도의 폭, 및 0.4~1m 정도의 최대 깊이를 갖는 대형의 세정조이다.
세정조(10)의 재료는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 세정조(10)의 재료로서, 예를 들면, 스테인리스강 등의 금속 재료, 섬유 강화 플라스틱(FRP)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 플라스틱 수지, 또는 내산 벽돌 등을 들 수 있다.
(공급 기구)
공급 기구(20)는, 세정조(10)에 세정액(3)을 공급한다. 공급 기구(20)는, 적어도 1개의 공급관(21)을 갖는다. 본 실시형태에서는, 공급 기구(20)는, 복수의 공급관(21)을 갖는다. 세정액(3)은, 각 공급관(21)을 개재하여 세정조(10)에 공급된다. 복수의 공급관(21)은, 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때문에, 세정액(3)은, 세정조(10)에 대해 분산해서 공급된다. 3개 이상의 공급관(21)이 존재하는 경우, 새로운 세정액(3)의 균일 공급의 관점에서, 공급관(21)의 간격은, 대체로 균등한 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 복수의 공급관(21)은, 세정조(10)의 길이 방향의 한 쌍의 측벽 중, 한쪽의 측벽을 따라 설치되어 있다. 단, 공급관(21)의 위치 및 수는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 세정조(10)의 길이 방향의 양측벽에, 1개 이상의 공급관(21)이 설치되어 있어도 된다. 또, 세정조(10)의 길이 방향의 측벽에 더하여 또는 대신에, 세정조(10)의 폭 방향의 측벽에, 1개 이상의 공급관(21)을 설치할 수도 있다.
(배출 기구)
각 배출 기구(30)는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 양이 소정량을 초과했을 때에, 세정조(10)로부터 세정액(3)을 배출한다. 복수의 배출 기구(30)는, 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때문에, 세정액(3)은, 세정조(10)로부터 분산해서 배출된다. 3개 이상의 배출 기구(30)가 존재하는 경우, 배출 기구(30)의 간격은, 대체로 균등한 것이 바람직하다. 또한, 배출 기구(30)는 1개여도 된다.
본 실시형태에 있어서, 복수의 배출 기구(30)는, 세정조(10)의 길이 방향의 한 쌍의 측벽 중, 공급관(21)과 반대측의 측벽을 따라 설치되어 있다. 단, 배출 기구(30)의 위치 및 수는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 세정조(10)의 길이 방향의 한 쌍의 측벽 중, 공급관(21)측의 측벽에, 배출 기구(30)를 설치할 수도 있다. 또, 세정조(10)의 길이 방향의 측벽에 더하여 또는 대신에, 세정조(10)의 폭 방향의 측벽에, 1개 이상의 배출 기구(30)를 설치해도 된다.
도 3에 있어서, 세정 장치(1)에 채용 가능한 배출 기구(30A)를 예시한다. 배출 기구(30A)는, 배출구(31)와, 배출관(32)을 포함한다.
배출구(31)는, 세정조(10)의 측벽에 형성된 개구이다. 배출관(32)은, 세정조(10)의 외측에 설치되며, 배출구(31)에 접속되어 있다. 세정액(3)은, 배출구(31) 및 배출관(32)을 개재하여, 세정조(10)로부터 배출된다.
세정 장치(1)에서는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 기준 액면(S)이 설정되어 있다. 금속관(2)을 세정함에 있어서, 세정액(3)은, 그 액면이 기준 액면(S)에 도달할 때까지, 세정조(10)에 공급된다. 세정조(10)의 깊이 방향에 있어서, 배출구(31)의 하단의 위치는, 기준 액면(S)의 위치와 실질적으로 일치한다.
도 3에 있어서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 액면의 높이가 기준 액면(S)의 높이를 초과했을 때, 기준 액면(S)을 초과한만큼의 세정액(3)이 배출구(31)로부터 오버플로우한다. 예를 들면, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 액면이 기준 액면(S)과 일치해 있는 상태에서, 공급 기구(20)가 세정조(10)에 새로운 세정액(3)을 공급하면, 공급량과 실질적으로 동량의 세정액(3)이 배출구(31)로부터 오버플로우한다.
이와 같이, 배출 기구(30A)는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 양이, 기준 액면(S)에 상당하는 액량(소정량)을 초과했을 때에, 세정조(10)로부터 세정액(3)을 배출한다.
도 4에 있어서, 세정 장치(1)에 채용 가능한 다른 배출 기구(30B)를 예시한다. 배출 기구(30B)는, 배출구(33)와, 배출관(34)과, 배출 펌프(35)와, 액면 검출 수단(도시하지 않음)을 포함한다. 또한, 액면 검출 수단으로서는, 시판되어 있는 액면 레벨 센서 등을 이용할 수 있다.
배출구(33)는, 세정조(10)의 측벽에 형성된 개구이다. 배출구(33)는, 세정조(10)의 측벽에 있어서, 기준 액면(S)보다 낮은 임의의 높이에 설치되어 있다. 배출관(34)은, 세정조(10)의 외측에 설치되며, 배출구(33)에 접속되어 있다. 세정액(3)은, 배출구(33) 및 배출관(34)을 개재하여, 세정조(10)로부터 배출된다.
배출 펌프(35)는, 배출관(34)의 도중에 설치된다. 배출 펌프(35)는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 액면의 높이가 기준 액면(S)의 높이를 초과했을 때, 기준 액면(S)을 초과한 만큼의 세정액(3)을 세정조(10)로부터 빨아내도록 제어된다. 예를 들면, 세정조(10) 내에 배치된 액면 검출 수단으로부터의 신호에 따라, 세정액(3)의 액면이 기준 액면(S)을 초과한 경우에 배출 펌프(35)를 구동하고, 세정액(3)의 액면의 높이가 기준 액면(S)의 높이를 밑돌면 배출 펌프(35)의 구동을 멈추도록 제어한다.
이와 같이, 배출 기구(30B)도, 배출 기구(30A)(도 3)와 동일하게, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 양이 소정량을 초과했을 때에, 세정조(10)로부터 세정액(3)을 배출한다.
(초음파 조사 기구)
도 1로 돌아와, 초음파 조사 기구(40)는, 세정조(10) 내의 세정액(3) 중에 초음파를 조사한다. 초음파 조사 기구(40)로서는, 초음파 세정에 있어서 일반적으로 채용되고 있는, 공지의 초음파 진동자를 이용할 수 있다.
초음파 조사 기구(40)가 조사하는 초음파의 주파수는, 20kHz~200kHz인 것이 바람직하다. 초음파의 주파수를 20kHz 이상으로 함으로써, 금속관(2)의 표면으로부터 발생하는 큰 사이즈의 기포가, 세정액(3) 중에서의 초음파의 전반을 저해하여 세정성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 초음파의 주파수를 200kHz 이하로 함으로써, 초음파의 직진성이 강해져 세정의 균일성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 초음파의 주파수는, 보다 바람직하게는 20kHz~150kHz, 더욱 바람직하게는 25kHz~100kHz이다.
초음파 조사 기구(40)는, 주파수 소인(掃引) 기능을 갖는 것이 바람직하다. 주파수 소인 기능은, 선택된 특정의 주파수를 중심으로 ±0.1kHz~±10kHz의 범위에서 주파수를 소인하면서, 세정액(3)에 초음파를 조사하는 기능이다.
본 실시형태에서는, 세정조(10)의 각 측벽의 내면에 있어서, 적어도 하나의 초음파 조사 기구(40)가 설치되어 있다. 단, 초음파 조사 기구(40)의 위치 및 수는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 세정조(10)의 저면에, 1 또는 복수의 초음파 조사 기구(40)를 설치할 수도 있다. 복수의 초음파 조사 기구(40)를 세정조(10)에 설치하는 경우, 세정조(10) 전체에 균일하게 초음파가 전반되도록, 초음파 조사 기구(40)를 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 개개의 초음파 조사 기구(40)의 발진 부하가 균일해지기 때문에, 발생한 초음파 사이에서의 간섭을 방지할 수 있다.
(파인 버블 발생 기구)
파인 버블 발생 기구(50)는, 세정조(10) 내의 세정액(3) 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블을 발생시킨다. 파인 버블 발생 기구(50)는, 세정조(10)의 외측에 배치되어 있다. 세정조(10)의 길이 방향의 한 측벽을 따라, 복수의 파인 버블 발생 기구(50)가 배치되어 있다. 단, 파인 버블 발생 기구(50)의 위치 및 수는, 특별히 한정되는 것은 아니다.
각 파인 버블 발생 기구(50)는, 배관(51, 52)과, 파인 버블 발생 장치(53)를 갖는다. 배관(51, 52)은, 세정조(10)와 파인 버블 발생 장치(53)를 접속한다. 세정조(10)로부터의 세정액은, 배관(51)을 통해 파인 버블 발생 장치(53)에 도입된다. 파인 버블 발생 장치(53)는, 세정액(3) 중의 용존 기체를 이용하여 파인 버블을 발생시킨다. 파인 버블은, 세정액(3)과 함께, 배관(52)을 통해 세정조(10)로 되돌려진다.
파인 버블 발생 장치(53)는, 공지의 파인 버블 발생 장치에서 적절히 선택 할 수 있다. 공지의 파인 버블 발생 장치로서, 예를 들면, 기포의 전단, 기포의 미세 구멍 통과, 액의 감압(압력 변화), 기체의 가압 용해, 초음파, 전기 분해, 또는 화학 반응 등에 의해, 파인 버블을 발생시키는 것이 알려져 있다. 파인 버블 발생 장치(53)는, 파인 버블의 기포 직경 및 농도의 제어가 용이한 것이 바람직하다. 파인 버블 발생 장치(53)로서, 예를 들면, 액의 순환로 중에 액의 압력 변화를 생기게 함으로써 파인 버블을 발생시키는 공지의 파인 버블 발생 장치를 채용할 수 있다.
여기서, 파인 버블이란, 평균 기포 직경이 100μm 이하인 미세 기포를 말한다. 특히, μm 사이즈의 평균 기포 직경을 갖는 파인 버블을 마이크로 버블이라 칭하고, nm 사이즈의 평균 기포 직경을 갖는 파인 버블을 나노 버블이라 칭하는 경우가 있다. 평균 기포 직경이란, 파인 버블의 직경에 관한 개수 분포에 있어서, 표본수가 최대가 되는 직경이다.
파인 버블은, 초음파 세정에 있어서, 피세정물에 대한 초음파의 전반 효율을 향상시키고, 초음파 캐비테이션의 핵으로서 세정성을 향상시킨다. 파인 버블은, 일반적인 세정액(3)의 액성 조건하에서는, 표면 전위가 음으로 대전하고 있는 경우가 많다. 한편, 금속관(2)의 표면에 존재하고 있는 세정 대상물(예를 들면, 스케일, 스멋, 또는 유분 등)은, 양으로 대전하고 있는 경우가 많다. 이 때문에, 파인 버블이 금속관(2)의 근방까지 도달하면, 대전성의 차이에 의해, 파인 버블이 금속관(2)에 흡착되게 된다. 파인 버블을 부여한 세정액(3)에 초음파를 조사함으로써, 금속관(2)의 표면에서 캐비테이션을 발생시켜, 금속관(2)의 세정을 효율적으로 행할 수 있다.
세정액(3) 중의 파인 버블의 평균 기포 직경은, 파인 버블 발생 기구(50)의 대형화를 방지하고, 기포 직경의 제어를 용이하게 하는 관점에서, 0.01μm 이상인 것이 바람직하다. 또, 파인 버블의 평균 기포 직경은, 파인 버블의 부상 속도의 증가 및 금속관(2)으로의 초음파의 전반의 저해를 방지하는 관점에서, 100μm 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 파인 버블은, 1μm~50μm의 평균 기포 직경을 갖는 마이크로 버블이다.
세정액(3) 중의 파인 버블 중 적어도 일부는, 주파수 공진 직경 이하의 기포 직경을 갖는 것이 바람직하다. 주파수 공진 직경이란, 세정액(3) 중의 초음파의 주파수에 공진하는 직경을 말한다. 파인 버블 발생 기구(50)는, 주파수 공진 직경 이하의 기포 직경을 갖는 파인 버블의 개수가 파인 버블의 전체 개수의 70% 이상이 되도록, 세정액(3) 중에 파인 버블을 발생시키는 것이 바람직하다. 이하, 그 이유에 대해 설명한다.
파인 버블을 포함하는 각종 기포의 고유 진동수는, Minnaert 공진 주파수라고도 불리며, 이하의 식 (1)로 주어진다.
상기 식 (1)에 있어서,
f0：기포의 고유 진동수(Minnaert 공진 주파수)
R0：기포의 평균 반경
p∞：주변 액체의 평균 압력
γ：단열비(공기의 γ=1.4)
ρ：액체 밀도이다.
주목하는 기포의 내부에 공기가 존재한다고 한 경우에, 기포의 주변 액체가 물이고, 압력이 대기압인 것으로 하면, 기포의 고유 진동수 f0와 기포의 평균 반경 R0의 곱 f0R0의 값은, 상기 식 (1)로부터, 약 3kHz·mm 정도가 된다. 이로부터, 조사되는 초음파의 주파수가 20kHz이면, 공진하는 기포의 반경(공진 반경) R0는, 약 150μm가 된다. 주파수 공진 직경 2R0는, 초음파에 공진하는 기포의 직경이기 때문에, 초음파의 주파수가 주파수 20kHz인 경우는 약 300μm가 된다. 마찬가지로, 초음파의 주파수가 100kHz이면, 공진 반경 R0는 약 30μm가 되고, 주파수 공진 직경 2R0는 약 60μm가 된다.
공진 반경 R0보다 큰 반경을 갖는 기포는, 저해 인자가 된다. 왜냐하면, 파인 버블을 포함하는 기포가 공진할 때, 기포는, 단시간에 팽창과 수축을 반복하고, 최종적으로는 압괴하는데, 제1 음파가 기포를 통과하는 시점에서 기포의 크기가 주파수 공진 직경 2R0보다 크면, 초음파는 기포 표면에서 확산해버리기 때문이다. 반대로, 제1 음파가 기포를 통과하는 시점에서 기포의 크기가 주파수 공진 직경 2R0 이하이면, 초음파는 기포 표면에서 확산하지 않고 기포 안을 통과할 수 있다.
따라서, 세정액(3) 중에 있어서, 주파수 공진 직경 2R0 이하의 기포 직경을 갖는 파인 버블의 개수의, 파인 버블의 전체 개수에 대한 비율을 70% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 파인 버블의 발생의 직후에 팽창하는 기포의 존재를 고려하면, 상기 비율은, 80% 이상 98% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 세정액(3) 중에서의 초음파의 전반 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 제1 음파를 세정조(10)의 벽면 및/또는 저면까지 전파시킴으로써, 세정조(10) 전체로의 초음파의 확산 및 반사가 반복되어, 균일한 초음파 세정성을 실현하는 것이 가능해진다. 주파수 공진 직경 2R0 이하였던 기포는, 소정의 초음파 조사 시간을 초과하면, 팽창과 수축을 반복하여 압괴하고, 캐비테이션 세정에 기여할 수 있다.
세정액(3) 중의 파인 버블의 농도(밀도)는, 초음파의 전반성을 향상시켜, 초음파 캐비테이션의 핵의 수를 확보하는 관점에서, 103개/mL 이상인 것이 바람직하다. 또, 세정액(3) 중에 발생시키는 파인 버블의 농도는, 파인 버블 발생 기구(50)의 대형화 및 대수 증가를 방지하기 위해서, 106개/mL 이하인 것이 바람직하다.
파인 버블의 평균 기포 직경 및 농도는, 액 중 파티클 카운터나 기포 직경 분포 계측 장치 등과 같은, 공지의 기기로 측정할 수 있다.
(완충 부재)
완충 부재(60)는, 세정조(10) 내에 배치되어 있다. 복수의 완충 부재(60)는, 세정조(10)의 길이 방향으로 나열되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 완충 부재(60)는, 개략 U자형상을 이룬다. 세정조(10) 내의 금속관(2)은, 완충 부재(60) 상에 재치된다. 완충 부재(60)의 내표면은, 세정조(10)에 있어서, 초음파 조사 기구(40)보다 내측에 위치한다. 이 때문에, 초음파 조사 기구(40)에 금속관(2)이 접촉하는 일은 없고, 초음파 조사 기구(40)는 금속관(2)으로 보호된다.
[세정 방법]
이하, 세정 장치(1)를 이용한 금속관(2)의 세정 방법에 대해 설명한다.
금속관(2)은, 열간 가공이나 열처리 등을 거쳐, 그 표면에 스케일이 생성되어 있다. 스케일을 제거하기 위해, 금속관(2)에는 산세 처리가 실시된다. 본 실시형태에 따른 세정 방법은, 금속관(2)을 산 용액에 소정 시간 침지하여 산세하는 공정(공지의 산세 공정) 후, 금속관(2)을 세정하는 방법이다.
피세정물로서의 금속관(2)은, 예를 들면, 스테인리스강으로 이루어지는 관이나, Ni기 합금으로 이루어지는 관이다. 금속관(2)이 스테인리스 강관인 경우, 금속관(2)은, 질량%로, Cr을 10.5% 이상 함유하는 강관이다. 예를 들면, 질량%로, C：0.01~0.13%, Si：0.75% 이하, Mn：2% 이하, P：0.045% 이하, S：0.030% 이하, Ni：7~14%, 및 Cr：16~20%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 강관이다. 당해 화학 조성은, 잔부의 Fe의 일부를 대신해, 질량%로, Nb：0.2~1.1%, Ti：0.1~0.6%, Mo：0.1~3%, Cu：2.5~3.5% 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 된다. 또, 잔부의 Fe의 일부를 대신해, 질량%로, B를 0.001~0.1%, N를 0.02~0.12% 함유하고 있어도 된다.
상기 화학 조성을 갖는 금속관(2)은, 그 강 조직이 오스테나이트가 됨으로써, 우수한 내열성, 내식성, 및 내기 산화성을 갖는다. 당해 금속관(2)은, 예를 들면 인장 강도 550MPa 이상이라는 우수한 강도를 갖는다. 이러한 금속관(2)은, 그 제조 공정에 있어서 1000℃를 초과하는 고온에서 열처리가 실시되기 때문에, 그 표면에 다량의 스케일이 발생한다. 따라서, 열처리 후에 산세 처리 및 산세 처리 후에 표면에 잔존하는 스케일을 씻어내기 위한 세정 처리(린스 처리)가 필요해진다.
또, 금속관(2)이 Ni기 합금관인 경우, 예를 들면, 이하에 나타내는 화학 조성이다. 질량%로, C：0.05% 이하, Si：0.5% 이하, Mn：1% 이하, P：0.030% 이하, S：0.030% 이하, Cr：19.5~24.0%, Mo：2.5~4.0%, Ti：1.2% 이하, 및 Fe：22% 이상을 함유하고, 주된 잔부가 Ni이다(전형적으로는, 잔부는 Ni 및 불순물이다). 당해 화학 조성은, 잔부의 Ni의 일부를 대신해, 질량%로, Cu：0.5% 이하, Nb：4.5% 이하, Al：2.0% 이하 중 1종 이상을 함유해도 된다. 이러한 금속관(2)도, 그 제조 공정에 있어서 고온에서 열처리가 실시되기 때문에, 그 표면에 다량의 스케일이 발생한다. 따라서, 열처리 후에 산세 처리 및 산세 처리 후에 표면에 잔존하는 스케일을 씻어내기 위한 세정 처리(린스 처리)가 필요해진다.
본 실시형태에 따른 금속관(2)의 세정 방법은, 세정조(10)에 세정액(3)을 저류하는 공정과, 세정조(10) 내의 세정액(3)에 금속관(2)을 침지하는 공정과, 세정조(10)에 세정액(3)을 공급하는 공정과, 세정조(10)로부터 세정액(3)을 배출하는 공정을 구비한다.
(저류 공정)
도 1을 다시 참조하여, 금속관(2)의 세정에 있어서, 우선, 세정조(10)에 세정액(3)을 저류한다. 세정조(10)에는, 공급 기구(20)에 의해 세정액(3)이 공급된다. 단, 빈 세정조(10)에 세정액(3)을 공급하는 저류 공정의 단계에서는, 공급 기구(20) 이외의 수단으로 세정액(3)을 세정조(10)에 공급해도 된다. 세정조(10)에 공급되는 세정액(3)은, 7mg/L~11mg/L 정도의 용존 산소 농도를 갖고 있는 것이 바람직하고, 8mg/L~10mg/L 정도의 용존 산소 농도를 갖고 있는 것이 보다 바람직하다. 세정액(3)은, 전형적으로는 물(수돗물 또는 공업용수)이다. 세정액(3)이 수온 10~35℃의 물(수돗물 또는 공업용수)인 경우, 세정액(3)의 용존 산소 농도는, 7mg/L~11mg/L가 된다. 세정액(3)이 수온 15~25℃의 물(수돗물 또는 공업용수)인 경우, 세정액(3)의 용존 산소 농도는, 8mg/L~10mg/L가 된다. 용존 산소 농도는, 세정액(3) 중의 용존 기체량의 지표가 된다.
세정조(10) 내의 세정액(3)의 액면이 기준 액면(S)(도 3 또는 도 4)을 초과하면, 배출 기구(30)에 의한 세정액(3)의 배출이 개시된다. 공급 기구(20)는, 세정액(3)의 액면이 기준 액면(S)에 도달한 후에도, 계속해서 세정액(3)을 세정조(10)에 공급한다. 이에 의해, 세정조(10)에서는, 세정액(3)의 공급과 동시에 세정액(3)의 배출이 행해지게 된다. 이 때의 세정액(3)의 배출량은, 세정액(3)의 공급량과 실질적으로 동일하다. 배출 기구(30)에 의해 배출된 세정액(물)(3)은, 소정의 배수 처리가 실시된 후, 폐기된다.
(침지 공정, 공급 공정, 및 배출 공정)
다음에, 세정조(10)에 저류된 세정액(3)에, 금속관(2)을 소정 시간 침지한다. 금속관(2)은, 크레인 등을 사용하여, 세정조(10) 내의 세정액(3) 중에 침지시킬 수 있다. 통상, 복수의 금속관(2)을 동시에 세정액(3) 중에 침지시키는데, 금속관(2)을 1개씩 세정액(3) 중에 침지시켜도 된다.
침지 공정에 있어서, 세정조(10) 내의 세정액(3) 중으로의 금속관(2)의 침지, 세정액(3) 중에서의 금속관(2)의 유지, 및 세정조(10)로부터의 금속관(2)의 끌어올림을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 실시한다. 당해 사이클에 있어서의 금속관(2)의 유지 시간, 및 사이클의 실시 횟수는, 세정액(3)으로의 금속관(2)의 합계 침지 시간이 소정 시간 이상이 되도록 결정할 수 있다. 금속관(2)의 합계 침지 시간은, 금속관(2)에 부착해 있는 스케일의 양 등에 따라, 적절히 설정하면 된다. 금속관(2)의 합계 침지 시간은, 예를 들면, 바람직하게는 30초 이상이며, 보다 바람직하게는 1분간 이상이다.
금속관(2)을 세정조(10)로부터 끌어올릴 때에는, 금속관(2)을 수평면에 대해 기울이는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속관(2) 내의 액 제거를 행할 수 있다. 상기 사이클을 복수 회 실시하는 경우에는, 사이클마다 기울이는 방향을 변경하는 것이 바람직하다.
침지 공정 동안, 공급 기구(20)에 의해, 새로운 세정액(3)이 세정조(10)에 연속해서 공급된다. 그리고, 배출 기구(30)에 의해, 기준 액면(S)을 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액(3)이 세정조(10)로부터 연속해서 배출된다. 즉, 본 실시형태에서는, 침지 공정, 공급 공정, 및 배출 공정이 동시에 실시된다. 공급 기구(20)는, 1분당, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 저류량(금속관(2)을 침지하고 있지 않은 상태에서 세정조(10) 내에 기준 액면(S)까지 세정액(3)을 저류했을 때의 세정액(3)의 양)에 대해 바람직하게는 0.17% 이상 1.25% 이하, 보다 바람직하게는 0.17% 이상 0.83% 이하, 더욱 바람직하게는 0.33% 이상 0.83% 이하의 양의 세정액(3)을 세정조(10)에 공급한다.
침지 공정 동안, 세정조(10) 내의 세정액(3) 중에는, 초음파 조사 기구(40)에 의해 초음파가 조사되고, 파인 버블 발생 기구(50)에 의해 파인 버블이 공급된다.
본 실시형태에 따른 세정 방법에서는, 파인 버블 발생 기구(50)가 세정액(3) 중의 용존 기체를 기포화함으로써, 세정액(3)의 용존 산소 농도가 저하된다. 파인 버블 발생 기구(50)는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도를 5.2mg/L 이하로 저하시킨다. 파인 버블 발생 기구(50)는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도를 보다 바람직하게는 4.5mg/L 이하, 더욱 바람직하게는 4.2mg/L 이하로 저하시킨다.
구체적으로는, 공급 기구(20)는, 7mg/L~11mg/L 정도, 바람직하게는 8mg/L~10mg/L 정도의 용존 산소 농도를 갖는 세정액(3)을 세정조(10)에 공급한다. 이 세정액(3)이 파인 버블 발생 기구(50)의 파인 버블 발생 장치(53)를 통과했을 때, 세정액(3) 중의 용존 기체가 파인 버블화되어, 세정액(3)의 용존 산소 농도가 저하된다. 세정조(10)와 파인 버블 발생 기구(50) 사이에서 세정액(3)이 순환함으로써, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도는, 5.2mg/L 이하, 보다 바람직하게는 4.5mg/L 이하, 더욱 바람직하게는 4.2mg/L 이하가 된다.
미리 설정된 합계 침지 시간 이상, 세정액(3)에 금속관(2)을 침지하면, 크레인 등을 사용하여, 세정조(10)로부터 금속관(2)을 회수한다. 이 때도, 금속관(2)을 기울이면서 끌어올리는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속관(2)의 내부에 세정액(3)이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.
금속관(2)을 회수함으로써, 당해 금속관(2)의 세정이 완료된다. 세정조(10)에서는, 계속해서, 초음파 및 파인 버블이 세정액(3)에 부여되어, 세정액(3)의 공급 및 배출이 행해지고 있다. 이 때문에, 계속해서, 다른 금속관(2)의 침지 공정을 실시할 수 있다.
파인 버블을 포함하지 않는 산 용액 또는 물 등을 금속관(2)이 세정조(10) 내에 반입된 경우, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도가 높아질 가능성이 있다. 세정액(3)의 용존 산소 농도가 높아졌을 경우, 파인 버블 발생 기구(50)가 용존 산소 농도를 충분히 저하시킬 때까지, 금속관(2)의 초음파 세정을 정지하는 것이 바람직하다. 세정액의 용존 산소 농도가 5.2mg/L 이하, 4.5mg/L 이하, 또는 4.2mg/L 이하가 된 단계에서, 금속관(2)의 침지를 재개하면 된다.
본 실시형태에서는, 저류 공정에서 세정조(10)에 세정액(3)을 저류한 후, 침지 공정에서 세정조(10) 내에 금속관(2)을 배치하고 있다. 그러나, 저류 공정에 있어서, 빈 세정조(10) 내에 금속관(2)을 배치한 후, 세정조(10)에 세정액(3)을 저류할 수도 있다.
[수치 범위]
이하, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도, 및 세정조(10)에 대한 세정액(3)의 공급량의 각 수치 범위에 대해, 도 5 내지 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 5 내지 도 8을 이용한 설명 및 검증에 있어서, 피세정물로서의 금속관(2)은, 오스테나이트계 스테인리스 강관(Ni：9질량%, Cr：18.5질량%, Cu：3질량%, Nb：0.5질량%를 함유), 세정조(10)에 공급되는 세정액(3)은, 수온 약 20℃의 물(공업용수), 세정조(10)에 있어서의 세정액(3)의 저류량(기준 액면(S)까지 저류했을 때의 양)은, 약 12000L이다.
(용존 산소 농도)
도 5는, 세정액(3)의 용존 산소 농도와, 세정액(3) 중에 조사되는 초음파의 음압과, 금속관(2)의 세정성의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5의 그래프의 작성에 임하여, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도, 및 세정조(10) 내의 세정액(3) 중에 조사되는 초음파의 음압을 변화시켜, 금속관(2)의 세정성을 검증했다.
용존 산소 농도[mg/L]는, 시판된 용존 산소 농도계((주)호리바 제작소 제조, LAQUA OM-71)로 측정한 값이다. 이 측정값을, 본 개시에 있어서의 용존 산소 농도로 한다. 음압[mV]은, 시판된 초음파 음압계((주)카이죠 제조 음압 레벨 모니터 19001D형)를 이용하여, 5초간의 평균 측정값을 측정하는 측정 모드로, 프로브(압전 소자가 있는 진동 전달봉)를 세정액(3)의 액면에서부터 100mm 수중에 넣어 측정했을 때의 값이다. 이 측정값을, 본 개시에 있어서의 음압으로 한다. 또한, 초음파의 주파수는 38kHz이다.
도 5의 그래프에 있어서, 「○」 「△」 「×」는, 세정성의 평가 결과를 나타낸다. 「○」는, 금속관(2)의 표면으로부터 스케일이 완전히 제거되어, 초음파에 의한 세정성이 매우 양호했음을 의미한다. 「△」은, 금속관(2)의 표면의 일부에 스케일이 잔존하나, 초음파에 의한 세정성이 양호하다고 할 수 있는 것을 의미한다. 「×」는, 초음파에 의한 세정성이 불량이었음을 의미한다.
도 5로부터, 세정액(3)의 용존 산소 농도가 5.2mg/L 이하인 경우, ○ 또는 △의 평가 결과가 많아, 많은 음압 영역에서 세정성이 양호해지는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도를 5.2mg/L 이하로 한다.
도 5로부터, 세정액(3)의 용존 산소 농도를 4.5mg/L 이하, 또는 4.2mg/L 이하로 하면, 세정성이 양호한 음압 영역이 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도는, 4.5mg/L 이하인 것이 바람직하고, 4.2mg/L 이하인 것이 보다 바람직하다.
세정액(3)의 용존 산소 농도가 5.2mg/L 이하인 경우, 초음파의 음압이 120mV 이상이 되면, 도 5에 있어서의 평가 결과가 ○ 또는 △가 된다. 세정액(3)의 용존 산소 농도가 4.5mg/L 이하, 또는 4.2mg/L 이하인 경우, 초음파의 음압이 120mV 이상이 되면, 도 5에 있어서의 평가 결과가 ○가 된다. 따라서, 초음파 조사 기구(40)는, 세정액(3) 중의 초음파의 음압이 120mV 이상이 되도록, 초음파를 출력하는 것이 바람직하다.
세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도는, 통상, 2.0mg/L 이상이다. 단, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도의 하한은, 특별히 관리 또는 제어하지 않아도 된다.
(세정액의 공급량과 용존 산소 농도의 관계)
도 6은, 세정액(3)의 오버플로우 시간과, 세정액(3)의 용존 산소 농도와, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프의 작성에 임하여, 공급량을 40L/min, 100L/min, 150L/min로 변화시키고, 공급량마다 세정액(3) 중의 용존 산소 농도를 측정했다. 공급 기구(20)가 공급하는 세정액(3)은, 수온 20℃ 정도의 물(공업용수)이며, 8mg/L~10mg/L 정도의 용존 산소 농도를 갖는 것으로 생각된다. 오버플로우 시간이란, 세정조(10)에 있어서의 세정액(3)의 오버플로우(배출 기구(30)로부터의 배수)의 계속 시간이며, 바꾸어 말하면, 공급 기구(20)가 세정조(10)에 세정액(3)을 계속해서 공급하고 있는 시간이다.
도 6으로부터, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급량이 40L/min, 100L/min, 및 150L/min인 경우 모두, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도를 4.5mg/L 이하로 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. 공급량이 40L/min 및 100L/min인 경우는, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도가 4.2mg/L 이하로 유지된다. 공급량이 40L/min 미만인 경우, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 용존 산소 농도는 더욱 저하될 것으로 예상된다.
도 6으로부터, 저류량이 약 12000L인 세정조(10)에 대해, 8mg/L~10mg/L 정도의 용존 산소 농도를 갖는 세정액(3)을 공급하는 경우, 그 공급량을 150L/min 이하로 하는 것이 바람직하고, 100L/min 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이들 공급량을 저류량(약 12000L)에 대한 비율로 환산해서, 세정조(10)로의 세정액(3)의 1분당 공급량은, 바람직하게는, 세정조(10)에 있어서의 세정액(3)의 저류량의 1.25% 이하이며, 보다 바람직하게는, 당해 저류량의 0.83% 이하이다. 이에 의해, 세정조(10) 내의 세정액(3)에 있어서, 상술한 용존 산소 농도를 확보할 수 있다.
(세정액의 공급량과 스케일 밀도의 관계)
도 7은, 세정액(3)의 스케일 밀도와, 세정액(3) 중에 조사되는 초음파(주파수 38kHz 및 음압 120mV)의 음압 감쇠율과, 금속관(2)의 세정성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7로부터, 세정액(3) 중의 스케일 밀도가 작을수록 음압 감쇠율은 작고, 스케일 밀도가 높을수록 음압 감쇠율이 커지는 것을 알 수 있다. 스케일 밀도가 2.5g/L 이하인 경우, 금속관(2)에 부착되어 있는 스케일이 완전히 제거되어, 초음파에 의한 세정성은 매우 양호하다. 스케일 밀도가 2.5g/L를 초과하면, 금속관(2)에 스케일의 일부가 잔존한다(세정 잔여물). 스케일 밀도가 5.0g/L를 초과하면, 초음파에 의한 세정성은 불량이 된다. 따라서, 세정액(3) 중의 스케일 밀도는 2.5g/L 이하인 것이 바람직하다.
도 8은, 세정 처리된 금속관(2)의 표면적과, 세정액(3)의 스케일 밀도와, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8에 있어서의 공급량의 조건은, 공급 없이, 20L/min, 40L/min이다. 세정조(10) 내의 세정액(3)에는, 주파수 38kHz 및 음압 120mV의 초음파를 조사했다.
도 8로부터, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 행하지 않았을 경우, 처리 표면적이 4000m2 정도이며, 세정액(3)의 스케일 밀도가 2.0g/L 미만이 된다. 도 8에 나타내는 근사 직선을 연장하면, 처리 표면적이 5000m2 정도가 되었을 때에, 스케일 밀도가 2.5g/L에 도달하는 것으로 생각된다. 상술한 바와 같이, 스케일 밀도가 2.5g/L를 초과하면 세정 잔여물이 발생하기 시작하는 점에서, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 행하지 않는 경우, 처리 표면적이 5000m2 정도가 된 단계에서, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 교환이 필요해지는 것으로 생각된다.
세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 행하는 경우, 공급량과 거의 동량의 세정액(3)이 세정조(10)로부터 오버플로우하여, 세정조(10) 내의 세정액(3)이 서서히 교체된다. 도 8로부터, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 행했을 경우, 처리 표면적이 6000m2에 도달해도, 세정액(3)의 스케일 밀도는, 1.0g/L 이하이다. 따라서, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 행하는 경우, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 행하지 않는 경우와 비교하여, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 교환 간격이 길어진다. 세정조(10)에 대한 세정액(3)의 공급량이 40L/min인 경우는, 공급량이 20L/min인 경우와 비교하여, 스케일 밀도의 증가 속도가 작아지고, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 교환 간격이 보다 길어진다.
도 7 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 저류량이 약 12000L인 세정조(10)에 대해 세정액(3)을 공급하는 경우, 그 공급량을 20L/min 이상으로 하는 것이 바람직하고, 40L/min 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이들 공급량을 저류량(약 12000L)에 대한 비율로 환산해서, 세정조(10)로의 세정액(3)의 1분당 공급량은, 바람직하게는, 세정조(10)에 있어서의 세정액(3)의 저류량의 0.17% 이상이며, 보다 바람직하게는 당해 저류량의 0.33% 이상이다. 이에 의해, 세정액(3)의 스케일 밀도를 2.5g/L 이하로 길게 유지할 수 있다. 따라서, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 교환 간격이 길어져, 세정액(3)의 교환 횟수를 감소시킬 수 있다.
[실시형태의 효과]
본 실시형태에서는, 금속관(2)이 침지되는 세정액(3)에 파인 버블을 발생시킴으로써, 세정액(3) 중의 초음파를 산란시켜, 3차원적으로 전반시킬 수 있다. 이에 의해, 금속관(2)의 세정성이 향상한다. 또, 본 실시형태에서는, 세정액(3) 중의 용존 기체를 파인 버블화함으로써, 세정액(3)의 용존 산소 농도가 5.2mg/L 이하까지 저하된다. 따라서, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 양호한 초음파 세정성을 확보할 수 있다.
본 실시형태에서는, 금속관(2)의 침지 공정에 있어서, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급, 및 세정조(10)로부터의 세정액(3)의 배출이 연속해서 행해진다. 이에 의해, 금속관(2)으로부터 박리된 스케일이 세정액(3)과 함께 세정조(10)로부터 배출되는 한편, 새로운 세정액(3)이 세정조(10)에 공급된다. 따라서, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 세정액(3)의 스케일 밀도의 증가를 억제할 수 있고, 초음파의 감쇠를 저감할 수 있다. 이 때문에, 금속관(2)의 초음파 세정에 있어서, 높은 세정성을 확보할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 세정액(3)의 용존 산소 농도는, 바람직하게는 4.5mg/L 이하, 보다 바람직하게는 4.2mg/L 이하이다. 이에 의해, 넓은 음압 영역에서, 초음파 세정성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 세정조(10)로의 세정액(3)의 1분당 공급량은, 세정조(10)에 있어서의 세정액(3)의 저류량에 대해, 바람직하게는 0.17% 이상 1.25% 이하, 보다 바람직하게는 0.17% 이상 0.83% 이하, 더욱 바람직하게는 0.33% 이상 0.83% 이하이다. 이에 의해, 세정액(3)의 용존 산소 농도가 바람직한 범위로 유지됨과 더불어, 세정액(3)의 스케일 밀도의 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 초음파 세정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 세정조(10)의 저면은, 길이 방향의 일단부에서 타단부를 향해 경사지는 경사면이다. 이에 의해, 금속관(2)의 내부에 세정액(3)이 침입하기 쉬워져, 금속관(2)의 내주면을 확실하게 세정할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 초음파 조사 기구(40)는, 바람직하게는 주파수 소인 기능을 갖는다. 이에 의해, 금속관(2)의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
상세하게 설명하면, 파인 버블을 포함하는 미소 기포에 대해 초음파를 인가한 경우, 미소 기포에 대해 Bjerknes력으로 불리는 힘이 작용해, 미소 기포는, 그 직경에 따라 초음파의 복(腹)이나 절(節)로 끌어당겨진다. 주파수 공진 직경 2R0 이하의 기포 직경을 갖는 미소 기포는, 초음파의 복으로 끌어당겨져, 캐비테이션 세정에 기여할 수 있다. 초음파 조사 기구(40)의 주파수 소인 기능에 의해 초음파의 주파수가 변화한 경우, 주파수의 변화에 따라 주파수 공진 직경 2R0가 변동해, 캐비테이션 세정에 기여하는 미소 기포가 증가한다. 따라서, 많은 미소 기포를 캐비테이션의 핵으로서 이용할 수 있다. 이에 의해, 금속관(2)의 세정 효율이 향상한다.
초음파의 파장이 조사 물체의 두께에 대응하는 파장의 1/4이 되었을 때, 초음파는 조사 물체를 투과한다. 따라서, 초음파 조사 기구(40)가 주파수를 적절한 범위에서 소인하면서 초음파를 인가함으로써, 금속관(2)의 둘레벽을 투과하는 초음파를 증가시킬 수 있다. 따라서, 금속관(2)의 세정 효율이 향상한다.
그런데, 초음파는, 조사 물체에 수직 입사될 뿐만 아니라, 다중 반사를 반복하면서 전파한다. 그 때문에, 일정한 음장(音場)은, 형성되기 어려운 경향이 있다. 이에 대해, 초음파 조사 기구(40)의 주파수 소인 기능에 의하면, 특정의 주파수를 중심으로 해서 ±0.1kHz~±10kHz의 범위에서 주파수를 소인하면서, 세정액(3) 중에 초음파를 조사한다. 이에 의해, 금속관(2)의 다양한 위치에서, 초음파의 파장이 금속관(2)의 두께에 대응하는 파장의 1/4이라고 하는 조건이 충촉된다. 이 때문에, 금속관(2)의 다양한 위치에서, 금속관(2)의 외측에서 내측으로 초음파를 투과시킬 수 있다.
이상, 본 개시에 따른 실시형태에 대해 설명했는데, 본 개시는 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 한 다양한 변경이 가능하다.
본 실시형태에서는, 금속관(2)의 침지 공정, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급 공정, 및 세정조(10)로부터의 세정액(3)의 배출 공정을 동시에 실시하고 있었는데, 이들 공정은, 반드시 동시에 실시될 필요는 없다. 또, 세정조(10)에 있어서의 세정액(3)의 공급 또는 배출은, 연속적으로 행해지지 않아도 된다. 예를 들면, 세정조(10)로의 세정액(3)의 공급을 정지한 상태에서, 금속관(2)을 세정액(3)에 침지하면, 금속관(2)의 체적분, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 액면이 상승해 기준 액면(S)을 초과하는 경우가 있다. 이 때, 기준 액면(S)을 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액(3)이 세정조(10)로부터 배출된다. 여기서, 세정조(10) 내의 세정액(3)에는, 금속관(2)의 출입에 수반하여 세정액(3)이 교반되는 것이나, 배관(51, 52)을 개재하여 세정조(10)와 파인 버블 발생 장치(53) 사이에서 세정액(3)이 순환됨으로써, 항상, 스케일이 남김없이 분산 및 부유하고 있다. 따라서, 세정조(10)에서는, 스케일이 분산 및 부유하는 세정액(3)이 배출되게 된다. 금속관(2)을 끌어올린 후, 세정액(3)의 양이 감소한 세정조(10) 내에 새로운 세정액(3)을 공급하면, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 스케일 밀도는 저하된다. 이와 같이, 침지 공정, 공급 공정, 및 배출 공정을 동시에 실시하지 않아도, 스케일 밀도의 상승을 억제하는 것이 가능하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 개시를 더욱 상세하게 설명한다. 단, 본 개시는, 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3에 나타내는 세정 장치(1)를 이용하여, 다수의 금속관(2)의 초음파 세정을 실시한 결과에 대해, 4일분 평가했다. 각 금속관(2)은, 냉간 인발 가공 후에 열처리를 실시하고, 그 후 산세 처리를 실시한 것이다. 각 금속관(2)은, 38mm~95mm의 외경을 갖는다. 또, 각 금속관(2)은, 오스테나이트계 스테인리스 강관이며, 이하의 화학 조성을 갖는다.
[화학 조성]
질량%로,
C：0.07~0.13%,
Si：0.30% 이하,
Mn：1.0% 이하,
P：0.040% 이하,
S：0.010% 이하,
Ni：7.5~10.5%,
Cr：17.0~19.0%,
Nb：0.30~0.60%, 및,
Cu：2.5~3.5%
를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다.
본 실시예의 세정 처리에서는, 세정조(10) 내의 세정액(3)에 대해, 초음파 조사 기구(40)에 의해 초음파를 조사하고, 파인 버블 발생 기구(50)에 의해 파인 버블을 공급했다. 이하, 본 실시예에 있어서의 세정 조건을 나타낸다.
[세정 조건]
·세정액：상온의 공업용수
·세정조의 저류량：12000L
·초음파의 주파수：38kHz
·세정조로의 세정액의 공급량：약 40L/min
금속관(2)의 세정 처리에 있어서, 처리일마다, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 초음파의 평균 음압 및 평균 용존 산소 농도를 측정했다. 평균 음압은, 시판된 초음파 음압계((주)카이죠 제조 음압 레벨 모니터 19001D형)를 이용하여, 5초간의 평균 측정값을 측정하는 측정 모드로, 프로브를 세정액(3)의 액면에서부터 100mm 수중에 넣어 측정했다. 평균 용존 산소량은, 시판된 용존 산소 농도계((주)호리바 제작소 제조, LAQUA OM-71)를 이용하여 측정했다. 세정 처리한 금속관(2)의 중량(처리량), 측정 결과, 및 세정성의 평가를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 4일째가 되면, 금속관(2)의 누계 처리량이 200톤을 초과하고 있다. 그러나, 세정조(10) 내의 세정액(3)의 평균 용존 산소 농도는, 3.55mg/L이며, 5.2mg/L 이하로 유지되어 있다. 또, 세정액(3)의 스케일 밀도는, 0.108g/L이며, 세정성이 저하되기 시작하는 2.5g/L를 초과하고 있지 않았다. 이 때문에, 4일간에 걸쳐 세정성은 양호했다. 따라서, 본 개시에 따른 세정 방법 및 세정 장치에 의하면, 높은 초음파 세정성을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.
1：세정 장치 2：금속관
3：세정액 10：세정조
20：공급 기구 30：배수 기구
40：초음파 조사 기구 50：파인 버블 발생 기구
3：세정액 10：세정조
20：공급 기구 30：배수 기구
40：초음파 조사 기구 50：파인 버블 발생 기구
Claims (9)
- 금속관의 세정 방법으로서,
세정조에 세정액을 저류하는 저류 공정과,
상기 세정조 내의 상기 세정액 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블(fine bubble)을 발생시키고, 또한 상기 세정조 내의 상기 세정액 중에 초음파를 조사하면서, 상기 세정조 내의 상기 세정액에 상기 금속관을 침지하는 침지 공정과,
상기 세정조에 새로운 세정액을 공급하는 공급 공정과,
상기 세정조 내에 있어서 상기 세정액의 액면 높이가 소정의 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액을 상기 세정조로부터 배출하는 배출 공정
을 구비하고,
상기 공급 공정은, 상기 침지 공정과 동시에 실시되고,
상기 공급 공정에 있어서, 상기 세정조로의 상기 세정액의 1분당 공급량은, 상기 세정조에 있어서의 상기 세정액의 저류량의 0.17% 이상 1.25% 이하이고, 상기 세정조에 있어서의 세정액 중의 용존 산소량이 4.5mg/L 이하가 되고, 또한 스케일 밀도가 2.5g/L 이하가 되도록 하는, 세정 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 침지 공정에 있어서, 상기 세정조 내의 상기 세정액의 용존 산소 농도는 5.2mg/L 이하인, 세정 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 공급량은, 상기 저류량의 0.17% 이상 0.83% 이하인, 세정 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 공급량은, 상기 저류량의 0.33% 이상 0.83% 이하인, 세정 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속관은,
질량%로,
C：0.01~0.13%,
Si：0.75% 이하,
Mn：2% 이하,
P：0.045% 이하,
S：0.030% 이하,
Ni：7~14%, 및,
Cr：16~20%
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 강관인, 세정 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 화학 조성은, 잔부의 Fe의 일부를 대신해, 질량%로, Nb：0.2~1.1%, Ti：0.1~0.6%, Mo：0.1~3%, Cu：2.5~3.5% 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 세정 방법. - 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 화학 조성은, 잔부의 Fe의 일부를 대신해, 질량%로, B：0.001~0.1% 및 N：0.02~0.12%를 함유하는, 세정 방법. - 금속관의 세정 장치로서,
세정액이 저류되며, 상기 금속관이 수용되는 세정조와,
상기 세정조에 세정액을 공급하는 공급 기구와,
상기 세정조 내에 있어서 상기 세정액의 액면 높이가 소정의 기준 액면 높이를 초과한 경우, 당해 기준 액면 높이를 초과한 높이에 상당하는 양의 세정액을 상기 세정조로부터 배출하는 배출 기구와,
상기 세정조 내의 상기 세정액 중의 용존 기체를 기포화하여 파인 버블을 발생시키는 파인 버블 발생 기구와,
상기 세정조 내의 상기 세정액 중에 초음파를 조사하는 초음파 조사 기구
를 구비하고,
상기 공급 기구는, 1분당, 상기 세정조에 있어서의 상기 세정액의 저류량의 0.17% 이상 1.25% 이하의 양의 상기 세정액을 상기 세정조에 공급하여, 상기 세정조에 있어서의 상기 세정액 중의 용존 산소량이 4.5mg/L 이하가 되고, 또한 스케일 밀도가 2.5g/L 이하가 되도록 하는, 세정 장치. - 삭제
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