TW552319B

TW552319B - Composition, apparatus, and method of conditioning scale on a metal surface

Info

Publication number: TW552319B
Application number: TW089116334A
Authority: TW
Inventors: John M Cole; James C Malloy; John F Pilznienski; William G Wood
Original assignee: Kolene Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2003-09-11
Also published as: KR20020071897A; ATE289368T1; WO2001046496A1; EP1242652B1; JP3923311B2; MXPA02006286A; US6450183B1; AU5441601A; DE60018212T2; BR0016576A; US6851434B2; CN1200142C; DE60018212D1; CA2395426A1; ZA200205750B; EP1242652A1; JP2003518197A; CN1423710A; US20020148484A1; KR100728607B1

Description

552319 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（I ) 技術領域本發明是有關於一般用來改善在金屬表面的氧化物或者是銹垢；更特別的是在一金屬片之上；以及是去改善氧化表面或者是在不銹鋼上的銹垢。不銹鋼是一種含有10% 以上鉻成分的鐵合金，其目的是爲了增強抗腐蝕性以及抗氧化的能力。許多的不銹鋼也包含鎳、鉬、矽、錳、鋁、碳化物以及其他的元素。本發明也適用於包含超合金的合金族群，在此鎳是主要的元素，譬如鈦合金以及銘合金。更特別的是，本發明是一種有關於水溶液噴灑改善法。發明背景金屬帶狀鋼的去除銹垢的方法，特別是不銹鋼，在過去已經有很多種的方式。最簡單的方式包含只是將帶狀鋼浸泡在無機酸之中，譬如說硫酸，鹽酸，氫氟酸，硝酸或者是其混合物。這種方法對於某些具有輕微銹垢的不銹鋼或許是有效的；然而，在大部分的例子中所需的不僅僅只是浸泡酸而已。在這些例子之中，在酸浸泡之前已經有種種不同的組成以及技術被發展出來以改善銹垢的狀況。典型用來改善銹垢的組成包含具有種種添加劑的鹼金族金屬氫氧化物以及鹼金族金屬碳酸物的混合物，譬如說鹼金族鹵化物，碳酸鹽，以及/或者是其他氧化劑。他們通常被稱爲去銹垢或者是銹垢改善鹽。一種傳統使用這種組成物質的技術是在一坩鍋(pot)中在熔融無水的狀況下並且在一高溫下，譬如800°F到l〇〇〇°F，將金屬帶狀鋼通過該坩鍋，然後再進行酸液浸泡。儘管這種方法在許多例子中運作的 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 Ίθι，·

552319 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 很好，然而在許多例子中這種技術存在著許多缺點。譬如說，這種浸泡過程需要保持在高溫之下’其是需要相當大的能量。而且，該熔融腐蝕浸泡需要一些沉浸輥 (submerged roll)，該沉浸輥是很難去保養的。並且有可能會造成被去除銹垢帶狀鋼的表面被損毀。除此之外，還有熔融組成物帶出的現象(drag-out)產生，也就是說當帶狀鋼由熔融組成物的坩鍋中出來的時候，其會夾雜著一定量的熔融組成物，尤其是速度非常快速的時候。甚至，熔融浸泡組成物被限制在那些高溫之下可以具有長時間穩定性的化合物。其他用來去除銹垢的技術被揭露的是描述在美國專利編號3，126,301，於1964年3月24日公告，發明名稱是” 用來去除不銹鋼銹垢的熔融鹽類噴灑製程”，以及美國專利編號5,272,798，於1993年12月28日公告，發明名稱是” 用來去除金屬帶狀鋼銹垢的方法以及裝置”。這些專利揭露了方法以及裝置使用熔融噴灑具有腐蝕性組成物在一移動的金屬帶狀鋼之上以改善銹垢的情形，在此步驟之後銹垢就可以被以酸浸泡掉。在許多例子之中，這些方法提供了許多優點優於使用熔融材料鍋的技術。然而，在許多例子之中，這些方法也有許多缺點。這些方法需要高溫噴嘴，並且該組成物必須維持在一高溫之下，譬如800T到1000 〇F。因此，需要一種相當廉價，低溫，以及有效的技術以改善金屬表面的銹垢，特別是在帶狀不銹鋼上，或者是類 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）狀衣·-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 552319 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（^) 似的金屬。發明掲示根據本發明，一種組成物以及一種使用這種組成物的裝置及方法被提供以便於水溶性噴灑去除銹垢或者是改善金屬表面之上的銹垢或者是氧化物，特別是帶狀不銹鋼或及其類似者，在一個具體實施例之中，也可以用來去除或者是改善其他工件，譬如說金屬棒或者甚至是個別物體的銹垢或者是氧化物。一具有鹼金族金屬氫氧化物的鹼性水溶液，譬如說氫氧化鈉，氫氧化鉀，或者是鹼金族金屬氫氧化物的混合物，譬如說使用氫氧化鈉以及氫氧化鉀。該水溶液包含一固定量的添加劑以增進鹽類去除銹垢的能力。在一具體實施例之中，該溶液是被用來改善帶狀不銹鋼表面上的銹垢或者是氧化物。該金屬帶狀鋼的溫度是介於鹼金族金屬氫氧化物在水溶液狀態下的熔點以及萊頓弗羅斯特效應產生的溫度之間。一個或者是多個噴嘴被用來噴灑該溶液，並且該加熱帶狀鋼通過噴嘴的時候，在其具有銹垢或者是氧化物的表面被噴灑該溶液。本發明也包含噴灑該溶液的裝置以及控制該裝置的方法。圖式簡單說明圖1爲一根據本發明的包含改善錄垢區域的退火線圖示；圖2爲一根據本發明方法的被處理及浸泡酸液之不銹鋼薄片表面的照片；以及圖3-5爲不銹鋼薄片表面的照片，其顯示了在一溫度 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .囈裝訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 B7 五、發明說明（4) 高於萊頓弗羅斯特效應溫度中處理以及經過浸酸過程之後的結果。元件符號說明 10 :開捲機 12 :鋼捲 13 :帶狀鋼 14 :預熱爐 16 :退火爐 18 :冷卻區域 20 :可變轉速風扇 22 :紅外線溫度感應器 24 :銹垢改善區域 28 :上噴嘴 30 :下噴嘴 34 :包含上噴嘴之第二或者是後備噴嘴組 36 :包含下噴嘴之第二或者是後備噴嘴組 38 :淸洗區域 42 :表面分析儀 44 :活套張緊輥 49、51、53 ··淸洗槽 48、50、52 ··浸酸槽 54 :重捲機 56、 58、60 ··液態儲存容器 57、 59、61 :溫度感應裝置 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

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發明說明 62、64、66 :移除幫浦 68、70、72 :流量控制器 74 :噴嘴供給管線 76 :管路混合器 8〇、82、84、86 :管線 87 ' 88 ' 89、90 :流量感應器 92 ' 94 ' 96、98 :儀表閥門 U2 :管線動態操作系統 114 :可變管線裝置 12〇 :銹垢改善處理控制系統 -------------裝·— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製進fr本發明之模式參考本文中的圖示，，在圖1中一個代表退火以及浸酸過程管線的圖示包含了一個根據本發明所描述的銹垢改善以及浸酸處理的裝置被揭露出來。被了解到的是該包含銹垢改善裝置的退火以及浸酸過程管線在該技術領域中是已知的。然而，在本發明之中使用了一種改善的銹垢改善技術與該退火以及浸酸過程生產線相結合。該生產線具有一開捲機10以用來支撐以及展開一鋼捲 12，該鋼捲被退火並且被浸泡酸液以便於去除退火過程所產生的銹垢。該開捲機10將鋼片自鋼捲12中展開成帶狀鋼13，然後通過一預熱爐14以及一退火爐16。然後該帶狀鋼被傳入一冷卻區域18中，其包含至少一可變轉速風扇 20。其他可以被用來達成可變速度冷卻的裝置都可以被使訂 % 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 552319 A7 ---- B7 五、發明說明（b ) . 狀衣·-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 用，譬如說流量控制調節閥，通風裝置，或者是其他類似的裝置(未顯示）。該風扇20是用來冷卻該帶狀鋼13到一所需的溫度。該帶狀鋼13當由該冷卻區域18中移出的時候，其溫度可以藉由一溫度感應裝置來量測，譬如說一紅外線溫度感應器22。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製由冷卻區域18中出來之後，該帶狀鋼13進入一銹垢改善區域24。在該區域之中，銹垢改善溶液被噴灑在該帶狀鋼的上、下表面之上。該溶液以及噴灑的方式，以及其他的參數會在本文之後被描述。該銹垢改善區域24包含第一或者是主要的噴嘴組，其包含一組上噴嘴，其被標示爲 28，以便於噴灑該帶狀鋼13的上表面，以及一組下噴嘴，其被標示爲30，以便於噴灑該帶狀鋼13的下表面。一包含上噴嘴之第二或者是後備噴嘴組，其中一組被標示爲34 ，以及下噴嘴，其中一組被標示爲36 ’如果需要的話可以選擇性地被添加進去，以確保噴灑過程可以涵蓋所有區域，其會在本文之後被描述。（當然，在某一些例子當中只需要一組的噴嘴，可是在另一些例子當中需要超過兩組的噴嘴，其取決於該帶狀鋼13的速度以及寬度以及其他的因素。）該噴嘴28，30，34以及36的種類是可以接收液體以及將該液體以類似於霧狀水滴的方式噴灑在帶狀鋼13的表面之上。這種噴嘴可以是由sPrayinS System&司所提供的空氣霧狀形式VAU(Air Atomizing type VAU)。儘管這種空氣霧狀噴嘴在此處被提及，但是其他可以提供適當霧狀7爲小液滴形式的噴灑技術都可以被有效率地使用’譬如說高壓 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7 B7 552319 五、發明說明（"？）液壓噴嘴。一淸洗區域38，其是以虛線表示，被提供在相鄰於噴灑區域24附近。該淸洗過程可以是選擇性地以噴灑或者是浸泡的方式來進行。在浸泡的方式中’淸洗過程是將帶狀鋼通過一浸泡在一水淸洗槽之中的塑膠浸泡沉浸輥，並且在噴灑的方式中’淸洗過程是將帶狀鋼通過一組供給淸潔水的水噴灑噴嘴’或者是藉由一來自於位於噴灑區域以下的集水坑幫浦。一表面分析儀42可以被選擇地放置於噴嘴28附近以便於監控帶狀鋼表面的狀況並偵測出改善情形不佳的狀況。該表面分析儀42或許是一紅外線線掃描系統（infrared linescan system)或者是其他機械觀測系統。一種適當的紅外線線掃描系統是由Lan Instruments International Inc·所提供的Landscan系統。該分析儀會將資料傳入管線動態操作系統中’該系統會在本文之後被描述。在淸洗區域之後，該帶狀鋼被一組傳統的車轍以及活套張緊輥44所引導。該組活套張緊輥44會將帶狀鋼保持在履帶之上並且在該帶狀鋼中維持適當的張力。然後一般該帶狀鋼13會進入到一酸浸泡區域。酸浸泡過程通常包含一個或者是多個的酸槽，雖然酸噴灑裝置也可以被使用。在許多不銹鋼中多重酸浸泡過程是必須的’ 如同48，50以及52所標示。淸洗槽49，51以及53是個別地裝置在浸酸槽48，50以及52之後。一般而言，酸槽 48是放置硫酸，酸槽50以及52是放置硝酸以及氫氟酸的混合物或者是硝酸。一個或者是多個的酸槽可以被使用在 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝 .- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 ___ B7 五、發明說明（2 ) 帶狀不銹鋼之上是取決於使多的因素，其包含鋼的組成，氧化物的厚度，以及在該技術領域中所熟知的其他因素。除此之外，其他的酸或者是酸的混合物也可以被使用，這些酸是在該技術領域中所熟知。在將該帶狀鋼經過浸酸以及淸洗的過程後，該帶狀鋼被重新纏繞在重捲機54之上。在這個地方，所有的銹垢改善步驟以及酸洗過程都算是完成了。經由噴嘴28，30，34以及36而被噴灑在帶狀鋼13 上面的液態銹垢改善溶液是來自於一個或者是多個的具有溫度感應裝置57，59以及61的液態儲存容器56，58以及 60。需要這些容器的原因是爲了儲存不同的溶液以便於對不同等級的鋼材進行處理，以及/或者是爲了儲存添加劑以便於在管線中就可以與鹼性溶液相互混合以提供所需的混合物。其會在本文之後描述。該容器56，58以及60分別地被提供輸送幫浦62，64以及66，以便於將液體自個別容器中抽出。在幫浦62，64以及66的輸出端個別具有流量控制器68，70以及72。（可以了解到的是，可以使用儀表形式可變流量幫浦62，64以及66，因此可以將量測以及流量控制的功能結合在單一單元中，以消除流量控制器的要求，雖然流量儀或許是需要的。）從流量控制器68， 70以及72中，液體被傳送至噴嘴供給管線74，其是包含一管路混合器76以確保由兩個或者是兩個以上的容器所提 :供的物料可以被完全的混合。管線80，82，84以及86 是個別地用來提供噴嘴28，30，32以及36即將被噴灑在 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ — 裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 552319 A7 ________ B7 五、發明說明（ί) 帶狀鋼13上面的液體，並且流量感應器87，88，89以及 90以及儀表閥門92，94，96以及98個別地被提供在管線 80，82，84以及86之上，用來監視以及控制流到各噴嘴 28，30，32以及36的情形。另一種使用多重儲存容器的方式是使用一具有濃縮原料的容器，該原料並不包含其他的添加劑，以及一包含添加劑的第二容器。該第一容器供應第一陣列的噴嘴，以及該第二容器供應一第二向下流動陣列噴嘴。這種方式可以被使用是當溶解度的限制，離子的交換，析出物的產生或者是在管線中濃縮溶液混合產生不良的結果時，譬如說噴嘴或者是濾網堵塞等等狀況，因而導致在管線中濃縮溶液的混合是不可行的或者是不需要的時候。該系統控制包含一管線動態操作系統（line dynamics operating system)112，該系統接收操作管線系統的訊號，並且輸出訊號到可變管線裝置114以操作該退火管線，如同本文以下所述。並且提供一銹垢改善處理控制系統12〇，其如同可變管線裝置一般接收由管線動態操作系統U2 所傳出的訊號。在描述該管線運作更詳盡之前，一種本發明方法的描述將先被說明。根據本發明的具體實施例之一，一種包含鹼金族金屬氫氧化物的水溶液被以水滴的形式噴灑在—不銹鋼或者是其他金屬帶狀鋼的表面之上，並且該帶狀鋼是被維持在一溫度’該溫度是闻於在水溶液中的材料以幾乎無水的狀態存在時的熔點以及低於萊頓弗羅斯特效應出現 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------缄裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

JaT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 B7 五、發明說明（ί c ) 的溫度。在此處所使用到的”材料幾乎無水的狀態”代表著當溶液的水份被蒸發之後，即使在該材料中或許依然存在著水化作用。在此處所使用到的”在帶狀鋼表面上的萊頓弗羅斯特效應”是一種在表面上會出現雜色或者是污點的現象，其顯示了斑點，或者是銹垢改善過程的不完整。如果該帶狀鋼的溫度是高於所謂的萊頓弗羅斯特溫度或者是被噴灑溶液的萊頓弗羅斯特點的話，可以相信的是由於萊頓弗羅斯特效應在化學物質水溶液上出現的緣故。當該帶狀鋼的溫度是高於被噴灑溶液的萊頓弗羅斯特溫度之上時，一層薄的噴灑一體就會被轉換成一氣相阻障層而介於金屬表面以及液滴之間，因而防止了液滴與帶狀鋼表面的接觸並且在水份蒸發之後沉積化學物質在金屬的表面之上。該萊頓弗羅斯特效應是大家所熟知的並且在許多刊物中都有描述。兩個有關於這方面的刊物：”Disk Model of the Dynamic 萊頓弗羅斯特 Phenomenom”(Martin Rein 在 American Physical Society DFD96硏討會中戶斤描述的)以及 ’’Miracle Mongers and Their Methods”(pages 122-124 by Harry Houdini，由 E. P. Dutton 在 1920 年所發表的）。圖2是一種304型態的不銹鋼樣本表面的照片，根據本發明的處理之後該照片並沒有顯示萊頓弗羅斯特效應’ 這種處理過程在本文之後會描述；圖3-5是一種304型態的不銹鋼樣本表面的照片，其根據不同程度在本發明範圍之外的銹垢改善過程以及浸酸過程會產生不同程度的萊頓弗羅斯特效應（圖5是最差的狀況），這種處理過程在本文 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 Α7· B7 五、發明說明（U ) 之後會描述。應該被注意到的是圖3-5，在這些圖片之中具有銹垢改善處理完全的地方，也就是白色或者是灰色的區域，以及具有銹垢改善處理不完全的地方，也就是陰暗的區域。其暗示著在許多液滴區域存在著萊頓弗羅斯特效應，也就是暗點存在的地方，以及在許多溶液液滴並沒有經歷或者是已經克服萊頓弗羅斯特效應，並且因此銹垢改善處理是有效的，也就是白色或者是光亮的區域。因此，如同在其中所使用的，該詞彙”低於萊頓弗羅斯特效應出現的溫度”代表的意義是根據本發明的方法在經過銹垢改善處理之後不會出現暗點形式的銹垢，並且緊接著進行浸酸處理。該圖2所顯示的表面是一個萊頓弗羅斯特效應並未出現的例子，圖3-5所顯示的表面是一個萊頓弗羅斯特效應存在的例子。如圖2-5以及其他的樣本被準備並且如以下方式處理。該樣本的規格是4英吋X 6英吋並且厚度爲0.025英吋的 3〇4不銹鋼薄片。每一個都在空氣之中加熱到1950°F，然後被移出並且固定在一固定裝置上。該樣本被冷卻到一事先由接觸熱電偶（contact thermocouple)所量測的溫度。該樣本之後被噴灑一包含鹼金族金屬氫氧化物的水溶液，經過水淸洗之後，並且進行酸浸泡處理。表1說明了對於不同的樣本進行各種不同的處理狀況的結果。 9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·

I 製

本紙張尺度適用中國國家標準（CNs)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 B7 五、發明說明（A) 表1

溫度一濃度i 400°F 450T 500°F 550〇F 600T 650〇F 700T 750°F 800°F 12.5w% P/N G/M G/S - • - - - - 23.5w% P/N E/L E/L G/S - - - - - 35w% P/N E/N E/N E/L EM G/S - - - 47w% P/N E/N E/N E/N E/L G/L G/M G/S - 60w% P/N G/N E/N - - G/N G/L G/S 分級符號第一個字母=改善狀況第二個字母=觀察到的萊頓弗羅斯特效應程度 E=優 N二無萊頓弗羅斯特效應 G二良好 L=輕微萊頓弗羅斯特效應 F=普通 M=中度萊頓弗羅斯特效應 P=不良 S=劇烈萊頓弗羅斯特效應註解所有的測試都在lOOfpm的傳送速度中進行所有的測試樣本都是304，0.025英吋規格的不銹鋼所有的測試都是將流量控制到沉積相同的固體含量的狀況下進行 12.5w% 的流速是 117mls/min 23.5w% 的流速是 60mls/min 35w% 的流速是 40mls/min 47w% 的流速是 30mls/min 60w% 的流速是 23mls/min 在水淸洗之前的停留時間是1〇秒所有的樣本在噴灑溶一以及用水淸洗之後進行浸酸處理 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·-------- %, 552319 A7 B7 五、發明說明（Θ 1) 1〇%體積百分比的硫酸在溫度160T下10秒鐘 2) 8%硝酸以及1.5%氫氟酸在溫度130T下10秒鐘所有測試的原料都是氫氧化鈉/氫氧化鉀的混合物從表1 ’可了解到的是如果含有鹼金族金屬氫氧化物的溶液被噴灑到一不銹鋼樣本的表面之上，其溫度是高於該溶液中組成物質的熔點的話，也就是在這個例子中氫氧化鈉/氫氧化鉀的混合物鹽類的熔點450°F或者是更高，並且低於萊頓弗羅斯特效應出現的溫度，即使只是接觸短短的幾秒鐘，都可以產生合乎要求的不銹鋼表面改善狀況。還有許多的變數會影響最終產物。譬如說，在水溶液中組成物質的濃度應該是從重量百分比15%到65%。如果組成物質濃度低於15%的話，需要將大量的水分蒸發所需的能量就會消耗掉在該帶狀鋼上大部分的熱•特別是在較薄規格的材料上，只遺留下少部分的熱量去完成所需的沉積鹽類的融合以及進行銹垢改善反應。如果組成物質濃度高於65%的話，會產生製造，傳送，儲存以及高濃度溶液傳送的問題。儲存槽的加熱以及絕緣，管線複雜的熱追蹤，再循環流體路徑等等都一定會被使用到，因爲一定要提升溫度以保持在溶液中的化學物質的析出或者是結晶。除此之外，一定要使用高合金材料來製作爲容器，管線以及噴嘴，因爲附隨的腐蝕問題將會發生。後備的能源已用來作爲維持高溫儲存溫度或許不需要的。當該鹽類溶液的濃度增加的時候，則可以被使用的最高溫並且不會產生萊頓弗 16 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 552319 A7 B7 五、發明說明（4) 羅斯特效應是被增加到7〇〇°F。然而，當超過40%固體的時候，其包含其他將在本文之後描述的其它物體是會有困難的。一較佳的濃度範圍是重量百分比15%到50% ·，更好的濃度範圍是重量百分比35%到45% ;以及最佳的濃度範圍是大約重量百分比40%。該改善過程的機制相信是與傳統的熔融氧化槽是類似的，在該槽中金屬氧化物被轉換成一較高的氧化狀態，其在鹽類中是部分溶解的並且緊接著進行淸洗步驟’同時那些殘留物質可以藉由浸酸過程來去除。在本發明中改善處理的進行是藉由該被噴灑的溶液是在與金屬帶狀鋼相接觸後被升溫並且水份被蒸發掉，並且鹽類被在帶狀鋼中殘餘的熱量所熔解以及迅速地與帶狀鋼表面上的氧化物反應。雖然水溶液或許沒有包含任何的氧化劑’該鹽類薄層對於表面氧化物是具有氧化功能的，並且藉此將其轉換成所需的較高氧化狀態。其發生的原因是由於噴灑的水溶液會吸收大氣中的氧，以及/或者是大氣中的氧會擴散經過該熔融鹽類薄層。再該最佳實施例中，該鹽類會含有少量的氧化物質或者是化合物，譬如說過錳酸鹽(permanganate)，其似乎會催化該氧化反應。這種將改善鹽類運用到金屬表面的方法是獨特的，並且可以提供以上所述不曾預期的效果。除此之外，一個重要的好處是使用混合物質的能力，這些混合物質在傳統的無水熔融鹽類槽中是無法使用的因爲環繞在表面上大量的物質阻止了大氣中氧的擴散。該溶液也可以使用在傳統的無水熔融鹽類槽中不穩定的添加劑。甚 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

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552319 A7 B7 五、發明說明（、$ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 至，本發明消除了在使用鹽類後所產生的產物，因此使得在金屬表面上鹽類化學性質的完全控制。最後’鹽類的使用量可以被控制到適當的程度。在浸泡系統中，鹽類的消耗量是可以由黏附在金屬表面上的鹽類的含量來決定，當金屬被從熔融槽中移出的時候。在許多例子之中，當不同的金屬需要被處理的時候，不同的鹽類化學物質或許是需要被使用的。其是可以伴隨著發明的不同快速地並也有效率地變更，然而這種方式對於浸泡系統是不實用的，因爲在熔融鹽類槽中需要大量的物質。根據本發明，有許多種不同的組成物質可以用來有效地去除銹垢。一較佳的基本組成是氫氧化鈉以及氫氧化鉀的混合物(42%氫氧化鈉以及58%氫氧化鉀）。這是一種低熔點的混合物(238°F)並且當水分蒸發掉之後可以有效的進行銹垢改善過程。其他的材料也可以被添加以改變溶液或者是混合物的性質。表2所描述的添加物與鹼性溶液相比較可以區分爲具有好處，具有壞處，或者是沒有效果。經濟部智慧財員工消費製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱_) 552319 A7 B7 五、發明說明（々）表2 不同化合物以及添加劑的銹垢改善效果測試的化合物當作爲添加劑到鹼液中時去除銹垢的當作爲單獨去除銹垢化效果合物時的效果有害的中性的有益的無效的有效的醋酸納鹽 # • 鋁酸鈉鹽 • • 硫酸氫鈉鹽 • • • <✓ 碳酸鈉鹽 • • • 碳酸鉀鹽氯酸鉀鹽 • • 氯化鈉 • • 氯化鉀 • • 氟化鉀 V V 7 • • 甲酸鈉鹽葡萄糖酸鈉鹽 • • 偏硼酸郵鹽 • • 間矽酸鈉鹽 • • • 鉬酸鈉鹽 • 參硝酸鹽平 <✓ 亞硝酸鹽過硼酸鈉鹽 V 参 • 過氯酸鉀鹽 v/ • # 過錳酸鈉鹽亭 vW V • • 過錳酸鉀鹽亭〆V V • • 焦磷酸鈉鹽 • • 參 S/ 磷酸單鈉鹽 • • • V 磷酸雙鈉鹽 • # • • • 磷酸三鈉鹽 • • 蔗糖 # • 硫酸納鹽 V >/ • 參亞硫酸鈉鹽 • • 四硼酸鈉鹽 vW • • 硫氰酸鈉鹽 VW • • 硫代硫酸鈉鹽〆7 • • 鎢酸鈉鹽 >/ 參 • 釩酸鈉鹽 >/ • • ------------et--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製符號說明 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 552319 A7 B7 五、發明說明（ο ) V :輕微的 V V:顯著的 7 y 一：嚴重的 •:由於析出，低溶解度，不相容性或者是其他物理上/化學上的考量而未進行測試 *:當被添加到鹼液中去除銹垢時會形成鹼性錳酸鹽應該注意到的是即使是鈉或者是_的陽離子存在於添加劑或者是銹垢去除化合物之中，該去除銹垢的反應主要是靠著陰離子的存在。如果其他因素是相同的話，譬如說溶解度以及相容性，擁有類似的陽離子的化合物就會具有類似的功效。譬如，表2中所描述的硝酸鈉鹽是有效的；因此，硝酸鉀鹽也會具有相當的效果，但是在鹼性混合物中的溶解度是較低的。在許多例子之中，添加劑或者是化合物的陽離子是藉由可利用性(availability)來指示。在表2中的化合物或者是添加劑被運用在4英吋X6 英吋的0.027規格的316不銹鋼平板之上，該不銹鋼是經由如同之前所描述的圖2-5以及表1中的樣本的準備以及處理方式。這些被當作單獨去除銹垢試劑的化合物是被調製成飽和溶液以進行測試，對於最高溶解度的化合物其濃度是重量百分比40%。這些被作爲添加劑的化合物是被調製爲在水溶液具有重量百分比5%並且包含氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物35%，也就是占總40%固體的12.5%。在許多例子中，由已知的參考文獻或者是先前所進行的實驗可以知道添加劑在水中或者是腐鈾鹼性溶液中具有非常有限 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 B7 五、發明說明（J) 的溶解度。該添加劑只佔固體的1%。譬如說在這些具有氯酸鉀鹽，過氯酸鉀鹽以及過錳酸鉀鹽中都有這種情形。所以這些添加劑可以被添加到一有效率的量1%。並且，基於首次的混合或者是隔夜放置，許多被調製並且不會完全溶解的添加劑，譬如說氯化鈉，硝酸鈉鹽，以及硫酸納鹽，就需要進行過濾處理或者是將乾淨的液體傾倒出來以進行測試。特別要注意到的是磷酸雙鈉鹽無法被進行去除銹垢的測試，或許是因爲過量的含水結晶體因而導致無法配置。這些被用來作爲單獨去除銹垢試劑的效果是可以很容易地由視覺上來加以判斷，因爲在最初的深藍色氧化銹垢上使用任何化合物來進行測試都是無效的，包含那些有效的添加劑。這些改善過程的不具有效果是可以藉由後續的硫酸浸泡過程以及再加上硝酸以及氫氟酸的浸泡，就如同在本文之前所描述的圖2-5以及表1中的處理方式，在這些步驟之後最初的銹垢並沒有任何的改變。這些添加劑的效果是與一具有40%氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的水溶液的效果作一比較，其在所選定的狀況中可以展現良好的去除銹垢效果（也就是噴灑流速35mL/min，平板溫度500°F，以及傳動速度lOOf.p.m·) 評估的標準包含被改善氧化物的情形，關於譬如顏色，不透明度(opacity)以及均勻度；在淸洗過程中被改善氧化物的去除難易度，後續的浸酸過程，以及最終被去除銹垢的金屬表面的情形，譬如說顏色，亮度，均勻度以及自 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

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552319 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（4) 由度。可以了解到的是這些標準是隨著程度以及方向上不同而變化’所以就會有一固定的主要元素對於這些具有害處或者是益處的添加劑而言，如同表2中所列的一般。當然，一中性等級代表著與4〇%氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的水溶液的效果相互比較不會有明顯的差異。這些顯示會產生壞處的添加劑一般會抑制去除銹垢反應的完全進行，如同在葡萄糖酸鈉鹽中一般，或者是近乎完全的，如同在醋酸鈉鹽或者是蔗糖中一般。當這三種物質以有機形式存在時，他們會進行一還原反應以防止適當的氧化反應以及銹垢的改善過程。氟化鉀絕對是有害處的，因爲其會造成獨特的，斑點狀的氧化物，其在後續的浸酸處理過程中會造成斑點狀的鈾刻金屬表面。這些殘存的有害添加劑或多或少都會產生不均勻性，或者是抑制改善效果的進行。在許多更明顯的例子中，這種現象會使得許多的銹垢被遺留在金屬上面，即使進行完後續的浸酸處理。在較適當的例子中，這些銹垢是集中在平板上溫度比較低的邊緣，並且顯示了有效溫度範圍的縮減。這些有益的添加劑會造成一均勻較薄的銹垢，主要是顏色較淡的，幾乎是透明的綠金色的改善氧化物，其在後續經過硫酸浸泡之後會產生明亮乾淨的金屬表面。經過比較之後，40%氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的水溶液會產生較爲遲鈍，比較厚的，棕色的氧化物，其需要硫酸以及硝酸/ 氫氟酸混合液的浸酸過程才會產生一完全乾淨的表面。這種益處在具有過錳酸鈉以及過錳酸鉀的組成中特別明顯。 22 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ··裝 .

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 — _ ---------— B7 五、發明說明（^ ) ^ ~ '" 再次參考圖！，根據本發明的錄垢改善系統是如以下所描述：該預熱爐Η以·_ 16 _度以及雜鋼u 速度是經由管線動態操作系統m來控制。生產線的作業貝將參數輸人管__作系統112 +，___ 料’帶狀鋼規格，帶狀鋼厚度，以及其他特殊的處理資訊 ’然後該系統會決定細技術領域中爲人所熟知的傳統方式將要被退火的鋼捲退火的順序。在—給予的速度以及溫度下從退火爐16以及冷卻裝置18中移出後就可以產生金屬帶狀鋼13。該管線動態操作系統112也將許多的參數輸入銹垢改善處理控制器120中，譬如說帶狀鋼的規格，厚度以及材料等等。該纏繞起始時間也被從管線動態操作系統112輸入銹垢改善處理控制器12()中。該溫度感應元件 22以及表面分析儀42也會接資料輸入銹垢改善處理控制器Π0中。其他會將資料輸入銹垢改善處理控制器12〇中的裝置還包含：儲存槽標高感應器(未顯示）；流量控制器 68，70以及72 ;各別噴嘴流量感應器87，88以及89 ;儲存槽溫度感應器57，59以及61。該銹垢改善處理控制器120提供所有的輸出以便於控制所有的銹垢改善過程步驟。這些被控制的步驟包含風扇 20的控制，或者是其他冷卻控制元件的控制使得當帶狀鋼進入銹垢處理區域24(其至少是450°F)中的時候可以達到所需的溫度，被用來傳送性垢改善溶液的容器56 ’ 58以及 60的選擇控制，如同本文以下所述，以及經過儀表閥92 ’ 23 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 552319 A7 B7 五、發明說明（vi ) 94，96以及98的噴嘴28，30，32以及34的控制。由容器56，58以及60所流出的溶液流量是個別地被流量控制儀68，70以及72所監控。因此由容器56，58以及60所流出的溶液流量是可以個別地被控制以及監控。如此使得容器56，58以及60可以以許多種方式被使用。一種方式是容器56，58以及60可以在每一個容器中儲存不同的溶液或者是不同濃度的溶液。另一種方式是容器56，58以及 60可以用來儲存最終被噴灑的各種不同組成的溶液；譬如說，容器56可以用來儲存氫氧化鈉/氫氧化鉀混合物的溶液，容器58可以用來儲存過錳酸鉀的溶液，並且當需要的話可以選擇性地在混合器76中混合以提供一添加組合，並且容器60可以用來儲存水，以便於在混合器76中混合以提供所需的混合溶液濃度。當然，如果只有單一濃度的溶液被使用，那就只需要使用單一容器56，並且當然超過三個以上的容器也可以被使用。該銹垢改善處理控制器120包含一電腦（未顯示），最其中儲存所有用來將溶液噴灑到金屬帶狀鋼上的所有資料，基於金屬的組成，規格，厚度，帶狀鋼速度以及其他相關的參數而不同，譬如說在高溫爐中的時間，其會影響在帶狀鋼表面之上銹垢的改善情形。在這些資料被儲存之後，由管線動態操作系統U2輸出的資料會進入銹垢改善處理控制器120中，該銹垢改善處理控制器12〇會調整風扇 20的速度，以冷卻該帶狀鋼在一溫度，該溫度是高於無水鹽類的熔點以及低於萊頓弗羅斯特效應會產生的溫度，並 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552319 A7 B7 五、發明說明（V ) 且進行銹垢改善過程，如果需要的話，噴嘴28，30，32以及34可以被使用來提供適當的圖形，容器56，58以及60 的選擇可以用來提供被程式化的組成或者是濃度，以及如果需要的話’還有一種新型的帶狀鋼進入冷卻區域18以及噴灑區域24所需的時間。在該銹垢改善步驟平順的完成之後，然後就是選擇性地浸酸過程在酸槽48，50以及/或者 52中。該表面分析儀42持續地對帶狀鋼的表面狀況進行監控。如果說表面的改善落入原先預定的範圍之外，該電腦就會去調整任何的參數將表面的改善拉回原先所預期的〇在操作過程中，備用噴灑噴嘴34以及36的操作只有當：1)該個別噴嘴流量儀87以及88指示出不是流量減少或者是沒有流量到各噴嘴的時候，或者是選擇性地2)當表面分析儀42偵測到在帶狀鋼表面的任何區域缺乏銹垢改善情形時。最主要的偵測系統是個別噴嘴流量儀87以及88 ’並且選擇性地以表面分析儀42作爲後備偵測裝置。當需要時在接收到個別噴嘴流量儀87以及88或者是表面分析儀42所傳出的訊號，銹垢改善處理控制器120就會將個別備用噴灑噴嘴34以及36打開。個別噴嘴流量儀89以及90用來偵測後被噴嘴陣列中個別備用噴灑噴嘴34以及36的流量。當偵測到缺乏流量 SHi何噴嘴的時候，就會產生警告訊號並且傳送到管線動態操作系統U2。 @然本發明經由上述的實施例被詳細的說明，並且儘 25 本氏張尺度賴中國國家標準（CNS)A4規格⑵心挪公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

552319 A7 B7 五、發明說明（4 ) 管這些實施例是說明地如此詳盡，但是本發明的申請專和j 範圍並不侷限於以上所述的實施例。其他的優點或者是調整對於熟悉此技術者都是顯而易知的。因此，本發明就其最廣的解釋並不侷限於實施例中特定的說明，相對的結構或者是說明的範例。據此’在不脫離發明的精神或者是範圍內可以藉由本發明的槪念產生其他的衍生發明。 --------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >11·

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

552319 頜 C8 D8 六、申請專利範圍被放置於該帶狀鋼之每一邊上。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 7·如申請專利範圍第1項的系統，其中提供〜酸浸泡配置。 8·如申請專利範圍第5項的系統，其中更進〜步的特徵爲一表面覆蓋分析儀相鄰於該至少一噴嘴。 9·如申請專利範圍第1項的系統，其中具有〜速度偵測^&用來偵測該金屬物體的速度’並且控制裝置是相對應於該金屬物體所被偵測到的速度被用來改變該腐纟虫水溶液的流量。 10·—種在金屬物體表面上處理銹垢的方法，其包括以下的步驟： a) 提供一具有銹垢在其上的金屬物體； b) 提供一包括鹼金族金屬氫氧化物或者是該鹼金族金屬氫氧化物的混合物的水溶液；線一 c) 控制該金屬物體表面的溫度高於在無水狀態下該鹼金族金屬氫氧化物的熔點並且進行改善過程，以及低於萊頓弗羅斯特效應會產生的溫度；及 < d) 之後在金屬物體表面上噴灑該溶液。 11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該溶液包含氫氧化鈉或者是氫氧化鉀或者是其混合物。 12. 如申請專利範圍第10項的方法，其中被噴灑該溶液之後，該金屬物體被浸泡酸液。 13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該溶液的濃度爲介於15重量％以及65重量％固體之間。 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 552319 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 14. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該溶液的濃度爲介於35重量％以及45重量％固體之間。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 15. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該溶液的度爲40重量％固體。 16. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該金屬物體表面的溫度至少是450°F，並且不超過700°F，如接觸熱電偶所量側。 17. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該金屬物體表面的溫度至少是450°F，並且不超過600°F，如接觸熱電偶所量側。 18. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該金屬物體是一不銹帶狀鋼帶狀鋼。 19. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該溶液包含一有效量的添加劑，該添加劑是選自於由鹼金族金屬碳酸鹽，鹼金族金屬氯化鹽，鹼金族金屬硝酸鹽，鹼金族金屬過錳酸鹽以及其混合物所組成的族群。 20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中添加劑是一鹼金族金屬過錳酸鹽。 21. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該水溶液包含一氫氧化鈉以及氫氧化鉀的混合物。 22. 如申請專利範圍第10項的方法，其中在金屬物體_ 表面噴灑該溶液之步驟在氧化氣壓下執行。 23. 如申請專利範圍第4項的系統，其中： a)該金屬具有一組成及尺寸；而且本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 552319 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 b)控制裝置流量控制元件控制該流量對應出在族群中至少有一種包含該金屬物體之組成及尺寸。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 24. 如申請專利範圍第9項的系統，其中： a) 該金屬具有一組成及尺寸；而且 b) 操縱機構流量控制裝置控制該流量反應出在族群中至少有一種包含該金屬物體之組成及尺寸。 25. —種改善在具有一表面溫度之金屬表面上之銹垢的系統，其中一驅動裝置移動金屬物體首先通過一加熱裝置以及一冷卻裝置，然後通過至少一個用來噴灑腐蝕性水溶液液滴的噴嘴，該溶液包括至少一具有熔點的鹽類並包含於至少一個第一儲存容器中，其中的改良包括：一具有第二液體溶液之第二儲存容器並與該至少一噴嘴相流通，其中該至少一噴嘴用來噴灑該腐蝕性水溶液及該第二水溶液之處理混合物的霧狀噴霧，因此導致此處理混合物與金屬物體表面接合，該處理混合物具有腐蝕性水溶液的濃度及第二溶液的濃度；一控制裝置和該至少一個噴嘴連接，此控制裝置被安裝經由該至少一個噴嘴來控制該處理混合物的流動速率，就像連接在該金屬物體表面之霧狀噴霧} 一溫度感應元件連接於該控制裝置並且以感應該金屬物體之表面溫度在金屬物體通過該至少一個噴嘴之前；其中的控制裝置被安裝來主導對溫度感應元件有反應的冷卻裝置，在金屬物體表面與該霧狀處理噴霧連接到一該鹽類熔點以上之溫度以及低於萊頓弗羅斯特效應出現在 4 ^紙張尺是適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)' A8B8C8D8 552319 六、申請專利範圍該金屬物體表面的溫度以前，使該金屬物體的表面溫度下降。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 26. 如申請專利範圍第25項的系統，其中霧化處理混合物噴霧在氧化氣氛中與金屬物體相連接。 27. 如申請專利範圍第26項的系統，其更進一步包括一表面分析儀與該控制裝置相連結且在該金屬物體表面被該霧狀處理噴霧連接之後，用來測量該表面的改善程度，其中該控制裝置更進一步被安裝來控制經由至少一噴嘴相對應於表面改善程度（由表面分析儀所量測）的該處理混合物之流速。 28. 如申請專利範圍第27項的系統，其更進一步的包括一速度偵測器與該控制裝置連接，用以量測該金屬物體表面通過該至少一噴嘴的速率，其中該控制裝置更進一步被安裝來控制該處理混合物相對應於該速度偵測器流經該至少一噴嘴的流速。 29. 如申請專利範圍第25項的系統，其更進一步的包含· > 一具有至少一噴嘴連續流動監視器，其被安裝來監視其處理混合物通過該噴流量，該監視器與該控制裝置相連接；並且與該控制裝置相連接之至少一第二噴嘴及該第一和第二的儲存容器以及用來噴灑該腐蝕性水溶液的處理混合物之物狀噴霧，和該第二水溶液因此導致處理混合物與金屬物體表面相連接= 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 552319 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍其中該控制裝置相對應於該流動監視器以運作該第二噴嘴。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 30.如申請專利範圍第29項的系統，其中該控制裝置更進一步被安裝來運作該第二噴嘴相對應於由表面分析儀測得的表面改善程度。 31·如申請專利範圍第5項的系統，其更進一步包含一與控制裝置相連接的表面狀況分析儀以及用來量測該金屬帶狀鋼在該帶狀鋼被噴灑液滴連接後之表面改善程度，其中其控制裝置更進一步被安裝來控制流經該至少一噴嘴的腐蝕性水溶液之流速相對應於由表面分析儀所測出的表面改善程度。 32. 如申請專利範圍第10項的方法，其更進一步的包含的步驟： a) 提供該金屬物體的組成及尺寸；且線一 b) 控制噴灑在該金屬物體表面的溶液之量；其中控制噴灑溶液之量之步驟是相對應於該金屬物體之至少一種組成及尺寸。 - 33. 如申請專利範圍第32項的方法，其更進一步包含步驟爲分析該被噴灑的金屬物體表面以量測表面銹垢的改善程度；其中控制噴灑溶液之量更進一步相對應於分析該被噴灑之金屬物體表面的步驟。 34. 如申請專利範圍第1項的系統，其更進一步的包含一加熱裝置，在該金屬物體通過該溫度感應裝置，以達到高於其水溶液組成的熔點之前，將金屬物體表面加熱。 6 一 t @ @ (CNS)A4^(210 X 297 "A 552319 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 35. 如申請專利範圍第25項的系統，其中該金屬物體具有一組成，且其中之控制裝置更進一步被安裝來改變該第一腐蝕性水溶液的濃度以及改變該處理混合物（相對應於該金屬物體之組成）中的第二水溶液之濃度。 36. 如申請專利範圍第27項的系統，其中該金屬物體具有一組成及尺寸，且其中之控制裝置更進一步被安裝來改變該第一腐蝕性水溶液的濃度以及改變該處理混合物(相對應於至少包含該金屬物體之組成的群組之一）中的第二水溶液之濃度，該金屬物體的尺寸，以及由表面分析儀所測出的表面改善程度。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)