WO1999024643A1

WO1999024643A1 - Procede de mesurage de la concentration en acides, et procede et appareil de controle automatique

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Publication number: WO1999024643A1
Application number: PCT/JP1998/004994
Authority: WO
Inventors: Toshihiko Nonaka; Takeo Kataoka; Kazuto Esaki
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 1999-05-20
Also published as: US6650119B2; US20020130666A1; JP3374844B2; CN1280633A; US6396280B1; KR20010031729A; KR100363929B1; CN1203213C; CA2308777C; CA2308777A1

Description

酸濃度測定および自動制御方法と装置技術分野

本発明は、鋼材等の連続酸洗設備における酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定することができる酸濃度測定装置および酸濃度測定明

方法と、この酸濃度測定装置を用いて酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を自動制御する酸濃度自動制御装置、例えば、田下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を、上流側に隣接して配置された酸洗槽へ順次オーバ一フ口一させる型の連続酸洗設備に用いるのに好適な酸濃度自動制御装置および酸濃度自動制御方法とに関する

景技術

酸洗とは、例えば、冷延鋼板、冷延鋼板の圧延素材となる熱延鋼板または最終成品である熱延鋼板等といつた処理鋼板の表面に存在する酸化スケールを、処理鋼板を塩酸や硫酸等の酸洗液に浸漬すること、あるいは処理鋼板の表面に酸洗液を噴霧することによって、除去する処理をいう。この酸洗は、例えば、処理鋼板を、酸洗液を収容する酸洗槽を通板方向へ複数並列した状態で備える連続酸洗設備に、連続して通過させることにより、行われる。この連続酸洗設備を用いた酸洗では、各酸洗槽とりわけ最終酸洗槽における酸濃度が、酸化スケールの除去効率に大きく影響する。このため、この連続酸洗設備を用いた酸洗には、酸濃度を正確に制御することが要求される。

従来より、鋼帯の連続酸洗設備では、卓上測定器を用いて酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を測定し、この測定結果に基づいて手動で酸液を酸洗槽に供給すること、もしくは、この卓上測定器を連続酸洗設備の酸洗槽に設置して酸濃度を自動測定し、この測定結果に基づいて酸洗槽への酸液の供給量を自動制御することによって、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度測定および酸液供給が行われてきた。

しかし、手動で酸液を酸洗槽に供給すると、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度の変化に的確に対応できない。このため、酸洗液の酸濃度の変動が大きくなり易く、また安全を見込むために酸液の供給量が過剰となり易い。このため、手動で酸液を酸洗槽に供給すると、酸液の原単位が悪化する。

また、卓上測定器を酸洗槽に設置して酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を自動測定するには、滴定式分析計を用いる。この滴定式分析計を用いた測定は、サンプル液、試薬および洗浄液を順番に測定セル内に導入することにより、行われる。このため、測定セル内におけるサンプル液の流れが断続的となるために滞留したサンプル液が配管内で固化して配管が詰まってしまい、測定開始後短時間で測定できなくなつてしまう。

また、この滴定式分析計を用いた測定では微量のサンプル液を配送するため、配管系の微細チューブが詰まつてしまう。詰まり防止のために濾過装置を設けると、切り換え機構を有する複雑な配管系となる。このため、この切り換え機構の切換え回数の増加により、配管の詰まりが誘発される。

また、滴定式分析計は高価である。そのため、サンプル液が複数種存在する場合には、各サンプリング配管を並列で一つの滴定式分析計に接続しておき、各サンプリング配管を切り換えることによって、測定を行う。このため、このサンプリング配管の切り換えによっても、配管の詰まりが頻発する。

さらに、滴定式分析計を用いた測定では、サンプル液導入からデータ出力までの 1 回のサンプリングに約 15分間を要する。このため、サンプリングを複数回行う場合、各データの出力間隔は最低でも 15分毎に 1回程度と、かなり長くなる。このため、連続酸洗設備の酸濃度制御系に滴定式分析計を適用しても、酸洗液の酸濃度測定値を充分に短い測定間隔で出力することは事実上不可能である。このように、滴定式分析計を用いた酸濃度の測定は、薬液による反応時間、および前処理装置による洗浄時の切り換え時間やサンプリング時間が長い。このため、サンプリングタイミングに対する測定タイミングの時間遅れが不可避的に発生する。また、滴定式分析計を用いた酸濃度の測定では、出力データもかなり長い間隔を伴って断続的に出力される。このため、制御の応答性が極めて低い。したがって、滴定式分析計を用いて酸洗液の酸濃度を高精度で制御することは、困難であった。

このように、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度の測定には長時間を要する。このため、特に、各酸洗槽が仕切り板により区画され、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液が上流側の酸洗槽へ順次オーバーフローするとともに、最終酸洗槽に対して酸液を供給する型の連続酸洗設備では、通常、最終酸洗槽の酸濃度だけを測定して酸液の供給量を決定することにより、最終酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度に応じて酸液の供給量を管理していた。

しかし、この型の連続酸洗設備において酸洗液が、鋼帯のスケール層と活発に反応するのは、実際には、最終酸洗槽よりも上流側の酸洗槽である。このため、最終酸洗槽よりも上流側の酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度の変動が大きい場合には、鋼帯にスケール残りが発生する。

鋼帯にスケール残りが発生すると、ライン速度を低下することにより各酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を安定させる必要が生じる。また、スケール残りの発生を防止するために、各酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を通常時よりも高目に管理する必要も生じる。このため、たとえ、酸濃度をリアルタイムで計測して酸液の供給量を制御することができたとしても、酸原単位すなわちコス卜の上昇は避けられない。

そのため、従来より、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を連続的に流しながら測定することができないことを補って酸洗液の酸濃度を高い応答性で迅速に制御するために、様々な提案がなされてきた。

例えば、特公昭 57— 2275号公報には、酸洗液の酸濃度をフィードバック制御したのでは、ゲイン（精度）を大きくするとハッチングし、また小さくすると検出器の精度が低下して使用できないことから、フィードバック制御に替えて、液温度、酸濃度、酸反応時間および反応表面積の間の関係式を用いたフィードフォヮ ― ド制御を行うことによって、酸洗液の酸濃度の制御の応答性を改善する発明が開示されている。

また、特開平 6 - 126322号公報には、噴流酸洗設備において、最上流の循環タンクに収容された酸洗液の酸濃度を調整するとともにそのときの投入酸量に対応する量の酸液を一つ下流の循環タンクに供給し、このような酸濃度調整および酸供給を下流の循環タンクに対して順次行っていくことにより、各循環タンクにそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を制御する発明が開示されている。

また、特開平 9— 125270号公報には、酸洗槽に循環タンクを配管を介して接続して酸洗液を循環させておき、この配管の一部で酸洗液を取り出し、取り出した酸洗液の酸濃度を酸濃度分析計により断続的に測定するとともに、循環タンクに収容された酸洗液の液面レベルを測定し、それらの測定値が目標値を外れる場合に、排酸、給酸そして給水を行う発明が開示されている。

また、特開平 10 - 147895号公報には、各酸洗槽毎に酸洗液の循環装置を個別に有するとともに隣接する酸洗槽間での酸洗液のオーバ一フ口一を伴わない型の連続酸洗設備において、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を制御する方法が開示されている。

さらに、特開平 7— 54175 号公報には、連続酸洗設備を用いた酸洗の前後における処理鋼板の板厚差から酸洗減量を求め、求めた酸洗減量に基づいて酸供給量および酸濃度を制御する方法が開示されている。

しかし、特公昭 57— 2275号公報により開示された発明において必要となる酸濃度の測定は、酸洗液を連続的に流しながら行うものではない。このため、この発明によっても酸濃度を高精度で制御することはできない。また、この発明の実施に際し、酸濃度を長時間測定すると、サンプリング配管において酸による詰まりが発生し、測定器の稼働率を低下させてしまう。

また、特開平 6— 126322号公報により開示された発明により酸濃度を連続的に制御するには、最終循環タンクに収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定する必要がある。しかし、前述したように、酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定することは不可能である。このため、この発明によっても、酸洗液の酸濃度を高精度で制御することはできない。

また、特開平 9 一 125270号公報により開示された発明において用いる酸濃度分析計は、酸洗液の戻り配管から分岐した枝管に開閉弁を介して設置されている。このことから、この酸濃度分析計は、前述した滴定式分析計と同種のものであることがわかる。このため、この発明においても、酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定することはできない。このため、この発明によっても酸洗液の酸濃度を高精度で制御することは困難である。さらに、この発明では、給水を行うと廃酸の酸濃度が低下する。このため、この発明によると、廃酸の回収時に酸原単位が悪化する。

また、特開平 10— 147895号公報により開示された型の連続酸洗設備では、各酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を独立して制御することができるため、高精度で酸洗液の酸濃度を制御することが可能である。しかし、この提案にかかる制御を、何らの設備改造を伴うことなく、隣接する酸洗槽間で酸洗液のォーバーフローが発生する型の連続酸洗設備に適用することはできない。つまり、特開平 10 - 147895号公報に開示された方法を、隣接する酸洗槽間で酸洗液のオーバ —フローが発生する型の連続酸洗設備に対して適用するには、酸液の循環タンク、循環ポンプ、廃酸 ·給酸配管等を各酸洗槽毎に設置する必要がある。このため、相当な設備投資や設置スペースが必要となり、この発明を実施することは現実には極めて難しい。

さらに、酸洗でのスケールロスはスケール厚によっても変動し、このスケール厚は例えば熱間圧延時の巻取温度によって変動する。このため、特開平 7— 5417 5 号公報により開示された発明では、酸洗液の酸濃度の変化量と酸洗ロス量とは必ずしも等しくならない。このため、酸洗液の酸濃度の変化量と酸洗ロス量との間に偏差が発生した分だけ、酸洗液の酸濃度の制御精度が低下してしまう。

このように、従来の技術には、そのいずれにも、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定することができないという、共通かつ致命的な課題があった。このため、酸液の供給量を手動で制御する場合のみならず、自動で制御する場合においても、酸洗液の酸濃度の制御の応答遅れや精度低下を甘受しなければならなかつた。

なお、米国特許第 5175502 号には、酸洗槽から取り出された酸洗液を水で希釈して酸洗液の詰まりを防止しながら、希釈した酸洗液の密度、導電率および温度に基づいて酸洗液の酸濃度を測定する発明が提案されている。しかし、この発明では酸洗液を水で希釈するため、測定後の酸洗液は廃液となってしまう。このため、この発明では測定コストが嵩んでしまう。発明の開示

本発明の目的は、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定することができる酸濃度測定装置および酸濃度測定方法と、この酸濃度測定装置を用いて連続酸洗設備を構成する酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を、充分に短い測定間隔でかつ高精度で自動制御することができる酸濃度自動制御装置および酸濃度自動制御方法とを提供することである。

具体的には、本発明の目的は、酸洗槽において酸洗液のサンプル液を充分に短い測定間隔で常時測定することによって、非測定時間を短縮しながら、酸洗液の酸濃度の変動および偏析を実質上連続かつ的確に測定でき、さらに酸洗液のサンプリング方法も単純であるとともにメンテナンス性にも優れた酸濃度測定装置および酸濃度測定方法と、この酸濃度測定装置を用いて連続酸洗設備を構成する酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を、実質上連続的かつ高精度で自動制御することができる酸濃度自動制御装置および酸濃度自動制御方法とを提供することである。

さらに具体的には、本発明の目的は、上記の酸濃度測定装置を用いて、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバーフローさせる型の連続酸洗設備における酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定し、この測定結果を酸液の供給量にフィ一ドバックさせることにより、各酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を適正に保つことができるとともに酸洗液の原単位を改善することができる酸濃度自動制御装置および酸濃度自動制御方法を提供することである。

本発明者らは、かかる目的を達成するために種々検討を重ねた。そして、酸洗槽に収容された酸洗液を連続的に流しておき、連続的に流れるこの酸洗液の酸濃度をその場で測定することに着目した。従来は、このように酸洗液を連続的に流そうとしても、流速が低下する部分が必ず発生し、この流速が低下する部分で酸洗液が短時間で詰まってしまうと考えられていた。したがって、これまでは、このようにして連続的に流れる酸洗液の酸濃度をその場で測定することは、検討すら订われなカヽった。その結果、本発明者らは、連続的に流れる酸洗液の酸濃度以外の物性値を常時測定することができる測定装置を酸洗液の流路に配置し、この測定装置から出力される測定データに基づいて演算を行うことによって、酸洗液の詰まりを事実上解消しながら、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で実質上連続的かつ正確に求めることができることを知見した。

また、本発明者らは、このようにして求めた酸濃度の演算値に基づいて、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を、フィードバック制御すること、またはフィ一ドバック制御およびフィードフォワード制御することにより、絶えず変動する酸濃度に迅速かつ的確に対応でき、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を高精度で制御できることを知見した。

さらに、本発明者らは、酸液を供給される酸洗槽と、この酸液を供給される酸洗槽以外の少なくとも一つの酸洗槽とのそれぞれにおける酸洗液の演算値に基づいて、酸液を供給される酸洗槽の酸濃度をフィ一ドバック制御することにより、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバ一フローさせる型の連続酸洗設備に関しても、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を高精度で制御できることを知見した。

本発明者らは、これらの知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、酸洗槽に接続され、該酸洗槽から取り出された酸洗液の流路の一部に設けられた本体と、この本体の内部を流れる前記の酸洗液の密度を測定する密度計と、流路または酸洗槽における酸洗液の温度を測定する温度計と、流路または酸洗槽における酸洗液の導電率を測定する導電率計と、密度計、温度計および導電率計それぞれの測定結果に基づいて流路の一部を流れる酸洗液の酸濃度を演算する演算装置とを組み合わせて備えることを特徴とする酸濃度測定装置である。以下、「第 1発明」という。

上記の第 1発明では、温度計および導電率計の一方または双方が本体に設置されることが、望ましい。

この第 1発明にかかる酸濃度測定装置では、密度計が少なくとも二つの検出部を有する差圧センサ一方式の密度計であることが、望ましい。この場合、二つの検出部は、本体における流路の形成方向について少なくとも 500mm 離間して設置されることが、所望の測定精度を維持するために望ましい。

また、第 1発明にかかる酸濃度測定装置では、温度計および導電率計が、ともに、本体における流路の出側に設けられることが、所望の測定精度を維持するために望ましい。

また、これらの第 1発明にかかる酸濃度測定装置では、本体における流路をできるだけ直線状に形成して部分的な流速低下部を発生させないようにし、または、流路のうちで流速が低下して酸洗液が詰まり易い部分には、酸洗液の滞留を抑制することによる詰まり防止機構を設けておくことが、酸洗液による詰まりを防止するために望ましい。

別の観点からは、本発明は、酸洗槽に接続され、酸洗槽から取り出された酸洗液の流路の一部に設けられた酸濃度測定装置本体の内部を連続して流れる前記の酸洗液の密度を測定するとともに、流路または酸洗槽における酸洗液の温度および導電率を測定し、密度、温度および導電率それぞれの測定結果に基づいて流路の一部を流れる酸洗液の酸濃度を演算することを特徴とする酸濃度測定方法である。以下、「第 2発明」という。

別の観点からは、本発明は、連続酸洗設備を構成する複数の酸洗槽のうちで、酸液を供給される酸洗槽に設置された第 1発明にかかる酸濃度測定装置と、この酸濃度測定装置により得られる酸濃度の演算値に基づいて、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を調整するフィ一ドバック制御手段とを組み合わせて備えることを特徴とする酸濃度自動制御装置である。以下、「第 3発明」という。

別の観点からは、本発明は、連続酸洗設備を構成する複数の酸洗槽のうちで、酸液を供給される酸洗槽と、酸液を供給される酸洗槽以外の少なくとも一つの酸洗槽とに設置された第 1発明にかかる酸濃度測定装置と、複数の酸濃度測定装置のそれぞれにより得られる酸濃度の演算値に基づいて、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を調整するフィ一ドバック制御手段とを組み合わせて備えることを特徴とする酸濃度自動制御装置である。以下、「第 4発明」といラ上記の第 3発明または第 4発明にかかる酸濃度自動制御装置では、さらに、酸濃度測定装置により得られる酸濃度の演算値に基づいて、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を調整するフイードフォヮ一ド制御手段を備えることが、制御の応答性をさらに高めるためには望ましい。以下、「第 5発明」という。

これらの第 1発明〜第 5発明にかかる酸濃度測定装置、酸濃度測定方法または酸濃度自動制御装置の制御対象としての酸洗槽は、浸漬方式ばかりでなく、噴霧方式であつてもよい。

また、第 3発明〜第 5発明の酸濃度自動制御装置では、酸液を供給される酸洗槽が最終酸洗槽であることが例示される。

さらに、第 3発明〜第 5発明の酸濃度自動制御装置が適用される連続酸洗設備は、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバ —フローさせる型の連続酸洗設備であることが、例示される。

さらに、別の観点からは、本発明は、連続酸洗設備を構成する複数の酸洗槽のうちで、少なくとも、酸液を供給される酸洗槽に、第 1発明にかかる酸濃度測定装置を設置し、この酸濃度測定装置により得られる酸濃度の演算値に基づいて、フィ一ドバック制御またはフィ一ドバック制御とフィードフォヮ一ド制御との組合せを行うことにより、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を調整することを特徴とする酸濃度自動制御方法である。以下、「第 6発明」という

第 1発明にかかる酸濃度測定装置または第 2発明にかかる酸濃度測定方法によれば、酸洗液の密度、温度および導電率を充分に短い測定間隔で測定することができ、これにより、酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で実質上連続的に長時間測定することができる。また、酸洗液を流す流路内に酸洗液が詰まらない構造としてあるため、メンテナンス性も向上する。したがって、本発明にかかる酸濃度測定装置によれば、長時間にわたって測定が可能となる。

また、この酸濃度測定装置を用いた第 3発明〜第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置または第 6発明にかかる酸濃度自動制御方法によれば、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を、高精度かつ安定的に制御することができる。これにより、酸原単位が向上する。

特に、第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、第 1発明にかかる酸濃度測定装置を用いて行う酸濃度の連続測定と、酸濃度のフィ一ドバック制御とを組み合わせることを基本とし、さらに酸濃度のフィードフォヮ一ド制御を重ね合わせる。このため、第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度の制御精度およびレスポンスをいずれも著しく向上することができる。

さらに、第 3発明〜第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、第 1発明にかかる酸濃度測定装置を用いて、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバーフローさせる型の連続酸洗設備における酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を充分に短い測定間隔で測定し、この測定結果を酸液の供給量にフィードバックする。このため、各酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を適正に保つことができるとともに酸洗液の原単位を低減することもできる。図面の簡単な説明

図 1 は、第 1実施形態の酸濃度連続測定装置の内部構造を示す説明図である。図 2 は、密度計の設置部近傍を拡大して示す断面図である。

図 3 は、第 1実施形態の酸濃度自動制御装置を連続酸洗設備へ適用した場合の制御系の一例を模式的に示す説明図である。

図 4 は、本発明にかかる酸濃度自動制御装置を適用された最終酸洗槽の概略を示す説明図である。

図 5 (a) 、図 5 (b) は、それぞれ、塩酸濃度、塩化鉄濃度の調整値、 B ₂ とそれぞれの計算値 d 、 C 2 との関係を示す検量線のグラフである。

図 6 は、密度計、温度計および導電率計により得られた測定値の処理の概要を示す説明図である。

図 7 (a) は、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバ一フローさせる型の連続酸洗設備の説明図であり、図 7 (b) は、第 2 実施形態の酸濃度自動制御装置をこの連続酸洗設備に適用した状況を示す説明図である。

図 8 は、 DDC 装置における酸液の供給量の決定演算の流れを示すフ口一図である。

図 9 は、第 1発明にかかる第 3実施形態の酸濃度連続測定装置の内部構造を示す説明図である。

図 10 (a) 、図 10 (b) は、本実施例および従来例のそれぞれについて、最終酸洗槽における酸濃度 Dの経時的な変化を比較して示すグラフである。

図 11は、本実施例および従来例のそれぞれの酸原単位 Eを示すグラフである。図 12は、実施例 2 における測定結果を示すグラフであり、図 12 (a) は、手動で第 5槽 21 e の酸濃度 Fを測定した場合を示し、図 12 (b) は、第 5槽 21 e からの酸濃度の測定値に基づいてフィードバック制御を行った場合を示し、さらに、図 12 (c) は、第 5槽 21 e および第 4槽 21 d それぞれからの酸濃度の測定値に基づいてフィードバック制御を行った場合を示す。

各図において、符号 1 は酸濃度連続測定装置を、符号 2 は循環流路を、符号 3 は酸濃度連続測定装置本体を、符号 4 は密度計を、符号 4 - 1 、 4 - 2 は検出部を、符号 5 は温度計を、符号 6 は導電率計を、符号 11は酸洗槽を、符号 13はボンプを、符号 14は演算装置を、それぞれ示す。発明の詳細な説明

〔第 1実施形態〕

次に、酸洗液として塩酸を使うとともに最終酸洗槽に酸液を供給する場合を例にとつて、第 1発明〜第 3発明、第 5発明および第 6発明にかかる酸濃度測定装置、酸濃度測定方法、酸濃度自動制御装置および酸濃度自動制御方法の一実施形態を詳細に説明する。なお、以降の説明では、第 1発明〜第 3発明にかかる酸濃度測定装置および酸濃度測定方法が、それぞれ、酸濃度を実質上連続的に測定する酸濃度連続測定装置および酸濃度連続測定方法である場合を例をとる。

(酸濃度連続測定装置）まず、第 1発明にかかる本実施形態の酸濃度連続測定装置を説明する。図 1 は、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 の内部構造を示す説明図である。図 1 中の破線矢印は酸洗液の流れを示す。また、図 2 は、密度計 4の設置部近傍を抽出して示す断面図である。

図 1 に示すように、この酸濃度連続測定装置 1 は、ポンプ 13により酸洗槽 1 1から圧送された酸洗液を連続的に一方向へ流す循環流路 2の一部を内蔵する筒状の酸濃度連続測定装置本体 3 と、循環流路 2の一部である酸濃度連続測定装置本体 3の内部を流れる酸洗液を実質上連続的に測定する密度計 4、温度計 5および導電率計 6 とを備える。

本実施形態における酸濃度連続測定装置本体 3 は、筒型状のものである。酸濃度連続測定装置本体 3 は、サンプル液である酸洗液を酸洗槽 1 1から連続的に流すことができる構造であればよく、特定の構造には限定されない。

酸濃度連続測定装置本体 3の材質は、酸洗液に浸食されない程度の耐酸性を有するものであればよく、本実施形態ではポリプロピレン製とした。また、酸濃度連続測定装置本体 3の内部に形成される循環流路 2の一部は、できるだけエルボ等の流速低下部が少なく、ストレート状に形成してある。これにより、酸濃度連続測定装置本体 3の内部において、酸洗液の流速が低下することによる詰まりの発生が可及的に抑制される。なお、本実施形態では、循環流路 2 は酸洗槽 1 1から取り出された酸洗液をそのまま流すものであり、酸洗液の希釈は行わない。さらに、循環流路 2の一部を流れる酸洗液の流速は、密度計 4、温度計 5および導電率計 6それぞれの測定精度を維持するために、 2 m/s e c 以下であることが望ましい。本実施形態では、酸洗液の流速は 1 m/s e c に設定した。

また、本実施形態では、密度計 4には、二つの検出部 4 _ 1 、 4 一 2 を有する公知の差圧センサ方式の密度計を用いた。二つの検出部 4 — 1 、 4 - 2 は、所望の密度測定精度を確保するために、循環流路 2の一部の形成方向の距離 d！が少なくとも 500mm となるように離して、酸濃度連続測定装置本体 3の長手方向の略中央の胴部に設置される。

本実施形態では、温度計 5 には公知の白金抵抗体式の温度計を用いた。また、導電率計 6 にも公知の電磁誘導型の導電率計を用いた。温度計 5および導電率計 6 は、ともに、循環流路 2の一部の出側で測定を行うことができるように、酸濃度連続測定装置本体 3の頭部に設置される。

なお、本実施形態では、温度計 5および導電率計 6 は、いずれも、酸濃度連続測定装置本体 3 に設けた。これは、温度計 5および導電率計 6をともに密度計 4 の近傍に配置することにより、測定誤差を可及的に低減するためである。しかし、温度計 5、導電率計 6 は、必ずしも酸濃度連続測定装置本体 3 に設置する必要はない。温度計 5、導電率計 6を、酸洗槽 11の内部または、酸洗槽 11と酸濃度連続測定装置本体 3 との間の循環流路 2等に設置して、循環する酸洗液の温度、導電率を測定することとしてもよい。この場合、密度計 4の設置部近傍における温度、導電率の値と、温度計 5、導電率計 6の設置部における測定データとの偏差を予め求めておき、これらの偏差を用いて温度計 5、導電率計 6の設置部における測定データを補正すればよい。これにより、温度計 5および導電率計 6を密度計 4の近傍に配置しなくとも、測定誤差が可及的に低減される。

この酸濃度連続測定装置 1 は、後述する図 4 に示すように、本実施形態では、酸洗槽 11の外壁面近傍に設置される。そして、酸濃度連続測定装置 1 は、酸洗槽 11の近傍に設置されたポンプ 13により、酸洗槽 11に収容された酸洗液を一方向へ流す。これにより、酸濃度連続測定装置 1 は、酸洗液の密度、温度および導電率をいずれも充分に短い測定間隔で測定することが可能である。

図 2 に示すように、酸濃度連続測定装置 1 には、密度計 4の二つの検出部 4 一 1 、 4 一 2 へ酸洗液を導く分流部 8が不可避的に形成される。この分流部 8 は、循環流路 2の一部を構成するものの、酸洗液の流速が低下して塩化鉄結晶 7が堆積して詰まり易い部分である。そこで、本実施形態では、詰まり防止機構として、パージ管 9を分流部 8 に設置してある。酸洗液が、パージ管 9を介して分流部 8へ向けて噴出される。これにより、分流部 8 における酸洗液の滞留が抑制され、酸洗液の詰まりが確実に防止される。

このように、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1で用いる密度計 4、温度計 5 および導電率計 6には、いずれも、高い使用実績を有する公知の工業計器が使用される。このため、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 は、極めて高い精度で正確に、酸洗液の密度、温度および導電率を測定することができる。また、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 には、密度計 4 により測定された密度と、温度計 5 により測定された温度と、導電率計 6により測定された導電率とに基づいて、酸洗液の酸濃度を演算する演算装置 14が設置される。この演算装置 14により酸洗液の酸濃度が演算される。演算装置 14による酸濃度の演算内容は、図 3および図 4を参照しながら後述する。

また、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 の酸濃度連続測定装置本体 3 は、前述したように、筒型状単管式である。このため、以下に列記する効果（i ) 〜（v i i ) が奏せられる。

( i ) 循環流路 2の各部の形状をできるだけ直線状とし、またパージ管 9を分流部 8に設ける。このため、循環流路 2内、特に密度計 4、温度計 5および導電率計

6のそれぞれの近傍における酸洗液の滞留が防止され、酸洗液を連続的に流すことができる。

( i i)酸洗液は、循環流路 2内を連続的に流れる。このため、循環流路 2内における酸洗液の偏折が防止され、別々に採取した複数種の酸洗液をも同一条件で正確に測定することができる。

( i i i ) ポンプ 13により酸洗液を常時流すとともに、流速低下部をできるだけ少なくした循環流路 2の分流部 8 にパージ管 9を設置する。このため、酸濃度連続測定装置本体 3のメンテナンス性および内部洗浄性がいずれも著しく向上する。したがって、酸洗液の詰まりを解消しながら測定を行うことができる。

( iv)酸洗液の密度、温度および導電率をいずれも測定するため、酸洗液の酸濃度を測定することができる。これにより、この酸濃度連続測定装置 1 を、例えば連続酸洗設備の最終酸洗槽 l id の酸濃度を調整するフィードバック制御、または、フィードバック制御およびフィードフォヮ一ド制御と組合せることにより、最終酸洗槽 l id に収容された酸洗液の酸濃度を実質上連続的かつ高精度で自動制御することが可能となる。

(v) 酸濃度連続測定装置 1 は、図 1 に示すように、極めて簡単な外部形状を有する。このため、例えば連続酸洗設備等への設置の自由度が高い。

(v i )酸濃度連続測定装置 1 の内部は、図 1 に示すように、簡単な内部構造を有する。このため、循環流路 2を流れる酸洗液の流速を、密度計 4、温度計 5および導電率計 6の測定精度の観点から望ましい流速である 2m/sec 以下に、容易に設定 · 管理することができる。したがって、酸濃度連続測定装置 1 は、測定精度の維持が容易である。

(vii) 酸濃度連続測定装置 1は簡単な構造であるため、酸洗槽 11の近傍に容易に設置することができる。このため、酸洗槽 11から酸洗液を分流させる循環流路 2 を構成する配管の長さを可及的に短くすることができる。これにより、酸洗液が酸洗槽 11を出てから酸濃度連続測定装置 1に到達して測定されるまでの間のタイムラグを可及的に短縮することができる。このため、酸濃度連続測定装置 1 は、制御精度の低下を抑制できる。

(酸濃度自動制御装置）

次に、第 3発明にかかる本実施形態の酸濃度自動制御装置を説明する。図 3は、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10を連続酸洗設備 12へ適用した場合の制御系の一例を模式的に示す説明図である。また、図 4は、本発明にかかる酸濃度自動制御装置 10を適用された最終酸洗槽 lid の概略を示す説明図である。

この連続酸洗設備 12では、酸洗槽を連続して 4槽設けてある。第 4槽 lid が最終酸洗槽である。第 4槽 lid より上流側に第 3槽 11c 、第 2槽 lib そして第 1槽 11a が順次設けられている。酸洗処理される鋼帯（本例では熱延鋼帯）は、図示していないが、図面向かって右側から左側へ搬送される。これにより、鋼帯は、各槽 11a 〜lld に順次浸潰されながら酸洗される。なお、図 3および図 4の説明では、第 1槽 11a に付帯する設備には符号 aを付し、以下、第 2槽 lib には符号 bを、第 3槽 11a には符号 cを、第 4槽 lid には符号 dをそれぞれ付してある。この連続酸洗設備 12の各酸洗槽 11a ~lld には、各酸洗槽 11a ~lld それぞれにおいて酸洗液の密度、温度および導電率を実質上連続的に測定するために、ポンプ 13a 〜13d を介して、前述した本実施形態の酸濃度連続測定装置 la~ldが接続される。酸洗液は、ポンプ 13a 〜13d により各酸洗槽 11a ~lld から循環流路 2a~2dを介して圧送される。圧送された酸洗液は、酸濃度連続測定装置 la~ldの内部に形成された循環流路 2a~2dの一部を流れ、各酸洗槽 11a 〜lld へ戻される。循環する酸洗液は、酸濃度連続測定装置 la〜ldの内部に形成された循環流路 2a ~2dの一部を流れる間に、密度計 4a~4d、温度計 5a~5dおよび導電率計 6a~6dにより、密度、温度および導電率がそれぞれ実質上連続的に測定される。

なお、図 3および図 4に示すように、循環流路 2a〜2dには、詰まり防止のための濾過装置は設けていない。本実施形態の酸濃度連続測定装置 1では、循環流路 2a〜2dに詰まり防止のために濾過装置を設けなくとも、酸洗液の滞留に起因した詰まりは発生しない。したがって、詰まり防止のために濾過装置を循環流路 2に設けると、却って、この濾過装置において詰まりが発生するおそれがある。

酸濃度連続測定装置 la〜ldは、演算装置である DDC (直接デジタル制御）装置 14 に接続される。この DDC 装置 14からの制御信号が、最終酸洗槽 lid への酸液（塩酸）の供給量を調整する弁機構 15の開閉信号として送られる。

このように、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10は、酸液の供給を最終酸洗槽である第 4槽 lid だけに対して行い、第 1槽 11a 〜第 3槽 11c への酸液の供給は行わない。ただし、第 4槽 lid から第 3槽 11c へ、第 3槽 11c から第 2槽 lib へ、第 2槽 lib から第 1槽 11a へ、それぞれ酸洗液がオーバ一フローする。このため、最終酸洗槽である第 4槽 lid 以外の各酸洗槽 11a〜llc にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度は、上昇および低下を繰り返しながらも、略一定に保たれる。この本実施形態の酸濃度自動制御装置 10では、酸濃度連続測定装置 la~ Idにより充分に短い測定間隔で得られた密度、温度および導電率のそれぞれの測定値は、信号データとして DDC 装置 14へ送られる。 DDC 装置 14は、送られたデータのうちで最終酸洗槽 lid のデータに基づいて、後述するようにして、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度を演算する。

なお、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10では、最終酸洗槽 lid 以外の酸洗槽 11a〜llc から得られたデータは、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度を調整するフィードフォヮ一ド制御を行うために用いられる。このフィードフォワード制御については後述する。

DDC 装置 14は、演算された最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度と、予め決められた酸濃度の目標値とを比較する。そして、 DDC 装置 14は、両者の偏差をゼロとするべく、最終酸洗槽 lid への酸液の供給量を演算する。演算された酸液の供給量は、 DDC 装置 14から、給酸量制御信号として弁機構 15の開閉機構へ送られる。これにより、弁機構 15の開閉が制御され、最終酸洗槽 lid への酸液の供給量が変更される。このようにして、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度がフィ一ドバック制御される。

すなわち、図 4 において、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10は、最終酸洗槽 lid と、最終酸洗槽 lid への酸液供給系 15と、演算器（データ処理用コンビユー夕） 14 を有する酸濃度連続測定装置 Idとから構成される。そして、最終酸洗槽 11 d に収容された酸洗液の酸濃度は、酸濃度連続測定装置 Idによって測定される酸洗液の密度、温度および導電率のデータに基づいて、演算器 14によって算出される。なお、図 4 における廃酸タンク 16は、第 1酸洗槽 11a からオーバーフローする廃酸を処理するタンクであり、第 1酸洗槽 11a に接続されている。

図 5 (a) 、図 5 (b) は、それぞれ、塩酸濃度、塩化鉄濃度の調整値 B i 、 B ₂ とそれぞれの計算値 C , 、 C 2 との関係を示す検量線のグラフである。検量線のグラフを予め作成しておくことにより、塩酸濃度、塩化鉄濃度の調整値、 B ₂ を容易に求めることができる。

図 6 は、密度計 4d、温度計 5dおよび導電率計 6dにより得られた測定値の処理の概要を示す説明図である。同図に示すように、密度計 4d、温度計 5dおよび導電率計 6dの測定結果は、図 4 におけるアンプ盤（変換盤） 18を介してアナログ信号に変換された後、演算機 14へ入力される。

演算機 14により塩酸濃度および塩化鉄濃度が演算される際の算出式は、例えば、次の通りである。

S A= S - a (T一 25) · · · ①

DA = D + b (T -25) · . . ② 塩酸濃度 = c ( d { e - S A + f - S A (D A - l ) }

— g {h ' S A + i ' S A (D A _ l ) } + j ) + k ' . ' ③ 塩化鉄濃度 =m (n - D A - S A) - p · · ·④ ただし、 Sは導電率実測値を、 Tは温度実測値を、 S Aは導電率温度捕正値を、 D Aは密度実測値を、符号 a ~pは定数を、それぞれ示す。

このように充分に短い測定間隔で測定した密度、温度および導電率の値を上記の関係式①〜④に代入することにより、各酸洗槽 11a〜lld の塩化鉄濃度および塩酸濃度がいずれも求められる。本実施形態では、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の測定値から、最終酸洗槽 lid の酸濃度が求められる。

そして、このようにして得られた塩酸濃度と目標とする塩酸濃度との偏差をゼ口とするために、演算機 14から塩酸供給系 15に酸液の供給量を決定する制御信号が出力される。

このようにして、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10では、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の密度、温度および導電率のそれぞれの実測値から酸洗液の酸濃度を求め、求めた酸濃度を目標値に一致させるベく、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度をフィ一ドバック制御する。

すなわち、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10の第 1の特徴は、第 4槽 lid のみに対して行っている酸液の供給量の最適化を図るために、酸濃度連続測定装置 Idと、第 4槽 lid への酸液の供給量のフィ一ドバック制御とを組み合わせて用いる点にある。これにより、酸濃度の測定値、すなわち測定間隔が実質的に零であつて連続した酸濃度の測定値を用いて、最終酸洗槽 lid に対する酸液の供給量をフィードバック制御することができる。このため、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10によれば、酸濃度制御の応答性を顕著に向上することができる。これにより、酸濃度の変動量を小さくできるために、酸濃度の高濃度側へのばらつきを小さく抑制でき、酸原単位の上昇を可及的に抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態の酸濃度自動制御装置 10では、酸濃度制御の応答性をさらに向上させるために、最終酸洗槽 lid 以外の酸洗槽 11a〜llc にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度の測定データを用いて、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度をフィードフォヮード制御する。以下、第 5発明、第 6発明にかかる本実施形態のフイードフォヮ一ド制御について説明する。

図 3において、最終酸洗槽 lid 以外の酸洗槽 11a -lie にそれぞれ設けた酸濃度連続測定装置 la〜lcにより、各酸洗槽 11a〜llc にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度が測定される。酸濃度連続測定装置 la~lcによる測定は、酸濃度連続測定装置 Idによる測定と同じである。

酸濃度連続測定装置 la〜lcによる測定結果に基づいて、酸洗槽 11a〜llc における単位時間当たりの酸消費量の実績値が求められる。そこで、各酸洗槽 11a 〜 11c における単位時間当たりの酸消費量の実績値に基づいて、最終酸洗槽 lid における単位時間当たりの酸消費量を予測する。

すなわち、各酸洗槽 11a 〜lld における単位時間当たりの酸消費量は、ス卜リップ持ち出し量によって急激に変動する。このストリップ持ち出し量は、通板される鋼板の板厚、板幅およびラインスピードに略比例する。このため、酸濃度連続測定装置 la~lcにより酸洗槽 11a 〜llc における酸濃度の変化を測定しておくことにより、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度の変化、すなわち酸消費量を高精度で予測することができる。なお、酸洗槽 11a -lie の全ての単位時間当たりの酸消費量の実績値を用いる必要はなく、例えば最終酸洗槽 lid に隣接した第 3酸洗槽 11c の実績データを用いることとして、他の酸洗槽の測定は省略してもよい。

すなわち、図 4において、前述したフィ一ドバック制御を行う際に、連続酸洗設備プロセスコンピュ一タ 20には、板厚、板幅およびラインスピ一ドの実績値が入力される。このため、これらのデータを DDC装置 19へ取り込めるように、 DDC 装置 19に連続酸洗設備プロセスコンピュータ 20を接続しておく。

つまり、演算装置 14によりフィードバック制御によって演算された酸液の供給量を DDC装置 19へ入力する。また、連続酸洗設備プロセスコンピュータ 20からの板厚、板幅およびラインスピードそれぞれの実績値と、演算装置 14により演算された酸洗槽 11a 〜llc における酸濃度の変化とを DDC装置 19へ入力する。そして、 DDC 装置 19により、酸洗槽 11a 〜llc にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度の低下率に基づいて最終酸洗槽 lid における酸消費量を予測し、フィードバック制御により演算された酸液の供給量を、フィードフォワード制御により、さらに補正 · 変更する。

板厚、板幅およびラインスピードの実績値から塩酸濃度の低下分を予測するには、例えば次のようにして行えばよい。

図 3および図 4において、酸洗槽 11a -lie の塩酸濃度は、前述の③式および ④式を用いることにより求められる。このようにして求めた塩酸濃度に、図 5 (a ) および図 5 (b) に示した、板厚、板幅およびラインスピ一ドを関数として予め求めてある相関関係式（検量線）により、塩酸消費量、つまり低下分を予測する。ここで、フィードフォワード制御関数 FFは、例えば下記⑤式により、求められる。

FF =K_F · W · f (d) · g (Ls) ⑤

ただし、 ⑤式において、符号 K_F は濃度変動係数を、符号 Wは板幅を、符号 (d) は板厚を、さらに符号 g (Ls)はラインスピードを、それぞれ示す。

すなわち、第 5発明、第 6発明によれば、フィードバック制御による加算および減算により、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度の目標値に対しての偏差を抑制する。さらに、第 5発明、第 6発明によれば、フィードバック制御により求められた酸液の供給量を、フィードフォワード制御による乗算および加算により酸液の供給量を予測的に導き出すことにより、補正する。これにより、第 5発明、第 6発明によれば、最終酸洗槽に対する塩酸供給量を、極めて高精度で制御することができる。

このようにして、第 5発明、第 6発明では、酸洗槽 11a〜llc における酸消費量の実績値に基づいて、最終酸洗槽 lid における酸液の供給量を変更するフィードフォヮ一ド制御を、フィ一ドバック制御に重畳させて、行う。これにより、最終酸洗槽 lid の酸濃度だけを用いるフィ一ドバック制御だけでは迅速に応答できない、ストリップ持ち出しによる最終酸洗槽 lid の酸濃度の急激な低下に対しても、極めて少ないタイムラグで酸濃度を高精度で制御することができる。

以上説明したように、第 3発明にかかる酸濃度自動制御装置 10によれば、酸濃度連続測定装置 Idと、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度の連続測定値を用いるフィードバック制御手段とを組み合わせる。このため、酸液を供給される酸洗槽である最終酸洗槽 lid に対する酸液の供給量を実質上連続的に求めることができ、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度を目標値に迅速かつ高精度で制御することができる。

さらに、酸洗槽 11a -lie にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度の変動値を用いて最終酸洗槽 lid の酸消費量を予測するフイードフォヮ一ド制御を重畳させる第 5発明により、ストリップ持ち出しによる、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の酸濃度の急激な低下に対しても迅速に応答して、酸液の適正な供給量を求めることができる。

このように、第 3発明および第 5発明それぞれにかかる本実施形態の酸濃度自動制御装置 10では、

(i) 連続酸洗設備 12を構成する最終酸洗槽 lid において酸洗液の密度、温度および導電率を実質上連続的に測定する酸濃度連続測定装置 1(3と、

(ii)得られた測定値から予め求めたそれらの値の相関関係式に基づき最終酸洗槽 lid における塩酸濃度および塩化鉄濃度、つまり鉄イオン濃度を導き出し、それらの結果を出力して、最終酸洗槽 lid に収容された酸洗液の塩酸濃度値と目標値との比較を行い、その差異がゼロとなるように最終酸洗槽 lid への酸液の供給量を変更するフィードバック制御手段と、

(iii) 板厚、板幅およびラインスピードと、酸洗槽 11a〜llc の塩酸および塩化鉄の各濃度測定結果とを用いて酸洗槽 11a〜llc における酸消費量を求め、これに基づいて最終酸洗槽 lid への酸液の供給量を変更するフイードフォヮ一ド制御手段と

を組み合わせて備える。このため、最終酸洗槽 lid への酸液の供給量の自動制御における酸濃度制御の応答遅れや精度低下を、いずれも解消できる。

〔第 2実施形態〕

次に、第 4発明にかかる本実施形態の酸濃度自動制御装置を説明する。

図 7 (a) は、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバーフローさせる型の連続酸洗設備 21の説明図である。また、図 7 (b) は、本実施形態の酸濃度自動制御装置 22を連続酸洗設備 21に適用した状況を示す説明図である。

図 7 (a) に示すように、この連続酸洗設備 21では、酸洗槽を連続して 5槽設けてある。この連続酸洗設備 21では第 5槽 21e が最終酸洗槽となる。第 5槽 21e より上流側に第 4槽 21d 、第 3槽 21c 、第 2槽 21b そして第 1槽 21a が順次設けられる。図示するように、酸洗処理される鋼帯 23 (本例では熱延鋼帯）は図面向かつて右側から左側に向かって搬送される。鋼帯 23は、各槽 21a〜21e に順次浸漬されながら酸洗される。なお、図 7 (a) および図 7 (b) の説明では、第 1槽 21a に付帯する設備には符号 aを付し、以下、第 2槽 21b には符号 bを、第 3槽 21c には符号 cを、第 4槽 21d には符号 dを、さらに第 5槽（最終酸洗槽） 21eには符号 eを、それぞれ付してある。

図 7 (b) に示すように、この連続酸洗設備 21の各酸洗槽 21a ~21e には、各酸洗槽 21a〜21e それぞれにおいて酸洗液の密度、温度および導電率を測定するために、図示しない 5基のポンプをそれぞれ介して、前述した図 1および図 2に示す酸濃度連続測定装置 la~leが接続される。酸洗液は、 5基のポンプにより各酸洗槽 21a ~21e から圧送される。圧送される酸洗液は、循環流路 2a~2eを介して、酸濃度連続測定装置 la~leの内部に形成された循環流路 2a〜2eの一部を流れて各酸洗槽 21a 〜21e へ循環する。酸洗液は、循環流路 2a~2eの一部を流れる間に、密度計 4a~4e、温度計 5a~5eおよび導電率計 6a〜6eにより、密度、温度および導電率がそれぞれ実質上連続的に測定される。

酸濃度連続測定装置 la~leは、演算装置である DDC (直接デジタル制御）装置 24 に接続される。この DDC装置 24からの制御信号は、最終酸洗槽 21e への酸液の供給量を調整する弁機構 25の開閉信号として、送られる。

このように、本実施形態の酸濃度自動制御装置 22では、酸液の供給を最終酸洗槽である第 5槽 21e だけに対して行い、第 1槽 21a 〜第 4槽 21d への酸供給は行わない。ただし、この連続酸洗設備 21では、第 5槽 21e から第 4槽 21d へ、第 4 槽 21d から第 3槽 21c へ、第 3槽 21c から第 2槽 21b へ、第 2槽 21b から第 1槽 21a へ、それぞれ酸洗液がオーバ一フローする。このため、酸濃度自動制御装置 22の各酸洗槽 21a〜21d の酸濃度は、上昇および低下を繰り返しながらも、略一定に保たれる。

この本実施形態の酸濃度自動制御装置 22では、酸濃度連続測定装置 la~leにより得られた密度、温度および導電率のそれぞれの測定値は、信号データとして D DC装置 24へ送られる。 DDC 装置 24は、送られたデータのうちで最終酸洗槽 21e および第 4槽 21d のデータに基づいて、後述するようにして、最終酸洗槽 21e に収容された酸洗液の酸濃度を算出する。

DDC 装置 24は、算出された最終酸洗槽 21e 、第 4槽 21d それぞれに収容された酸洗液の酸濃度と、予め決められたそれぞれの目標値とを比較する。そして、 DD C 装置 24は、最終酸洗槽 21e への酸液の供給量を演算する。図 8は、 DDC 装置 24における酸液の供給量の決定演算の流れを示すフロー図である。以下、図 8に示すフロー図を参照しながら、 DDC 装置 24における酸液の供給量の決定演算の流れを説明する。

ステップ（以下、「S」と記す。） 1において、 DDC 装置 24が起動されてフィードバック制御が開始される。 DDC 装置 24の起動後に S 2へ進む。

S 2において、酸濃度連続測定装 Sla~leのそれぞれにより、各酸洗槽 21a 〜 21e にそれぞれ収容された酸洗液の密度、温度および導電率がそれぞれ測定される。測定開始後に S 3へ進む。

S 3において、酸濃度連続測定装置 la〜leそれぞれにより測定された酸洗液の密度、温度および導電率のそれぞれに基づき、前述した①式〜③式を用いて、各酸洗槽 21a 〜21e にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度が演算される。酸濃度の演算後に S 4へ進む。

S 4において、 1回目の濃度測定結果の判定が行われる。すなわち、 ①最終酸洗槽である第 5槽 21e に収容された酸洗液の酸濃度の演算値 C5が、第 5槽 21e に収容された酸洗液の酸濃度の管理下限値 C5_min より小さく、かつ②第 4槽 21d に収容された酸洗液の酸濃度の演算値 C4が、第 4槽 21d に収容された酸洗液の酸濃度の管理下限値 C4_m,_n より小さいか、否かが判定される。小さい場合には S 5へ進み、小さくない場合には S 6へ進む。

S 5において、弁機構 25からの第 5槽 21e への酸液の供給量を、 Wから W + 5 W (ただし、 5 Wは酸液の供給量の捕正値を示す。）へと増加し、 S 2へ進む。

S 6において、 2回目の濃度測定結果の判定が行われる。すなわち、 ①最終酸洗槽である第 5槽 21e に収容された酸洗液の酸濃度の演算値 C5が、第 5槽 21e に収容された酸洗液の酸濃度の管理上限値 C5_max より大きく、かつ②第 4槽 21d に収容された酸洗液の酸濃度の演算値 C4が、第 4槽 21(1 に収容された酸洗液の酸濃度の管理上限値 C4_maJt より大きいか、否かが判定される。大きい場合には S 7へ進み、大きくない場合には S 8へ進む。

S 7において、弁機構 25からの第 5槽 21e への酸液の供給量を、 Wから W— ( Wへと減少し、 S 2へ進む。 S 8 において、弁機構 25からの第 5槽 21e への酸液の供給量が Wとして決定される。この後、 S 1へ進み、以降 S 1〜S 8を繰り返す。

このように、 DDC 装置 24における酸液の供給量の決定演算では、酸濃度連続測定装置 ld、 leのそれぞれによる酸濃度の測定結果を、第 4槽 21d および第 5槽 21 e それぞれについて予め設定した管理上限値および管理下限値と比較する。

酸濃度連続測定装置 ld、 leのそれぞれによる酸濃度の測定結果がともに管理下限値を下回る場合には、予め設定してある酸液の供給量 Wに補正値 (5 Wを上乗せする。一方、測定結果がともに管理上限値を上回る場合には、逆に補正値 5Wを差し引く。これにより、弁機構 25からの第 5槽 21e への酸液の供給量が変更され、供給される酸液の流量が変わる。

演算された酸液の供給量 Wは、 DDC装置 14から、給酸量制御信号として弁機構 15の開閉機構に送られて、弁機構 15の開閉を制御する。これにより、最終酸洗槽 lid への酸液の供給量が変更されて、フィードバック制御が行われる。このため、酸濃度の測定値を用いた第 5槽 21e および第 4槽 21d 以外の第 3槽 21c 〜第 1 槽 21a にそれぞれ収容された酸洗液についても酸濃度が安定化し、全体の酸濃度も低下する。

このようにして、本実施形態によれば、各酸洗槽 21a〜21e にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度の測定結果を、酸液の供給量の決定にフィ一ドバックさせることができる。

さらに、本実施形態では、最終酸洗槽である第 5槽 21e のみならず、第 5槽 21 e に隣接する第 4槽 21d に収容された酸洗液の酸濃度もフィードバック制御する。このため、第 5槽 21e に収容された酸洗液の酸濃度の測定結果だけを用いた場合に比較すると、より安定的に各酸洗槽 21a〜21e にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を自動制御することができる。

このようにして、本実施形態の酸濃度自動制御装置 22では、最終酸洗槽 21e および第 4槽 21d それぞれにおける酸洗液の密度、温度および導電率のそれぞれの実測値から酸濃度を求め、求めた酸濃度を目標値に一致させるベく、酸液の供給量のフィードバック制御を行う。

すなわち、本実施形態の酸濃度自動制御装置 22の特徴は、第 1実施形態によれば第 5槽 21 e のみに対して行う酸液の供給量をさらに最適化するため、酸濃度連続測定装置 l e、 I dによる第 5槽 21 e および第 4槽 21 d それぞれに対する酸濃度の連続測定と、第 5槽 21 e への酸液の供給量のフィ一ドバック制御とを組み合わせて用いる点である。これにより、酸濃度の測定値、すなわち測定間隔が略零であつて実質上連続した酸濃度の測定値を用いて、最終酸洗槽 21 e に収容された酸洗液の酸濃度をフィ一ドバック制御することができ、酸濃度制御の応答性を顕著に向上することができる。また、これにより、酸濃度の変動量を小さくできるために、酸濃度の高濃度側へのばらつきを小さくでき、酸原単位の上昇を可及的に抑制することが可能となる。

なお、図 8 に示す酸液の供給量の決定演算の S 4および S 6 において、第 5槽 21 e および第 4槽 21 d それぞれの濃度区分をさらに細分化して判定してもよい。また、前述した第 5発明により示されるように、酸液の供給量 Wを決定する際に、酸洗ラインを管理するプロセスコンピュータ等から、予め今後処理される鋼帯の情報に基づいてフィードフォヮ一ド制御を行うことにより、酸液の供給量をさらに変更することも可能である。

さらに、本実施形態において、第 1槽 21 a 〜第 2槽 21 c それぞれからの測定値を用いた演算値を、同様に組み合わせてフィードバック制御を行ってもよい。ただし、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次ォ一バ一フローさせるとともに最終酸洗槽に酸液を供給する場合、酸液の供給量による濃度コントロールは第 4槽 21 d と比較すると、第 1槽 21 a 〜第 2槽 21 c では非常に困難であるためにフィードバック制御に用いる意義は薄い。そのため、第 1 槽 21 a 〜第 2槽 21 c には、酸濃度連続測定装置 l a〜l cを設けなくともよい。〔第 3実施形態〕

図 9 は、第 1発明にかかる本実施形態の酸濃度連続測定装置の内部構造を示す説明図である。図中の破線矢印は酸洗液の流れを示す。なお、以降の本実施形態の説明では、第 1実施形態と相違する部分だけを説明することとし、同一の構成部分には同一の図中符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 - 1力第 1実施形態の酸濃度連続測定装置 1 と相違するのは、主に、酸濃度連続測定装置本体 3 - 1 の内部に形成された循環流路 2 - 1 の一部の構造である。

図 9 に示すように、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 - 1の酸濃度連続測定装置本体 3 - 1 の内部では、循環流路 2 — 1 の上部が、排出用配管 2 ' と略同じ高さ位置に形成されている。これにより、ポンプ 13により圧送されてきた酸洗液は、図中の破線矢印で示すように、酸濃度連続測定装置本体 3 - 1 の内部における最上部付近において、一旦オーバ一フローしてから、排出用配管 2 ' へ導かれる。

このため、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 - 1では、循環流路 2 - 1 を流れる酸洗液の流速を、密度計 4、温度計 5および導電率計 6の測定精度の観点から望ましい流速である 2 m/s e c 以下に、容易に設定 · 管理することができる。したがって、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 - 1 は、第 1実施形態の酸濃度連続測定装置 1 一 1 よりも、さらに測定精度の向上を図ることができる。

なお、本実施形態の酸濃度連続測定装置 1 - 1では、分流部 8 には、酸洗液の流通方向と直交する方向（図 9における左右方向）への分流部 8の突出量 d ₂ を、できるだけ小さく設定してある。これにより、分流部 8 における酸洗液の滞留が抑制され、酸洗液の詰まりが確実に防止される。したがって、本実施形態では、第 1実施形態で設けたパージ管 9 は設けていない。以上説明した各実施形態の説明は、酸洗液が塩酸である場合を例にとった。しかし、本発明はかかる態様に限定されるものではない。本発明は、硫酸等の他の酸洗液についても等しく適用することができる。また、本発明は、普通鋼帯以外に、ステンレス鋼帯、合金鋼帯や各種金属合金帯にも適用することができる。また、本発明は、鋼帯等以外に、例えば線材等の他の鋼材等に対しても適用することができる。

また、各実施形態の説明は、酸洗処理される鋼帯が熱延鋼帯である場合を例にとった。しかし、本発明はかかる態様に限定されるものではない。本発明は、冷延鋼帯等についても等しく適用することができる。

また、各実施形態の説明は、流路が、本発明の酸濃度連続測定装置および酸洗槽を循環する循環流路である場合を例にとった。しかし、本発明は、かかる態様に限定されるものではない。本発明の流路は、酸洗槽に収容された酸洗液を連続的に流す流路であればよく、例えば、酸洗槽と、廃酸タンクや循環タンク等の酸収容タンクとの間に設置され、酸洗槽に収容された酸洗液を酸収容タンクへ連続的に流す流路をも、等しく包含する。

さらに、各実施形態の説明は、最終酸洗槽に酸液が供給される場合を例にとつた。しかし、本発明はかかる態様に限定されるものではない。本発明は、最終酸洗槽以外の他の酸洗槽に酸液が供給される場合についても等しく適用することができる。発明を実施するための最良の形態

さらに、本発明を実施例を参照しながらより詳細に説明する。

(実施例 1 )

図 3 に示す連続酸洗設備 12の各酸洗槽 11a〜l l d に、図 1 に示す酸濃度連続測定装置 la〜l dを設置した。また、酸濃度連続測定装置 la〜l dから出力される測定値を演算器 14により、塩酸濃度および塩化鉄濃度に変換するとともに、 DDC装置 19からの信号により、酸液（塩酸）の供給量のフィードバック制御およびフィ一ドフォワード制御を行った。このようにして、連続酸洗設備 12の最終酸洗槽 l i d に収容された酸洗液の酸濃度を管理した。

すなわち、最終酸洗槽 l i d に収容された酸洗液の酸濃度の演算値に基づいたフィ一ドバック制御と、酸洗される鋼帯の板厚、板幅およびライン速度と酸洗槽 11 a〜l l c にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度の変化率とに基づいたフィ一ドフォワード制御とを組み合わせて、最終酸洗槽 l i d への酸液の供給量を自動で制御した。

なお、図 1 に示すように、本実施例においても、酸濃度連続測定装置 la〜l dには、市販の密度計 4a~ 4d、温度計 5a~ 5dおよび導電率計 6a~ 6dを内蔵させた。これにより、循環流路 2a〜2dを流れる酸洗液の密度、温度および導電率を、実質上連続的に測定した。

本実施例では、各センサーで測定した結果を、図 5 (a) および図 5 (b) に示す塩酸濃度および塩化鉄濃度それぞれの相関関係式（検量線）を用いて、演算器 20 により常時出力するように構成した。

また、図 4 に示すように、酸濃度連続測定装置 la〜l dは、酸洗槽 11 a 〜l l d の側壁近傍に設置した。そして、ポンプ 13a ~ 13d により酸洗液を一方向へ連続的に 1 m/sec の流速で流すことにより配管詰まりを抑制した。さらに図 2に示すように、密度計 4a〜4dへの分流部 8a〜8dにパージ管 9a~ 9dを設置して、詰まり易い分流部 8a〜8dを定期的に洗浄した。

さらに、図 4 に示したとおり各酸洗槽 11 a 〜l l d の側壁近傍に酸濃度連続測定装置 la~ l dを設置して一方向に酸洗液を流した。これにより、酸洗液の配管内での詰まりを防止した。また、洗浄性およびメンテナンス性を考え、できるだけ簡単な配管機構とした。なお、本実施例では、図 3および図 4 に示すように、各配管には、詰まり防止のために濾過装置は設けなかった。

酸濃度自動制御装置 10を用いた場合（本実施例）と、手動により酸供給を行つていた場合（従来例）とについて、最終酸洗槽 l i d における酸濃度の経時的な変化を比較した。本実施例の結果を図 10 (a) に、従来例の結果を図 10 (b) にそれぞれグラフで示す。なお、図 10 (a) および図 10 (b) における三角印は、最終酸洗槽 l id に対する酸液の供給タイミングを示す。

本実施例によれば、実質上連続的に測定された酸濃度に基づいて酸液の供給を連続してアナログ的に行うことができる。このため、酸液の過剰な供給を防ぎ、かつ酸液の供給不足による未処理を完全に防ぐことができた。これにより、各酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度 Dを所望の設定値により近づけて、そのばらつきを、可及的に抑制することができた。

また、図 10 (a) および図 10 (b) における A点においては、通板速度を低速から高速へと上昇させた。しかし、本実施例では、最終酸洗槽 l i d に対するフィードフォワード制御も重ね合わせて行ったため、通板速度の上昇に伴う酸濃度 Dの急激な変動を可及的に抑制できた。

これに対し、従来例では、酸濃度 Dを約 15分に 1 回の頻度でしか測定できなかつた。このため、制御遅れが発生し、酸液の使用量が極めて多かった。また、通板速度の上昇に対する制御の応答性も悪く、酸濃度 Dを高精度で制御することができなかった。

さらに、従来例では、酸濃度 Dのばらつきが大きいために、最小の酸濃度 Dを管理基準（図 10(a) 、図 10(b) における破線）とせざるを得なかった。このため、結果として酸液の使用量の無駄が多かった。これに対し、本実施例によれば、酸濃度 Dのばらつきを小さく抑制できたために酸液の使用量を大幅に低減できた図 11は、本実施例、従来例それぞれの酸原単位 Eを示すグラフである。図 11に示すグラフからも分かるように、本実施例によれば、従来例に比絞して、約 2.5 単位の酸原単位向上分 Δ Eを得ることができた。

(実施例 2 )

図 7 (a) に示す、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバーフ口一させる型の連続酸洗設備 21について、図 7および図 8 により示す第 4発明および第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置 22を用いて酸濃度を測定してフィ一ドバック制御を行った場合と、酸洗槽からサンプル液を取り出して手動で試薬を用いて酸濃度を測定してフィ一ドバック制御を行った場合とについて、各酸洗槽の塩酸濃度 Fの変化を測定した。なお、各酸洗槽の塩酸濃度 F の測定には、第 1発明の酸濃度連続測定装置を用いた。

測定結果を図 12にグラフで示す。図 12(a) は、手動で第 5槽 21e の酸濃度 Fを測定した場合を示し、図 12(b) は、第 5槽 21e からの酸濃度 Fの連続測定値に基づいてフィードバック制御した場合を示し、さらに、図 12(c) は、第 5槽 21e および第 4槽 21d それぞれからの酸濃度 Fの連続測定値に基づいてフィ一ドバック制御した場合を示す。

図 12(a) に示すように、手動で酸濃度 Fの測定を行うと、各酸洗槽 21a〜21e の酸濃度 Fは大きく変動し、一定した管理は困難であった。また、全体の酸濃度 F も高目となった。

図 12(b) に示すように、第 5槽 21e からの酸濃度 Fの連続測定値に基づいてフイードバック制御を行うと、第 5槽 21e の酸濃度 Fは管理されているために、第 5槽 21e の酸濃度 Fは安定して全体の濃度もやや低下した。しかし、第 4槽 21d 以前の各酸洗槽 21d ~21a では依然として酸濃度 Fは大きく変動した。図 12 ( c ) に示すように、第 5槽 21 e および第 4槽 21 d それぞれからの酸濃度 F の連続測定値に基づいてフィ一ドバック制御すると、第 5槽 21 e および第 4槽 21 d のみならず他の酸洗槽 21 c ~ 21 a における酸濃度 F も安定化し、全体の濃度も低下した。産業上の利用可能性

第 1発明にかかる酸濃度測定装置または第 2発明にかかる酸濃度測定方法によれば、酸洗液の密度、温度および導電率を実質上連続的に測定することができ、これにより、酸濃度を長時間測定することができる。また、酸洗液を流す流路内に酸洗液が詰まらない構造としてあるため、メンテナンス性も向上する。したがつて、本発明にかかる酸濃度測定装置によれば、長時間にわたって連続した測定が可能となる。

また、この酸濃度測定装置を用いた第 3発明〜第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を、高精度かつ安定的に制御することができる。これにより、酸原単位が向上する。

特に、第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、酸濃度の連続測定にフィ一ドバック制御を組み合わせることを基本とし、さらにフィードフォワード制御を重ね合わせる。このため、第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、制御精度およびレスポンスをいずれも著しく向上することができる。

さらに、第 3発明〜第 5発明にかかる酸濃度自動制御装置によれば、第 1発明にかかる酸濃度測定装置を用いて、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバーフローさせる型の連続酸洗設備における酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を測定し、この測定結果を酸液の供給量にフィ一ドバックする。このため、各酸洗槽にそれぞれ収容された酸洗液の酸濃度を適正に保つことができるとともに酸洗液の原単位を低減することもできる。

Claims

請求の範囲

1 . 酸洗槽に接続され、該酸洗槽から取り出された酸洗液の流路の一部に設けられた本体と、

当該本体の内部を流れる前記酸洗液の密度を測定する密度計と、

前記流路または前記酸洗槽における酸洗液の温度を測定する温度計と、前記流路または前記酸洗槽における酸洗液の導電率を測定する導電率計と、前記密度計、前記温度計および前記導電率計それぞれの測定結果に基づいて前記流路の一部を流れる酸洗液の酸濃度を演算する演算装置と

を組み合わせて備えることを特徵とする酸濃度測定装置。

2 . 前記温度計および/または前記導電率計は、前記本体に設置される請求の範囲第 1項記載の酸濃度測定装置。

3 . 酸洗槽に接続され、該酸洗槽から取り出された酸洗液の流路の一部に設けられた酸濃度測定装置本体の内部を連続して流れる前記酸洗液の密度を測定するとともに、前記流路または前記酸洗槽における酸洗液の温度および導電率を測定し、前記密度、前記温度および前記導電率それぞれの測定結果に基づいて、前記流路の一部を流れる酸洗液の酸濃度を演算することを特徴とする酸濃度測定方法

4 . 連続酸洗設備を構成する複数の酸洗槽のうちで、酸液を供給される酸洗槽に設置された請求の範囲第 1項記載の酸濃度測定装置と、

当該酸濃度測定装置により得られる酸濃度の演算値に基づいて、前記酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を調整するフィ一ドバック制御手段と

を組み合わせて備えることを特徴とする酸濃度自動制御装置。

5 . 連続酸洗設備を構成する複数の酸洗槽のうちで、酸液を供給される酸洗槽と、当該酸液を供給される酸洗槽以外の少なくとも一つの酸洗槽とに設置された請求の範囲第 1項記載の酸濃度測定装置と、

複数の当該酸濃度測定装置のそれぞれにより得られる酸濃度の演算値に基づいて、前記酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液'の酸濃度を調整するフィ一ドバック制御手段と

6 . さらに、前記酸濃度測定装置により得られる酸濃度の演算値に基づいて、前記酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の前記酸濃度を調整するフィ一ドフォヮード制御手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の酸濃度自動制御装置。

7 . 前記酸液を供給される酸洗槽は、最終酸洗槽である請求の範囲第 4項記載の酸濃度自動制御装置。

8 . 前記連続酸洗設備は、下流側の酸洗槽に収容された酸洗液を上流側に隣接する酸洗槽へ順次オーバーフローさせる型の連続酸洗設備である請求の範囲第 4項記載の酸濃度自動制御装置。

9 . 連続酸洗設備を構成する複数の酸洗槽のうちで、少なくとも、酸液を供給される酸洗槽に、請求の範囲第 1項記載の酸濃度測定装置を設置し、当該酸濃度測定装置により得られる酸濃度の演算値に基づいて、フィードバック制御またはフィードバック制御とフィードフォヮ一ド制御との組合せを行うことにより、前記酸液を供給される酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を調整することを特徴とする酸濃度自動制御方法。