(57)【要約】【課題】熱交換器へのスラッジの固着を抑制して、処理液の温度低下およびその後の昇温待ちによる装置稼働率の低下を抑止することが可能な処理装置を提供する。【解決手段】処理装置１０は、所定の温度に加熱された処理液１４中に被処理物Ｗを浸漬させ、被処理物Ｗの表面にリン酸塩皮膜を形成する。処理装置１０は、加熱手段として蛇管式熱交換器１６が処理槽１２に設けられており、蛇管式熱交換器１６は、内部に熱媒が流れる金属管２４の表面に、フッ素樹脂被膜３０が形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度に加熱された処理液中に被処理物を浸漬させ、前記被処理物の表面にリン酸塩皮膜を形成する処理装置であって、
加熱手段として蛇管式熱交換器が処理槽に設けられており、
前記蛇管式熱交換器は、内部に熱媒が流れる金属管の表面に、フッ素樹脂被膜が形成されていることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記フッ素樹脂被膜に用いられる樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）であることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記フッ素樹脂被膜は、膜厚が１００〜３００μｍであることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
内部に熱媒が流れる金属管の表面に、フッ素樹脂被膜が形成されており、
前記フッ素樹脂被膜に用いられる樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）であることを特徴とする蛇管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理物の表面にリン酸塩皮膜を形成する処理装置およびこれに用いられる蛇管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材に対する表面処理の一つとしてリン酸塩皮膜処理がある。リン酸塩皮膜（リン酸化合物の皮膜）は、鋼材表面の腐食防止や塗装前の下地の用途に用いられている。リン酸塩皮膜を形成する処理では、所定の処理温度（例えば８０℃）にまでリン酸塩の溶液を加熱する。このため、リン酸塩皮膜を形成する処理装置では、処理槽内に加熱手段としての蛇管式熱交換器が設けられている。
【０００３】
しかしながら、リン酸塩皮膜を形成する処理装置では、蛇管式熱交換器の金属管部分にスラッジが固着し、熱交換効率が低下する問題があった。熱交換効率が低下すると処理液の温度が下限値を下回って、処理を実施することができない昇温待ちの状態となり、装置稼働率が低下してしまう。
【０００４】
また、このスラッジは金属管に強固に固着しており、これを十分に取り除くのは容易でない。
【０００５】
なお、下記特許文献１では、溶解槽に金属ジルコニウムを投入することで、液中のスラッジを金属ジルコニウムに積極的に固着させ、以って溶解槽壁面等へのスラッジの付着を防止するようになした点が開示されている。しかしながら、この特許文献１に記載のスラッジ固着抑制方法は、スラッジがモリブデン酸ジルコニウムの場合に有効な方法であり、リン酸塩皮膜を形成するための処理に適用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５６０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上のような事情を背景とし、熱交換器へのスラッジの固着を抑制して、処理液の温度低下およびその後の昇温待ちによる稼働率の低下を抑止することが可能な処理装置およびこれに用いられる蛇管式熱交換器を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
而して本発明は、所定の温度に加熱された処理液中に被処理物を浸漬させ、前記被処理物の表面にリン酸塩皮膜を形成する処理装置であって、
加熱手段として蛇管式熱交換器が処理槽に設けられており、
前記蛇管式熱交換器は、内部に熱媒が流れる金属管の表面に、フッ素樹脂被膜が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
フッ素樹脂は、耐熱性や耐酸性に優れ、更に表面自由エネルギーが小さく離型性、非接着性等にも優れている。このため、リン酸塩溶液中で高温となる蛇管式熱交換器の金属管の表面にフッ素樹脂の被膜を形成することで、熱交換器へのスラッジの固着を抑制することができる。そして、熱交換器の熱交換効率の低下が抑制され、処理液の温度低下およびその後の昇温待ちによる装置稼働率の低下を抑止することができる。
【００１０】
ここで、前記フッ素樹脂被膜に用いられる樹脂を、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）とすることができる。ＰＦＡは、耐熱温度が高く、またピンホールの少ない薄膜の成形が可能であるため、リン酸塩皮膜処理に用いる熱交換器の被膜として特に好適である。
【００１１】
ここで本発明では、前記フッ素樹脂被膜の膜厚を１００〜３００μｍとすることができる。
【００１２】
また本発明の蛇管式熱交換器は、内部に熱媒が流れる金属管の表面に、フッ素樹脂被膜が形成されており、前記フッ素樹脂被膜に用いられる樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）であることを特徴とする。
本発明の蛇管式熱交換器によれば、内部に熱媒が流れる金属管へのスラッジの固着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の処理装置の概略構成を示した図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】図１の処理装置の蛇管式熱交換器を単体で示した図である。
【図３】図２の蛇管式熱交換器にフッ素樹脂被膜を形成する方法の説明図である。
【図４】実施例および比較例における処理液最低温度の推移を示した図である。
【図５】蛇管式熱交換器の金属管の状態を示した写真で、（Ａ）は比較例、（Ｂ）は実施例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の一実施形態の処理装置を図面に基づいて詳しく説明する。
図１に示す処理装置１０は、被処理物Ｗの表面にリン酸塩皮膜を形成する。同図において、１２は処理槽、１４は処理槽１２内の処理液、１６は処理槽１２内に配設された加熱手段としての蛇管式熱交換器である。図１（Ｂ）に示すように、本例では処理槽１２内に４つの蛇管式熱交換器１６が配設されている。
【００１５】
リン酸塩皮膜を形成する処理は、処理液１４を所定の温度にまで加熱した状態で行われる。このため処理装置１０では制御部２０を備え、温度センサ１８にて測定された処理液１４の温度が予め設定された範囲内に収まるように、蛇管式熱交換器１６に供給する蒸気を適宜調整する。
【００１６】
本例では、被処理物Ｗは環状の鋼材である。被処理物Ｗは、搬送用ロボット２２の支持部２２ａにより支持されている。
【００１７】
処理装置１０では、リン酸塩を含有する処理液１４中に被処理物Ｗを浸漬させ、被処理物Ｗの表面において、被処理物ＷのＦｅと処理液１４中のリン酸塩とが反応してリン酸塩皮膜が形成される。リン酸塩皮膜としては、従来公知のリン酸亜鉛皮膜やリン酸亜鉛カルシウム皮膜等を例示することができる。
【００１８】
図２は、蛇管式熱交換器１６を単体で示した図である。蛇管式熱交換器１６は、伝熱管としての金属管２４を有し、金属管２４の内部は、熱媒としての蒸気を流通させる流路とされている。金属管２４は、複数箇所にわたって交互に折れ曲がって蛇管を形成している。金属管２４の一端２６は流入部とされ、蒸気供給用配管を介してボイラー等の蒸気供給手段に接続されている。また金属管２４の他端２８は、蒸気およびドレン水を流出させる流出部とされている。
【００１９】
金属管２４の内部を流通する蒸気の温度は略１６０℃であり、この蒸気で腐食しないように、金属管２４はステンレス製（ＳＵＳ３０４）とされている。そして、この蛇管式熱交換器１６は、蛇管の一部または全部が処理液１４中に浸漬するように処理槽１２の内部に配設される。
【００２０】
本例の蛇管式熱交換器１６では、図２の部分拡大図で示すように、金属管２４の表面２４ａにフッ素樹脂被膜３０が形成されている。フッ素樹脂被膜３０に用いられる樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）およびエチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などを例示することができる。
【００２１】
これらのフッ素樹脂は、リン酸塩の溶液中に浸漬させて用いる蛇管式熱交換器１６の表面に適用して以下のような利点を有している。
（１）フッ素樹脂は、融点および耐熱温度が高く、熱交換器１６を流通する蒸気の温度（略１６０℃）においても安定である。
（２）フッ素樹脂は、優れた耐酸性を有しており、リン酸塩の溶液中でも安定である。
（３）リン酸塩皮膜処理におけるスラッジは、特に高温部において発生・固着し易く、高温の蒸気が内部を流通する蛇管式熱交換器１６の金属管２４の表面にて特に顕著に発生するが、フッ素樹脂は表面自由エネルギーが小さく離型性、非接着性等に優れているため、フッ素樹脂からなる被膜を金属管２４の表面に形成することで、金属管２４へのスラッジの固着を抑制することができる。
（４）フッ素樹脂は比重が略２．１５と高い。このため、仮に被膜が剥がれてしまっても、下に落下するので、被処理物Ｗに付着するリスクが低い。
【００２２】
なお、上記で例示したフッ素樹脂のなかで、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）は、耐熱温度が高く、また膜成形性に優れているため、リン酸塩皮膜処理における熱交換器の金属管の表面に適用して特に好適である。
【００２３】
次に、蛇管式熱交換器１６の金属管２４の表面にフッ素樹脂被膜３０を形成する方法を図３に基づいて説明する。
まず、蛇管式熱交換器１６の金属管２４の全体にショットブラストを施し、金属管２４の表面２４ａを粗面化する（ステップ１０１）。フッ素樹脂被膜との密着性を高めるためである。
次に、静電塗装法によりフッ素樹脂の粉体を金属管２４の表面２４ａに膜状に塗布し（ステップ１０２）、その後、蛇管式熱交換器１６を焼成炉に装入しヒータ加熱することで、塗布したフッ素樹脂の粉体を溶融させ、焼付硬化させる（ステップ１０３）。このステップ１０２〜１０３の工程を所定の膜厚が得られるまで繰り返すことで、蛇管式熱交換器１６の金属管２４の表面に所定の厚みを有するフッ素樹脂被膜３０が形成される。
【００２４】
フッ素樹脂被膜３０の膜厚は、薄すぎるとピンホールが生じやすく所期の機能が不十分となるおそれがある。一方、過度に膜厚が厚い場合は、被膜形成に要する加工コストが増大するとともに蛇管式熱交換器１６の伝熱性能の低下も懸念される。このような観点から例えばＰＦＡを用いてフッ素樹脂被膜３０を形成する場合、その膜厚は１００〜３００μｍであることが好ましい。
【００２５】
なお、このようにして形成されたフッ素樹脂被膜３０は、上記ショットブラストで
除去可能である。このため、既にフッ素樹脂被膜３０が形成された蛇管式熱交換器１６についてもショットブラストで一旦被膜を除去し、再度、フッ素樹脂被膜３０を形成することが可能である。
【００２６】
次に、図４は、蛇管式熱交換器１６の金属管２４の表面にフッ素樹脂被膜３０を設けた場合（実施例）と、フッ素樹脂被膜３０を設けない場合（比較例）とで、それぞれリン酸塩被膜処理を行い、一日毎に処理液最低温度の推移を調査した結果である。調査は、比較例について１２月の約１ヶ月間、実施例について１月の約１ヶ月間それぞれ行った。
なお、実施例の蛇管式熱交換器１６は、フッ素樹脂被膜３０に用いた樹脂がＰＦＡで、その膜厚は略１５０μｍ（詳しくは１００〜１８０μｍ）である。
【００２７】
フッ素樹脂被膜３０を設けない比較例においては、図４の丸印で示すように、処理液の最低温度が下限値の８０℃を下回った場合が２回あり、それぞれの場合で処理を実施することができない昇温待ちの状態が発生し装置稼働率が低下した。図５（Ａ）で処理液の最低温度が下限値を下回った際の蛇管式熱交換器１６の状態を示している。同図で示すように金属管全体に亘ってスラッジが固着しており、作業者がハンマ等で叩くハンマリングによるスラッジの除去が必要であった。
【００２８】
これに対し、実施例では、調査期間中に処理液の液温が下限値（８０℃）を下回ることはなかった。図５（Ｂ）に一ヶ月経過した後の蛇管式熱交換器１６の状態を示している。同図で示すように、比較例を示す図５（Ａ）に比べて金属管２４の表面を覆うスラッジの量は明らかに少ない。蛇管式熱交換器１６の金属管２４の表面にフッ素樹脂被膜３０を形成したことにより蛇管式熱交換器１６へのスラッジの固着が抑制されていることが確認できた。
【００２９】
また、実施例の場合、蛇管式熱交換器１６の金属管２４の表面を覆うスラッジは、ハンマリングを行わなくともジェット洗浄にて除去することが可能であり、メンテナンス作業に要する時間を短縮することが可能であった。
また実施例では、比較例に比べて蛇管式熱交換器１６の熱交換効率の低下が小さく、被処理物１ｔｏｎ当たりの蒸気使用量が比較例に比べて２１％削減できた。
【００３０】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく適宜変更可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  処理装置
１２  処理槽
１４  処理液
１６  蛇管式熱交換器
２４  金属管
３０  フッ素樹脂被膜
Ｗ  被処理物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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