(57)【要約】【課題】より低コストで酸洗効率を向上することが可能な酸洗装置を提供する。【解決手段】酸洗液を貯える酸洗槽と、鋼板を連続的に搬送しながら、前記鋼板を前記酸洗液に浸漬するパスラインと、前記パスラインにて搬送される前記鋼板の板幅方向のパスライン端を通る鉛直面と、前記パスライン端の外側の前記酸洗槽の槽壁との間の前記酸洗槽内に配置されるエジェクタノズルと、を備え、前記エジェクタノズルは、外部から供給された気体によって前記酸洗槽内の前記酸洗液を吸引する吸入口と、前記パスライン側に向かって前記気体および前記酸洗液からなる吐出混合物を吐出する吐出口と、を有する、酸洗装置が提供される。【選択図】図７
2019214764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸洗液を貯える酸洗槽と、
鋼板を連続的に搬送しながら、前記鋼板を前記酸洗液に浸漬するパスラインと、
前記パスラインにて搬送される前記鋼板の板幅方向のパスライン端を通る鉛直面と、前記パスライン端の外側の前記酸洗槽の槽壁との間の前記酸洗槽内に配置されるエジェクタノズルと、を備え、
前記エジェクタノズルは、外部から供給された気体によって前記酸洗槽内の前記酸洗液を吸引する吸入口と、前記パスライン側に向かって前記気体および前記酸洗液からなる吐出混合物を吐出する吐出口と、を有する、酸洗装置。
【請求項２】
前記吐出混合物の吐出方向、及び鉛直方向で定義される鉛直面と、パスライン端と、が交わる点を原点として、
前記鉛直面において、前記原点が含まれる水平線を基準として前記酸洗槽の底面側を負の方向、前記酸洗液の液面側を正の方向とすると、
前記原点及び前記エジェクタノズルの吐出口の先端を結ぶ直線と、前記水平線と、がなす角θは、−７０°≦θ≦２５°である、請求項１に記載の酸洗装置。
【請求項３】
前記気体は、水蒸気または圧縮空気のいずれかを少なくとも含む、請求項１または２に記載の酸洗装置。
【請求項４】
前記気体の温度は、前記酸洗液の温度以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸洗装置。
【請求項５】
鋼板を連続的に搬送しながら、酸洗槽に貯えられた酸洗液に前記鋼板を浸漬するステップと、
外部から供給された気体を用いて前記酸洗槽内の前記酸洗液を吸引するエジェクタノズルによって、前記鋼板が搬送されるパスライン側に向かって前記気体および前記酸洗液からなる吐出混合物を吐出するステップと、
を含み、
前記エジェクタノズルは、前記鋼板が搬送される前記パスラインの板幅方向端を通る鉛直面と、前記板幅方向端の外側の前記酸洗槽の槽壁との間の前記酸洗槽内に配置される、酸洗方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸洗装置及び酸洗方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の製造工程においては、鋼板表面に生成された酸化鉄（以下、単にスケールとも呼称する。）の除去を目的として、鋼板を酸洗する工程（酸洗工程）が実施される。酸洗工程では、酸性の洗浄液（以下、酸洗液とも呼称する。）が貯められた酸洗槽に、連続的に搬送される鋼板を浸漬することで、鋼板の表面に形成されたスケールを除去している。
【０００３】
酸洗工程においては、酸洗効率が向上すれば、効率良く短時間でスケールを除去することができ、酸洗工程に要するコストを低減できるため、酸洗効率の向上への要求が大きい。よって、酸洗効率の向上に関する技術は種々提案されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、酸洗槽の床面に、板幅方向全体に配管を設置し、配管から加熱用蒸気を吐出することで、蒸気バブルにより酸洗槽液の流れを鋼板に衝突させることで、酸洗効率を上昇させる技術が開示されている。
【０００５】
下記特許文献２には、鋼帯面上に設けられたガスバブリングノズルにより、バブリングを行い、酸洗液を強制的に流動させて、鋼板を酸洗することにより、酸洗効率を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献３には、酸洗槽の両側部に設けられた側部ノズルが傾斜を有して設けられており、側部ノズルより酸洗液を噴射することで、酸洗効率を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３２３３９１号公報
【特許文献２】特開昭６０−６１１１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２４６９３５号公報公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、酸洗槽の床面の配管から加熱用蒸気を吐出させることにより鋼板下面の酸洗効率を上昇させるが、鋼板上面は、十分に酸洗できない。また、鋼板下に加熱用蒸気配管を設置するため、鋼板の搬送によっては、鋼板が加熱用蒸気配管に衝突して、配管を破損させる可能性があった。
【０００９】
特許文献２に開示された技術では、鋼板の上方にガスバブリングノズルを設置することから、気泡はノズルからすぐに酸洗液面まで到達してしまい、酸洗液中で十分な酸洗液流れを形成できず鋼板を十分に酸洗できない。また、吹き込みガスにより、酸洗液が冷却されるため、熱交換器への負荷が増大する。
【００１０】
特許文献３に開示された技術では、酸洗液を噴射することでスケールを酸洗するが、酸洗液流れを形成することが可能な酸洗液の噴射を行うには、昇圧ポンプが必要である。この場合には、昇圧ポンプの設置費及び維持費を考慮すると、低コストで酸洗を行うことができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より低コストで酸洗効率を向上することが可能な、新規かつ改良された酸洗装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、酸洗液を貯える酸洗槽と、
鋼板を連続的に搬送しながら、前記鋼板を前記酸洗液に浸漬するパスラインと、
前記パスラインにて搬送される前記鋼板の板幅方向のパスライン端を通る鉛直面と、前記パスライン端の外側の前記酸洗槽の槽壁との間の前記酸洗槽内に配置されるエジェクタノズルと、を備え、
前記エジェクタノズルは、外部から供給された気体によって前記酸洗槽内の前記酸洗液を吸引する吸入口と、前記パスライン側に向かって前記気体および前記酸洗液からなる吐出混合物を吐出する吐出口と、を有する、酸洗装置が提供される。
【００１３】
前記吐出混合物の吐出方向、及び鉛直方向で定義される鉛直面と、パスライン端と、が交わる点を原点として、前記鉛直面において、前記原点が含まれる水平線を基準として前記酸洗槽の底面側を負の方向、前記酸洗液の液面側を正の方向とすると、前記原点及び前記エジェクタノズルの吐出口の先端を結ぶ直線と、前記水平線と、がなす角θは、−７０°≦θ≦２５°であってもよい。
【００１４】
前記気体は、水蒸気または圧縮空気のいずれかを少なくとも含めばよい。
【００１５】
前記気体の温度は、前記酸洗液の温度以上であってもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、鋼板を連続的に搬送しながら、酸洗槽に貯えられた酸洗液に前記鋼板を浸漬するステップと、外部から供給された気体を用いて前記酸洗槽内の前記酸洗液を吸引するエジェクタノズルによって、前記鋼板が搬送されるパスライン側に向かって前記気体および前記酸洗液からなる吐出混合物を吐出するステップと、を含み、前記エジェクタノズルは、前記鋼板が搬送される前記パスラインの板幅方向端を通る鉛直面と、前記板幅方向端の外側の前記酸洗槽の槽壁との間の前記酸洗槽内に配置される、酸洗方法が提供される。
【００１７】
上記構成により、エジェクタノズルが気体及び酸洗液を吐出することで、該気体及び該酸洗液がスケールに衝突したり酸洗液がより強く撹拌されたりして、スケールを効率よく除去できる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、より低コストで酸洗効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】酸洗装置の一例を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る酸洗装置を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る酸洗装置を示す図である。
【図３】同実施形態に係るエジェクタノズルの一例を示す概念図である。
【図４】同実施形態に係るエジェクタノズルの変形例の一例を示す概念図である。
【図５Ａ】同実施形態に係るエジェクタノズルの配置位置の一例を示す図である。
【図５Ｂ】同実施形態に係るエジェクタノズルの配置位置の一例を示す図である。
【図５Ｃ】同実施形態に係るエジェクタノズルの配置位置の一例を示す図である。
【図５Ｄ】同実施形態に係るエジェクタノズルの配置位置の一例を示す図である。
【図６】酸洗装置の比較例を示す図である。
【図７】酸洗装置の比較例を示す図である。
【図８】実施例及び比較例の評価結果を示した図である。
【図９】エジェクタノズル及び単孔ノズルの配置位置を示す角度θに対する酸洗速度の比較試験の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
（１．発明概要）
まず、図１を参照して、本発明に係る技術が適用される酸洗装置及び酸洗工程について説明する。図１は、酸洗装置の一例を示した図である。酸洗装置９では、酸洗槽２に張られた酸洗液の中に、ロール４ａ、４ｂにて支持された鋼板１を酸洗装置９の長手方向に連続的に通板させることにより、スケールの除去が行われる。ロール４ａ、４ｂにて支持された鋼板１は、酸洗槽２中にて撓ったカテナリ形状となり、撓った部分が酸洗液に浸されることで鋼板１上のスケールが除去される。
【００２２】
次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して本発明の概要を説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態にかかる酸洗装置の一例を示した図である。図２Ａでは、酸洗装置に通板される鋼板の板幅方向から見た酸洗装置及び鋼板１を示している。
【００２３】
本発明の酸洗装置では、酸洗槽２に張られた酸洗液の中にロール４ａ、４ｂにて支持された鋼板１を長手方向に連続的に通板させることにより、スケールの除去が行われる。搬送される鋼板１の通過箇所をパスラインと称し、以下では、搬送される鋼板１の通過箇所をパスライン１として説明を進める。
【００２４】
図２Ｂは、本発明の酸洗装置を、鋼板の搬送方向から見た酸洗装置を示している。図２Ｂで示される酸洗装置には、酸洗液を貯える酸洗槽２と、鋼板を連続的に搬送しながら、鋼板を酸洗液３０に浸漬するパスライン１と、パスライン１にて搬送される鋼板の板幅方向のパスライン端を通る鉛直面及びパスライン端の外側の酸洗槽の槽壁の間の酸洗槽２内に挟まれて配置されるエジェクタノズル１００と、が備えられる。エジェクタノズル１００は、配管１０に連結されており、配管１０を介して外部から供給された気体によって酸洗槽２内の酸洗液３０を吸引しながら、パスライン１側に向かって気体および酸洗液を併せた吐出混合物２０を吐出する。
【００２５】
このエジェクタノズル１００が、外部からの気体および酸洗液３０を併せて吐出することにより、酸洗槽２内の鋼板近傍において撹拌作用が生じ、酸洗効率を向上させることができる。
【００２６】
（２．装置構成）
以上までで、本発明の概要説明を行った。次に、本発明に係る酸洗装置に関して、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら各構成を挙げて詳述する。
【００２７】
（鋼板）
酸洗対象である鋼板は、製銑及び製鋼された鋼を板状に圧延することで形成される。鋼板は、高温状態で加工されるため、鋼板の表面には、自然酸化によって酸化鉄の被膜（すなわち、スケール）が形成される。例えば、スケールとは１０〜３０μｍの酸化鉄である。ここで、例えば、鋼板は、圧延装置（図示せず。）によって圧延された後、コイル状に巻き取られて冷却される。そのため、コイル状に巻き取られた鋼板は、この冷却過程において、板幅方向の端部がより酸化されやすく、板端部に形成されるスケールは板中央部に形成されるスケールよりも厚い。よって該鋼板の酸洗にあたっては、酸洗完了までにより時間を要する鋼板の端部のスケールが厚い領域で、より酸洗効率を向上させることが効果的である。
【００２８】
（酸洗槽及び酸洗液）
酸洗槽２には、槽内に酸洗液３０が貯められており、ロール４ａ、４ｂにて支持された鋼板が長手方向に搬送されている。酸洗槽２の形状は、例えば、鋼板の搬送方向に長辺を有した箱型の形状であってよい。しかしながら酸洗槽２の形状はかかる例に限定されず、酸洗槽の大きさ等もかかる例に限られない。酸洗装置では、鋼板の搬送過程にカテナリ状に懸垂する鋼板が酸洗液３０に浸漬され、酸洗が行われる。酸洗液３０は、例えば、塩酸、硫酸などを使用してもよい。これにより、酸洗液３０は、酸洗液３０に浸漬される鋼板の表面に形成されたスケールを溶解して除去できる。酸洗液３０に浸漬される時間は、鋼板の搬送速度を変更することで任意に変更可能である。
【００２９】
（配管）
配管１０は、酸洗槽２内に吐出させる気体を外部より供給する配管であり、パスライン１にて搬送される鋼板の板幅方向のパスライン端を通る鉛直面と、パスライン１端の外側の酸洗槽２の槽壁との間の酸洗槽２内に配置される。配管１０は、酸洗槽２内で、鋼板の搬送方向に複数設置されてもよい。配管１０が複数設置されることにより、外部から供給する気体を酸洗槽２内により多く吐出でき、酸洗液の流れを発生させて鋼板１の酸洗効率を向上させることができる。配管１０は、その配管長さ、配管径等は任意に変更可能である。配管１０の槽内側の先端には、エジェクタノズル１００が設けられる。
【００３０】
（エジェクタノズル）
エジェクタノズル１００は、配管１０の酸洗槽底面側の先端に連結され、配管１０によって外部から供給された気体を吐出する機能を有する。具体的には、エジェクタノズル１００は、気体を吐出する際に、吸入口から酸洗槽２内の酸洗液を吸入し、吐出口から、該気体と吸入した該酸洗液を混合した吐出混合物を吐出する。気体及び酸洗液からなる吐出混合物は、吐出混合物がスケールに直接衝突したり、酸洗液に強い撹拌作用をもたらしたりする。このように、エジェクタノズル１００は、酸洗液に対して撹拌作用をもたらすため、別途攪拌機などの装置を設置しなくとも酸洗効率を向上させることができる。
【００３１】
図３を参照して、エジェクタノズル１００の一例を示す。図３は、本実施形態の酸洗装置にかかるエジェクタノズルの一例を示した図である。エジェクタノズル１００には、配管１０に連結する連結部１５０と、酸洗液１０３を吸入する吸入口１４０と、吸入した酸洗液１０３及び外部から供給された気体１０７が混合された吐出混合物１２０を吐出する吐出口１３０が設けられる。吐出口１３０における吐出混合物１２０の吐出方向とは反対の方向に吸入口１４０が設けられている。連結部１５０は配管１０に連結可能な構造を有する。吸入口１４０は、連結部１５０と吐出口１３０の間に配置され、中空であり、吐出口１３０を支持する支持柱の間から酸洗液１０３を吸入する。吐出口１３０は、吐出方向に径が広がるテーパー形状を有している。
【００３２】
ここで、エジェクタノズル１００を使用することで、強い噴流を吐出し、より強い撹拌作用をもたらす仕組みを説明する。配管１０によりエジェクタノズル１００に外部から供給された気体は、連結部１５０及び吸入口１４０を通過して、吐出口１３０より高速で吐出される。高速で吐出された気体１０７の圧力は、吸入される酸洗液１０３の圧力に比べて低く、圧力の高い酸洗液１０３から高速で吐出された気体１０７に流体が移動する現象が発生する。この原理で、エジェクタノズル１００では周囲の酸洗液１０３を巻き込んで吸入口１４０より吸入される。この巻き込まれた酸洗液１０３により、エジェクタノズル１００から吐出される吐出混合物の勢いが増幅する。つまり、気体１０７と吸入された酸洗液１０３により吐出勢いが増幅した吐出混合物１２０は強い噴流を有して、エジェクタノズル１００より吐出される。
【００３３】
エジェクタノズル１００は、酸洗液中にて使用されるため、耐酸素材にて形成される。耐酸素材とは、塩酸または硫酸等の酸性条件下にて腐食又は劣化しにくい素材であれば物質は限られず、酸洗液の種類、濃度、温度等により、使用される耐酸素材が決定される。耐酸素材の具体例としては、例えばテフロン（登録商標）又はチタン等でもよい。
【００３４】
エジェクタノズル１００にて吐出される気体１０７は、一般的に工業用に使用される気体を使用することができ、エジェクタノズル１００にて吐出される気体１０７は、水蒸気または圧縮空気のいずれかを少なくとも含んでもよい。気体１０７が水蒸気である場合には、気体１０７の温度は水分の沸点以上となり、酸洗槽２内に貯められた酸洗液３０の温度よりも高くなるため、水蒸気により酸洗液３０を直接昇温できる。さらに、この場合、水蒸気が持つ潜熱及び水蒸気が状態変化した水が持つ顕熱の両方を熱源として利用できるため、昇温効率が熱交換器等を使用するような間接昇温よりも高い。
【００３５】
上記の様に、エジェクタノズル１００にて吐出される気体１０７の温度は、酸洗液の温度以上であってもよい。気体１０７の温度が、酸洗液の温度以上であることにより、酸洗液の温度を上昇させることができる。これにより、別途熱交換器等を設けなくとも、酸洗効率を上昇させることができる。
【００３６】
また、気体１０７が圧縮空気のみである場合には、外部から水等の液体の流入がないために、酸洗液３０の濃度が低下せずに、スケールの酸洗ができる。また、圧縮空気と蒸気を混合して噴射する場合は、噴射後の流体の流速が向上して酸洗液がより強く撹拌される。
【００３７】
なお、気体１０７が水蒸気である場合には、水蒸気が状態変化する際に水が発生する。この場合、水蒸気の吐出量および酸洗液３０の温度から、酸洗槽２内に流入する水の量を把握し、酸洗液３０の濃度制御を行ってもよい。
【００３８】
エジェクタノズル１００は、気体１０７及び酸洗液１０３からなる吐出混合物１２０を水平方向に吐出してもよい。エジェクタノズルが吐出混合物１２０を水平方向に吐出することにより、吐出方向延長線上にある酸洗液に対して噴流を引き起こして撹拌できる上、気体１０７の浮力による流れを噴流に付与できるため、吐出方向延長線上だけでなく、吐出方向の上方においても酸洗液の撹拌作用を与えることができる。この時、エジェクタノズル１００の吐出口１３０がパスライン側に設けられることで、エジェクタノズル１００から吐出される吐出混合物１２０を鋼板の板端部に衝突させることができる。板端部においては、板中央部よりもスケール厚が厚いため、吐出混合物１２０を板端部に衝突させることにより、より酸洗効率を向上させることができる。また、エジェクタノズル１００は、気体１０７及び酸洗液１０３からなる吐出混合物１２０を水平方向に限らず、吐出混合物がパスラインに衝突すればよく、例えば、パスライン端に向けて、吐出混合物１２０を吐出してもよい。
【００３９】
図３では、エジェクタノズル１００の一例を示したが、図４を参照して、エジェクタノズル１００の変形例であるエジェクタノズル２００を説明する。図４は、本実施形態にかかるエジェクタノズルの変形例の一例を示した図である。
【００４０】
エジェクタノズル２００は、連結部２１０とフレーム部２３０とを有する。連結部２１０は、配管１０と連結される。連結部２１０は内部に、配管１０と連結される機構を有する。連結部２１０が連結機構を有しない場合は、エジェクタノズル２００は配管１０と一体形成されてもよい。
【００４１】
フレーム部２３０は、連結部２１０に連結され、外部から供給された気体２０７及び酸洗液２０３が混合した吐出混合物２２０を吐出する機能を有する。フレーム部２３０は、正方形状の枠型であり、該正方形の一辺は、一辺の領域内で連結部２１０と連続する構造を有する。フレーム部２３０は、吐出方向に厚さを有し、該厚さは配管１０の配管径より厚い。
【００４２】
フレーム部２３０の内部は中空である。配管１０と連結部２１０を通過した気体２０７は、連通したフレーム部２３０の内部へ送られる。フレーム部２３０には、気体２０７を吐出する吐出孔（図示せず。）が形成されている。吐出孔は、フレーム部２３０において吐出混合物２２０が混合されるフレーム部２３０の枠型の内側面に設けられる。設けられる吐出孔の数に制限はないが、フレーム部２３０の正方形状の各一辺が向かい合う対辺にそれぞれ同数および線対称の位置に形成される。このような吐出孔を有することで、吐出孔から吐出される気体２０７の吐出により引き起こされる吐出混合物２２０の乱流を抑制して一方向に吐出混合物２２０を吐出することができる。
【００４３】
このような吐出孔を有したフレーム部２３０から吐出された気体２０７により、気体２０７が吐出される方向とは反対側の方向より、エジェクタノズル内に向かった酸洗液の吸引流れが発生する。この吸引流れにより吸入された酸洗液２０３は、気体２０７と混合されて、フレーム部２３０より吐出混合物２２０として吐出される。このように、フレーム部２３０から吐出される気体２０７と吸入された酸洗液２０３により吐出勢いが増幅した吐出混合物２２０は強い噴流を有して吐出されることができる。
【００４４】
フレーム部２３０の形状は正方形状としたが、かかる例に限定されない。フレーム部２３０の形状は、長方形状、円状、楕円状の形状であってもよい。
【００４５】
（エジェクタノズル配置位置）
以上までで、エジェクタノズル１００の構造に関して説明を行った。次に、エジェクタノズル１００の配置位置に関して、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。図５Ａは、エジェクタノズル１００の酸洗槽２内における配置の一例を示した図である。
【００４６】
図５Ａを参照すると、酸洗槽２の中央にパスライン１があり、エジェクタノズル１００ａまたは１００ｂは、パスライン１にて搬送される鋼板の板幅方向のパスライン端を通る鉛直面及びパスライン端の外側の酸洗槽２の槽壁の間の酸洗槽２内に挟まれて配置される。エジェクタノズル１００ａは、エジェクタノズル１００が配置され得る鉛直方向の高さ範囲において、液面側の好ましい上限配置位置を示しており、エジェクタノズル１００ｂは、エジェクタノズル１００が配置され得る範囲にて酸洗槽底面側の好ましい下限配置位置を示している。
【００４７】
図５Ｂは、図５Ａに示した酸洗装置を直上方向から見下ろした図である。図５Ｂにおいては、パスライン１が矩形の酸洗槽２の長辺方向に通り、配管１０に連結されたエジェクタノズル１００がパスライン側に吐出口を有し、パスライン側に吐出混合物を吐出する構成を示している。図５Ｂではさらに、エジェクタノズル１００が吐出混合物を吐出する吐出方向、及び鉛直方向で定義される鉛直面をＤ１で示している。そして、鉛直面Ｄ１とパスライン１端と、が交わる点を原点Ｏと示している。
【００４８】
ここで、図５Ａを参照する。図５Ａは、図５Ｂにて示された鉛直面Ｄ１を正面に酸洗装置を見た図である。図５Ａでは、吐出混合物の吐出方向、及び鉛直方向で定義される鉛直面Ｄ１と、パスライン１端と、が交わる点を原点Ｏとして、該鉛直面Ｄ１において、原点Ｏが含まれる水平線Ｌ１を基準として酸洗槽の底面側を負の方向、酸洗液の液面側を正の方向としている。このとき、エジェクタノズル１００の配置位置は、原点Ｏ及びエジェクタノズル１００の吐出口の先端を結ぶ直線と、原点Ｏが含まれる水平線Ｌ１と、がなす角θにより規定される。本願発明者らは、原点Ｏからエジェクタノズル先端までの水平距離をｘ、原点Ｏを含む水平線Ｌ１からエジェクタノズル先端までの鉛直方向の変位をｙとするときの、角度θを以下の式（１）で表した。
【００４９】
【数１】
2019214764.tif 000003
【００５０】
本願発明者らは、式（１）で定義された角度θに対して、下記式（２）で示される運動方程式を用いて本願発明が取りうる角度θの範囲に関して知見を得ることができた。
【００５１】
エジェクタノズル１００及びパスライン１との関係から、液体密度ρw、気体密度ρb、参照部分体積Ｖ、重力加速度ｇ、液体流速ｖとすれば、下記式（２）で示される運動方程式が成立する。
【００５２】
【数２】
2019214764.tif 000004
【００５３】
上記式（２）を変形すると下記式（３）となり、吐出混合物がパスライン１端に到達するまでの軌跡は、加速度ｄｖ／ｄｔを(ρw−ρb)g/ρwとした射法投射の問題に帰着する。これより、エジェクタノズル１００の配置位置の上限及び下限を求めることができる。
【００５４】
【数３】
2019214764.tif 000005
【００５５】
まず、図５Ｃを参照して、エジェクタノズル１００が、原点Ｏを含む水平線Ｌ１よりも下方に設置される場合に関して説明する。水平線Ｌ１よりも下方に設置されるエジェクタノズル１００ｂでは、例えば、気体によって加速された吐出混合物が１ｍ／ｓに加速されて、図５Ｃの流動パターンを取るときのｙ２が取り得る最大値からθを算出する。この際に、ρwは１０００ｋｇ／ｍ３、ρbは１ｋｇ／ｍ３、エジェクタノズル１００の吐出混合物の吐出初速ｖは１ｍ／ｓ、ｘは０．５ｍｍ、とする。このとき、ｔは０．５ｓ、ｄｖ／ｄｔは９．７９０２ｍ／ｓ２であるため、ｙ２は１．２２３７８ｍとなる。
【００５６】
上記の条件及び式（１）から（３）を用いると、吐出混合物の初速度が１ｍ／ｓの時、角度θは−６７．７°となる。吐出混合物が１ｍ／ｓ以上に加速されれば、角度θは、−６７．７°よりも大きくなる。そのため角度θの最小値は、−６７．７°となる。
【００５７】
次に、図５Ｄを参照して、エジェクタノズル１００が、原点Ｏを含む水平線Ｌ１よりも上方に設置される場合に関して説明する。例えば、水平線Ｌ１よりも上方に設置されるエジェクタノズル１００ａでは、パスライン１よりも上方にエジェクタノズル１００を配置しても、下方に配置されるパスラインに対して吐出混合物が到達するように、所定の速度以上で吐出混合物が噴射されれば、酸洗効率を上昇させることができる。例えば、図５Ｄには、図５Ａに示すエジェクタノズル１００ａが、原点Ｏを含む水平線Ｌ１よりも上方に設置される場合にエジェクタノズル１００ａがパスラインに向かって傾いて配置される様子を示している。このとき、吐出混合物は図５Ｄに示すような軌跡を描いて、パスライン１に到達できる。例えば、水平線Ｌ１よりも上方に設置されるエジェクタノズル１００ａでは、気体によって加速された吐出混合物が５ｍ／ｓに加速されて、図５Ｄの流動パターンを取るときのｙ１が取り得る最大値からθを算出する。この際に、ρwは１０００ｋｇ／ｍ３、ρbは１ｋｇ／ｍ３、エジェクタノズル１００の吐出混合物の吐出初速ｖは５ｍ／ｓ、ｘは０．５ｍｍ、とする。このときｔは０．０７０７１１ｓ、ｄｖ／ｄｔは９．７９０２ｍ／ｓ２であるため、ｙ１は０．２２５５２５ｍとなる。
【００５８】
上記の条件及び式（１）から（３）を用いると、吐出混合物の初速度が５ｍ／ｓの時、角度θは２４．２７７７１°となる。これより、エジェクタノズル１００の配置位置を示す角度θの最大値は、２４．２７７７１°となる。以上より、角度θは、−７０°≦θ≦２５°であることが好ましい。なお、配置位置の角度θの理論値は上記のような算出方法により算出できるが、さらに酸洗槽中の液の抵抗等を考慮して、より確実に酸洗効率を上昇させるために、角度θは、−６０°≦θ≦２５°としてもよい。
【００５９】
図５Ｂでは、酸洗槽２内に一つのエジェクタノズル１００が設置されているが、複数のエジェクタノズルが配置されてもよい。複数のエジェクタノズル１００が配置されることで、より酸洗効率を上昇させることができる。例えば、複数のエジェクタノズル１００は、パスライン１を挟んで向かい合って設けられる一対のエジェクタノズルでもよく、該一対のエジェクタノズルがパスライン１を挟んで鋼板進行方向に沿って複数設けられてもよい。また、複数のエジェクタノズル１００は、パスライン１を挟んで等間隔に交互に配置されてもよい。
【００６０】
本実施形態では、酸洗設備におけるエジェクタノズル１００としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、酸洗設備以外の設備にて用いられてもよい。酸洗設備においては、撹拌される液体が酸洗液であったが、エジェクタノズル１００は撹拌対象が液体であれば、エジェクタ効果によるより強い撹拌作用を発揮できる。具体的には、鋼板表面の有機分を除去するためのリンス設備に使用されてもよい。
【００６１】
（３．従来の酸洗装置との比較）
ここで、図６及び図７を参照して本発明にかかる酸洗装置の比較例の説明を行う。図６は、比較例にかかる酸洗装置を示す一例である。酸洗装置８ａは、酸洗槽２に酸洗液３が貯められており、熱交換器５がパスライン１を挟んで、酸洗槽２の板幅方向両側に備えられている。パスライン１で、鋼板が連続的に搬送されることで、鋼板が酸洗される。この酸洗装置８ａでは、熱交換器５等が備えられるだけであり、酸洗液３内で流れが発生することはなく、酸洗槽２内の乱流による酸洗効率の向上効果は見込めない。
【００６２】
さらに熱交換器５のメンテナンス費用がかかる上、間接加熱であるため酸洗液の温度上昇には潜熱しか利用されず、蒸気が持つエネルギーの一部が酸洗液の温度上昇に寄与せず、蒸気エネルギーのロスを発生させる。
【００６３】
図７は、比較例にかかる酸洗装置を示す他の例である。図７に示す酸洗装置８ｂでは、酸洗槽２に酸洗液３が貯められており、酸洗槽２の床面に蒸気配管６が設置されている。酸洗装置８ｂは、酸洗装置８ａと比較すると、蒸気による直接加熱であるために、蒸気エネルギーロスを低下できるものの、鋼板の下面しか酸洗効率向上の効果が見込めない。また、鋼板が振動することにより、蒸気配管６に接触してしまい、蒸気配管６が破損する。さらに、蒸気配管６は、酸洗槽の床面に設置されているため、蒸気配管６が破損した際には、酸洗液の液抜きをして補修する必要があり、その時間は酸洗装置を止める必要が出てくる。
【００６４】
一方で、図２Ａ及び図２Ｂで示したような本発明にかかる酸洗装置では、酸洗槽の槽壁と平行に設置される配管１０を有し、その先端にエジェクタノズル１００を備える。配管１０が槽壁と平行に設置されるため、配管１０を補修する際には、酸洗装置８ｂのように液抜きにより酸洗槽内の液位を低下させることなく、補修が可能である。
【００６５】
本発明にかかる酸洗装置では、配管１０の先端にエジェクタノズル１００を備える。エジェクタノズル１００が配管１０の先端に備えられるため、配管１０を通過した気体はエジェクタノズル１００の吐出口より吐出される。酸洗装置８ｂのように、蒸気配管６に設けられた複数の吐出孔から、蒸気等が吐出される機構よりも、蒸気などの気体をエジェクタノズル１００の一か所に集中させて吐出させることができるため、複数の吐出孔を有する吐出機構よりも吐出の勢いを増して気体を吐出することができ、エジェクタノズル１００が有する構造による吐出噴流と相まって酸洗液内により強い流れを生じさせることができる。この強い吐出噴流は、酸洗液３０を撹拌し、スケールの酸洗効率を上昇させる。
【００６６】
エジェクタノズル１００が有する構造による吐出噴流とは、エジェクタノズル１００から気体を吐出する時に、吸入口より酸洗液を吸入して、該気体と共に吐出するために生じる強い噴流である。この強い噴流が鋼板に衝突することにより、酸洗効率が更に向上する。
【００６７】
また、強い噴流を鋼板に衝突させることにより、スケールの解砕効果があると考えられる。強い噴流を生じさせることにより、スケール粒子群が解砕され、酸洗液と触れる表面積が増大し、スケールがより溶解しやすくなることでスケールの酸洗効率が向上し得る。また、強い噴流を鋼板に衝突させることにより、鋼板近傍に酸洗液の流れが生じる。この酸洗液の流れにより、スケール近傍に滞留する低濃度の酸洗液を移動させることができ、スケールに未反応の酸洗液を常に接触させることができるため、酸洗効率が向上し得る。
【実施例】
【００６８】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（鋼板端部の流速比較試験）
本発明の一実施形態に係る酸洗装置における酸洗効率に寄与する鋼板端部の流速に関する検証結果を説明する。本検証では、鋼板には巻き取り温度７００℃で巻き取りを行った低炭鋼を用いて、酸洗装置に該鋼板を通板することで酸洗し、鋼板端部の流速を確認した。該低炭鋼は板幅１０００ｍｍ、板厚２ｍｍであった。通板速度は、１００ｍｐｍにて通板を行った。酸洗液の温度は、９０℃であった。
【００７０】
実施例１では、エジェクタノズルとして、本実施形態にかかるエジェクタノズル１００を使用した。エジェクタノズルは、テフロン（登録商標）に用いられる素材で形成され、吐出口の先端の口径は４０ｍｍ、吸入口から吐出口１３０までの吐出方向長さは１１３ｍｍであった。エジェクタノズルは、吐出混合物の吐出方向、及び鉛直方向で定義される鉛直面と、パスライン端と、が交わる点を原点として、該鉛直面において、原点が含まれる水平線を基準として酸洗槽の底面側を負の方向、前記酸洗液の液面側を正の方向とした時に、原点及びエジェクタノズルの吐出口の先端を結ぶ直線と、水平線と、がなす角θを−２０°とした。外部から供給した気体は、０．３ＭＰａの吐出圧を有した水蒸気であり、パスラインに向かって吐出された。
【００７１】
比較例１では、実施例１と同様の鋼板を使用した。比較例１では、配管１０の先端に水平方向に外部から供給される気体を吐出する単孔ノズルを設けた。単孔ノズルの口径は、２０ｍｍであった。エジェクタノズルは、実施例１と同様に角度θが−２０°で配置を行った。外部から供給した気体は、実施例１と同様に、０．３ＭＰａの吐出圧を有した水蒸気であり、パスラインに向かって吐出された。
【００７２】
図８に、単孔ノズル（比較例１）及びエジェクタノズル（実施例１）を使用した場合の鋼板端部における流速比の結果を示す。鋼板端部における流速計算により、単孔ノズルの流速計算結果を１とした場合、エジェクタノズルの流速計算結果は２．５倍であった。この結果より、エジェクタノズルを用いることで、鋼板端部にて、酸洗液の流れを促進できることが分かった。
【００７３】
酸洗液の流れを促進できると、その衝突衝撃によりスケールが離れやすくなることで、スケールが酸洗液に触れる表面積を増加させることができ、酸洗効率を促進できると考えられる。また、スケール近傍に滞留した酸洗液、つまり溶解したスケール由来の溶解イオン濃度が高い酸洗液を移動することができ、スケールの溶解を促進することができると考えられる。
【００７４】
（鋼板端部の酸洗速度比較試験）
次に、本発明の一実施形態に係る酸洗方法において酸洗効率に関する検証結果を説明する。鋼板端部の流速比較試験における実施例１及び比較例１に対して、鋼板端部の酸洗速度の評価を行った。熱間圧延巻き取り温度が７５０℃の鋼板を比較例１のノズルがセットされた酸洗装置に通板させた。通板速度を５０ｍｐｍから１０ｍｐｍ刻みで増速させていったところ１００ｍｐｍでスケール残りが発生した。そこから比較例１のノズルを実施例１のノズルに変更すると１００ｍｐｍではスケール残りが発生しなかった。そこから同様に１０ｍｐｍ刻みで増速させていった所、１３０ｍｐｍでスケール残りが発生した。この実機試験結果から実施例１のノズルで１．４倍に通板可能速度が増加したことが判明した。
【００７５】
（角度θによる酸洗速度比較試験）
さらに、角度θを任意に変更して、エジェクタノズル及び単孔ノズルの配置位置の変化による、酸洗速度の比較試験を実施した。比較試験の結果を図９及び表１に示す。本試験では、エジェクタノズル及び単孔ノズルは、パスライン端から水平方向に５００ｍｍの位置に配置され、垂直方向に任意の距離Ｙだけ離れた位置で、気体を酸洗槽内に噴射した。該噴射気体は９０℃の水蒸気であり、１３０ｋｇ／ｈｒの流量で噴射させた。この条件は本試験で角度θを変化させる全条件に対して同一とした。図９の結果を出すために用いた酸洗速度は、鋼板の通板速度を徐々に上昇させて、スケールが残存する直前の速度を用いて算出した。
【００７６】
【表１】
2019214764.tif 000006
【００７７】
まず単孔ノズルにて、垂直方向に任意の距離Ｙだけ位置を変化させて角度θを変えて、蒸気を噴射したが、吐出混合物が鋼板の存在するパスラインに到達しないため、角度θを変化させても酸洗速度に変化は見られなかった。
【００７８】
次に、単孔ノズルをエジェクタノズルに取り換えて、単孔ノズルと同様に酸洗槽内に蒸気を噴射させて酸洗速度を調査した。すると、−６０°で酸洗速度比が、１．２０倍に向上した。その後、徐々に角度θを上昇させてθが２５°までは、単孔ノズル使用時と比較して、１．２０倍以上の速度で通板できた。一方、２５°よりも大きい角度θの場合には、酸洗速度比が１．１程度となり、酸洗速度が低下した。この試験結果から、角度θが−６０°≦θ≦２５°の範囲で、エジェクタノズルを使用することで、より酸洗速度向上により効果があることが確認できた。
【００７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８０】
１００    エジェクタノズル
１０３    酸洗液
１０７    気体
１２０    吐出混合物
１３０    吐出口
１４０    吸入口
１５０    連結部
【図１】
2019214764.tif 000007
【図２Ａ】
2019214764.tif 000008
【図２Ｂ】
2019214764.tif 000009
【図３】
2019214764.tif 000010
【図４】
2019214764.tif 000011
【図５Ａ】
2019214764.tif 000012
【図５Ｂ】
2019214764.tif 000013
【図５Ｃ】
2019214764.tif 000014
【図５Ｄ】
2019214764.tif 000015
【図６】
2019214764.tif 000016
【図７】
2019214764.tif 000017
【図８】
2019214764.tif 000018
【図９】
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