(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水と接触する鋼材の表面を電気防食する方法であって、
格子間隔が１５０〜５４０ｍｍであり、かつ、太さが０．２５ｍｍ以上である格子状の電極を前記鋼材の表面と１ｍｍ以上距離を設けて配置し、前記電極を陽極とし、かつ、前記鋼材を陰極として通電し、
前記通電を行う前に、前記通電の際の前記電極と前記鋼材との印加電圧で、前記鋼材表面の全部において電位が−１．０〜−０．７７［Ｖ．ｖｓ．ＳＣＥ］となるように、前記格子の間隔、前記電極の太さ、および前記鋼材表面から前記電極までの距離をそれぞれ決定する、鋼材表面の電気防食方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水と接触する鋼材の表面を電気防食する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉炉底の鉄皮は、海水を流下させて接触させることによって冷却される。また、熱交換器や冷却器、復水器において、鋼材の表面が冷却水である海水と接触する場合がある。さらに、構造物を構成する鋼材の表面が海水と接触する場合がある。
【０００３】
このように海水と接触することによって鋼材の表面が腐食するのを防止するため、陰極防食法（カソード防食法）による電気防食が用いられる。その電気防食では、格子状の電極を海水と接触する鋼材の表面に配置する。その際、電極は海水に浸漬されるとともに、電極と鋼材の表面の間には距離（隙間）が設けられる。この状態で電極を陽極とするとともに鋼材を陰極として通電すると、電極から海水を経由して鋼材にカソード電流が流れ、鋼材がカソード分極する。これにより、鋼材の表面でアノード溶解反応が抑制され、鋼材の表面を防食できる。
【０００４】
電極の基材には、例えば、チタンやチタン合金が使用され、電極（基材）の表面には貴金属（例えば白金）がめっき等によってコーティングされる場合がある。電極の基材には、チタンのほかにジルコニウム、ニオブ、タンタル等も使用され、コーティングの材料としては、白金のほかに酸化イリジウム、酸化ルテニウム等が使用される。
【０００５】
鋼材表面の電気防食に関して従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献１がある。その特許文献１では、鋼材の表面に絶縁性ネットを介して格子状の電極を配置することが提案されている。これにより、冷却効果を損なうことなく、鋼材の表面に均一に通電できるとしている。また、格子状の電極は目開きが２０〜７０ｍｍ程度であるのが好ましいとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−６４７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の通り、格子状の電極を陽極とするとともに鋼材を陰極として通電することにより、鋼材の表面を電気防食する方法がある。その方法では、例えば、電極にチタン等が使用され、電極の表面が白金等によってコーティングされる場合がある。このような電極は高価であり、設備コストの上昇を招くので、単位面積あたりの電極の使用量（質量）を低減し、設備コストを削減することが望まれている。また、電極の目開きが小さいと、海水とともに木片や海藻といった異物が流入し、電極に付着して目詰まりを発生させる。近年増加するクラゲも異物となり、目詰まりを発生させる。
【０００８】
前述の特許文献１では、格子状の電極の目開きが２０〜７０ｍｍ程度と小さい。このため、電極の使用量が増大し、設備コストが上昇する。また、海水とともに流入する異物により、電極に目詰まりが発生する。
【０００９】
本発明の目的は、格子状の電極の使用量（質量）を低減できるとともに、電極の目詰まりを防止できる鋼材表面の電気防食方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態による鋼材表面の電気防食方法は、海水と接触する鋼材の表面を電気防食する方法であって、格子間隔が１５０〜５４０ｍｍである格子状の電極を前記鋼材の表面と距離を設けて配置し、前記電極を陽極とし、かつ、前記鋼材を陰極として通電する。
【００１１】
前記電極の太さを０．２５ｍｍ以上とするのが好ましい。また、前記鋼材の表面から前記電極までの距離を１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鋼材表面の電気防食方法は、電極の格子間隔を従来の約２倍以上とする。このように電極の格子間隔を極めて大きく設定しても、安定して電気防食できる。加えて、格子状の電極の使用量を低減できるとともに、電極の目詰まりを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す実施形態の部分断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示す実施形態における格子状の電極を示す上面図である。
【図２】図２は、電位分布の代表的な一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、印加電圧と鋼板表面の電位との関係の代表的な一例を示す模式図である。
【図４】図４は、電極の格子間隔と印加電圧との関係の代表的な一例を示す模式図である。
【図５】図５は、電極の格子間隔と制御可能電圧幅との関係の代表的な一例を示す模式図である。
【図６】図６は、電極の格子間隔の最大値と鋼材の表面から電極までの距離との関係を示す模式図である。
【図７】図７は、電極の格子間隔と消費電力との関係を示す模式図である。
【図８】図８は、電極の格子間隔と電極の使用量（質量）との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の鋼材表面の電気防食方法における一実施形態ついて、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００１５】
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態を示す模式図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは部分断面図、図１Ｃは格子状の電極を示す上面図である。図１Ａおよび図１Ｂには、鋼材（鋼板）１１と、格子状の電極１２と、海水１３とを示す。図１Ａでは、海水１３を二点鎖線で示す。例えば、鋼材（鋼板）１１と、格子状の電極１２は、海水中１３に浸漬している状態となるので、海水１３が鋼材１１の表面と接触する。
【００１６】
本実施形態の電気防食方法では、格子状の電極１２を海水１３と接触する鋼材１１の表面に配置する。その際、電極１２は海水１３に浸漬されるとともに、電極１２と鋼材１１の表面の間には距離が設けられる。この状態で、格子状の電極１２を陽極とするとともに、鋼材１１を陰極として通電する。これにより、鋼材１１の表面でアノード溶解反応が抑制され、鋼材１１の表面を防食できる。
【００１７】
このような電気防食方法において、本実施形態の電気防食方法は、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を１５０〜５４０ｍｍとする。本発明において、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）は、互いに平行な線部１２ａの隙間の大きさＡ（目開き）でなく、図１Ｃに示すように互いに平行な線部１２ａの中心間隔とする。
【００１８】
前述の特許文献１は、格子状の電極の目開きが２０〜７０ｍｍ程度と小さいが、本実施形態の電気防食方法は、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を１５０ｍｍ以上とする。このように、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を従来の約２倍以上と極めて大きく設定しても、後述の実施例で明らかにするように、鋼材表面の全部を電気防食できる。
【００１９】
また、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を１５０ｍｍ以上と極めて大きくすることにより、電極の使用量（質量）を低減でき、設備コストを削減できる。加えて、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を極めて大きくすることにより、木片や海藻、クラゲといった異物が流入しても、目詰まりがほとんど発生することがなく、目詰まりを防止できる。電極の使用量（質量）をさらに低減する観点、および、目詰まりをさらに防止する観点では、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が大きいほど好ましい。
【００２０】
後述の実施例で明らかにするように、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が５４０ｍｍ以下であれば、電極の太さｄや鋼材の表面から電極までの距離Ｐに拘わらず、鋼材表面の全部を電気防食できる。このため、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）は、上限を５４０ｍｍとする。後述の実施例で明らかにするように、より安定して電気防食を行う観点では、４００ｍｍ以下とするのが好ましく、３００ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００２１】
電極１２の格子の形状は、正方形（Ｗ１＝Ｗ２）に限定されず、長方形（Ｗ１≠Ｗ２）であってもよい。電極１２の格子の形状が長方形である場合、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）のいずれも、１５０〜５４０ｍｍとする。電極１２の格子の形状は、菱形であってもよく、この場合、２組の対辺の間隔を、いずれも、１５０〜５４０ｍｍとする。
【００２２】
後述の実施例の図６で明らかにするように、電極１２の太さｄが小さくなるのに従い、電気防食が可能な電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）は小さくなる傾向がある。このため、電極１２の太さｄが０．２５ｍｍ未満であれば、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が５４０ｍｍ以下であっても、鋼材の表面の一部で安定して電気防食ができないおそれがある。したがって、電極１２の太さｄは０．２５ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２３】
一方、電極１２の太さｄが大きいと、電極の使用量（質量）が増加するとともに、電極１２と鋼材１１の表面との隙間Ｃ（図１Ｂ参照）が小さくなって冷却水による鋼材１１の表面の冷却の妨げになるおそれがある。このため、電極１２の太さｄは、３ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２４】
本実施形態において、電極の太さは、図１Ｂに示すように断面形状が正方形の場合は一辺の長さとし、断面形状が円形の場合は直径とする。
【００２５】
後述の実施例の図６で明らかにするように、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐが小さくなるのに従い、電気防食が可能な電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）は小さくなる傾向がある。このため、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐが１ｍｍ未満であれば、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が５４０ｍｍ以下であっても、鋼材の表面の一部で安定して電気防食ができないおそれがある。したがって、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐは１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２６】
一方、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐが大きいと、必要な電位を確保するのに要する消費電力が増加する。このため、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐは、５００ｍｍ以下とするのが好ましく、５０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００２７】
本発明において、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐは、図１Ｂに示すように、鋼材１１の表面から電極の中心までの距離とする。
【００２８】
鋼材１１の材質は、例えば、炭素鋼等の低合金鋼とすることができる。電極１２の基材には、例えば、チタンやチタン合金を使用でき、電極（基材）の表面には貴金属をめっき等によってコーティングしてもよい。また、電極の基材には、ジルコニウム、ニオブ、タンタル等も使用でき、コーティングには酸化イリジウム、酸化ルテニウム等も使用できる。
【００２９】
電極１２を鋼材１１の表面と距離を設けて配置する方法については、特に制限はなく、電極１２から鋼材１１の表面までの距離を維持した状態で電極１２を支持できる限り、種々の方法を採用できる。例えば、絶縁体からなるスペーサを鋼材の表面に並べて配置し、そのスペーサによって電極を鋼材側から支持してもよい。また、特許文献１と同様に、鋼材の表面に絶縁性ネットを介して格子状の電極を配置してもよい。鋼材側の反対側から電極を適宜支持してもよい。
【実施例】
【００３０】
［電極の格子間隔］
本発明の効果を確認するため、鋼材表面の電位分布を求める試験を行った。本試験は、有限体積法を用いる解析によって行った。
【００３１】
本解析は、図１Ａ〜図１Ｃに示す実施形態を対象とし、対称性を考慮して図１Ｃでハッチングを施す領域のみをモデル化した。鋼材１１は、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定される炭素鋼のＳ４５Ｃを模擬した。海水１３は、塩分濃度が３質量％の海水を模擬し、海水の厚さＴ（図１Ｂ参照）を１５ｍｍとし、海水の流速をなし（０ｍ／ｓ）とした。
【００３２】
格子状の電極１２は、基材がチタンからなり、かつ、基材の表面に白金がめっきによって１μｍ厚さでコーティングされた電極を模擬した。電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）は、１０〜８００ｍｍで変化させた。電極１２の格子の形状は正方形とし、すなわち、電極１２の格子間隔をＷ１＝Ｗ２とした。電極１２の線部１２ａの断面形状は、正方形とし、電極１２の太さｄは０．５〜２ｍｍで変化させた。鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐは、１〜１０ｍｍで変化させた。
【００３３】
本解析では、格子状の電極１２が陽極となるとともに鋼材１１が陰極となるように電圧を印加して通電し、電位分布を求めた。印加電圧は１．７５〜５．５Ｖで変化させた。
【００３４】
図２は、電位分布の代表的な一例を示す斜視図である。同図には、前記図１Ｃのハッチングで施した領域のみを示し、白色と黒色の濃淡で電位（−Ｖ.ｖｓ．ＳＣＥ）を示す。同図に示す電位分布の条件は、電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が２００ｍｍ、電極１２の太さｄが０．５ｍｍ、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐが１０ｍｍ、印加電圧が２．２５Ｖであった。
【００３５】
同図に示す電位分布は、電極１２のうちで角度が異なる線部１２ａ同士が交わる交差部（図１Ｃの符号１２ｂ参照）の周辺で最も卑となり、電極の交差部から遠ざかるのに従って貴となる。このため、鋼板表面の電位分布は、交差部の真下の部位（実線矢印で指し示す部位）が最も卑となり、格子（開口）の中央部（図１Ｃの符号１２ｃ参照）の真下に位置する部位（破線矢印で指し示す部位）が最も貴となる。
【００３６】
ここで、鋼板表面において、電位が−０．７７Ｖ．ｖｓ．ＳＣＥ（以下、単に「Ｖ」とも表記する）より卑であると、十分な防食が可能となる。このため、鋼板表面において最も卑な電位は、−０．７７Ｖと等しいか、あるいは、−０．７７Ｖより卑とする必要がある。また、鋼板表面において、電位が−１．０Ｖより卑であると、水素発生反応が起こり、電流量の増大や海水の減少等によって悪影響が生じるおそれがある。このため、鋼板表面において最も貴な電位は、−１．０Ｖと等しいか、あるいは、−１．０Ｖより貴とする必要がある。
【００３７】
つまり、鋼板表面の全部において、電位を−１．０〜−０．７７Ｖとすれば、鋼板表面の全部を安定して防食できる。鋼板表面において最も卑な電位および最も貴な電位は、印加電圧や電極１２の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）、電極１２の太さｄ、鋼材１１の表面から電極１２までの距離Ｐによって変化する。
【００３８】
図３は、印加電圧と鋼板表面の電位との関係の代表的な一例を示す模式図である。同図を得る解析では、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を２００ｍｍ、電極の太さｄを０．５ｍｍ、鋼材の表面から電極までの距離Ｐを１０ｍｍとし、印加電圧を変化させた。
【００３９】
同図より、印加電圧が増加するのに従い、鋼板表面において最も卑な電位および最も貴な電位はいずれも卑となることが確認された。同図の条件である場合、印加電圧を約２．０〜２．３７Ｖとすれば、鋼板表面の全部で電位が−１．０〜−０．７７Ｖとなり、鋼板表面の全部を安定して防食できることが確認された。
【００４０】
図４は、電極の格子間隔と印加電圧との関係の代表的な一例を示す模式図である。同図には、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）と最も卑な電位が−１．０Ｖとなる印加電圧との関係（以下、単に「曲線Ａ」ともいう）、および、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）と最も貴な電位が−０．７７Ｖとなる印加電圧との関係（以下、単に「曲線Ｂ」ともいう）をそれぞれ示す。同図でハッチングを施した領域は、鋼板表面の全部において電位が−１．０〜−０．７７Ｖとなり、鋼板表面の全部を安定して防食できることを示す。同図を得る解析では、電極の太さｄを０．５ｍｍ、鋼材の表面から電極までの距離Ｐを１０ｍｍとし、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）および印加電圧をそれぞれ変化させた。
【００４１】
さらに、図５は、電極の格子間隔と制御可能電圧幅との関係の代表的な一例を示す模式図である。ここで、制御可能電圧幅（Ｖ）とは、曲線Ａの印加電圧（Ｖ）と曲線Ｂの印加電圧（Ｖ）の差である。
【００４２】
図４および図５より、従来は電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が２０〜７０ｍｍ程度と小さかったが、それより極めて大きく電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を設定しても、鋼板表面の全部を安定して防食できることが明らかになった。また、同図の条件である場合、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を６００ｍｍ程度としても、鋼板表面の全部を安定して防食できることが明らかになった。
【００４３】
さらに、図５より、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が、３００ｍｍ以下であれば制御可能電圧幅はほぼ一定であり、４００ｍｍを超えると制御可能電圧幅の減少量が増大することが分かった。ここで、制御可能電圧幅の減少量とは、電極の格子間隔の単位量あたりで制御可能電圧幅が減少する量であり、図５に示すグラフの傾きである。つまり、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が４００ｍｍ以下であれば、制御可能電圧幅の減少量が小さく、最も貴な電位と最も卑な電位の差を確保できるため、安定して防食可能であることが分かった。また、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が３００ｍｍ以下であれば、従来と同レベルの制御可能電圧幅があり、最も貴な電位と最も卑な電位の差が従来と同レベルであるため、より安定して防食可能であることが分かった。
【００４４】
そこで、電極の太さｄおよび鋼材の表面から電極までの距離Ｐをそれぞれ変化させながら、前述の曲線Ａおよび曲線Ｂを求めた。それらの曲線から、鋼板表面の全部を安定して防食可能な電極の格子間隔の最大値をそれぞれ求めた。ここで、電極の格子間隔の最大値とは、曲線Ａと曲線Ｂの交点における電極の格子間隔である（前記図４参照）。
【００４５】
図６は、電極の格子間隔の最大値と鋼材の表面から電極までの距離との関係を示す模式図である。同図より、電極の太さｄが小さくなるに従って電極の格子間隔の最大値が小さくなることが確認された。また、鋼材の表面から電極までの距離Ｐが小さくなるに従って電極の格子間隔の最大値が小さくなることも確認された。さらに、同図では、電極の格子間隔の最大値が、いずれも、５４０ｍｍを超えた。このため、電極の太さｄや鋼材の表面から電極までの距離Ｐに拘わることなく、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が５４０ｍｍ以下であれば、鋼板表面の全部を安定して防食できることが明らかになった。
【００４６】
ここで、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を大きくすると、消費電力が増大するおそれがあるので、消費電力を調査した。
【００４７】
図７は、電極の格子間隔と消費電力との関係を示す模式図である。同図には、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）と最も卑な電位が−１．０Ｖとなる消費電力との関係、および、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）と最も貴な電位が−０．７７Ｖとなる消費電力との関係を示す。同図に示す消費電力は、単位面積あたりの消費電力（Ｗ／ｍ２）である。同図を得る解析では、電極の太さｄを０．５ｍｍ、鋼材の表面から電極までの距離Ｐを１０ｍｍとし、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）および印加電圧をそれぞれ変化させた。
【００４８】
消費電力を抑える場合、印加電圧は、例えば、最も貴な電位が−０．７７Ｖとなる消費電力における印加電圧を求め、その印加電圧に安全率を乗じることによって設定される。この場合、実際の消費電力は、最も貴な電位が−０．７７Ｖとなる消費電力とほとんど同じとなる。同図より、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が５４０ｍｍの場合の最も貴な電位が−０．７７Ｖとなる消費電力は、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）が７０ｍｍの場合と比べ、約２倍であることが確認された。すなわち、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を大きくしても、消費電力の増加は約２倍以下に抑えられることが明らかになった。
【００４９】
［電極の使用量］
続いて、本発明による電極の使用量の低減効果を確認するため、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）と電極の使用量（質量）との関係を求めた。電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）は、１０〜８００ｍｍで変化させた。電極の格子形状は正方形とし、すなわち、電極の格子間隔をＷ１＝Ｗ２とした。電極の断面形状は、正方形とし、電極の太さｄは１ｍｍとした。電極の表面は、白金がめっきによって１μｍ厚さでコーティングされているとした。
【００５０】
図８は、電極の格子間隔と電極の使用量（質量）との関係を示す模式図である。同図に示す電極の使用量（ｇ／ｍ２）は、特に高価な白金の使用量であり、かつ、鋼材表面の単位面積あたりの使用量である。同図より、電極の格子間隔（Ｗ１、Ｗ２）を１５０ｍｍとすれば、従来の上限の７０ｍｍとする場合に比べ、電極の使用量を６５％低減できることが明らかになった。
【００５１】
これらから、本発明の電気防食方法により、鋼板表面の全部を安定して防食しながら、電極の使用量を低減できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の電気防食方法は、格子状の電極の使用量（質量）を低減できるとともに、電極の目詰まりを防止できる。このため、高炉炉底の鉄皮の電気防食において有効に利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１：鋼材、  １２：格子状の電極、  １２ａ：線部、  １２ｂ：交差部、
１２ｃ：格子の中央部、  １３：海水
【図１Ａ】
0006531566.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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