(57)【要約】【課題】酸洗液中において帯板の溶解によって発生する水素の気泡濃度を下げることにより、超音波振動子より帯板に印加される超音波の強度を高くし、酸洗効率の安定した酸洗装置を提供する。【解決手段】連続酸洗槽１内に走行する帯板２を浸漬して、前記帯板２に超音波を印加しながら酸洗する方法において、前記連続酸洗槽１内に音波を印加し、酸洗により発生した気泡を除去することを特徴とする超音波式連続酸洗方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続酸洗槽内に走行する帯板を浸漬して、前記帯板に超音波を印加しながら酸洗する方法において、前記連続酸洗槽内に音波を印加し、酸洗により発生した気泡を除去することを特徴とする超音波式連続酸洗方法。
【請求項２】
連続酸洗槽内の帯板の出口及び／又は帯板の入口の近傍から音波を印加することを特徴とする請求項１記載の超音波式連続酸洗方法。
【請求項３】
連続酸洗槽内の帯板の出口及び／又は入口の近傍に印加する音波の強さを、帯板の出口と入口の中間部から印加する音波より強くすることを特徴とする請求項２記載の超音波式連続酸洗方法。
【請求項４】
連続酸洗槽内の帯板の出口と入口の間に帯板を下から支える堰を設け、連続酸洗槽内の帯板の出口、帯板の入口、堰の何れか１以上の近傍から音波を印加することを特徴とする請求項１記載の超音波式連続酸洗方法。
【請求項５】
連続酸洗槽内の帯板の出口、入口、堰の何れか１以上の近傍から印加する音波の強さを、帯板の出口と堰との中間部及び／又は帯板の入口と堰との中間部から印加する音波より強くすることを特徴とする請求項４記載の超音波式連続酸洗方法。
【請求項６】
連続酸洗槽内に印加する音波の強さ、周波数、方向、音波発生装置の位置の何れか１以上を可変とすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の超音波式連続酸洗方法。
【請求項７】
連続酸洗槽内の酸洗液中の気泡濃度分布、気泡径、帯板の鋼種、板幅、板の位置の何れか１以上に応じて音波発生装置により印加する音波の強さ、周波数、向き、音波発生装置の位置の何れか１以上を制御することを特徴とする請求項６記載の超音波式連続酸洗方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続酸洗槽（酸洗槽という）内において、酸洗液中を走行する金属帯板に超音波を印加し、酸洗処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように帯板２を連続して酸洗処理する装置において酸洗液３中に超音波を印加して、その酸洗効果を向上させる超音波式酸洗装置が特許文献１に開示されている。その装置は酸洗槽１内に充満された酸洗液３中を走行する帯板２に、超音波振動子４から超音波を印加している。
また、酸洗装置は、図６に示すように酸洗槽１内の酸洗液３を循環ポンプ９により酸溶液タンク１０との間で循環しているが、塩酸濃度が一定になるように水を水供給源１１から給水経路１２を通って供給し、塩酸を酸供給源１３から給酸経路１４を通り供給している。特許文献２では、水供給源１１と酸溶液タンク９との間に脱気装置１５を設置し、水中に解けている空気の濃度を下げることにより、超音波印加で発生するキャビテーション衝撃圧力を大きくしている。
【０００３】
しかし、この方法は、酸溶液タンク８に供給される水中に溶解した空気の量を下げるため、９０℃に加熱又は減圧するものである。そのため、操業中に鉄の溶解によって水素が発生して気泡となり、酸洗槽１内において酸洗液３中の気泡濃度が増加するという問題を解決することができなかった。酸洗液３中の気泡濃度が増加すると、超音波が気泡により減衰し、帯板に印加される超音波の強度が低下するため、スケールの除去残り（デスケムラという）が生じた。
図５及び図６に模式的に示した酸洗設備は、帯板２が酸洗槽１を通過するとき、帯板２に付着していたスケールを酸洗液により溶解する装置であるが、酸洗液により溶解されるのはスケールのみではなく、スケールが溶解して露出した鉄も酸洗液中に溶解する。酸洗液中において鉄の溶解によって発生した水素は気泡となり、帯板２の移動により、酸洗液と共に酸洗槽１内を循環する。
【０００４】
また、酸洗液中を通過する超音波の減衰率は酸洗液中に含有する気泡濃度に比例して大きくなる。そのため、気泡濃度が増加すると超音波の減衰が大きくなり、帯板に印加される超音波の強度が小さくなり酸洗速度が低下する。このような状態で帯板２に印加される超音波の強度を強くするためには、超音波の出力を大きくする方法や超音波振動子４を帯板２に近づける方法がある。しかし、超音波の出力を大きくするには、振動子のコストが高くなる。また、超音波振動子４を帯板２に近づけると、帯板２の蛇行や振動により帯板２が超音波振動子４と接触し易くなり、品質欠陥が生じる可能性が高くなる。
また、操業時に酸洗槽１を通過する帯板２の鋼種、板幅、通板速度は一定でなく、操業条件により変わるため発生する気泡の量や移動速度は大きく異なり、酸洗槽中の気泡濃度には濃淡が発生する。このような状態で超音波を印加すると、帯板に印加される超音波の強度にムラが発生し、デスケムラ等の品質欠陥となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−７８８７４号公報
【特許文献２】
特開平５−７８８７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸洗液中において帯板の溶解によって発生する水素の気泡濃度を下げることにより、超音波振動子より帯板に印加される超音波の強度を高くし、酸洗効率の安定した酸洗装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波式連続酸洗装置は以下の通りである。
（１）  連続酸洗槽内に走行する帯板を浸漬して、前記帯板に超音波を印加しながら酸洗する方法において、前記連続酸洗槽内に音波を印加し、酸洗により発生した気泡を除去することを特徴とする超音波式連続酸洗方法。
（２）  連続酸洗槽内の帯板の出口及び／又は帯板の入口の近傍から音波を印加することを特徴とする（１）記載の超音波式連続酸洗方法。
（３）  連続酸洗槽内の帯板の出口及び／又は入口の近傍に印加する音波の強さを、帯板の出口と入口の中間部から印加する音波より強くすることを特徴とする（２）記載の超音波式連続酸洗方法。
（４）  連続酸洗槽内の帯板の出口と入口の間に帯板を下から支える堰を設け、連続酸洗槽内の帯板の出口、帯板の入口、堰の何れか１以上の近傍から音波を印加することを特徴とする（１）記載の超音波式連続酸洗方法。
（５）  連続酸洗槽内の帯板の出口、入口、堰の何れか１以上の近傍から印加する音波の強さを、帯板の出口と堰との中間部及び／又は帯板の入口と堰との中間部から印加する音波より強くすることを特徴とする（４）記載の超音波式連続酸洗方法。
（６）  連続酸洗槽内に印加する音波の強さ、周波数、方向、音波発生装置の位置の何れか１以上を可変とすることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項記載の超音波式連続酸洗方法。
（７）  連続酸洗槽内の酸洗液中の気泡濃度分布、気泡径、帯板の鋼種、板幅、板の位置の何れか１以上に応じて音波発生装置により印加する音波の強さ、周波数、向き、音波発生装置の位置の何れか１以上を制御することを特徴とする（６）記載の超音波式連続酸洗方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、このような課題を解決するために、酸洗液中の気泡を音波の印加により除去するものである。気泡を含んだ酸洗液に音波を印加すると、気泡が凝集して大きな気泡となる。気泡径と気泡の上昇速度は比例するため、上昇速度が速くなり、液中の気泡が除去される。なお、酸洗液に印加する音波の強さを高くする気泡の凝集も加速される。
図１に本発明の基本的概要の平面図、図２に通板方向側面図を示す。図１に示したように、超音波振動子４及び音波発生装置１６は、酸洗槽１内に、帯板２との間を充分距離を持って設置することにより、帯板２の幅方向の蛇行による超音波振動子４及び音波発生装置１６との接触を防止できる。
【０００９】
音波発生装置１６の概要図を図３に示す。音波発生装置は、アクチュエータ１９の振動により発生した振動を音波振動板２０により、音波を発生するものであり、発生した音波は酸洗液３中へ伝わる。また、アクチュエータ１９の振幅と周波数は音波発振器２１により制御されている。印加する音波が低周波の場合は、アクチュエータ１９としてスピーカー、バイブレータがあり、高周波のアクチュエータ１９としては圧電素子や磁歪素子がある。
音波発生装置１６から印加する音波の強さは、最大値を１０Ｐａ以上とすることが好ましいが、音波の強さを高くしすぎると音波発生装置のコストが増大するので、１５０ｋＰａ以下とすることが好ましい。また、印加する周波数も１Hzから１００ｋHzの範囲内の機器が性能及び装置コストの点から好ましい。
【００１０】
帯板２の溶解で発生した気泡は帯板２の移動と共に酸洗槽の出口１ｂの方向へ運ばれて、帯板の出口１ｂに多く溜まる。また、気泡は、酸洗槽１の側面に沿った通板方向と逆方向の酸洗液の流れにより帯板の入口１aの方へ運ばれて帯板の入口１ａに溜まる。
したがって、帯板の出口１ｂ及び／又は帯板の入口１ａの１０ｍ以内に、帯板の出口１ｂと帯板の入口１ａの中間部よりも、音波発生装置１６を多く設置し、帯板の出口１ｂ及び／又は帯板の入口１ａの１０ｍ以内に印加する音波の強さを、帯板の出口と入口の中間部に印加する音波より強くすることにより多くの気泡に音波が印加され、気泡の凝集、上昇が効率的に行われる。
【００１１】
また、図４に示すように、酸洗槽１の中に堰２２が設置されている設備においては、帯板２と共に運ばれた気泡の移動が堰２２により遮られ、堰２２の近傍にも多く溜まる。そのため、堰２２と酸洗槽の出入り口の中間部よりも、堰２２近傍５ｍ以内に、音波発生装置１６を多く配置して、堰２２と酸洗槽の出入り口との中間部に印加する音波よりも、堰２２近傍５ｍ以内に印加する音波を強くすることが気泡の除去に効率的である。
【００１２】
帯板２より発生する気泡の量は、鋼種、板幅により異なり、酸洗槽内に発生する液の流れは、板幅、板厚、通板速度により異なる。したがって、酸洗槽内あるいは上部に設置した気泡センサー１７及び気泡可視装置１８により気泡濃度分布、気泡径を測定し、音波発生装置１６から印加される音波の周波数、強さ、音波発生装置１６の深さ方向の位置、幅方向の位置、通板方向の位置、音波印可の方向の何れか１以上を可変とし、気泡濃度が高い部分に音波を印加することにより効率的に気泡を除去することができる。
【００１３】
気泡センサーとしては光学式気泡センサー、電磁式気泡センサー、超音波式気泡センサー、ビデオマイクロスコープの映像を処理する方法等があり、可視化装置としてはビデオカメラ、ＣＣＤカメラ、デジタルカメラなどがある。
【００１４】
除去する気泡濃度に比例して音波の強さを変えることにより音波発生装置１６の印加エネルギーを省力化することも可能である。また、対象とする気泡の径及び気泡までの距離により最大の効果を得る音波の周波数は異なり、径が大きく距離が遠いときの周波数は低く、径が小さく距離が近いときの周波数は高くする方が効率的である。
また、音波発生装置１６を可動とすることにより、酸洗槽１に設置したヒーターやレンガの陰に滞留している気泡も効果的に除去することが可能である。
【００１５】
音波発生装置１６による気泡除去の効果を気泡センサー１７及び気泡可視化装置１８により再度測定することにより、音波発生装置１６の印加条件を最適化することが可能である。さらに、帯板の鋼種、板幅、板厚、通板速度等の酸洗設備の操業条件による音波発生装置１６の最適印加条件を求めることにより、気泡測定の測定時間を省略することも可能である。
また、気泡濃度を連続的に測定せず、定期的に測定することが可能になる。そのため、測定操作の省略、画像解析、データー処理のための装置の省略が可能になる。さらに、気泡濃度を測定しないときには、センサーを酸洗槽から引き上げることができる。
これにより、８０℃の酸洗槽の場合、連続測定を行うには、冷却等の装置も大がかりとなるという問題が、定期的測定では簡易な冷却で十分であるため、解決できる。さらに、冷却を行ってもセンサーは精密機器のため酸洗雰囲気で長時間使用すると寿命の点で問題となるが、これについても、定期的測定を行うことにより解決できる。
【００１６】
超音波振動子４及び音波発生装置１６の材質は、耐食性かつ弾性があるチタン合金やステンレス又はエポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、エチレン樹脂、フッ素樹脂などの樹脂や塩化ゴム、軟質ゴムなどのゴムをコーティングした物を使用できる。
また、音波発生装置の向きの回転や位置の移動には電動モータや油圧駆動装置を使用できる。回転方向は０から３６０°、深さ方向の位置移動は液面から槽の底部まで、幅方向は槽の側面から２ｍまで、通板方向は槽の堰あるいは酸洗槽出口１ｂ、酸洗槽入口１ａから１０ｍまでの間とすれば良いが、装置コストが増大するので可動範囲はできるだけ小さくすることが好ましい。
超音波振動子４から印加する超音波の強度は、最大値を１００Ｐａ以上とすることが好ましいが、超音波の強度を高くしすぎると超音波振動子のコストが増大するので、１５０ｋＰａ以下とすることが好ましい。また、印加する周波数も１０ｋHzから２００ｋHzの範囲内の機器が性能及び装置コストの点から好ましい。
【００１７】
【実施例】
本発明の実施例として、図１に示したように超音波振動子４を酸洗槽の側面の中央部に設置し、音波発生装置１６を酸洗槽出口１ｂと入口１ａから１ｍ、槽側面から５００ｍｍ、液面から３００ｍｍ、印加方向を超音波振動子４の方向に設置した。音波発生装置１６の可動範囲は、通板方向５００ｍｍ、板幅方向２００ｍｍ、向きを±３０°とし、移動は電動モータにて行った。
音波発生装置１６のアクチュエータとして、圧電素子を用いた。超音波振動子４及び音波発生装置１６の材質は、チタン合金に塩化ゴムをコーティングした材料を採用した。
超音波振動板４及び音波発生装置１６の大きさは、何れも幅３００ｍｍ、高さ３００ｍｍとした。超音波振動子４から印加する超音波の周波数は２８ｋＨｚ、強度の最大値を１００ｋＰａとし、音波発生装置１６の周波数は１０ｋＨｚ、強度の最大値５０ｋＰａとした。
気泡センサー１７としては光学式気泡センサーを用い、気泡可視化装置１８にはビデオカメラを用いた。
一方、比較例は超音波振動子４のみとし、音波発生装置１６、気泡センサー１７、気泡可視化装置１８を除いた方法とした。
その結果、本発明例では高い強度の超音波が安定して帯板に印加されて帯板全面にわたりスケールが除去されたが、比較例はデスケムラが生じた。
【００１８】
【発明の効果】
操業中に酸洗槽内に発生する気泡を除去する音波発生装置を酸洗槽に設置することにより、高い強度の超音波を安定して帯板に印加することが可能となり、デスケムラ等の欠陥の発生を抑制することができるため、産業上の貢献が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸洗槽内の側面に超音波振動子、音波発生装置、気泡センサーを配置した超音波式酸洗装置の平面図である。
【図２】酸洗槽内の側面に超音波振動子、音波発生装置、気泡センサー、気泡可視化装置を配置した超音波式酸洗装置のＡＡ’面からの通板方向断面図である。
【図３】音波発生装置の断面図である。
【図４】堰がある酸洗槽に超音波振動子、音波発生装置を設置した超音波式酸洗装置の通板方向断面図である。
【図５】超音波振動子を帯板の上下に対向して配置した従来の超音波式酸洗装置の幅方向断面図である。
【図６】超音波振動子を帯板の上下に対向して配置し、酸溶液タンクに供給する水を脱気した従来の超音波式酸洗装置の通板方向断面図である。
【符号の説明】
１  ：酸洗槽
１ａ：帯板の入口
２ｂ：帯板の出口
２  ：帯板
３  ：酸洗液
４  ：超音波振動子
５  ：超音波振動板
６  ：超音波発振子
７  ：超音波発振器
８  ：シールロール
９  ：循環ポンプ
１０：酸溶液タンク
１１：水供給源
１２：給水経路
１３：酸供給源
１４：給酸経路
１５：脱気装置
１６：音波発生装置
１７：気泡センサー
１８：気泡可視化装置
１９：アクチュエーター
２０：音波振動板
２１：音波発振器
２２：堰
【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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【図６】
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