(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸洗処理の休止中における塩酸酸洗浴の管理方法であって、
酸洗浴の液温が１０℃〜２０℃であり、且つ、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）と塩酸濃度Ｙ（質量％）とが下記の関係式（１）を満たすように管理する塩酸酸洗浴の管理方法。
Ｙ≦−０．１Ｘ＋２８    ・・・  （１）
【請求項２】
塩酸濃度Ｙが１３（質量％）以上で且つ２２（質量％）以下とされ、鉄イオン濃度Ｘが１５０（ｋｇ／ｍ３）以下とされる請求項１に記載の塩酸酸洗浴の管理方法。
【請求項３】
酸洗処理液の加熱及び撹拌がなされない請求項１に記載の塩酸酸洗浴の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の酸洗工程における塩酸酸洗浴の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
線材、棒鋼、鋼管等の鋼材の製造工程においては、熱間圧延や熱間鍛造により、さらには熱処理により、鋼材には加熱と冷却とがなされる。主として冷却の過程で、鋼材の表面にスケールが生成する。一般にスケールを除去する方法には、酸を浸した浴槽に鋼材を浸漬しスケールを溶解して除去する酸洗法や、鋼材の表面に高速で微小粒を衝突させその衝撃でスケールを鋼材から剥離させて除去するショット法などがある。線材の場合には、圧延後のスケール除去や、被膜処理を目的として酸洗処理がなされることが多い。その酸洗処理液として、酸洗能力の高い塩酸が多用されている。
【０００３】
酸洗工程においては、スケールの付着した鋼材が、浴槽中に貯留された酸洗処理液に浸漬される。酸洗がなされると、スケールが除去されるとともに、酸洗処理液中に鉄イオンが溶出する。酸洗により、酸洗処理液中の塩酸濃度や鉄イオン濃度が変化する。
【０００４】
特開２００２−１８０２７８公報は、酸洗能力の低下を防止するため、塩酸濃度及び鉄イオン濃度を所定範囲に制御しながら酸洗を行う塩酸酸洗方法を開示する。
【特許文献１】特開２００２−１８０２７８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鋼材の製造ラインの稼働状況等の事情により、酸洗処理が休止されることがある。休止された酸洗処理は、いずれ再開される。
【０００６】
塩酸酸洗浴は、通常は常温から４０℃で使用され、熱源には水蒸気を用いることが一般的である。また、酸洗の生産性向上を目的にさらに高温の５０℃〜６０℃で使用される場合もある。
【０００７】
酸洗処理の休止中は、熱源である水蒸気が止められるので、酸洗処理液の温度は下がる。酸洗処理液の温度は、外気温と同じ温度にまで下がりうる。酸洗処理液の温度が低下すると、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ２）が析出しやすくなる。塩化第１鉄（ＦｅＣｌ２）は、酸洗処理液中の鉄イオンと塩素イオンとが結合することにより析出する。
【０００８】
析出した塩化第１鉄は、浴槽の底に堆積する。この堆積が、酸洗処理液の排出に使用するドレインバルブの径以上になると、塩酸液の入れ替えや塩酸濃度調整時に必要となる酸洗処理液の排出がドレインバルブからは不可能となり、特別に排出ポンプを準備するなど、操業上の不都合が生じる。したがって、この塩化第１鉄の析出は極力抑制されるのが好ましい。
【０００９】
塩化第１鉄の析出を抑制するためには、酸洗処理液を加熱したり、酸洗処理液を撹拌したりといった対策が必要となる。酸洗処理液の撹拌は、例えばエアレーションによりなされる。酸洗処理液の加熱は、塩酸の蒸発ロスを増大させ、酸洗処理液の撹拌は、塩酸の蒸発ロスを助長する。この塩酸の蒸発ロスの増大により、塩酸原単位が増大し、コストアップに至る。ここでいう塩酸原単位は、一定量の鋼材を酸洗処理するのに消費される塩酸の量である。
【００１０】
本発明の目的は、塩酸酸洗浴内での塩化第１鉄の析出を効果的に抑制しうる塩酸酸洗浴の管理方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る塩酸酸洗浴の管理方法は、塩酸酸洗浴の管理方法であって、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）と塩酸濃度Ｙ（質量％）とが下記の関係式（１）を満たすように管理する。
Ｙ≦−０．１Ｘ＋２８    ・・・  （１）
【００１２】
この塩酸酸洗浴の管理方法において、好ましくは、塩酸濃度Ｙが２２（質量％）以下とされる。この塩酸酸洗浴の管理方法において、好ましくは、塩酸濃度Ｙが１３（質量％）以上とされる。この塩酸酸洗浴の管理方法において、好ましくは、鉄イオン濃度Ｘが１５０（ｋｇ／ｍ３）以下とされる。
【００１３】
この塩酸酸洗浴の管理方法において、好ましくは、酸洗処理液の加熱及び撹拌がなされない。
【発明の効果】
【００１４】
鉄イオン濃度と塩酸濃度との関係が適切とされたので、塩酸酸洗浴での塩化第１鉄の析出が効果的に抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１６】
酸洗工程は、鋼材の製造工程に含まれる。周知の鋳造工程や圧延工程等を経て、酸洗処理前の鋼材が得られる。酸洗処理前の鋼材の表面には、スケールが生成している。酸洗処理の主目的は、スケールの除去である。酸洗工程では、浴槽中に貯留された酸洗処理液に、酸洗処理前の鋼材が浸漬される。浸漬により、スケールが除去される。酸洗工程を経た鋼材は、例えば仕上げ工程や検査工程を経て、最終製品となる。
【００１７】
図示は省略するが、酸洗処理液を貯留する浴槽の底部には、排液口が設けられている。この排液口は、ドレインバルブにより開閉する。ドレインバルブを開くことにより、酸洗処理液は排出される。
【００１８】
酸洗処理は、休止されることがある。例えば、鋼材の製造ラインが休止されると、酸洗処理も休止される。また、酸洗処理がバッチ処理である場合、一度に処理される数量の被処理鋼材が集まるまでの間、酸洗処理は休止される。休止時間は、特に限定されない。休止された酸洗処理は、所定時間後に再開される。
【００１９】
操業中の酸洗処理液の温度は、比較的高い。操業中の酸洗処理液の温度は、５０℃〜６０℃に保持される。  
【００２０】
一方、酸洗処理の休止中に、鋼材は投入されない。酸洗工程が休止されると、酸洗処理浴の水蒸気による加熱は止められる。この休止時間は、特に限定されないため、この休止時間が長時間になるほど酸洗処理液の温度は低下する。休止中の酸洗処理液の温度は、外気温と同じ温度にまで下がりうる。通常、外気温（酸洗処理がなされる場所の室温）は、１０℃〜２０℃程度である。酸洗処理液の温度が低下すると、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ２）が析出しやすくなる。塩化第１鉄（ＦｅＣｌ２）は、酸洗処理液中の鉄イオンと塩素イオンとが結合することにより析出する。
【００２１】
析出した塩化第１鉄は、浴槽の底に堆積する。この堆積が、酸洗処理液の排出に使用するドレインバルブの径以上になると、塩酸液の入れ替えや塩酸濃度調整時に必要となる酸洗処理液の排出がドレインバルブからは不可能となり、特別に排出ポンプを準備するなど、操業上の不都合が生じる。したがって、この塩化第１鉄の析出を極力抑制したい。
【００２２】
操業時のみならず休止時においても、塩化第１鉄が実質的に析出しないように、塩酸濃度及び鉄イオン濃度が管理されるのが好ましい。換言すると、室温から操業温度までの液温範囲において塩化第１鉄が析出しないように、酸洗処理液の塩酸濃度及び鉄イオン濃度が管理されるのが好ましい。塩化第１鉄の析出は低温ほど顕著であるため、液温が室温（１０〜２０℃）である場合において、塩化第１鉄が実質的に析出しない塩酸濃度及び鉄イオン濃度について検討が重ねられた。
【００２３】
本実施形態では、塩酸酸洗浴は、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）と塩酸濃度Ｙ（質量％）とが下記の関係式（１）を満たすように管理される。
Ｙ≦−０．１Ｘ＋２８    ・・・  （１）
【００２４】
図１は、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）と塩酸濃度Ｙ（質量％）との関係を示すグラフである。このグラフは、２次元の直交座標系である。グラフの横軸が鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）を示す。グラフの縦軸が塩酸濃度Ｙ（質量％）を示す。
【００２５】
図１のグラフ中には、関係式［Ｙ＝−０．１Ｘ＋２８］を満たす点（Ｘ、Ｙ）の集合からなる直線Ｔが描かれている。直線Ｔの線上及び直線Ｔよりも下側の領域αにある点（Ｘ、Ｙ）は、前述した数式（１）を満たす。図１において、領域αは破線ハッチングで示されている。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）及び塩酸濃度Ｙ（質量％）が上記数式（１）を満たしている場合、液温が１０℃〜２０℃とされても塩化第１鉄は実質的に析出しない。  
【００２６】
鉄イオン濃度又は塩酸濃度の濃度調整は、水や塩酸を加えることによりなされる。ただし、浴槽容量は一定であるため、水や塩酸を加えた際に液が溢れないように、使用済みの酸洗処理液の一部が浴槽から排出され、新たな水又は塩酸が加えられる。使用済みの酸洗処理液の排出は、例えば前述したドレインバルブを開くことによりなされる。
【００２７】
酸洗処理が再開された際に酸洗処理が円滑になされるようにするため、酸洗処理の休止中における塩酸酸洗浴は、酸洗処理に適した塩酸濃度Ｙ（質量％）とされるのが好ましい。酸洗処理の休止中の塩酸濃度Ｙ（質量％）が低すぎる場合、酸洗処理の再開時に塩酸濃度Ｙ（質量％）を高くする濃度調整が必要となる。酸洗処理の休止中の塩酸濃度Ｙ（質量％）が高すぎる場合、酸洗処理の再開時に塩酸濃度Ｙ（質量％）を低くする濃度調整が必要となる。
【００２８】
酸洗処理の再開時における濃度調整の手間を省く観点から、塩酸濃度Ｙ（質量％）は１３％以上とされるのが好ましい。塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３％以上とされた酸洗処理液は、良好なスケール除去性を有する。酸洗処理の再開時における濃度調整の手間を省く観点から、塩酸濃度Ｙ（質量％）は２２％以下とされるのが好ましい。塩酸濃度Ｙ（質量％）が２２％以下とされた酸洗処理液は、過酸洗による肌荒れを効果的に抑制する。
【００２９】
酸洗処理が再開された際に酸洗処理が円滑になされるようにするため、酸洗処理の休止中における塩酸酸洗浴は、酸洗処理に適した鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）とされるのが好ましい。酸洗処理の休止中の鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が高すぎる場合、酸洗処理の再開時に、水や塩酸を加えたり酸洗処理液を交換したりして、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）を低くする濃度調整が必要となる。酸洗処理の再開時における濃度調整の手間を省く観点から、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）は１５０（ｋｇ／ｍ３）以下とされるのが好ましい。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１５０（ｋｇ／ｍ３）以下とされた酸洗処理液は、良好なスケール除去性を有する。
【００３０】
酸洗処理の再開時における濃度調整の手間を省く観点から、塩酸濃度Ｙが１３（質量％）以上２２（質量％）以下とされ、鉄イオン濃度Ｘが１５０（ｋｇ／ｍ３）以下とされるのが更に好ましい。上記関係式（１）を満たし、塩酸濃度Ｙが１３（質量％）以上２２（質量％）以下であり、且つ鉄イオン濃度Ｘが１５０（ｋｇ／ｍ３）以下である領域βが、図１のグラフにおいて実線ハッチングで示される。
【００３１】
上記の管理方法において、酸洗処理液の加熱及び撹拌がなされないのが好ましい。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）及び塩酸濃度Ｙ（質量％）が上記数式（１）の関係を満たしている場合、酸洗処理の休止により液温が下がっても、塩化第１鉄の析出が抑制される。よって、塩化第１鉄の析出を抑制する目的でなされる酸洗処理液の加熱や撹拌が不要となる。加熱や撹拌が省かれることにより、酸洗処理の休止中における塩酸の蒸発ロスが低減する。蒸発ロスの低減により、塩酸原単位が低減する。また、加熱が省かれることにより、省エネルギーが達成される。本発明は、操業中における塩酸酸洗浴の管理方法に適用されうる。本発明は、酸洗処理の休止中における塩酸酸洗浴の管理方法に適用されうる。  
【実施例】
【００３２】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００３３】
以下では、塩酸濃度Ｙ（質量％）及び鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が上記数式（１）を満たす溶液を「実施例」とし、塩酸濃度Ｙ（質量％）及び鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が上記数式（１）を満たさない溶液を、「比較例」とした。
【００３４】
［実施例１］
塩酸の水溶液に鉄を溶解させて、塩酸濃度Ｙ（質量％）が２５（質量％）で且つ鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が２２（ｋｇ／ｍ３）である実施例１に係る酸洗処理液を得た。
【００３５】
［実施例２から１４及び比較例１から５］
塩酸や鉄イオンの濃度を調整して、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）及び塩酸濃度Ｙ（質量％）を下記の表１に示すように調整して、実施例２から１４及び比較例１から５に係る酸洗処理液を得た。
【００３６】
［析出の有無］
液温を１５℃とし、塩化第１鉄の析出の有無を観察した。この結果が、下記の表１及び表２に示される。
【００３７】
［品質］
調整された各例に係る酸洗処理液をそのまま酸洗処理に用い、酸洗された鋼材の品質を評価した。過酸洗により肌荒れが発生したものが、下記の表１及び表２において、「肌荒れ」と表示されている。酸洗処理の結果、部分的にスケールが残存したものが、下記の表１及び表２において、「部分スケール残り」と表示されている。酸洗処理の結果、スケールが残存せず、且つ、過酸洗による肌荒れが発生していないものが、下記の表１及び表２において「良好」と表示されている。
【００３８】
【表１】
0004828222.tif 000002
【００３９】
【表２】
0004828222.tif 000003
【００４０】
表１及び表２に示されるように、実施例の溶液においては塩化第１鉄が析出したが、比較例の溶液においては塩化第１鉄が析出しなかった。
【００４１】
［操業条件と同じ条件による試験］
更に、実際の線材の製造ラインにおける酸洗工程と同じ設備を用いて、本発明の効果を確認した。本発明の適用前（比較例の管理方法）と適用後（実施例の管理方法）とで、塩酸原単位及び水蒸気原単位を比較した。
【００４２】
（比較例の管理方法）
休止中の塩酸酸洗浴において、塩酸濃度Ｙ（質量％）は、１３〜２２％の範囲とされ、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）は１６０（ｋｇ／ｍ３）以下とされた。休止中の塩酸酸洗浴は、常時６０℃となるように加熱され、且つ常時エアレーションで撹拌された。
【００４３】
（実施例の管理方法）
休止中の塩酸酸洗浴において、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）及び塩酸濃度Ｙ（質量％）は下記のように管理された。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が０（ｋｇ／ｍ３）以上６０（ｋｇ／ｍ３）未満の範囲である場合、塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３〜２２％の範囲となるように管理された。 鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が６０（ｋｇ／ｍ３）以上８０（ｋｇ／ｍ３）未満の範囲である場合、塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３〜２０％の範囲となるように管理された。 鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が８０（ｋｇ／ｍ３）以上１００（ｋｇ／ｍ３）未満の範囲である場合、塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３〜１８％の範囲となるように管理した。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１００（ｋｇ／ｍ３）以上１２０（ｋｇ／ｍ３）未満の範囲である場合、塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３〜１６％の範囲となるように管理した。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１２０（ｋｇ／ｍ３）以上１４０（ｋｇ／ｍ３）未満の範囲である場合、塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３〜１４％の範囲となるように管理した。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１４０（ｋｇ／ｍ３）以上１５０（ｋｇ／ｍ３）以下の範囲である場合、塩酸濃度Ｙ（質量％）が１３％となるように管理した。鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）が１５０（ｋｇ／ｍ３）を超えた場合、酸洗処理液を廃棄して新たな酸洗処理液に交換した。休止中の塩酸酸洗浴は、加熱されず、且つエアレーション等での撹拌はなされなかった。
【００４４】
実施例の管理方法と比較例の管理方法とを、実際の操業条件と同条件で１ヶ月間実施した結果、実施例の管理方法は、比較例の管理方法と比較して、塩酸原単位（鋼材１トンを処理するのに消費される塩酸の重量）が２８％低減し、水蒸気原単位（鋼材１トンを処理するのに消費される水の重量）が２２％低減した。以上の評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、線材、棒鋼、鋼管等のあらゆる鋼材の酸洗工程に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、鉄イオン濃度Ｘ（ｋｇ／ｍ３）及び塩酸濃度Ｙ（質量％）の好ましい範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
Ｘ・・・鉄イオン濃度（ｋｇ／ｍ３）
Ｙ・・・塩酸濃度（質量％）
Ｔ・・・［Ｙ＝−０．１Ｘ＋２８］の直線
【図１】
0004828222.tif 000004