JPH09143754A - 金属表面処理装置の薬液槽加温方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属表面処理装置のりん酸亜鉛皮膜化成処理
槽の加温を効率良く、しかも経済的に行えるようにされ
た方法を提供する。 【構成】 加温を目的とした薬液槽を内槽１と外槽２の
二重構造とし、外槽２に温水を循環して内槽１を加温す
る様になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薬液や水等の流体を使用
して脱脂、水洗、皮膜化成等の表面処理を行うのに好適
な、金属表面処理装置の薬液槽加温方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属表面処理を行う際に脱脂、水洗、皮
膜化成等の工程があるが、これらの工程で使用される薬
剤は５０℃前後に加温した薬液をタンクに溜め、処理物
をこのタンク内に浸漬するか、又はタンク内に溜めた薬
液を別途設置されたスプレー室内へポンプで圧送して、
スプレーノズルで吹付け、スプレーされた後の薬液をタ
ンク内に回収して循環スプレーする方法で表面処理され
る。

【０００３】金属の表面処理は通常、脱脂洗浄、水洗、
りん酸塩皮膜化成、水洗の工程を経た後、水切り乾燥さ
れて塗装される。

【０００４】ここで、りん酸塩皮膜化成に使用される薬
剤、とりわけりん酸亜鉛系皮膜化成処理剤は加温するこ
とにより、皮膜剤成分が加水分解して、沈澱物（スラッ
ジ）が発生する。加水分解は加熱手段の接液温度が高い
ほど、起こりやすい。

【０００５】皮膜剤と処理物の反応は鉄表面にりん酸塩
皮膜結晶が析出する一方、処理物から溶け出した鉄分も
皮膜剤成分と反応して液中にスラッジ状に析出される。

【０００６】生成したスラッジはタンク内壁、底面、熱
交換器などに付着し、推積される。特に熱交換器部分で
は加熱による加水分解が起きやすくなっているので、推
積されたスラッジが固着し、層となって厚味を増す。

【０００７】これら熱交換器は熱源としてボイラーによ
ってスチームを発生させ、槽内の熱交換部、例えば蛇管
やパネルヒーターに蒸気を送って薬液を加温したり、熱
交換器を外部に設置し、この熱交換器に配管を通じて薬
液及びスチームを送り、加温する方法等が実施されてい
る。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】先に述べた如く、皮膜
化成槽内の熱交換器部分には次第にスラッジが付着推積
し、熱交換の効率が劣化してくる。ある程度のスラッジ
が付着した時点で、薬液を一時的に槽外へ移し、タンク
内の清掃及び付着スラッジの除去を行わないと所定の温
度が保てなくなる。

【０００９】その為、一定期間毎にメンテナンス作業が
必要であり、この作業は欠かせないのであるが、タンク
内は狭く又、熱交換器や加温用蛇管があると、メンテナ
ンス作業が非常にやりにくい。。

【００１０】そこで熱交換器を槽外に置いて、薬液を配
管により熱交換器に送り、一方の熱源にはスチームを送
って薬液を加温する方法が実施されている。

【００１１】この系では薬液中に生成されたスラッジは
フィルターや沈澱分離装置に薬液を送って除去し、加温
も薬液槽の外で行われるのでタンク内はスラッジの付着
や推積が少なくなり、熱交換器も簡単に取り外して洗浄
ができる。

【００１２】又、硝酸による酸洗配管をバイパスとして
設置しておき、バルブ切り替え操作で熱交換器の薬液側
内部洗浄も行う事ができて便利である。

【００１３】しかし、熱交換器の熱源にスチームを使用
すると、薬液側の熱交換部が高温とになるので、皮膜化
成剤の加水分解が促進され、熱交換部に推積される固着
スラッジは頻繁に洗浄しなければならない。又、スラッ
ジも強固に付着推積されるので、酸洗浄しても簡単に溶
かす事ができず、長時間の洗浄時間が必要である。

【００１４】この問題点は熱交換器を介して、薬液と高
温のスチームが直接熱交換される為に起きるので、この
問題点を解消する為に熱交換器を２台用意し、１台目の
熱交換器で熱源のスチームは水と熱交換して温水とし、
この温水と薬液の熱交換はもう一台の熱交換器を介して
行う方法があり、広く採用されている。

【００１５】ところで、これ迄に述べた方法ではスチー
ムボイラーを使う為に、多くのスラッジが付着しやすく
なるのであり、温水ボイラーを使えばこの問題点が解消
される事になる。温水ボイラーを使う事は皮膜化成液の
加温方法としては、良い方法であるが、設定温度と熱源
の温度差が小さいので昇温に時間がかかるという問題が
ある。

【００１６】脱脂洗浄工程の様に薬液を直接スチームボ
イラーから蛇管を通して熱交換してもスラッジの生成等
がなく、極めて効率良く加温できる場合には、わざわざ
温水ボイラーを使って時間を掛けて昇温する必要はな
い。

【００１７】スチームボイラーが設置してあり、能力さ
え有れば先程の温水との熱交換はたやすくできるし、ス
チームで使いたい所への供給もでき、配熱は自由なので
通常、工場ではスチームボイラーが採用されている。

【００１８】ともあれ、温水を熱交換の熱源として、槽
外に熱交換器を設置する場合、一般的な加熱源はスチー
ムボイラーという事になる。

【００１９】そこで前記した様に熱交換器を２台用意
し、１台目でスチームと水の熱交換を行って温水を得、
２台目で温水と皮膜化成剤の熱交換を行って加温するこ
とが多い。この加温システムでは、温水と皮膜化成剤の
熱交換器の皮膜化成剤接液側の配管にスラッジが付着し
てくるので、硝酸による洗浄回路を設けバルブ切り替え
によって、硝酸を硝酸タンクからポンプにより送って、
熱交換器内を循環洗浄する方法が採られることが多い。

【００２０】このような加温システムでは熱交換器や硝
酸洗浄の為の配管や、硝酸タンクの設置などが必要であ
り、これらのコントロール用温調装置なども加えると、
かなりのスペースと設置費用がかかる。

【００２１】皮膜化成槽内に蛇管又はパネル式の熱交換
器を設置して温水を通すことにより、加熱することもで
きるが、タンク内ではメンテナンスの洗浄作業がやりに
くいので、できるだけ蛇管等はタンク内に設置しないで
加温する方法の出現が望まれていた。

【００２２】

【課題を解決する為の手段】上述の目的を達成する為
に、本発明では皮膜化成剤のタンクを内槽と外槽の二重
構造とし、外槽に温水を循環させてタンク内の薬液を加
温する方法をとる。

【００２３】又、薬液タンク内の液の撹拌を行い熱交換
効率を上げると共に薬液槽に温水を循環させる熱交換体
を一部配設し、薬液の昇温、保温の補助とすることもで
きる。

【００２４】薬液槽に配設する熱交換体はできる限り小
さな面積のものを使用する。具体的には蛇管又はパネル
ヒーターが良いが、加温に必要な熱量がタンクの回りか
ら充分に供給される場合には無い方が良い。

【００２５】尚、タンクの内槽と外槽を二重構造とする
が、タンク底については、断熱の意味もあり、二重構造
とすることが望ましい。省略しても必要熱量が外周側面
から充分に得られる場合は、タンク底面を二重構造とせ
ずに施行しても良い。

【００２６】タンク上面は表面処理方式が浸潰の場合は
従来と同じくオープン状態とし、表面処理方式がスプレ
ー式の場合は蓋を被せるのが普通である。

【００２７】

【作用】上述の構成による本発明の金属表面処理装置の
薬液槽加温方法においては、温水を介して薬液槽の外周
から加温するので、加熱しようとする薬液槽、特に皮膜
化成槽の設置温度と加熱側の温水の温度差（ΔＴ）が少
ない為、皮膜化成剤成分が加水分解されにくくなり、ス
ラッジが付着しにくくなる。

【００２８】その為、熱交換効率の劣化が少なくなり、
メンテナンスのサイクルが延長できる。更に、加熱が薬
液槽の外周から行われるのでタンク内は複雑な熱交換部
が無く、メンテナンス作業がやり易くなる。

【００２９】補助用の蛇管等を配設する場合でも、設置
面積は非常に少なくできる為、薬液槽内に加熱用の熱交
換器や、蛇管等の設置による液撹拌の阻害がなくなり、
すっきりとした構造になる。又、スラッジの自動かき寄
せをする場合でも、効率が良くなる。

【００３０】

【実施例】以下に添付の図を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１は本発明の実施態様の基本を示す
薬液槽の平面図であり、１がタンク内槽でこの内槽にり
ん酸亜鉛皮膜処理剤などの薬液が入れられる。２は薬液
槽の外槽で、この外槽に内槽の薬液を加温する為の温水
が循環通水される。３は、保温材で薬液槽からの熱の放
散防止用である。

【００３１】図２が本発明の薬液槽加温法の流れを示す
フロー図でこの図を用いて詳細な説明を行う。タンク内
槽１の寸法は３，０００ｍｍ（Ｌ）×１９００ｍｍ
（Ｗ）×８５０ｍｍ（Ｈ）である。タンク外槽２の外寸
は３，３００ｍｍ（Ｌ）×２，１００ｍｍ（Ｗ）×９５
０ｍｍ（Ｈ）である。保温材３の厚さは５０ｍｍであ
る。

【００３２】このタンクの内槽液量は、液面高さを７０
０ｍｍ（Ｈ）とした場合３．０００×１．９００×０．
７００＝３．９９平方メートルで約４トン槽である。
又、タンク外槽とタンク内槽を１つの加温対象と考えた
場合は液面高さを内槽の高さ７００ｍｍに合わせると外
槽では８００ｍｍとなる。従って、内槽と外槽を合わせ
た加温対象は、３，３００（Ｌ）×２，１００（Ｗ）×
０．８００（Ｈ）＝５．５４４立方メートルとなる。配
管や膨張タンク１２の液量をこれに加えると約５．６ト
ン槽である。

【００３３】この５．８トン槽の温度を５０℃に昇温す
るには、５．６×（５０℃ー２５℃）×１，０００＝１
４０，０００ｋｃａｌが必要である。実用的には３０分
で昇温するのに２８０，０００ｋｃａｌ／ｈｒの熱量を
必要とする。

【００３４】この熱の供給はスチームボイラーから行
い、導管５から熱交換器１３にスチームを送り、スチー
ムドレンは８の導管から排出する。一方、加温対象はタ
ンク外槽内の水とし、循環ポンプ９により導管７から熱
交換器１３に送り、導管６を介してバルブＢ１を通り、
タンク外槽２に送られ再び循環ポンプ９に戻される。導
管６を通った温水は補助用の熱交換部の蛇管４に送るこ
ともできる。この場合は、バルブＢ２を開放する。

【００３５】タンク外槽２に送られた温水はタンク内槽
１の薬液を加温し、熱交換されて再び熱交換器１３に送
られ、繰り返し薬液を加温する。一方薬液は、ポンプ１
０によりタンク内槽から導管を通して送られ、ノズル１
１により内槽タンクを撹拌しながら循環させる。これに
より、外槽タンクとの熱交換効率を向上させる。

【００３６】１２は外槽タンク内の温水の膨張に対応す
る為の膨張タンクである。この系の昇温を３０分で行う
のに必要な理論熱量は２８万ｋｃａｌ／ｈｒであり、熱
交換器１３の交換熱量を２８万ｋｃａｌ／ｈｒ以上に確
保しておけば良い。実際には放熱によるロスもあるので
充分に余裕をもって選定する。

【００３７】問題になるのはタンク外槽からタンク内槽
への伝熱効果である。タンク内槽とタンク外槽が薄ステ
ンレス材で分離されている系での自然伝熱は経験値で、
およそ４００ｋｃａｌ／平方メートル・ｈｒ・℃であ
り、強制撹拌では８００〜１，０００ｋｃａｌ／平方メ
ートル・ｈｒ・℃である。

【００３８】実施例では、強制撹拌なので伝熱係数を８
００ｋｃｅｌ／平方メートル・ｈｒ・℃として計算して
良い。この系の内槽タンク液面高さ７００ｍｍでの伝熱
面積は、側面だけの場合は（０．７Ｈ×３．０Ｌ）×２
＋（０．７Ｈ×１．９Ｗ）×２＝６．８８平方メートル
となる。底面も伝熱に利用する場合は更に、３．０Ｌ×
１．９Ｗ＝５．７平方メートルがプラスされ１２．５６
平方メートルとなる。

【００３９】側面だけで加熱する場合、温水を８０℃で
送り熱交換すると簡易計算では６．８６平方メートル×
８００ｋｃａｌ×（８０℃ー２５℃）＝３０１，８４０
ｋｃａｌ／ｈｒとなり、昇温能力は２８万ｋｃｅｌ／ｈ
ｒを越える。底面も伝熱に利用する場合は同様に計算す
ると１２．５６平方メートル×８００ｋｃｅｌ×（８０
℃ー２５℃）＝５５２，６４０ｋｃａｌとなり３０分の
昇温は充分である。

【００４０】次に薬液がスプレー処理で使われる場合で
あるが、ワーク重量３０ｋｇ／個、１時間当たりのハン
ガー処理数６０ヶ、１ヶ当たりの処理物表面積５．０平
方メートル／個、ハンガー１ヶ当たりの重量を３ｋｇと
すると、ワークによる熱損失は３０ｋｇ×６０個×０．
１１５ｋｃａｌ／ｄｅｇ・ｋｇ×（５０℃ー２５℃）＝
５，１７５ｋｃｅｌで、ハンガーによる熱損失は３ｋｇ
×６０個×０．１１５×（５０℃ー２５℃）＝５１８ｋ
ｃａｌである。処理物とハンガーの合計は５，６９３ｋ
ｃｅｌ／ｈｒとなる。

【００４１】処理物をスプレーすることにより、蒸発排
気される水量を１３０ｌ／ｈｒとすると放熱量は１３０
ｌ／ｈｒ×６５０ｋｃａｌ／ｌ＝８４，５００ｋｃｅｌ
／ｈｒである。（蒸発潜熱は５３９ｋｃｅｌ／ｌである
が経験値は６５０ｋｃｅｌ／１程度である。）この他、
スプレー室内壁からの放熱量は、保温されている場合は
０．３ｋｃａｌ／平方メートル・ｈｒ・℃であり、わず
かである。

【００４２】次に排風量による熱損失は１００立方メー
トル／分の排風量に設定した場合、１００立方メートル
／分×６０分×（５０℃ー２５℃）×１．３（空気比
重）×０．２４（空気比熱）＝４６，８００ｋｃａｌ／
ｈｒとなる。上記全ての放熱量を加えると約１３７．０
００ｋｃｅｌ／ｈｒとなる。この放熱量は３０分昇温に
必要な熱量２８万ｋｃｅｌｈｒの半分以下であり、スプ
レー式の処理におけるランニングについても側面からの
温水加熱で充分に対応可能である。

【００４３】尚、循環温水の温度と薬液層の温度差ΔＴ
はできるだけ、小さくした方が良い。理由は伝熱面での
皮膜成分の加水分解はΔＴが小さい程、起こりにくくな
り、付着スラッジが低減できるからである。付着スラッ
ジが伝熱面に推積すると、熱効率が悪くなってくるの
で、設計にあたっては供給熱源は充分に確保しておく方
が良い。又、槽内のメンテナンスも定期的に実施し、伝
熱面の付着スラッジは早目に取り除く方が良い。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明による金属表面処理装置の薬液槽加温方法によれば、
りん酸亜鉛皮膜薬液槽の加温が温水により側面及び底面
から行われるので、薬液槽内の熱交換部と薬液の温度差
がスチームにより加熱する時と比べて小さくなり、薬液
の加水分解が抑えられ、スラッジが生成しずらくなる。

【００４５】その為、薬液中の熱交換部に付着推積する
スラッジも少なくなり、熱交換効率の劣化が少なくな
る。更に、熱交換部が薬液槽の壁面及び底面なので清掃
するときも、非常に作業がやり易くなる。又、槽外加熱
の装置が不要となり、これの付帯設備も不要となるため
経済効果が大きい。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様の基本を示す薬液槽の平面図
である。

【図２】本発明の薬液槽加温方法の流れを示すフロー図
である。

【符号の説明】

１‥‥‥‥‥タンク内槽 ２‥‥‥‥‥タンク外槽 ３‥‥‥‥‥保温材 ４‥‥‥‥‥補助用の熱交換部の蛇管 ８‥‥‥‥‥スチームドレン ９‥‥‥‥‥循環ポンプ １０‥‥‥‥ポンプ １１‥‥‥‥ノズル １２‥‥‥‥膨張タンク １３‥‥‥‥熱交換器 Ｂ１〜Ｂ８‥流量調整用バルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属表面処理装置における薬液槽を内槽
   と外槽の二重構造とし、外槽に温水を送り循環させる薬
   液槽加温方法
2. 【請求項２】 特許請求の範囲、請求項１の薬液槽加温
   方法に加えて、薬液槽内に温水を循環させる熱交換体を
   配設した薬液槽加温方法。