WO2002020125A1 - Magnetic filter device - Google Patents

Description

磁気フィルタ装置 技術分野

本発明は、 鋼板の冷閬圧延時に使用される圧延油や、 冷間圧延後に該圧 延油を除去するための洗浄液、 などの、 各種流体の清浄化処理において、 該流体中に混在している磁性粒子を連続して分離するために用いる磁気フ ィルタ装置に関するものである。 背景技術

鋼板の冷間圧延時に使用される圧延油を清浄化したり、 冷間圧延後の鋼 板の表面に残存する圧延油を除去するための洗浄液を清浄化する場合に、 流体中の磁性粒子を除去する手段として磁気フィルタ装置が用いられてい る o

従来の代表的な磁気フィルタ装置の一例を、 図 1 (a) の断面図および同 図（b) の側面図を用いて説明する。 図中、 番号 1は容器、 2は永久磁石、 3はフィルタ体、 4はパックプレートであり、 5は流体導入口、 6は流体 排出口を示す。

通常、 鋼製あるいは SUS 430などのフェライト系ステンレス鋼製の金網 等からなる強磁性体が、 磁気フィルタ体 3として容器 1内に設置されてい る。 また、 この容器 1の外側には、 被処理液である流体の流動方向とはほ ぽ直交する向きに磁力線を発生するように、 永久磁石 2が容器 1を挟んで 対向に設置されている。 被処理液は、 流体の導入卩 5から容器 1内に導入 され、 磁気フィルタ体 3を通過後、 排出口 6から排出される。 被処理液中 に混在している鉄粉などの磁性粒子は、 磁気フィルタ体 3を通過中に永久 磁石 2により、 磁化された磁気フィルタ体 3によって磁気吸着され、 被処 理液中から分離される。

このような磁気フィルタ装置による磁性粒子の捕捉処理において、 フィ ルタ体を構成する細線または金網からの吸引力 Fm は、 次式で表される。

F m = · V · H · ( d H/ d x )

ここで、 χ ：粒子の磁化率

V ：粒子の体積

H ：磁場の強さ

d H/ d X ：磁気勾配 （磁場の空間的変化）

上掲式において、 ％と Vは磁性粒子の特性であるので、 吸引力 F m を大 きくしてフィルタ性能を高めるためには、 磁場 Hを大きくするか、 磁気勾 配 d HZ d Xを大きくする必要がある。 しかしながら、 磁気勾配 d H/ d Xは、 フィルタ体を構成する強磁性体の材質や形状に依存する係数であり、 この磁気勾配 d HZ d Xも、 強磁性体の材質や形状が決定された後は磁場 の強さに支配されるので、 結局、 如何にして、 フィルタ内で強力な磁場を 保つかということが、 フィルタ性能すなわち吸引力向上の最重要な課題と なる。

従来は、 このフィルタ性能と磁場との関係について十分な研究がなされ ていなかったため、 しばしば、 フィルタ内の磁場が小さくなつてフィルタ 性能が劣化するという不具合が生じた。 また、 磁石の選定に関しても、 ど の程度強力な磁石を使えば所定のフィルタ性能が得られるのかが定かでは なく、 フィルタの形状およぴ処理する流体の流速等と磁石の強度との関係 が明らかになっていなかつたため、 所望のフィルタ性能が得られないとい う不具合が生じていた。 つまり、 たとえ強力な磁石を使用したとしても、 設計 ·仕様の如何によ つては、 必ずしも良好な結果を得られるとは限らなかったのである。

また、 強力な磁石を使用すれば、 それなりの効果が期待できるとはいえ, コストの上昇が避けられない不利もある。 発明の開示

本発明は、 上記の問題を有利に解決するもので、 フ ライ ト磁石やネオ ジゥム磁石のような汎用性のある永久磁石を用いた場合に、 最高のフィル タ性能を引き出すことによって、 低コストの下で装置のコンパク ト化を可 能ならしめた磁気フィルタ装置を提案することを目的とする。

発明者らは、 磁気フィルタ装置における磁場の強度とフィルタ性能との 関係を明確にす^)ことを目的として、 フィルタ性能に及ぼす各種因子の影 響について調査を行って.きたが、 今回、 各種因子のフィルタ性能に及ぼす 影響を明らかにすることに成功し、 これに基づ て安価でかつ高効率の磁 気フィルタ装置を開発したのである。

すなわち、 本発明は、 流体の導入口および排出口を設けた容器内に、 強 磁性体からなるフィルタ体を設置し、 このフィルタ体を磁化させる永久磁 石を、 容器内の流体移動方向に対してほぼ直交する向きに磁力線が発生す るように、 容器を挟んで対向に設置してなる磁気フィルタ装置において、 流体のフィルタ通過時間が 0. 5秒以上、 1. 5 秒以内という規制の下で、 上 記永久磁石を、 その設置間隔 L (mm) が永久磁石の残留磁束密度 B ( T ) との関連で、 次式

B X 100 ≤ L≤ B X 250

を満足する条件下で設置したことを特徴とする^^気フィルタ装置である。 本発明において、 フィルタ体を磁化させる永久磁石としては、 残留磁束 密度が 0. 4 T以上のものを用いることが好ましい。 図面の簡単な説明

図 1は、 従来の代表的な磁気フィルタ装置の一例を示した図であって、 (a) は断面図、 （b) は側面図である。

図 2は、 永久磁石の残留磁束密度 B ( T ) と磁石間距離 L (mm) が鉄粉 除去率 ηに及ぼす影響を示したグラフである。

図 3は、 磁石閬距離と残留磁束密度の比 （Lノ Β ) とフィルタ設備費と の関係を示したグラフである。

図 4は、 良好な鉄粉除去率が得られる永久磁石の残留磁束密度 Βと磁石 間距離 Lとの関^を示したグラフである。

図 5は、 1ュュット当たりのフィルタ性能 （鉄粉除去率 7；) とフィルタ 設備費との関係を示したグラフである。

図 6は、 フィルタ長さ Αとフィルタ内流体流速 Vを示した図である。 図 7は、 フィルタ通過時間 t と鉄粉除去率 7}との関係を示したグラフで ある。

図 8は、 フィルタ通過時間 tとフィルタ設備費との関係を示したグラフ である。

図 9は、 本発明を磁気フィルタ装置を設置した洗浄設備の模式図である c 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を具体的に説明する。

まず、 本発明の解明経緯について説明する。 さて、 フィルタ性能に関する諸因子としては以下の項目が考えられる。 •磁石強度

•磁石間距離

• フィルタ体の材質と形状

•流体速度

• フィルタ体の長さ

•流体の性状

ここで、 フィルタ性能に関する諸因子の実験に当たり、 フィルタ体とし ては、 最も一般的に使用されているフェライ ト系ステンレス鋼 SUS430製の 金網 （10mesh、 素線： 1. 0 mm <i> ) を容器内に充満させることとし、 また流 体としては、 冷延鋼板の洗浄処理に一般的に使用されるアルカリ洗浄液を 用いた。 このァ レカリ洗浄液は、 通常、 再使用ざれるものであり、 フィル タ通過前の入側鉄粉濃度としては、 60 mass ppm から 100 mass ppm程度の ものを使用した。

また、 フィルタ' (4能については、 ，

鉄.粉除去率 7? = ( F - E ) / ¥ X 100 (%)

ここで F ：入側鉄粉濃度

E ： 出側鉄粉濃度

で評価した。

ここに、 鉄粉除去率 が 60%以上であれば、 フィルタ性能は良好といえ る。 これに対し、 鉄粉除去率 が 60%未満では、 後述するように、 流体の 清浄度を確保するために循環流量が増大し、 結局、 フィルタ設備が大きく なってしまうため、 得策ではない。 - なお、 フィルタ性能の確認に際し、 鉄粉除去率 77の測定は、 フィルタを 逆洗浄 （back washing) 後、 10分から 20分経過し、 安定してフィルタリン グが行われている時に、 試料を採取して測定した。

さらに、 永久磁石については、 残留磁束密度 Bの大きさが 0. 2Tから 0. 6T程度の、 通常使用されるフェライ ト磁石あるいはネオジゥム磁石を用い た。

また、 図 1 (a) に示した、 永久磁石の磁石間距離 Lは、 磁気フィルタ装 置において期待される性能を得る上で非常に重要な値であることに着目し、 この磁石間距離 Lを 35mmから 200mmまで変化させて鉄粉除去率 を測定し た。

図 2に、 使用した永久磁石の残留磁束密度 Β ( Τ ) と磁石間距離 L (m m) が鉄粉除去率 77に及ぼす影響について調べた結果を示す。 なお、 流体の フィルタ通過時間は 1. 0秒とした。

同図から明らかなように、 永久磁石の残留磁束密度 B ( T ) と磁石間距 離 (mm) が、 次式

L≤250 X B

の関係を満足する場合に、 高いフィルタ性能が安定して得られることが判 明した。

次に、 磁石間距離 Lを小さくする場合についても検討したが、 Lが B X 1

00 よりも小さくなると、 鉄粉除去率 7?は安定して高い値を維持できるもの の、 フィルタ断面積があまりにも小さくなつてしまうので、 循環流量を確 保するために多数のフィルタュ-ットが必要となる結果、 設備が複雑とな り、 保守も煩雑になることの他、 設備費の著しい増大を招くことが判明し た。

図 3に、 実際の圧延後の鋼板のアルカリ洗浄設備において、 鋼板を洗浄 する洗浄液の量：約 20ra³、 循環流量： 0.2 m³//分として、 L/Bを種々に 変化させた場合におけるフィルタの設備費について調べた結果を示す。 な お、 同図では、 LZB-ISO の場合の設備費を 1.0として、 設備費を相対 比較した。

同図から明らかなように、 LZBが小さくなると、 フィルタの鉄粉除去 性能は向上するにしても、 循環流量を確保するためにフィルタのュエツト 数を増大させる必要があるため、 設備費は上昇する。 特に Lノ Bが 100未 満になると、 設備費の急激な増大を招く。

従って、 本発明では、 図 4に示すように、 永久磁 の残留磁束密度 Bと 磁石間距離 Lについて、 次式

100XB≤L≤250 XB

の関係を満足させることにしたのである。

なお、 上記の実験では、 流体のフィルタ入側における鉄粉濃度を 60 mass ppmから 100 mass ppm程度としたが、 通常フィルタは定常的に循環使用さ れるため、 循環される流体の清浄度については、 鉄粉濃度： 30 mass ppm 以下を目標とすることが多い。

図 5に、 実際の圧延後の鋼板のアルカリ洗净設備において、 鋼板を洗浄 する洗浄液の量：約 20ra³、 フィルタ入側の平均鉄粉濃度：約 150 mass ppm のアルカリ洗浄液の経路に、 循環流量： 0.2 m³Z分のフィルタを設備し、 アル力リ洗浄液の鉄粉濃度を約 20_Ppm に保持することにした場合の、 1ュ ニット当たりのフィルタ性能 （鉄粉除去率 77 ) とフィルタの設備費との関 係について調べた結果を示す。

なお、 同図では、 鉄粉除去率 7? =70%の場合の設備費を 1.0として、 設 備費を相対比較した。 同図に示したとおり、 1ュ-ット当たりのフィルタの鉄粉除去率 ηが 6 0%に満たないと、 洗浄液を所定の清浄度に保持するために必要なフィルタ が大掛かりとなり、 設備費の增大を招く。 従って、 フィルタの鉄粉除去率 は 60%以上とすることが、 設備効率の面からも得策である。

次に、 フィルタを通過する処理液の流量、 流速おょぴ通過時間について 調査を行った。 処理液の流速に関しては、 100 mmZ秒から SOOrnmZ秒まで 変化させた。 またフィルタ通過長さに関しては、 50mm， 100 mm, 150 mm, 2 00 簡の 4通りで、 鉄粉^去率 7) の測定を行った。 図 6に、 フィルタ長さ A とフィルタ内流体流速 Vを示すが、 ここでフィルタ通過時間 tは、

t = A/ V

t ：流体がフィルタを通過する時間 （秒）

A ： フイノレタ長さ （mm)

V ： ブイノレタ内流体流速 （raraZ秒）

で表される。

上記の調査によれば、 フィルタ性能すなわち鉄粉除去率 77は、 フィルタ の通過時間で整理できることが判明した。

. 図 7に、 フィルタ通過時間 t と鉄粉除去率 7J との関係について調べた結 果を整理して示す。

同図に示したとおり、 いずれの場合も、 フィルタ通過時間 tが 0. 5秒未 満では鉄粉除去率 77が急激に低下し、 フィルタ性能が大幅に低下すること が判明した。 また、 フィルタ通過時間 tが 1. 5秒を超えても、 鉄粉除去率

73の大幅な向上は認められなかった。

次に、 図 8に、 実際の圧延後の鋼板のアルカリ洗浄設備において、 鋼板 を洗浄する洗净液の量：約 20m³ 、 フィルタ入側の平均鉄粉濃度： 約 150 mass ppmのアルカリ洗浄液の経路に、 循環流量： 0. 2 m³ 分、 通過時間 ： 1. 0 秒の時に、 鉄粉除去率 が 70%になるようなフィルタを設置して、 ァ ルカリ洗浄液の鉄粉濃度を約 20 mass ppm に保持することにした場合の、 フィルタ通過時間 t とフィルタ設備費との関係について調べた結果を示す _£ なお、 同図では、 フィルタ通過時間 t = 1. 0 秒の場合の :備費を 1. 0とし て、 設備費を相対比較した。 '

同図に示したとおり、 フィルタ通過時間 tが 1. 5秒を超えると、 永久磁 石の残留磁束密度は少し小さくても、 また磁石間距離が少し広い場合でも、 必要な鉄粉除去率は確保できるものの、 洗浄液の清浄度を保持するために 必要なフィルタが結局は大掛かりとなってしまうため、 設備費は増大する ことが判明した。 従って、 フィルタ通過時間 tは 1. 5秒以内とすることが、 設備効率から見 Cも得策である。

上掲図 7およぴ図 8に示した結果から、 フィルタ性能おょぴ設備費を考 慮した効率的なフィルタ通過時間 tは、 0. 5 秒から 1. 5 秒の間であること が判明した。

そこで、 本発明では、 流体のフィルタ通過時間を 0. 5秒以上、 1. 5 秒以 内に制限したのである。 実施例

図 9に示す、 実際の洗浄設備において、 本発明の磁気フィルタ装置を用 いて洗浄液の清浄化処理を行った。

同図に示したところにおいて、 圧延後の鋼板 7は、 通常ダンクタンクと 呼ばれる粗洗浄タンク 8を通過後、 第 1ブラシスクラパ 9でブラシングさ れたのち、 クリ一ユングタンク 10で本洗浄される。 ダンクタンク 8とクリーユングタンク 10にはそれぞれ、 循環タンク 11, 12が設置されていて、 アルカリ洗浄液を主体とする洗浄液がポンプ 13， 14 により循環使用されている。

本発明の磁気フィルタ装置 15， 16には、 循環タンク 11または 12の洗浄液 がポンプ 17, 18により導入され、 洗浄過程で鋼板から除去された鉄粉を、 吸着除去している。

ここに、 クリーユングタンク循環タンク用磁気フィルタ装置 16の仕様、 洗浄液のフィルタ通過時間およぴ入側鉄粉濃度を表 1に示す。

また、 表 1には、 上記の条件で洗浄液の清浄化処理を行った後の洗浄液 の出側鉄粉濃度および鉄粉除去率 7Jについて調べた結果を併記する。

同表に示したとおり、 本発明に従う磁気フィルタ装置を用いて処理した 場合には、 鉄粉！ ^去比率 J7はいずれも 60%以上であり、 良好な結果を得る ことができた。

また、 ダンクタンク循環タンク.用磁気フィルタ装置 15を本発明の磁気フ ィルタ装置として浄化処理を行う場合についても調査したしたところ、 良 好な結果が得られることが確認された。 発明の効果

本発明によれば、 汎用性の永久磁石を用いて流体の清浄化処理を行う場 合に、 最高のフィルタ性能を発揮されることができ、 その結果、 低コスト で装置のコンパクト化が達成される。

また、 従来、 洗浄後の.連続焼鈍過程において、 炉内のロール表面に鋼板 表面の残留鉄粉が付着して、 ロールマークという凹凸欠陥がしばしば発生 し、 これにより 0. 2〜0. 5 %程度の製品歩留りの低下を余儀なくされてい たが、 本発明の磁気フィルタ装置を洗浄処理に使用ずることにより、 鉄粉 を強力かつ安定して除去することが可能となり、 その結果、 この欠陥を根 絶することに成功した。

表 1

CO

Claims

請求の範囲

流体の導入口およぴ排出口を設けた容器内に、 強磁性体からなるフィル タ体を設置し、 このフィルタ体を磁化させる永久磁石を、 容器内の流体移 動方向に対してほぼ直交する向きに磁力線が発生するように、 容器を挟ん で対向に設置してなる磁気フィルタ装置において、

流体のフィルタ通過時間が 0. 5秒以上、 1. 5 秒以内という規制の下で、 上記永久磁石を、 その設置間隔 L (mm) が永久磁石の残留磁束密度 B ( T) との関連で、 次式

B X 100 ≤L≤ X 250

を満足する条件下で設置したことを特徴とする磁気フィルタ装置。