JP2014237881A - 電気防食装置および電気防食方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に水が存在し、回転体のように動きがある構造体に、電気防食を施すことができる電気防食装置の提供。【解決手段】表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食装置であって、陽極部と、排流端子と、電源装置とを有し、前記陽極部は、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記構造体の表面と前記電極体との間に常に存するように配置できる構造を備え、前記排流端子は、前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備え、前記電源装置は、前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がり、前記構造体へ防食電流を供給することができる、電気防食装置。【選択図】図１

Description

本発明は電気防食装置および電気防食方法に関する。

冷却水等によって表面が常に濡れている構造体を防食する方法の一つに、電気防食方法がある。
例えば特許文献１では、流水又は水膜と接する金属構造物表面上（高炉炉底鉄皮の表面上など）に絶縁性ネットを介してメッシュ電極を配置し、メッシュ電極を陽極及び金属構造表面を陰極として防食電流を通電することを特徴とする流水又は水膜と接する金属表面の防食方法が記載されている。このような方法を用いることで、流水や水膜による冷却効果を損なうことなく、電気防食法により金属構造物表面全体に必要量の防食電流を均一に通電でき、流水又は水膜に接する金属構造物表面の腐食を効率よく防止することができると記載されている。

特開２００１−０６４７８８号公報

特許文献１に記載のような従来の電気防食方法は、高炉炉底鉄皮のような、動きがない構造体について適用することができる。しかし、動きがある構造体、例えば圧延処理装置の圧延ローラーのような回転する構造体に、特許文献１に記載のような従来の電気防食法を適用することはできない。防食対象物である構造体が動くと、陰極および陽極が構造体の表面および水に、常に接するように配置することが極めて困難だからである。

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。
すなわち本発明は、表面に水が存在し、回転体のように動きがある構造体に、電気防食を施すことができる電気防食装置および電気防食方法を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出して本発明を完成させた。
本発明は次の（１）〜（５）である。
（１）表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食装置であって、
陽極部と、排流端子と、電源装置とを有し、
前記陽極部は、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記構造体の表面と前記電極体との間に常に存するように配置できる構造を備え、
前記排流端子は、前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備え、
前記電源装置は、前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がり、前記構造体へ防食電流を供給することができる、電気防食装置。
（２）前記陽極部は、板状の前記電極体である電極板と、板状の前記保護体である保護板と、弾性体とを有し、前記保護板と前記弾性体とは結合しており、前記構造体から前記保護板へ加えられた衝撃を前記弾性体の作用によって緩和することができる構造を備える、上記（１）に記載の電気防食装置。
（３）前記電極体および／または前記保護体が貫通孔を有し、前記構造体の表面に存在する水が前記貫通孔を通過するように構成されている、上記（１）または（２）に記載の電気防食装置。
（４）前記構造体が回転体であり、回転している回転体に電気防食を施すことができる、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電気防食装置。
（５）表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食方法であって、
導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記電極体と前記構造体の表面との間に常に存するように配置できる構造を備える陽極部を、前記構造体の表面に存在する水と接する位置に配置し、
前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備える排流端子を、前記構造体の表面に配置して、
前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がる電源装置から前記構造体へ防食電流を供給する、電気防食方法。

本発明によれば、表面に水が存在し、回転体のように動きがある構造体に、電気防食を施すことができる電気防食装置および電気防食方法を提供することができる。

図１は本発明において好ましく用いることができる陽極部の概略斜視図である。 図２は本発明の実施態様を示す概略断面図である。 図３は本発明の実施態様を示す概略側面図である。

本発明について説明する。
本発明は、表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食装置であって、陽極部と、排流端子と、電源装置とを有し、前記陽極部は、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記構造体の表面と前記電極体との間に常に存するように配置できる構造を備え、前記排流端子は、前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備え、前記電源装置は、前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がり、前記構造体へ防食電流を供給することができる、電気防食装置である。
このような電気防食装置を、以下では「本発明の装置」ともいう。

また、本発明は、表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食方法であって、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記電極体と前記構造体の表面との間に常に存するように配置できる構造を備える陽極部を、前記構造体の表面に存在する水と接する位置に配置し、前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備える排流端子を、前記構造体の表面に配置して、前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がる電源装置から前記構造体へ防食電流を供給する、電気防食方法である。
このような電気防食方法を、以下では「本発明の方法」ともいう。

本発明の方法は、本発明の装置によって行うことができる。

以下において、単に「本発明」と記した場合、本発明の装置および本発明の方法のいずれをも意味するものとする。

本発明において電気防食を施す対象物について説明する。
本発明において電気防食を施す対象物は、表面に水が存在し、動きがある構造体である。
このような構造体として、例えば、製鉄所内で稼働している圧延処理装置や熱延処理装置が有する圧延ローラーが挙げられる。圧延ローラーは回転体であり、装置が稼動している間は回転している。加えて、圧延等の対象物である鋼材から受ける衝撃によって、上下方向に振動または移動している。さらに、通常、圧延ローラーは冷却する必要があるため、その表面の少なくとも一部に冷却水（海水等）が供給されるので、その表面には水（冷却水）が存在することになる。

本発明において電気防食を施す対象物として、上記の圧延ローラーの他に、例えばローラーコンベアが挙げられる。

本発明は圧延ローラーに対して好ましく適用することができ、圧延ローラーの中でも中継軸に対して、より好ましく適用することができる。

中継軸について説明する。
中継軸は、直接鋼材に接して圧延するワークロールを駆動させるものであり、その両端部は軸受部によって支えられていて、回転することでワークロールを駆動させる。
軸受部は中継軸の端部を覆っているが、中継軸の回転を可能にすること等を目的として、中継軸の端部と軸受部との間には、わずかな隙間が存在する。また、軸受部は上下方向に移動するように構成されており、ワークロールによって鋼材を圧延する際に生じる衝撃を緩和する役割も果たす。
そして、鋼材を圧延している間、中継軸の両端部は高温となるため、軸受部は海水等の冷却水によって冷却される。その際、上記の中継軸の両端部と軸受部との隙間から冷却水が溢れ出る状態となる場合がある。そうすると中継軸の表面における両端部およびその近傍部分は、冷却水によって濡れることとなる。このように中継軸の表面（主として両端部およびその近傍部分）は冷却水や外気に晒されるため、腐食が生じやすい。

構造体の表面に存在する水について説明する。
構造体の表面に存在する水の種類等は特に限定されないが、例えば、構造体を冷却するための冷却水が挙げられる。冷却水は、通常、構造体を冷却するために、継続的に、または断続的に、外部から構造体の表面に供給され、その表面を流れる。冷却水の種類は特に限定されないが、海水であってよい。海水が構造体の表面に存在する場合、構造体の表面は腐食されやすい。

本発明の装置について説明する。
本発明の装置は、陽極部と、排流端子と、電源装置とを有する。

陽極部について説明する。
陽極部は、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記構造体の表面と前記電極体との間に常に存するように配置できる構造を備えるものである。

陽極部における電極体は電源装置におけるプラス極と電気的に繋がり、構造体へ防食電流を供給する役割を果たす。よって、電極体は、構造体の表面に存在する水とは原則として常に接し、かつ、構造体自体には接しないようにする必要がある。電極体が構造体の表面に接すると通電（短絡）してしまい、構造体を防食することができなくなるからである。
ここで電気防食を施す対象物が、上下方向に振動または移動したり、回転したりする動きがある構造体である場合、陽極部における電極体が、構造体の表面に存在する水とは常に接し、かつ、構造体の表面には接しないようにすることが極めて難しい。

本発明において防食する対象物は、動きがある構造体である。本発明の装置が備える陽極部は、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記構造体の表面と前記電極体との間に常に存するように配置できる構造を備えるものであるため、陽極部における電極体が構造体の表面に存在する水とは原則として常に接し、かつ、構造体の表面には接しないようにすることができる。ここで、構造体の表面に存在する水の態様（水膜の厚さ等）にあわせて保護体の厚さ等を調整することで、電極体に原則として常に水が接するようにすることが好ましい。

陽極部の好ましい態様として、板状の前記電極体である電極板と、板状の前記保護体である保護板と、弾性体とを有し、前記保護板と前記弾性体とは結合しており、前記構造体から前記保護板へ加えられた衝撃を前記弾性体の作用によって緩和することができる構造を備えるものが挙げられる。
陽極部がこのような態様であると、本発明を適用する対象物が圧延ローラーのような上下方向に振動または移動する構造体の場合に、構造体とぶつかって衝撃を受けても、その衝撃を弾性体の作用によって緩和することができるので、陽極部は破壊されない。

また、陽極部の好ましい態様として、前記電極体および／または前記保護体が貫通孔を有し、前記構造体の表面に存在する水が前記貫通孔を通過するように構成されているものが挙げられる。
陽極部がこのような構造を備えると、水が電極体と接しやすくなるため好ましい。また、貫通孔を水が通過することで、構造体と保護体とがぶつかった際の衝撃を緩和する役割も果たす。

電極体の材質は導電性を備えるものであれば特に限定されない。例えば金属酸化物被覆電極、白金めっきチタン、炭素鋼などが挙げられる。
電極体の大きさや形状も特に限定されないが、板状のものであることが好ましい。

保護体の材質は絶縁性を備えるものであれば特に限定されない。例えばアクリル、ポリエステル、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。
保護体の大きさや形状も特に限定されないが、板状のものであることが好ましい。

陽極部における電極体や保護体の個数は特に限定されない。

陽極部の好ましい態様について、図１を用いて説明する。
図１に示す陽極部１は、電極板１０と、保護板１２と、支持板１４と、４つの圧縮バネ１６と、連結軸１８とを備えるものである。

陽極部１において電極板１０、保護板１２および支持板１４は、各々主面が略平行となるように、かつ、保護板１２と支持板１４とによって電極板１０を挟むように配置されている。また、保護板１２と支持板１４とは、主面の４隅において４つの圧縮バネ１６によって連結されている。
さらに、電極板１０と支持板１４とは、各々の主面の間隔が一定となるように連結軸１８によって固定されている。具体的には、円柱状の連結軸１８の長手方向と、電極板１０または支持板１４の主面における法線とが略平行となるように配置されたうえで、連結軸１８における一方端部１８１が電極板１０の主面の中央部に固定され、他方端部１８２が支持板１４の主面の中央部に固定されている。また、連結軸１８における他方端部１８２は、図１に示すように、支持板１４の中央部に存する孔１４１を貫通して、支持板１４における電極板１０と向かい合う側の主面と反対の主面の側に突出している。この突出している他方端部１８２と電源装置のプラス極とを電気的に接続して用いる。

このような構造を備える陽極部１を、電極板１０、保護板１２および支持板１４の主面が構造体の表面と略平行となるように、かつ、構造体の表面側から、保護板１２、電極板１０および支持板１４がこの順に並ぶように配置して用いる。そうすると、電極板１０と構造体の表面との間に、常に絶縁性の保護板１２が常に存在することになるので、電極板１０が中継軸の表面に直接に接して短絡することを防止することができる。

また、構造体が上下方向等に動いた際に構造体の表面と保護板１２とがぶつかると、４つの圧縮バネ１６が縮み、保護板１２は電極板１０に近づく方向へ移動する。このように陽極部１は構造体から衝撃を受けても、４つの圧縮バネ１６（弾性体）の作用によってその衝撃を吸収するので破壊されない。

また、図１に示すように電極板１０および保護板１２は、各々、複数の貫通孔１０１および貫通孔１２１を有する。構造体の表面に存在する水は、これらの貫通孔１０１および貫通孔１２１を通過することができる。したがって、水は電極体１０と接しやすい。また、貫通孔１０１および貫通孔１２１を水が通過することで、構造体と保護板１２とがぶつかった際の衝撃を緩和する役割も果たす。

なお、支持板１４の材質は絶縁性を備えるものであることが好ましい。例えばアクリル、ポリエステル、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。
支持板の大きさ等も特に限定されないが、電極板や保護板と同様の態様であることが好ましい。

排流端子について説明する。
排流端子は、前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備える。
具体的には、構造体と接することで回転するローラーを備える排流端子が挙げられる。また、構造体に取付けられたベルトのレール部分の溝に沿ってスライドしながら常に構造体に接する構造を持つ排流端子が挙げられる。さらに、構造体の一部を金属枠で覆い、金属枠の中にある複数の金属球と構造体の表面とが常に接するように配置されたベアリング構造が挙げられる。

なお、排流端子は、構造体に電気防食を施すことができる程度に、構造体の表面に接していればよい。よって、排流端子は構造体の表面に常に接していることが好ましいが、例えば構造体が動いた際の衝撃等によって一時的に構造体の表面に接しなくなるようなことがあってもよい。

本発明の装置は、上記のような陽極部および排流端子を有し、さらに従来公知の電源装置を有する。そして、電源装置は陽極部および排流端子と電気的に繋がり、前記構造体へ防食電流を供給することで、前記構造体に電気防食を施すことができる。

なお、本発明の装置は陽極部および排流端子の各々を複数有するものであってよい。

本発明の装置の好ましい態様について図を用いて説明する。
図２および図３は、製鉄所内で稼働している熱延処理機における中継軸３０に対して、本発明の装置２０を用いて電気防食を施すことを示す図（概略図）である。図２は中継軸３０の断面図を含む概略図であり、図３は中継軸３０の側面図を含む概略図である。図３に示すように中継軸３０は、その端部において軸受部３４によって支えられている。また、中継軸３０の端部と軸受部３４との間には、わずかな隙間が存在し、この隙間から冷却水４０が溢れ出ている。

図２および図３に示すように本発明の装置２０は、直流電源装置５と、陽極部１と、排流端子３とを備えるものであり、直流電源装置５のプラス極に陽極部１を、マイナス極に排流端子３を、それぞれ電気的に接続して用いるものである。図２および図３に示す陽極部１は、図１に示した態様のものである。

図２および図３に示すように、中継軸３０の表面に存する冷却水４０と陽極部１とが原則として常に接するように配置する。また、排流端子３は中継軸３０の表面に原則として常に接するように配置する。中継軸３０の表面に帯状の導電性バンド３２を巻き、これに排流端子３を押し当てるように配置することで、中継軸３０の表面の摩耗を防止することができる。
なお、「原則として常に接する」とは、構造体の動きによる衝撃によって、冷却水４０と陽極部１とが、または排流端子３と中継軸３０の表面とが、一時的に接しなくなるようなことを許容するという意味である。防食効果を発揮する範囲において、概ね、冷却水４０と陽極部１とが、または排流端子３と中継軸３０の表面とが接していることが必要である。
このように配置した後、通電して、中継軸３０に対して本発明の方法を適用することができる。

本発明の実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

製鉄所内で稼働している熱延処理機における中継軸に対して、本発明を適用する実験を行った。具体的には図２および図３に示した電気防食装置２０を用いて、中継軸に本発明を適用する実験を行った。電気防食装置２０が備える陽極部は、図１に示した態様のもの（陽極部１）を用いた。なお、この実験において電気防食を施した中継軸はＳＣＭ４４０（クロムモリブデン鋼）からなるものである。

電気防食装置２０が備える各部について説明する。

直流電源装置５として、松定プレシジョン社製、品番ＰＫ６０−１３．５を用いた。

陽極部１について説明する。
電極板１０として、矩形で板状（厚さ６ｍｍ）の金属酸化物被覆電極（ＭＭＯ電極。具体的にはチタンの表面に白金系酸化物を被覆したもの）であって、その主面に複数の貫通孔１０１を有するものを用いた。
保護板１２は、矩形で板状（１２０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さ６ｍｍ）のアクリル板であって、その主面に複数の貫通孔１２１を有するものを用いた。
支持板１４は、矩形で板状（１２０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さ６ｍｍ）のアクリル板であって、その主面の中央部に孔１４１を有するものを用いた。

圧縮バネ１６として、いずれも、ミスミ社製、品番ＦＵＲ Ｄ８Ｌ４０を用いた。
連結軸１８は円柱状の導電性材料（チタン）からなるものである。そして、この連結軸１８によって、電極板１０と支持板１４とを、各々の主面の間隔が約３０ｍｍとなるように固定した。
また、突出している他方端部１８２と直流電源装置のプラス極とを電気的に接続して用いた。

排流端子３は、金属ブラシを用いた。そして、図３に示すように、中継軸３０の表面に巻きつけた帯状の導電性バンド３２の表面にそのブラシを押し付けた状態に保持した。導電性バンド３２は一般鋼材からなるものである。

このような電気防食装置２０を用いて、中継軸に本発明を適用する実験を行った。その際、大きさおよび材質の異なる電極板を５種類用意し、各々を用いて実験を行った。具体的には、電極面積比が２５％であるカーボン製の電極板（第１表中のＮｏ．１）、および電極面積比が１０％、２５％、５０％、７０％であって白金系酸化物被覆チタン製の電極板（ＭＭＯ電極、伸和商工社製 第１表中のＮｏ．２〜５）の各々を用いた。

ここで、電極面積比（％）とは、接水面積に対する、電極板における１つの主面の面積の比（電極板における１つの主面の面積／接水面積×１００）である。また、接水面積とは、中継軸の表面における冷却水の存在面積を意味するものとする。

各電極板を用いる各実験（Ｎｏ．１〜５）は、軸受部と中継軸との間から溢れ出た冷却水に陽極部の電極板が接していることを確認してから直流電源装置の電源を入れ、防食電流を通電した。その際、防食電流密度を３０〜３００ｍＡ／ｍ²とし、４時間通電させた。
なお、いずれの電極板を用いる場合でも、中継軸の回転は２００ｒｐｍとした。

各電極板を用いた場合について、各々、防食電位を測定した。また、３つの観点からの性能評価も行った。

防食電位は通電中、中継軸の電位を海水塩化銀電極を用いて測定した。この測定は１時間毎に行い、この平均値を防食電位とした。第１表に結果を示す。

性能評価について説明する。
性能評価は、陽極部の電極板の消耗、中継軸表面の電流分布、および設備への干渉の点から評価した。
電極板の消耗は、通電完了後の電極板の状態（消耗度）から判断した。
中継軸の表面の電流分布は、中継軸の表面上の水膜領域の範囲において、電極板端部より１００ｍｍ以上離れた箇所の分極量が１００ｍＶ以上のものは「電流分布が広い」、それよりも低いものは「電流分布が狭い」と評価した。
設備への干渉は、陽極部の電極板を適切な箇所に配置する際の、干渉する設備の存否によって評価した。
結果を第１表に示す。

第１表に示すように、本発明の電気防食を施した中継軸は、Ｎｏ．１、３、４および５の実験において海水塩化銀電極基準値（−７８０ｍＶ）よりも低い電位を得ることができ、電流分布も優れることがわかった。
また、Ｎｏ．１〜４の実験の場合では陽極部が中継軸等に干渉することはなかった。
電極材質はカーボンよりも白金系酸化物被覆チタンの方が耐久性の観点からは優れることがわかった。

このような実験より、本発明は、電極体の大きさを適切な範囲内に調整し、適切な材料を用いて、優れた効果を奏することがわかった。また、この実験において電気防食を施した対象物については、陽極部の電極板の電極面積比は２５〜５０％が好適範囲であることがわかった。

１ 陽極部
１０ 電極板
１２ 保護板
１４ 支持板
１４１ 孔
１０１ 貫通孔
１２１ 貫通孔
１６ 圧縮ネジ
１８ 連結軸
１８１ 一方端部
１８２ 他方端部
２０ 本発明の装置
３ 排流端子
５ 直流電源装置
３０ 中継軸
３２ 導電性バンド
３４ 軸受部
４０ 冷却水

Claims (5)

1. 表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食装置であって、
   陽極部と、排流端子と、電源装置とを有し、
   前記陽極部は、導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記構造体の表面と前記電極体との間に常に存するように配置できる構造を備え、
   前記排流端子は、前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備え、
   前記電源装置は、前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がり、前記構造体へ防食電流を供給することができる、電気防食装置。
2. 前記陽極部は、板状の前記電極体である電極板と、板状の前記保護体である保護板と、弾性体とを有し、前記保護板と前記弾性体とは結合しており、前記構造体から前記保護板へ加えられた衝撃を前記弾性体の作用によって緩和することができる構造を備える、請求項１に記載の電気防食装置。
3. 前記電極体および／または前記保護体が貫通孔を有し、前記構造体の表面に存在する水が前記貫通孔を通過するように構成されている、請求項１または２に記載の電気防食装置。
4. 前記構造体が回転体であり、回転している回転体に電気防食を施すことができる、請求項１〜３のいずれかに記載の電気防食装置。
5. 表面に水が存在し、動きがある構造体に電気防食を施すための電気防食方法であって、
   導電性の電極体および絶縁性の保護体を有し、前記保護体が前記電極体と前記構造体の表面との間に常に存するように配置できる構造を備える陽極部を、前記構造体の表面に存在する水と接する位置に配置し、
   前記構造体の表面に接するように配置することができる構造を備える排流端子を、前記構造体の表面に配置して、
   前記陽極部および前記排流端子と電気的に繋がる電源装置から前記構造体へ防食電流を供給する、電気防食方法。

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