DE8414836U1 - Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung metallischer Bänder - Google Patents
Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung metallischer BänderInfo
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Description
-3-
Case C 141
C 3507 Lw/Nic.
Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung metallischer Bänder
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung von Metallbändern und insbesondere
eine Zelle für die elektrolytisch^ Behandlung und für die Abscheidung von metallischen und/oder nicht-metallischen
Überzügen auf Metallbänder, beispielsweise Stahlbänder.
Es besteht der allgemeine Trend, im wesentlichen aufgrund der Notwendigkeit, die Nutzlebensdauer von Produkten aus
Motallbändern, insbesondere von Stahlbändern, zu erhöhen,
Bandüberzüge auf einer oder beiden Seiten durch Metalle, Metallegierungen oder Metallverbindungen, die das Band
schützen, vorzusehen und daher die so hergestellten Produkte gegen Korrosion zu schützen.
Solche überzüge können im wesentlichen nach einer der
folgenden beiden Möglichkeiten hergestellt werden: entweder durch Tauchen des Bandes in ein Bad schmelzflüssigen
Metalls oder schmelzflüssiger Legierung oder auf elektrolytischem Wege.
Beide Überzugstechniken zeitigen Vorteile und Nachteile. Das Galvanisieren bzw. Elektroplattieren macht es möglich,
Überzüge zu erzeugen, die mit anderen Mitteln sich nicht erreichen ließen, beispielsweise solche mit Legierungen,
deren Komponenten hinsichtlich des Schmelzpunktes sich stark unterscheiden oder mit Oxiden oder anderen Verbin-
düngen, die schwierig zu schmelzen sind oder die, wenn
sie heiß sind, sich zersetzen. Andererseits werden hierdurch nicht allgemein dicke überzüge bei Arbeiten bei
industriellen Geschwindigkeiten erzeugt. Dies passiert, weil der Elektrolyt nahe des Bandes an Metallionen als
Ergebnis der elektrolytischen Abscheidungen verarmt, so daß ein Abfall im Stromwirkungsgrad erfolgt und somit
die Morphologie des Überzugs nicht gut ist und sich mehr Gas entwickelt; darüber hinaus haften die beim elektrolytischen
Verfahren freigesetzten Gase, Sauerstoff an den Anoden und Wasserstoff an den Kathoden, an den Elektroden
und erzeugen physikalische Defekte im überzug, was zu einer Steigerung im Behandlungsstrom führt.
Um diese Defekte auf ein Minimum zu bringen, ist es notwendig, mit relativ niedriger Stromdichte zu arbeiten,
es sei denn, sehr lange Behandlungszeiten, die industriell
nicht wirtschaftlich sind, werden zur Anwendung gebracht.
Trotzdem hat das elektrochemische Abscheiden soviele Vorteile, daß erhebliche Anstrengungen unternommen wurden,
um die vorbeschriebenen Probleme zu überwinden.
In neuerer Zeit wurde ein extrem einfaches Verfahren vorgeschlagen
und verwirklicht. Dies besteht darin, immer frische Lösung an das Band heranzuführen und die Gase
zu eliminieren, indem man den Elektrolyt bei einer gegebenen Geschwindigkeit im Gegenstrom - bezogen auf das zu
behandelnde Band - zwangsweise führt.
Erreicht wird dies durch eine Zelle rechteckigen Querschnitts, welche unlösliche Anoden enthält. Das Band
läuft durch die Zelle unter der gleichen Entfernung zu beiden Anoden und wirkt als Kathode. Der Elektrolyt
wird in die Zelle an dem Ende gepumpt, das dem Bandeintritt gegenüberliegt, und strömt durch die Zelle bei
hoher Geschwindigkeit in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Bandes.
&Igr; Es wird auf diese Weise möglich, schnell Uberzugsdicken
zu erreichen, die viel größer als die nach den üblichen elektrolytischen Techniken sind; in gewissen Fällen sind
sie vergleichbar den nach den Heißtauchverfahren erhaltenen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Galvanisiervorrichtung
anzugeben, die hohe Stromdichten verwendet und dabei einfach, kompakt und vorteilhaft, verglichen mit
ähnlichen bekannten Einrichtungen ist.
Erfindungsgemäß wird eine Ejektoreinrichtung in einer
Elektroplattier- oder Galvanisierzelle angeordnet. Diese Zelle hat die Form einer Kammer mit flachem rechteckigem
Querschnitt und enthält unlösliche Anoden, welche die größeren planen Flächen innerhalb dieser Zelle bilden,
wobei das zu überziehende Metallband in der Mitte der Kammer durchläuft, wobei seine Oberflächen parallel zur
Oberfläche dieser unlöslichen Anoden sind. Die Ejektoreinrichtung wird am Ende dieser Zeilen, wo das Metallband
hierin eintritt, angeordnet.
Die Ejektoreinrichtung liefert 10 - 40 % der Menge an Elektrolyt, die für das Galvanisieren in der Richtung
entgegengesetzt zu der, in welcher das Metallband sich bewegt, notwendig ist.
Diese Zelle wird in einen Behälter eingeführt und in den Elektrolyten getaucht.
Als Ergebnis des Einführens des Elektrolyten mittels der Ejektoreinrichtung im Endteil dieser Galvanisierzelle
wird mehr Elektrolyt in die Zelle von seinem entgegengesetzten Ende gesaugt und erzeugt so den gewünschten
Gegenstrom von Metallband und Elektrolyt.
Erfindungsgemäß wird also eine Einrichtung vorgeschlagen, die eine horizontale Zelle für elektrolytische Behandlun-
gen mit hoher Stromdichte batrifft, bei denen der Elektrolyt
gezwungen wird, sich schnell im Gegenstrom bezüglich des zu behandelnden Metallbandes mittels eines Ejektors zu be
wegen, der am Ende der Zelle angeordnet ist, wo das Band in die Zelle selbst eintritt.
Beispielsweise Ausführungsformen· der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert
werden; diese zeigen in
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Galvanisierzelle;
Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch die Ejektoreinrichtung; und
Fig. 3 eine Darstellung der gesamten Vorrichtung.
Nach Fig. 1 besteht die Zelle 1 in Form einer länglichen horizontalen hohlen Kammer, die an ihrem Ende offen ist, aus
einem Mantel 2, der die Anoden 3 und 3* auf der Innenfläche trägt. Die Anoden bilden die größeren Innenflächen
der Galvanisierkammer.
Das zu überziehende Band 6, welches als Kathode wirkt, läuft durch die Galvanisierzelle von rechts nach links
in der Figur und wird in seiner Lage mittels zwei Paaren von Rollen 7 und 71 gehalten, die an den Eintritts- und
Austrittsstellen der Kammer jeweils angeordnet sind.
Die Ejektoreinrichtung ist am Eintrittsende dieser Kammer angeordnet; der Elektrolyt wird durch die Leitungen 5
und 5* gefördert und durch die Verteilerkammer 4 und 4'
transportiert. Der Ejektor ist in Fig. 2 genauer gezeigt.
Der durch die Leitungen 5 und 5' gepumpte Elektrolyt wird durch die Kammern 4 und 41 verteilt, fließt durch die
Schlitze 8 und 8' in die Kammer 9 und erzeugt einen Unter-
• t
-T-druck-, der den Elektrolyten aus der Kammer 10 abzieht.
Fig. 3 zeigt eine Gesamtansicht der Vorrichtung nach der Erfindung.
5
5
Die Zelle 1 wird in ein Bad 13 eingesetzt und taucht in den Elektrolyten. Die isolierten Leiter 11 und 12 führen
den Strom zu den oberen und unteren Anoden, während die Leitungen 5 und 51 den Elektrolyten unter Druck zum Ende
der Zelle, an dem das Band eintritt, fördern.
Mit dieser Vorrichtung erfüllt der frische, durch den Ejektor gepumpte Elektrolyt die Doppelfunktionen, mehr
Elektrolyt in die Behandlungskammer zu saugen und ihn innerhalb des Behälters zu erneuern, wobei die Lösung
ihn an den Austragsstellen 14 und 14* verläßt.
Die extreme Einfachheit der Vorrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht, ist offenbar.
Unter Anwendung der Maßnahme nach der Erfindung wird es möglich, Relativgeschwindigkeiten zwischen Band und
Elektrolyt in der Größenordnung von 0,5 bis 3,0 m/s innerhalb der Galvanisierkammer zu erhalten, wodurch es
möglich wird, die Dicke des Überzugs sehr einfach zu steuern.
Wie vorher erwähnt, kann mit der Maßnahme nach der Erfindung eine große Anzahl möglicher Elektrolyt- und Galvanisierbehandlungen
mit Metallen, Legierungen und Verbindungen durchgeführt werden.
Kombiniert man in geeigneter Weise eine gegebene Anzahl von sämtlich identischen Zellen, so wird es möglich, die
Reinigungs- und Beizbehandlung des Bandes sowie Mehrschichtenüberzüge
aus unterschiedlichen Verbindungen und Metallen zu realisieren.
Einige dieser Möglichkeiten werden durch die folgenden Beispiele deutlich:
Die Vorrichtung nach der Erfindung wird für das neutrale elektrolytische Beizen warmgewalzten Bandes benutzt, das
einer mechanischen Zunderbrechbehandlung nach bekannten Verfahren unterworfen wurde.
Bei dieser Anwendung bestanden die festen Elektroden aus Weichstahl für die Anodenzellen und Blei oder mit Blei
überzogenem Stahl für die kathodischen Zellen. 15
Das zu behandelnde Band wurde 20 Wechselzyklen kathodischer und anodischer Polarität ausgesetzt.
40 Elementarzellen nach der Erfindung werden daher bei dieser Vorrichtung verwendet; das Band wirkt abwechselnd
als Anode und als Kathode bei diesen.
Der Elektrolyt ist eine wässrige Lösung aus Natriumsulfat mit einer Konzentration von 200 g/l bei einer Temperatur
von 85 0C bei einem pH-Wert von 7,0.
Unter diesen Bedingungen wurden Bandgeschwindigkeiten von 120 bis 160 m/min mit Stromdichten zwischen 75 und 100 A/dm
versucht. In jedem Fall zeigte sich das Band als vollständig gebeizt mit sauberer heller Oberfläche, die merklich
widerstandsfähig gegen Rosten während der Lagerungsperiode war.
Unter den gleichen Bedingungen, jedoch bei geringerer Anzahl von Zellen (vier Paare von anodischen-kathodischen
Elementarzellen) wurden die Oberflächen von kaltgewalztem Weichstahlband, niedrig-legiertem Stahl und mikro-legiertem
Stahlband vorbereitet für den Überzug durch leichtes
It Il
-9-Beizen und Aktivieren der Oberfläche.
Die Behandlung dauert 0,25 bis 4 s.
Die Ergebnisse, was Reinheit und Oberflächenqualität des Bandes angeht, waren auch in diesem Fall ausgezeichnet.
Kaltgewalztes, geglühtes und geglättetes Band, das vorzugsweise nach dem vorhergehenden Beispiel vorbehandelt
war, wurde elektrolytisch galvanisiert.
Die 3ehandlungslösung enthielt 60 bis 80 g/l an Zinkionen
in saurer, wässriger Lösung bei einem pH-Wert zwischen 0 und 2 und bei Temperaturen zwischen 40 und
60 0C.
Viele Versuche wurden im Bereich der vorbeschriebenen Bedingungen durchgeführt. In diesem Fall wirkt das Band
immer als Kathode, während die Anoden, die unlöslich sind, aus Bleilegierung bestehen.
Die Anlage besteht aus 24 Elementarzellen in Reihe.
Unter den Versuchsbedingungen, bei einer festen Bandgeschwindigkeit
von 90 m/min und unter Anwendung von Stromdichten von 100, 120 und 135 A/dm wurden gleichförmige
und kompakte Zinküberzüge von 7, 8,5 und 9,5 um
2 jeweils erhalten, was 50, 60 und 70 g/m entsprach.
Aus den erhaltenen Ergebnissen sieht man, daß dank des schnellen Umsatzes der Lösung in den Abscheidungszellen
der Einfluß von Änderungen in Konzentration und Temperatur des Elektrolyten innerhalb sehr enger Grenzen gehalten
wurde.
-&Igr;&Ogr;&Igr; 3eispiel 3
Sin Band aus galvanisiertem Stahl, das vorzugsweise nach dem oben beschriebenen Beispiel hergestellt wurde, wurde
erfindungsgemäß einer weiteren Überzugsbehandlung mit aufeinanderfolgenden Schichten metallischen Chroms und. Chromoxyden
ausgesetzt.
Das Überzugsverfahren wurde in zwei aufeinanderfolgenden
Stufen durchgeführt.
Hierbei sind zwei und vier ElementarzeIlen jeweils in
Reihe erforderlich.
Die Anoden dieser Zelle sind sämtlich vom unlöslichen Typ aus Bleilegierung. Die Arbeitsbedingungen in den Zellen
der ersten Stufe sind wie folgt: Die Zusammensetzung des Elektrolyten betrug CrO3 115 g/l; NaF 1,73 g/l; H3SO4
0,5 ml/1; HBF. 0,5 ml/1. Der pH-Wert lag unterhalb 0,8,
die Temperatur bei 45 0C und die Stromdichte bei 85 A/da
Unter diesen Bedingungen wurden bei einer Bandgeschwindig-
2
keit von 50 m/min 0,45 g/m Chrom abgeschieden.
keit von 50 m/min 0,45 g/m Chrom abgeschieden.
Die Arbeitsbedingungen in der zweiten Stufe mit vier Zellen waren wie folgt: Die Zusammensetzung des Elektrolyten
betrug CrO3 40 g/l; NaF 1,73 g/l; HBF4 0,5 ml/1. Der
pH-Wert lag bei 3, die Temperatur bei 30 0C und die Stromdichte
bei 40 A/dm2.
Bei einer Bandgeschwindigkeit von 50 m/min wurden 0,05 g/m
Chrom als Oxyd abgeschieden.
Soll nur eine Oberfläche des Bandes mit überzug vergehen
werden, so reicht es aus, eine der Anoden, beispielsweise die untere 3' durch eine Isolierplatte zu ersetzen,
die in /lie Kammer 10 hineinreicht und die Unterseite des Bandes 6 berührt-, und so, insbesondere an den Rändern, geaen Strom-
-11-1 dispersion an den Rändern oder Kanten abschirmt.
« r f t «■· «&igr; &igr;
Claims (3)
1. Vorrichtung für die kontinuierliche elektrolytische
Behandlung metallischer Bänder, wobei die Elementarzelle für die elektrolytische Behandlung aus einer
hohlen Kammer rechteckigen Querschnitts besteht, durch welche das zu behandelnde Band geführt wird
und welchgunlösliche Elektroden auf beiden ihrer
großen Flächen aufweist und der elektrolytische Kreis durch das zu behandelnde metallische Band geschlossen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ■ Elementarzelle (D innerhalb der Elektrolytbadkammer (13]
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-2-
angeordnet ist und daß innerhalb dieser Behandlungskammer ((1,2) ein Zwangsströmungsejektor (4-9) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor am Ende der Zelle angeordnet ist, an dem
das zu behandelnde Band in die Zelle eintritt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ejektor als FrIschelektrolytforderejektor am Bandeintrittsende
(Fig. 1, Fig. 2) der Behandlungskammer (1,2) angeordnet ist und mit dem Abströmbereich am anderen Ende
der Kammer verbunden ist.
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