AT406385B

AT406385B - Verfahren und vorrichtung zum elektrolytischen beizen von metallischen bändern

Info

Publication number: AT406385B
Application number: AT0187296A
Authority: AT
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Dr Tec Karner; Jovan Dipl Ing Dr Starcevic
Original assignee: Andritz Patentverwaltung
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2000-04-25
Also published as: ATA187296A; CN1195905C; CN1192488A; RU2205254C2; KR19980033150A; MX9708212A; KR100487646B1; MY123861A; EP0838542B1; TW531570B; EP0838542A1; CA2218765A1; US6120671A; ES2159076T3; DE59703769D1; ID18748A; BR9705144A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vomchtung zum elektrolytischen Beizen von metallischen Bändern, insbesondere Edelstahlbändern, Bänder aus Titan, Aluminium oder Nickel, wobei der elektrische Strom indirekt, d h ohne elektrisch leitende Berührung zwischen Band und Elektroden, durch das Band geleitet wird, wobei das Band vertikal geführt wird, d. h die Anoden und Kathoden sind vertikal angeordnet, und die Elektrolytflüssigkeit wird zwischen das Band und die Elektroden eingebracht.

Beim Beizen von kaltgewalzten Edelstahlbändern wird üblicherweise das sogenannte "Neutralelektrolyt" Verfahren eingesetzt Hierbei wird die Spannung indirekt auf das Band geprägt Das bedeutet, dass es keine Berührungsstellen zwischen etwaigen Stromrollen und Band gibt Ein weiteres Merkmai dieses Verfahrens ist, dass die Anoden und Kathoden vollständig mit Elektrolyt bedeckt und horizontal angeordnet sind, d h es handelt sich um horizontale geflutete Zellen Femer ist aus der AT-PS 373 922 ein Verfahren zum elektrolytischen Galvanisieren von Band bekannt. Hier handelt es sich um eine vertikale Anordnung der Elektroden.

Die Elektrolytflüssigkeit wird in den Spalt zwischen den Anoden und Band geleitet Die Spannung wird direkt auf das Band geprägt - die Kathoden sind als Stromrollen ausgeführt
Ausserdem ist aus dem Patent US 4363709 das Beizen von Edelstahlband mit höheren
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Apparatur einzugehen mit welcher diese in einer grosstechnischen Anlage, in einem vernunftigen Spannungsbereich (= unter 40 Volt) verwirklicht werden können
Die AT 399167 beschreibt ein Verfahren zum elektrolytischen Beizen, wobei als eine Verfahrensvariante auch ein vertikal geführtes Band beschrieben ist Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Anoden und Kathoden in Abhängigkeit von der Banddimension veränderbar ist.

Hierbei wird erreicht, dass bei verschiedenen Banddimensionen die maximale Stromausbeute bei niedrigster Spannung erreicht werden kann Sind Anode und Kathode zu nah aneinander angeordnet, ergibt sich ein direkter Stromfluss. Andererseits steigt mit ihrem Abstand der Spannungsabfall im Band Naturgemäss hängt dieser Spannungsabfall mit dem Bandquerschnitt zusammen Es gibt demnach für jede Banddimension einen optimalen Abstand Die Zelle ist durch die vertikale Anordnung platzsparend. Der Platzbedarf beträgt ca. 2 m gegenüber 8 m bei herkömmlichen Anlagen.

Weiters ergibt sich eine sehr gute Bandführung dadurch, dass das Band keinen Durchhang aufweist
Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytaufgabemenge im Spalt, zwischen den Elektroden und dem Band, geregelt erfolgt Dadurch kann das Band hydraulisch genau mittig zwischen den Elektroden stabilisiert werden So kann der Abstand zwischen Elektroden und Band auf ein Minimum reduziert werden.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, Elektrolytkonzentration und die Ladungsdichte (Coulomb per Flächeneinheit) gezielt auf das zu beizende Band eingestellt werden, wobei die Elektrolyttemperatur zwischen 20 und 85 C, vorzugsweise unter 70 C, die Na2S04-Konzentration im Elektrolyten zwischen 100 und 350 g/1
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beispielsweise etwa 130 A/dm2 bei Bleianoden und etwa 180 A/dm2 bei Iridiumanoden, betragen konnen Dadurch können die Betzbedingungen auf jede Banddimension, Anlagengeschwindigkeit, Behandlungszeit, Zunderart etc. optimal eingestellt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen den Elektroden und dem Band verändert wird. So kann der Abstand einfach an die Bandwelligkeit angepasst werden
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bandwelligkeit ermittelt und die Elektroden vom Band entfernt werden, so dass eine Berührung, zwischen Band und Elektrode vermieden wird. Dadurch können Berührungen zwischen Band und Elektroden vermieden werden, die zu Kurzschlüssen führen würden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum elektrolytischen Beizen von metallischen Bändem, insbesondere Edelstahlbändern, Bänder aus Titan, Aluminium oder Nickel, wobei der elektnsche Strom indirekt, d. h ohne elektrisch leitende Berührung zwischen Band und Elektroden, durch das Band geleitet wird, wobei das Band vertikal verläuft und zwischen Elektroden und Band ein vertikaler Spalt vorgesehen ist, in den Elektrolytflüssigkeit eingebracht wird Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Einstellung bzw.

Regelung des Abstandes zwischen Anoden und Kathoden vorgesehen ist Der verstellbare Abstand zwischen Anode und Kathode ermöglicht eine Anpassung des Stromflusses und in weiterer Folge eine Senkung der Stromkosten Die Zelle ist durch die vertikale Anordnung platzsparend Der Platzbedarf beträgt ca 2 m

gegenüber 8 m bei herkommlichen Anlagen Weiters ergibt sich eine sehr gute Bandfuhrung dadurch, dass das Band keinen Durchhang aufweist
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Anoden und Kathoden zueinander versetzt in Bandnchtung angeordnet sind, d. h das Band lauft jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Anoden bzw. zwei gegenüberliegenden Kathoden hindurch Dadurch ergibt sich auch am Bandrand ein gleichmässiger Stromfluss und somit eine gleichmässige Beizwirkung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenoberfläche, oder die Anoden zur Gänze, bevorzugt aus Blei, oder Bleilegierungen, oder Iridiumoxid oder aus Graphit hergestellt sind. Das Material aus dem die Anoden hergestellt sind ergibt eine chemische Passivierung gegenüber dem anodischen Angnff der Elektrolytanionen.

Vorzugsweise wird Blei mit Sulfationen SO2 und Iridiumoxyd mit Sulfat- und/oder Chloridionen (CI-) eingesetzt. Femer kann auch Graphit mit verschiedenen Anionen oder deren Mischungen eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Vanante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung für die Elektrolytaufgabemenge vorgesehen ist, wobei pro Flüssigkeitskanal zwischen Band und Elektrode eine separate Regelungseinrichtung vorgesehen sein kann. Dadurch kann einerseits die Strömung an die Bandbreite angepasst und auch für Bändern unterschiedlicher Breite optimal eingestellt werden. Durch die sich ergebende hydraulische Führung des Bandes kann die Position des Bandes gezielt zwischen den Elektroden eingestellt werden. Die herkömmlichen Anlagen benötigen üblicherweise zwei Gleichrichter pro Zelle - einen für die Bandunterseite und einen für die Bandoberseite. Bei der erfindungsgemässen Zelle kann ein Gleichrichter für eine oder auch für mehrere Zellen installiert werden.

Durch die hydraulische Bandführung, die durch die Regelung der Elektrolytaufgabemenge ermöglicht wird, kann nun z B die Bandoberseite, wenn sie stärker verzundert ist, näher an die Elektroden gedrückt und dadurch intensiver gebeizt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Einstellung des Spaltes zwischen Band und Elektrode vorgesehen ist So kann der Abstand leicht an die Bandwelligkeit angepasst werden.

Eine günstige Vanante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einnchtung zur Erkennung der Bandwelligkeit vorgesehen ist, die mit der Einstelleinrichtung der Elektroden verbunden ist Dadurch werden Berührungen zwischen Band und Elektroden vermieden, die zu Kurzschlüssen führen könnten.

Ausführungsbeispiel:
Um das Verfahren zu erproben wurde eine Versuchsanlage gebaut. Die Anordnung besteht aus einer a) Abhaspel und b) Aufhaspel die es ermöglichen das Band mit einer Geschwindigkeit bis zu 60 m/min durch die Behandlung durchzuziehen. Die Behandlung besteht aus einer c) chemischen Entfettung, um das eingeölte Band reinigen zu können, und d) einer Elektrolytischen Zelle Die Zelle ist verbunden mit e) 4 Gleichrichtern. Jeder von ihnen hat eine Leistung von max.

3000 A/32 V Die Anordnung der Elektroden wurde so gewählt, dass jeweils nur ein f) Anoden-/ g) Kathodenpaar mit einem Gleichrichter verbunden ist. Die Elektrodenabstände wurden manuell eingestellt.

Mit dieser Anordnung wurde ein Bund von geglühtem Edelstahlkaltband behandelt
Material :AISI 304
Dicke 0. 5 mm
Breite- 320 mm Bundgewicht- 1000kg
Es wurde bei konstanter Anlagengeschwindigkeit von ca. 50 m/min der Gleichrichterstrom gesteigert Bei einer Stromaufgabe von 6000A (4x1500 A) war das Band vollkommen zunderfrei.

Bei einer Stromaufgabe von 8000 A ergab sich ein verbesserter Glanz der Bandoberfläche Hierbei, bei einer Stromdichte von ca. 200 A/dm2 gab es in der Zelle keine Probleme mit Elektrolytüberhitzung, zu hoher örtlichen Erhitzung des Bandes oder nur ungenügender Gasabführung. Die Auswertung der Versuche bestand auch darin die Gleichmässigkeit der Stromaufgabe zu bestimmen. Dies wurde durch die Glanz- und Farbmessungen gemacht In Anbetracht dessen, dass die Schwankungen nicht grösser waren als beim Ausgangsmatenal Es wurden auch die besonders verzunderten Bandränder vollständig entzundert.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert, wobei Fig 1 das Schema einer herkömmlichen Beizanlage mit Neutralelektrolyt, Fig 2 eine Anlage nach dem erfindungsgemässen Verfahren, Fig. 3 eine Zelle nach der Erfindung darstellt.

Fig 1 zeigt einen Beizbehälter 1 nach dem Stand der Technik Das Metallband 2 wird durch den Elektrolyt 3 beispielsweise Na2S04, zwischen den Kathoden 4 und Anoden 5 hindurchgeführt Der Abstand zwischen Elektroden und Band beträgt üblicherweise ca. 70 bis 150 mm, wobei das Band 2 einen gewissen Durchhang aufweist, der durch Stützwalzen, z.B in Anlagenmitte, verringert werden kann. Der Elektrolyt 3 wird von einer Pumpe 7 über eine Leitung 6 in den Beizbehälter 1 geleitet und über eine Leitung 8 beispielsweise in einen Zwischenbehälter 9 abgeleitet, von wo der Elektrolyt 3 wieder rezirkuliert wird.

Fig 2 zeigt eine Anlage mit einer Abhaspel 11 und einer Aufhaspel 18, die es ermoglichen das Band mit einer Geschwindigkeit bis zu 60 m/min durch die Behandlung hindurchzuziehen Die Behandlung besteht aus einer chemischen Entfettung 12, um das eingeölte Band reinigen zu konnen, und einer elektrolytischen Zelle 13. Die Zelle ist verbunden mit 4 Gleichrichtern Jeder von ihnen hat eine Leistung von max 3000A/32 V. Die Anordnung der Elektroden 15,16 wurde so gewählt, dass jeweils nur ein Anoden(15) - Kathoden(16)paar mit einem Gleichrichter verbunden ist Das Band 2 wird hier über Walzen 14,14' umgelenkt.

Fig 3 zeigt eine elektrolytische Zelle nach der Erfindung Das metallische Band 2, z B Edelstahlband, wird in den Spalt zwischen den Elektroden 15, 16 geführt. Jeweils ein Anoden(15) - Kathoden (16)paar ist mit einem Gleichrichter 19 verbunden Die Elektroden, z. B die Kathode 16, kann in Richtung 20 bewegt werden, so dass der Abstand zwischen Anode 15 und Kathode 16 einstellbar ist Dies ermöglicht eine optimale Stromnutzung.

Die Elektrolytaufgabe erfolgt wiederum mittels Pumpe 7 über eine Leitung 6, wobei Leitungen 21,21', 21", 21 vorgesehen sind, die den Elektrolyt 3 in die Spalte 24,24', 24", 24 zwischen den Elektroden 15, 16 und dem Band 2 einspeisen Die Elektrolytaufgabe kann nun durch Regelorgane 22, 22', 22", 22 an die erforderlichen Bedingungen angepasst werden Nach Durchgang zwischen den Elektroden wird der Elektrolyt 3 im unteren Teil 23 der elektrolytischen Zelle 13 gesammelt und wiederum der Pumpe 7 zugeführt.

Die neue Zelle weist höhere Leistung auf als die herkömmlichen Bei gleicher elektrischer Leistung kann durch den geringeren Spannungsabfall mehr Strom durch das Band geleitet werden Gleichzeitig jedoch ist die neue Zelle strömungsmechanisch so konzipiert, dass sehr hohe Stoffaustauschzahlen sowie Wärmeübergangswerte erreicht werden. Dies ergibt sich durch eine hohe Turbulenz bedingt durch den kleinen Spalt zwischen den Elektroden und dem Band sowie durch die Bandbewegung d. h. es werden die gelösten Metalle sowie die Wärme aus der Reaktionszone sehr effektiv abtransportiert Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Zelle gegenüber der gefluteten Zelle nach dem Stand der Technik (siehe Fig. 1) liegt in der besseren Bandführung und dem höheren Stoff- und Wärmeaustausch, dadurch ergibt sich eine höhere Beizleistung.

Die herkömmlichen Zellen weisen eine Gleichrichterleistung von 11000 A (2 x 5500) auf. Je nach Abstand zwischen Elektroden und Band (ca. 50-150 mm) liegt der Spannungsabfall zwischen 25 und 40 V. Die erfindungsgemässe Zelle kann 50000 A bei ca 17 V auf das Band übertragen.

Die Erfindung ist nicht durch die dargestellten Ausführungen beschränkt Vielmehr können auch alle bekannten Varianten der Schaltung und Anordnung der Elektroden, wie z. B. entsprechende Polarisierung oder kurzere Anoden und längere Kathoden zur Steigerung der chemischen Behandlung, analog eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum elektrolytischen Beizen von metallischen Bändern, insbesondere Edelstahlbändern, Bänder aus Titan, Aluminium oder Nickel, wobei der elektrische Strom indirekt, d. h ohne elektrisch leitende Berührung zwischen Band und Elektroden, durch das Band geleitet wird, wobei das Band vertikal geführt und die Elektrolytflüssigkeit zwischen das Band und die Elektroden eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Anoden und Kathoden in Abhängigkeit von der Banddimension verändert wird
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytaufgabemenge im Spalt, zwischen den Elektroden und dem Band, geregelt erfolgt. <Desc/Clms Page number 4>
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur gezielt auf das zu beizende Band eingestellt wird, wobei die Elektrolyttemperatur zwischen 20 und 85 C, vorzugsweise unter 70 C, beträgt
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytkonzentration gezielt auf das zu beizende Band eingestellt wird, wobei die Na2S04-Konzentration im Elektrolyten zwischen 100 und 350 g/1 vorzugsweise etwa 150 g/1 beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsdichte (Coulomb per Flächeneinheit) gezielt auf das zu beizende Band eingestellt EMI4.1 A/dm2 bei Bleianoden und etwa 180 A/dm2 bei Iridiumanoden, betragen
6 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass der Spalt zwischen den Elektroden und dem Band verändert wird
7 Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandwelligkeit ermittelt und die Elektroden vom Band entfernt werden, so dass eine Berührung, zwischen Band und Elektrode vermieden wird
8 Vorrichtung zum elektrolytischen Beizen von metallischen Bändern, insbesondere Edelstahlbändern, Bänder aus Titan, Aluminium oder Nickel, wobei der elektrische Strom indirekt, d. h.

ohne elektrisch leitende Berührung zwischen Band und Elektroden, durch das Band geleitet wird, wobei das Band vertikal verläuft und zwischen Elektroden und Band ein vertikaler Spalt vorgesehen ist, in den Elektrolytflüssigkeit eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Einstellung bzw Regelung des Abstandes zwischen Anoden (15) und Kathoden (16) vorgesehen ist
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Anoden (15) und Kathoden (16) zueinander versetzt angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenoberfläche, oder die Anoden (15) zur Gänze, bevorzugt aus Blei, oder Bleilegierungen, oder Iridiumoxid oder aus Graphit hergestellt sind.
11 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung (22, 22', 22", 22"') für die Elektrolytaufgabemenge vorgesehen ist
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass pro Flüssigkeitskanal (24, 24', 24", 24"') zwischen Band (2) und Elektrode (15,16) eine separate Regelungseinrichtung (22, 22', 22", 22"') vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Einstellung des Spaltes (24, 24', 24", 24"') zwischen Band (2) und Elektrode (15, 16) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Erkennung der Bandwelligkeit vorgesehen ist, die mit der Einstelleinnchtung der Elektroden (15,16) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Elektroden (15,16) vom Band (2) zwischen 5 und 15 mm betragen