DE2355865A1

DE2355865A1 - Verfahren und einrichtung zur reinigung einer oberflaeche eines metallgegenstands

Info

Publication number: DE2355865A1
Application number: DE19732355865
Authority: DE
Inventors: Mervyn John Dr Copsey; Brian Hanson Wilby
Original assignee: COGHLAN BRIGHT STEEL; Electricity Council
Current assignee: COGHLAN BRIGHT STEEL; Electricity Council
Priority date: 1972-11-08
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1974-05-09
Also published as: US3900376A; FR2213347A1; DE2355865C2; SE386691B; FR2213347B1; CH592748A5; IT999747B; GB1399710A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Wexckv:ann,

Dipl.-Ing. H,Weickmann, Dipl.-Phys.

Dipl.-Ing. R A."Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

THE ELECTRICITY COUNCIL 30 Millbank London (England)

COGHLAN BRIGHT STEEL LIMITED

Hunslet Forge, Leeds, Yorkshire (England)

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SCFE

Verfahren und Einrichtung zur Reinigung einer Oberfläche eines Metallgegenstands

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung einer Oberfläche eines vorzugsweise länglichen Metallgegenstands , wobei auf die Oberfläche ein Elektrolyt aufgebracht wird. Bei dem Metallgegenstand kann es sich hierbei beispielsweise um einen Profilstrang, ein Rohr oder einen Draht handeln. Insbesondere soll das Verfahren zur Reinigung solcher Gegenstände von Oxydrückständen wie Hammerschlag dienen.

Zum Reinigen von Metalloberflächen ist es bekannt, auf diese eine Säure aufzubringen. Hierbei bestehen gesundheitliche Gefahren für das Bedienungspersonal, und die Entfernung der Reaktionsprodukte

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und Säurerückstände erfordert einen erheblichen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es leicht durchführbar ist und daß die entstehenden Abfallprodukte leicht und gefahrlos entfernt werden können.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Elektrolyt verwendet wird, der weder mit dem Metall noch mit den zu entfernenden Oberflächenverschmutzungen chemisch reagiert, und daß an den Gegenstand und an mindestens eine mit dem Elektrolyten in elektrischem Kontakt stehende zusätzliche Elektrode eine so hohe Spannung angelegt wird, daß sich auf der zu reinigenden Oberfläche zwischen dieser und dem Elektrolyten eine Gas- und/oder Dampfschicht ausbildet, durch die hindurch eine elektrische Entladung erfolgt.

Der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Elektqjrlyt kann von beliebiger, nicht gesundheitsgefährlicher Beschaffenheit sein. Bei dem Verfahren entstehen an gasförmigen Reaktionsprodukten lediglich Sauerstoff und Wasserstoff, die gefahrlos, ggf. nach Rekombination zu Wasser, abgeführt werden können. Die entfernten Oberflächenverschmutzungen können in einfacher Weise abgefiltert werden. Das Verfahren eignet sich zur Reinigung von Oxydschichten, aber auch von beliebigen anderen Oberflächenverschmutzungen, beispielsweise Färb-, Öl- oder Fettrückständen.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren die Oberfläche durch Relativbewegung zwischen dem Gegenstand und der Elektrode kontinuierlich gereinigt.

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Zur Erwärmung der Oberfläche eines Metallgegenstands ist es bekannt, diesen durch ein Elektrolytbad hindurchzuführen und an den Gegenstand und an mindestens eine zusätzliche Elektrode eine Spannung anzulegen. Bei genügend hoher Spannung kann sich auf der aufzuwärmenden Oberfläche eine Dampf- öder Gasschicht bilden, durch die hindurch eine elektrische Entladung erfolgt. Der hierbei fließende starke Strom heizt nicht nur den Gegenstand, sondern auch den Elektrolyten stark auf, so daß dieser bei kontinuiierlichem Betrieb mit großer Fördergeschwindigkeit durch einen Kühlkreislauf geführt werden muß. Eine Reinigungswirkung wird dabei kaum erzielt. Demgegenüber wurde nun gefunden, daß bei sehr geringer Fließgeschwindigkeit des Elektrolyten oder der Fließgeschwindigkeit Null ein besonderer Zusammenhang zwischen angelegter Spannung und Entladungsstrom auftritt. Wenn nämlich die Spannung von dem Wert Null ausgehend auf die hohen zum Erwärmen verwendeten Werte gebracht wird und dabei denjenigen Wertebereich überschreitet,.in dem die normale Elektrolyse auftritt, dann ergibt sich ein instabiler Spannungsbereich, in welchem die elektrische Entladung beginnt und eine Erhöhung der Spannung eine Verrringerung des Entladestroms zur Folge hat. Jenseits des instabilen Bereichs steigt mit weiter erhöhter Spannung auch der Strom wieder an, wodurch die Heizwirkung zunimmt. Der instabile Bereich tritt jedoch dann nicht auf, wenn in zur Erwärmung von Metalloberflächen üblicher Waise der Elektrolyt mit hoher Fließgeschwindigkeit umgewälzt wird.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung kann mit wesentlich niedrigeren Spannungen als bei dem beschriebenen Verfahren zur Erwärmung von Metalloberflächen gearbeitet werden. Hierzu wird die Fließgeschwindigkeit des Elektrolyten zwischen Gegenstand und Elektrode so gering, vorzugsweise zumindest annähernd auf dem Wert Null, gehalten, daß sich bei vom Wert Null ansteigender Spannung ein

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instabiler Spannungsbereich ergibt, in dem mit ansteigender Spannung der Entladestrom abnimmt, und die Spannung wird so hoch gewählt, daß ihr Wert mindestens am oberen Ende des instabilen Bereichs und vorzugsweise darüber liegt. Bei dieser Einstellung der Spannung ergibt sich eine nur geringe Erwärmung der zu reinigenden Oberfläche und eine gute Reinigungswirkung.'

Um eine unerwünschte Aufheizung der zu reinigenden Oberfläche weitgehend zu vermeiden, wird die Spannung vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der annähernd demjenigen Wert"entspricht,· bei dem die Entladestromkurve am oberen Ende des instabilden Bereichs ein Minimum aufweist. Die Einstellung der Spannung kann in einfacher Weise derart erfolgen, daß die Spannung zunächst über denjenigen Wert hinaus erhöht wird, bei dem ein stabiler Entladungsbetrieb erreicht wird, und daß die Spannung dann auf den vorgesehenen Wert beim Minimum der Entladestromkurve verringert wird. Der jeweils günstigste Wert der im Betrieb verwendeten Spannung kann leicht empirisch ermittelt werden. Beispielsweise kann die für das Entladestromminimum erforderliche Spannung bestimmt und diese Spannung an den zu reinigenden Gegenstand angelegt werden, bevor der Reinigungsvorgang beginnt. Wenn dann der Gegenstand mit dem Elektrolyten in Berührung gebracht wird, fließt ein Strom, und aufgrund des inneren Widerstands der Spannungsquelle wird die Spannung geringfügig abfallen. Dabei stellt sich dann jedoch eine stabile Entladung in dem für die Reinigung wirksamsten Spannungsbereich ein. Für die Praxis kann der für die Reinigung wirksamste Spannungsbereich als Bereich derjenigen Werte angesehen werden, die höchstens um + 10 V von demjenigen Wert am oberen Ende des instabilen Bereichs abweichen, bei dem die Entladestromkurve ein Minimum aufweist.

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Als Spannung kann sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung verwendet werden. Bei Verwendung einer Gleichspannung ist eine beliebige Polung möglich, jedoch bildet hierbei der Gegenstand vorzugsweise die Katode, während eine oder mehrere Anoden gegenüber dieser Katode auf einem positiven Potential gehalten werden. Zeckmäßig liegt die angelegte Spannung über 100 V-, während die Stromdichte an der von dem Gegenstand gebildeten Katode oberhalb von 5 Ppm liegt.

Der Elektrolyt kann über die zu reinigende Oberfläche fließen und nach seinem Abfließen im Kreislauf zurückgeführt weiden, wobei vor der Rückführung eine Reinigung des Elektrolyten erfolgt, um die entfernten Oberflächenverschmutzungen auszuscheiden. Das Ausscheiden von festen Schmutzteilchen kann durch Filtrierung oder durch Ausfällen in einem Klärtank erfolgen. Die Fördergeschwindigkeit des zurückgeführten Elektrolyten wird jedoch so niedrig wie möglich gehalten, da bei steigender Fließgeschwindigkeit des Elektrolyten die für die Reinigung wirksame Stromdichte und demgemäß die zu ihrer Aufrechterhaltung erforderliche Spannung und die Wärmeentwicklung zunehmen. Bei zu hohen Fließgeschwindigkeiten verschwindet schließlich der instabile Bereich zwischen normaler Elektrolyse und stabilem Entladebetrieb, und die Reinigungswirkung wird nicht mehr erreicht.

Als Elektrolyt wird zweckmäßig eine wäßrige Lösung- einer Lauge oder eines Salzes verwendet. Zum Entfernen von Hammerschlag von Stahl hat sich ein alkalischer Elektrolyt zweckmäßig erwiesen, beispielsweise eine wäßrige Lösung von 20% Gewicht pro Volumen Natriumhydroxid öder Natriumkarbonat. Für Eisen und Stahl hat sich eine gesättigte wäßrige Lösung eine Mischung' von Kalium- und Natriumkarbonaten als günstig erwiesen.

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Wird der Gegenstand als Katode verwendet, so wird zunächst an der zu reinigenden. Oberfläche Wasserstoff gebildet. Die hohe Spannung und die hohe Stromdichte führen zu einer gewissen Wärmeentwicklung, und die Oberfläche des Gegenstands wird mit einer Schicht bedeckt, die sowohl Wasserstoff als auch Dampf enthält. Die Entladung durch die Gas und Dampf enthaltende Schicht hindurch bewirkt, daß alle auf der Oberfläche vorhandenen Oxydationsrückstände abblättern. Andere Oberflächenverunreinigungen wie Fett, Farbe oder Rost werden ebenfalls entfernt. Die Geschwindigkeit, mit der diese Reinigung erfolgt, hängt ab von der angelegten Spannung und der Stromdichte an der Katode. Die Spannung muß genügend hoch sein, daß auf dem gesamten Weg zwischen den Elektroden, von denen die eine von dem zu reinigenden Gegenstand gebildet ist, keine normale elektrolytische Stromleitfähigkeit mehr auftritt. Die Spannung muß also höher liegen als für die normale Elektrolyse. Die Gas- und Dampfschicht muß sich nämlich vollständig über die zu reinigende Oberfläche erstrecken, damit die die Reinigung bewirkende Entladung alle Bereiche der Oberfläche erreicht. Bei einer Einstellung der Spannung auf einen Wert gerade oberhalb des instabilen Bereichs wird die genannte Bedingung erfüllt.

Grundsätzlich kann jeder Elektrolyt verwendet werden, der mit dem Metall des Gegenstands und mit den Oberflächenverunreinigungen nicht chemisch reagiert und der nicht seinerseits einen verunreinigenden Niederschlag auf der Katode bewirkt, der also ausschließlich zu einer Gasentwicklung an den Elektrodenoberflächen führt. Es ist jedoch zweckmäßig, einen Elektrolyten mit hoher elektrischer Leitfähigkeit zu wählen, in dem das Metall des zu reinigenden Gegenstands nicht löslich ist. Wie bereits erwähnt, wurden die besten Ergebnisse dann erhalten,

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wenn der zu reinigende Gegenstand die Katode bildet* Es entwickelt sich dann an der Katode Wasserstoff, wenn der Elektrolyt in Form einer wä^-ßrigen Lösung verwendet wird.

Hinsichtlich der Reinigungswirkung an dem als Katode verwendeten Gegenstand ist die Art der verwendeten Anode.ohne großen Einfluß. Bei hohen Elektrolyseströmen wird die Anode jedoch stark korrodierenden Einflüssen ausgesetzt, und daher ist es zweckmäßig, für sie ein entsprechend korrosionsfestes Material wie Nickel zu verwenden. Auch bestimmte Arten von rostfreiem Stahl haben sich als Material für die Anode bewährt»

Wie gesagt, kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Dabei kann der Gegenstand kontinuierlich oder in Schritten bewegt werden, so daß nacheinander verschiedene Oberflächenbereiche des Gegenstands gereinigt werden. Dies ist beispielsweise beim Reinigen von Drähten, Profilstangen, Bandmaterial oder Pld±en zweckmäßig. Der Gegenstand kann kontinuierlich durch ein Elektrolytbad hindurchgeführt werden. Der Elektrolyt kann kontinuierlich durch das Bad hindurchgepumpt werden, so daß er aus diesem überläuft. Auf diese Weise kann eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Gegenstand und dem Elektrolysebad vermieden werden. Die Leistung der Pumpe muß jedoch aus den bereits genannten Gründen gering gehalten werden.

Zur Reinigung eines langgestreckten Gegenstands, beispielsweise einer Stange, eines Prof il strang es oder einer Röhre-, kann der Gegenstand um seine Längsachse gedreht werden, während er. sich durch das Elektrolytbad bewegt. Xeckmäßig erfolgt die Bewegung des Gegenstands durch das Bad in waagerechter Richtung. In diesem Fall kann es genügen, den Gegenstand nur teilweise mit seiner Unterseite in den Elektrolyten eintauchen zu lassen. Die Drehung

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erfolgt dann derart, daß jeder Punkt der Oberfläche des Gegenstands während dessen Bewegung über das Elektrolytbad zumindest eine volle Umdrehung ausführt.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann ein einen Eejlktrolyten enthaltendes Elektrolytbad, eine Führungsvorrichtung, an der geführt der Gegenstand so über das Elektrolytbad oder durch dieses hindurch bewegbar ist, daß er zumindest teilweise in den Elektrolyten eintaucht, mindestens eine mit dem Elektrolyten in elektrischem Kontakt stehende Elektrode und eine elektrisch mit der Elektrode verbundene und mit dem Gegenstand verbindbare Spannungsquelle umfassen. Die Spannung der Spannungsquelle wird dabei in der bereits beschriebenen Weise eingestellt.

Der Gegenstand, beispielsweise eine Stange, ein Profilstrang oder ein Rohr, kann durch das Elektrolytbad entweder in senkrechter oder in waagerechter Richtung hindurchgeführt werden, wobei die Elektrode koaxial zu dem Gegenstand angeordnet sein kann. Wird der Gegenstand in waagerechter Richtung bewegt, so wird vorzugsweise eine Elektrode mit durchbrochener Elektrodenfläche, beispielsweise in Form eines Käfigs verwendet, damit die erzeugten Gase und Dämpfe durch die Elektrode hindurch abgeführt werden können. Wenn der Gegenstand dagegen über die Oberfläche des Elektrolytbades geführt wird und in den Elektrolyten nur teilweise mit seiner Unterseite eintaucht, so wird vorzugsweise eine Elektrode verwendet, die die Form eines halben, unterhalb des Gegenstands angeordneten Hohlzylinders hat. In diesem Fall ist es auch zweckmäßig, den Vorschub und das Drehen des Gegenstands durch eine entsprechend ausgebildete Fördervorrichtung zu bewerkstelligen. Ist der Gegenstand ein flaches Bandmaterial oder ein flacher Strang, der auf seiner einen Seite

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gereinigt werden soll₉ so Rann er mit dieser Seite als Unterseite über das Elektrolytbad geführt werden, wobei die Reinigung an der mit dem Elektrolyten in Berührung stehenden Unterseite -erfolgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert, in denen Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 als Diagramm den Verlauf des Stroms in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bei einem Verfahren gemäß der Erfindung; ' "

Fig. 2 in schematischem₉ senkrechtem Schnitt eine Reinigungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ebenfalls in schematisehern, senkrechtem Schnitt eine
weitere Ausführungsform einer Reinigungseinrichtung
gemäß der Erfindung;

Fig. M- in perspektivischer Darstellung die Elektrode der Reinigungseinrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 in vereinfachter perspektivischer Darstellung eine

weitere Reinigungseinrichtung gemäß der Erfindung für
eine Metallstange;

Fig. 6 wiederum in vereinfachter perspektivischer Darstellung eine weitere Reinigungseinrichtung gemäß der Erfindung zur Reinigung eines Metallbands,

Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Strom und angelegter
Spannung bei einer Ausführungsform des Verfahrens, bei der
eine Stahlstange durch ein Elektrolytbad-geführt wird, das

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eine gesättigte wäß^rige Lösung eines Gemische aus Kalium- und Natriumkarbonat enthält. Bei niedrigen angelegten Spannungen, beispielsweise beim Punkt A auf der Kurve, findet eine normale Elektrolyse statt. Bei ansteigender Spannung steigt auch der Strom bis zum Erreichen eines Punkts B, wo die Spannung in diesem Beispiel 120 V beträgt. Bis hierhin ist der Stromanstieg über den größten Teil des Bereichs praktisch linear. Wenn die Spannung über den Punkt B hinaus erhöht wird, kommt man in einen instabilen Bereich, in dem Gas und Dampf den Gegenstand vollständig zu umgeben beginnen und in dem durch diese gashaltige Schicht hindurch eine Entladung einsetzt. Wird die Spannung bis auf einen Wert V₁ (im Beispiel 150 V) erhöht, so wird die Entladung stabil bei einem Punkt C, wobei der Wert des dann fließenden Stromes wesentlich geringer als beim Punkt B am Ende des Bereichs normaler Elektrolyse und bei 120 V ist. Bei dieser stabilen Entladung ist der Gegenstand nun vollständig mit der gashaltigen Schicht bedeckt, durch die hindurch die Entladung erfolgt. Wird die Spannung über 150 V hinaus erhöht, so steigt mit ihr auch der Strom wieder an, und der Betrieb erfolgt mit stabiler Entladung durch die gashaltige Schicht hindurch. Wird aus dem Bereich stabiler Entladung kommend die Spannung wieder verringert, so wird bei etwa 150 V ein Minimum der Entladestromkurve erreicht, und bei stärkerer Verringerung der Spannung steigt der Strom wieder an, wie dies durch den vollausgezogenen Kurvenabschnitt C-D dargestellt ist. Beim Erreichen des Punkts D setzt wieder der instabile Betrieb ein, bis bei noch weiterer Verringerung der Spannung auf 120 V beim Punkt D wieder der stabile Bereich normaler Elektrolyse orreicht wird.

Zur Reinigung wird nun der hierfür am wirksamste "Reinigungsbereich¹¹ zwischen den Punkten D und E auf der Entladestromkurve

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benutzt. Die Punkte D und E liegen um etwa 10 V unterhalb beziehungsweise oberhalb des zur Spannung V^ gehörenden Kurvenpunkts D. In dem Reinigungsbereich ergibt sich eine stabile Entladung, wobei der Strom jedoch wesentlich geringer als der maximal zur Elektrolyse verwendbare Strom (Punkt B) ist.

Die Stromkurve der Fig. 1 ergibt sich grundsätzlich immer dann, wenn der Elektrolyt im Bereich zwischen Anode und Katode die Fließgeschwindigkeit Null oder eine sehr geringe Fließgeschwindigkeit hat. Die Fließgeschwindigkeit hat einen starken Einfluß auf den Verlauf der Kurve. Wenn nämlich die' Fließgeechwindigkeit ansteigt, steigt der Leistungsverbrauch in wesentlich stärkerem Maße, da sowohl die im Reinigungsbereich sich ergebende Stromstärke als auch die zu ihrer Aufrechterhaltung erforderliche Spannung ansteigen. Bei hohen Fließgeschwindigkeiten ist schließlich der Unterschied zwischen dem Bereich normaler Elektrolyse, dem stabilen R^inigungsbereich und bei höherer Spannung dem Bere'ich stabiler Entladung oberhalb des Punktes E nicht mehr, so stark ausgeprägt wie in Fig. 1 und verschwindet schließlich . praktisch ganz.

Die Reinigungswirkung tritt an der Metalloberfläche auf, ohne daß diese Wirkung wesentlich von der an der Oberfläche umgesetzten Leistungsdichte abhängt. Wird die angelegte Spannung erhöht, so daß der Bereich stabiler Entladung (Heizbereich) oberhalb des Punktes E erreicht wird, dann wird jedoch nicht mehr die gleiche Reinigungswirkung erreicht, wenn gleichzeitig die Reinigungszeit, in der die Oberfläche der Entladung ausgesetzt wird, entsprechend verringert wird. Die Reinigungswirkung ist daher nicht vergleichbar mit der

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Wirkung der» elektrolytischen Erwärmung.

Wie bereits erwähnt» ist die Erfindung insbesondere anwend- ' bar beim Entfernen von Oxydationsrückständen wie Hammerschlag von Stahlprofilen. Fig. 2 zeigt eine Reinigungseinrichtung zu diesem Zweck. Mit der Einrichtung werden Profilstange von kreisrundem, sechseckigem, quadratischem oder anderem Querschnitt gereinigt. Dabei wird der Profilstrang 10 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von einer Fördervorrichtung 11 senkrecht nach oben gefördert. Der Strang 10 läuft zwischen elektrischen KontaktroUen 12 hindurch, die bei 13 geerdet sind. Danach durchläuft der Strang 10 eine Dichtung 14 im Böden eines Elektrolytbades 15. Das Bad 15 weist einen elektrisch isolierenden Behälter auf. In ihm ist eine Nickelanode 16 von kreisringförmigem Querschnitt und geringer axialer Länge koaxial zum Profilstrang 10 angeordnet.'Ein Elektrolyt, der eine gesättigte wässrige Lösung einer Mischung von Natrium- und Kaliumkarbonat enthält, wird in den Behälter nahe dessen Boden an einem Einlaß 17 mit geringer Fließgeschwindigkeit eingepumpt. Der Elektrolyt - fließt über den oberen Rand des Behälters des Elektrolytbades 15 über und gelangt hierdurch in eine Auffangwanne 18, aus der er in einen Behälter 19 abfließt, worauf er mittels einer Pumpe 20 zum Elektrolytbad 15 zurückgeführt wird.

Oberhalb des Elektrolytbads 15 läuft der Profilstrang 10 zwischen weiteren geerdeten Führungsrollen 21 hindurch. Die Nickelanode 12 ist über einen Leiter 22 mit dem positiven Pol einer verstellbaren Gleichspannungsqueile in Form einer Batterie 23 verbunden. Deren negativer Pol ist geerdet.

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Beim Betrieb der Einrichtung wird die an die Nickelanode IB angelegte Spannung so eingestellt, daß Strom und Spannung im Rexnigungsbereich, d.h. zwischen den Punkten D und E in Fig. 1- liegen, wie dies oben erläutert wurde. Die hohe Stromdichte führt zur Bildung von Wasserstoff auf der· Oberfläche des Profilstrangs 10, so daß innerhalb des Elektrolytbads 15 eine Gasschicht den Profilstrang 10 vollständig bedeckt. Durch diese Gasschicht hindurch erfolgt eine elektrische Entladung. Die hierdurch erzeugte Wärme führt zur Bildung von Dampf, so daß die um den Profilstrang 10 herum gebildete Schicht im Betrieb aus einer Mischung aus Wasserstoff und Dampf besteht. Die Entladung durch diese Schicht hindurch bewirkt, daß auf

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dem Profilstrang 10 vorhandene Oxydationsrückstände abblättern, und diese Rückstände sammeln sich am Boden des Elektrolytbades 15 oder werden" von dem überfließenden Eeltrolyten mitgenommen und setzen sich im Vorratsbehälter 19 ab. Gewünschtenfalls kann eine Filtrierung des Elektrolyten erfolgen, bevor dieser in den Vorratsbehälter 19 fließt, um die Rückstände zu entfernen. Der Vorratsbehälter 19 dient gleichzeitig zur Kühlung des Elektrolyten, bevor dieser durch die Pumpe 20 zurückgefördert wird. Hierzu weist der Vorratsbehälter 19 ein genügend großes Volumen auf.

Aus den bereits erläuterten Gründen muß die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten im Elektrolytbad 15 gering sein. Man wird also die Förderleitung der Pumpe 20 bezüglich des Elektrolytvolumens im Elektrolytbad 15 gering wählen. Nur dann ergibt sich der in Fig.. 1 dargestellte Kurvenverlauf des Entladuhgsstroms mit einem Rexnigungsbereich, der sich gegnüber dem Minimum der Kurve beim Spannungswert V^ um jeweils 10 V nach niedrigeren und höheren Werten hin erstreckt*

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In manchen Anwendungsfällen kann die Förderung des zu reinigenden Gegenstands in senkrechter Richtung schwierig sein. In diesem Fall kann eine waagerechte Förderung vorzuziehen sein, wofür Fig. 3 ein Beispiel zeigt. Hier wird mittels einer Fördervorrichtung ein Strang 30 in waagerechter Richtung zwischen geerdeten Kontaktrollen 31 hindurch und durch eine Eintrittsdichtung 32 hindurch in ein Elektrolytbad 33 gefördert. Der Strang 30 verläßt das Bad 33 durch eine Austrittsojchtung 34 hindurch und durchläuft danach nochmals geerdete Führun-gsrollen 35. Die Eintrittsund Austrittsdichtung 32, 34 sind bei dem Ausführungsbeispiel zwar als Rollendichtungen dargestellt, müssen jedoch nicht notwendig eine völlige Flüssigkeitsabdichtung gegenüber dem Strang 30 bieten, solange sie nur den Austritt des Elektrolyten aus dem Bad 3 3 genügend abdämmen« Unterhalb des Bads 33 ist eine Auffangwanne 3 6 angeordnet, die den über den oberen Rand des Behälters des Bads 33 überfließenden und aus Eintritts- und Austrittsdichtung 32, 34 ausfließenden Elektrolyten auffängt. Aus der Auffangwanne 36 fließt der Elektrolyt in einen Vorratsbehälter 37 und wird von dort mittels einer Pumpe 38 in den Behälter des Bades 33 zurückgepumpt. Hierfür weist der Behälter an seinem unteren Ende nahe dem Boden einen Einlaß 42 auf.

Koaxial zur Längsachse des Strangs 30 ist im Elektrolytbad 33 eine.zylindrische Nickelanode 40 angeordnet, die über einen Leiter 41 mit dem positiven Pol einer verstellbaren Gleichspannungsquelle 42 verbunden ist, deren negativer Pol bei 43 geerdet ist. Um die Abführung der elektrolytisch erzeugten Gase und Dämpfe zu erleichtern, hat die Anode 40 eine durchbrochene Oberfläche. Sie könnte hierzu beispielsweise Öffnungen in einem Zylinder aufweisen oder aus Stäben und dergleichen gebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel hat

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die Anode 40, wie aus Fig. 4 näher hervorgeht, die Form eines Käfigs mit zwei Endringen 45, 46, die von parallelen Stäben 47 verbunden sind.

Der Betrieb der Einrichtung gemäß Fig. 3 erfolgt in ähnlicher Weise, wie dies anhand von Fig. 2 beschrieben wurde. Der Elektrolyt ist wieder von einer gesättigten Lösung einer Mischung von Natrium- und Kaliumkarbonat gebildet. Die Spannung an der Anode 40 ist so eingestellt, daß innerhalb des Reinigungsbereichs der Entladestromkurve gearbeitet wird.

Durch aufsteigende Gasblasen kann bei der Einrichtung gemäß Fig. 3 die Reinigungswirkung auf der Oberseite des Stranges" 30 geringer sein als auf dessen Unterseite. Weiter führen auch die Bewegungen der Gasblasen und die hierdurch sowie thermisch bedingte Umwälzung des Elektrolyten im Elektrolytbad 33 zu ungleichmäßiger Reinigungswirkung. Sollte aufgrund dieser Ungleichmäßigkeit die Reinigungswirkung in einzigen Anwendungsfällen nicht ausreichend sein, so kann der Strang 30 bei seinem Durchlauf durch das Elektrolytbad 33 zusätzlich in Drehung versetzt werden.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein zu reinigender Strang im Elektrolytbad gedreht wird. Eine einen Strang 51 sowohl in Längsrichtung fördernde als auch gleichzeitig in Drehung versetzende Fördervorrichtung 50 ist hierbei vorgesehen. Die Drehgeschwindigkeit des Strangs 51 ist so gewählt, daß ein beliebiger Punkt auf seiner Oberfläche beim Durchlauf durch das Elektrolytbad 53 mehrere vollständige Umdrehungen beschreibt. Da der Strang 51 gedreht wird, ist es nicht erforderlich, daß die Anode den Strang 51 vollständig umgibt. Es.wird daher in Fig.. 5 eine halbzyliridrische Nickelanode· 52 verwendet, die innerhalb des Elektrolytbads 53 angeordnet ist und die sich entlang

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der Unterseite des Strangs 51 erstreckt· Der Strang 51 wird von zwei Sätzen von schräggestellten Rollen 54, 55 getragen und geführt, die elektrisch geerdet sind. Zum Eintritt und Austritt des Stranges 51 sind in den Stirnwänden 58, 59 des Bads 53 Dichtungen 56, 57 vorgesehen. Der von einer gesättigten 'Lösung von Natrium- und Kaliumkarbonat gebildete Elektrolyt wird über einen Einlaß 60 in das Bad 53 gepumpt und fließt über eine der Seitenwände 61 des Bades 53 über. Hierzu weist diese Seitenwand 61 in Höhe des oberen Rands der Anode 52 einen waagerechten Schlitz auf. Der überfließende Elektrolyt wird wieder wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in einer Auffangwanne gesammelt, einem Vorratsbehälter zugeführt und von diesem mittels einer Pumpe zurückgeführt. Die letztgenannten Teile sind einfachheitshalber nicht dargestellt. Die Auffangwanne kann auch wieder diejenigen geringen Elektrolytmengen auffangen, die durch die Dichtungen 56, 57 aus dem Bad 53 herausfließen. Die Anode 52 ist über einen Leiter 62 mit dem positiven Pol einer einstellbaren Gleichspannungsquelle 63 verbunden, deren negativer Pol geerdet ist. Die angelegte Spannung kann wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen so eingestellt werden, daß im Reinigungsbereich gearbeitet wird.

Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 5 befindet sich die Längsachse des Strangs 35 in Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Elektrolytbad 53, so daß der Strang 51 nur zur Hälfte in den Elektrolyten eingetaucht ist. Die Reinigung erfolgt daher jeweils nur auf der Unterseite des Strangs 51, die mit dem Elektrolyten über die gashaltige Schicht in Berührung steht. Die Drehung des Strangs 51 erfolgt jedoch mit solcher Geschwindigkeit, daß die gesamte Oberfläche gerdnigt wird, wahren!der

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Strang 51 das Bad 53 durchläuft. Die von der Oberfläche des Strangs 51 entfernten Oxydationsrückstände sammeln sich am Boden des Bads 53 und können gelegentlich entfernt werden.

Im folgenden werden zwei Beispiele für das Verfahren·gemäß der Erfindung bei Verwendung der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung angegeben. Die' Länge des Bads 53 betrug hierbei· 60 mm und der Anodendurchmesser 240 mm.

Beispiel 1

Eine Eisenstange mit einem Durchmesser von 19,5 mm, die mit losem Hammerschlag mit einer Dicke von annähernd 10 ^m bedeckt war, wurde durch das Elektrolytbad mit einer linearen Vorschubgeschwindigkeit von 0*6 m/min gefördert. Der Vorschubgeschwindigkeit war eine Drehung mit solcher Drehgeschwindigkeit überlagert, daß sich je 20 mm Vorschub eine vollständige Umdrehung ergab. Es wurde bei einem Elektrolytzufluß von 10 l/min gearbeitet, die Spannung betrug 150 V und der Strom 125 A. Beim Austritt aus dem Elektrolytbad zeigte der Strang eine saubere, graue, metallisch glänzende Oberfläche. Die zur Reinigung des Strangs dir ι
Oberfläche.

Strangs direkt aufgewendete Energie betrug also 8,5 kWh/m der

Beispiel 2

Eine Stahlstange mit einem Durchmesser von 16 mm, die mit einer festen, stark anhaftenden Hammerschlagschicht mit einer Dicke von annähernd 30 ^um bedeckt, war, wurde mit einer linearen Vorschubgeschwindigkeit von 0,13 m/min durch das Elektrolytbad gefördert. Die Dr ehge sch--windigkeit war so gewählt, daß sich jeweils nach 15 mm Vorschub eine vollständige Umdrehung ergab. Die Elektrolytzufuhr betrug 10 l/min, die Spannung 150 V und'

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der Strom 75 A. Beim Austritt aus dem Elektrolytbad zeigte die Stange eine saubere, graue metallische Oberfläche. Die zur Reinigung direkt aufgewendete Energie betrug hierbei 29 kWh/m² der Oberfläche.

Eine erforderlichenfalls noch verstärkte Reinigungswirkung kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Länge der Anode vergrößert und dementsprechend der Strom erhöht wird.

Fig. 6 zeigt eine Einrichtung, die zur Reinigung einer Metallplatte geeignet ist. Sie könnte ebenfalls zur Reinigung eines Metallbandes oder eines flachen Stranges verwendet werden. Gemäß Fig. 6 wird eine flache Metalltafel 70 mittels -einer sie linear vorschiebenden Fördervorrichtung. 80 zwischen zwei elektrisch geerdeten Walzen 71 hindurch in waagerechter Richtung über die offene Oberseite eines Elektrolytbades 72 und von dort durch zwei elektrisch geerdete weitere Walzen 73 hindurch bewegt. Das Bad 72 hat im Grundriß eine rechteckige Form. Über seine Unterseite erstreckt sich eine ebene Nickelanode 74, die über einenLeiter 75 mit dem positiven Pol einer einstellbaren Gleichspannungsquelle 76 verbunden ist, deren negativer Pol geerdet ist. Der Elektrolyt, der aus einer gesättigten Lösung einer Mischung von Natrium- und Kaliumkarbonat besteht, wird durch einen Einlaß 76 in das Bad 72 gepumpt und fließt an dessen Oberseite über. Die Oberseite des Bads 72 ist durch an die Seitenwände anschließende, waagerechte Wände 77 teilweise verschlossen. Zwischen· diesen Wänden 77 erstrecken sich von deren inneren Enden Wahdabschnitte senkrecht nach oben, und die Platte wird über diese Wandabschnitte hinweg zwischen den oberen Abschnitten 78 der Stirnseiten hindurchbewegt. Die von den inneren Enden der oberen Wände 77 ausgehenden Wandabschnitte 79 erstrecken sich

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bis zur Unterseite der Platte 70, wobei der Elektrolyt durch Spalte zwischen den oberen Rändern der Wandabschnitte 79 und der Unterseite der Platte 70 abfließt, jedoch die Unterseite der Platte 70 benetzt. Ji ie anhand von Fig. 2 und 3 erläutert, kann unterhalb des Bads 72 eine Auffangwanne vorgesehen sein,die den überfließenden Elektrolyten auffängt und einem Aufbewahrungsbehälter zuführt, an dem eine Pumpe.zur Rückführung sitzt. Diese Teile sind wieder zur besseren Klarheit nicht gezeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist ebenso wie bei denjenigen gemäß den Figuren 2, 3 und 5 die wirksame Oberfläche der Anode wesentlich größer als die wirksame Katodenfläche auf dem zu reinigenden Gegenstand. Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 6 entspricht demjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, Die angelegte Spannung ist wieder so gewählt, daß im Reinigungsbereich der Entladestromkurve gearbeitet wird. Wenn die Spalte zwischen der Platte 70 und dem Gehäuse des Bads 72 genügend schmal gemacht werden, ist nur eine geringe Elektrolytzufuhr erforderlich, ■um die Unterseite der Platte 70 auf der gesamten freien Oberfläche des Elektrolyten mit diesem zu benetzen.

Bei allen Ausführungsbexspielen wurden zur Stromzuführung zu dem zu reinigenden Gegenstand Rollen benützt. Andere Stromzuführungsvorrichtungen, beispielsweise als Schleifer ausgebildete Kontakte, können statt dessen selbstverständlich ebenfalls eingesetzt werden. Sollen Einbrände durch den Kontaktlichtbogen vollständig vermieden werden, so können Flüssigkeit skontakt e , beispielsweise unter Verwendung eines Elektrolyten, vorgesehen werden.

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Claims

THE ELECTRICITY COUNCIL
Millbank
London (England)

COGHLAN BRIGHT STEEL LIMITED

Huris let Forge,

Leeds, Yorkshire (England)

ANSPRÜCHE

Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche eines vorzugsweise länglichen Metallgegenstands, wobei auf die Oberfläche ein Elektrolyt aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein Elektrolyt verwendet wird, der weder mit dem Metall noch mit den zu entfernenden Oberflächenverschmutzungen chemisch reagiert, und daß an den Gegenstand und an mindestens eine mit dem Elektrolyten in elektrischern Kontakt stehende zusätzliche Elektrode eine so hohe Spannung angelegt wird, daß sich auf der zu reinigende Oberfläche zwischen dieser und dem Elektrolyten eine Gas- und/ oder Dampfschicht ausbildet, durch die hindurch eine elektrische Entladung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch Relativbewegung zwischen dem Gegenstand und der Elektrode kontinuierlich gereinigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeif des Elektrolyten zwischen Gegenstand und Elektrode so gering, vorzugsweise zumindest

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annähernd auf dem Wert Null, gehalten wird, daß sich bei vom Wert Null ansteigender Spannung ein instabiler Spannungsbereich ergibt, in dem mit ansteigender Spannung der Entladestrom abnimmt, und daß die Spannung so hoch gewählt wird, daß ihr Wert mindestens am oberen Ende des instabilen Bereichs und vorzugsweise darüber liegt.
4. Verfahren nach'Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung auf einen Wert eingestellt wird, der höchstens um + 10 V von demjenigen Wert am oberen Ende des instabilen Bereichs abweicht, bei dem die Entladestromkurve ein Minimum aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder ¹I-, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung auf den verwendeten Wert eingestellt wird, iivdem sie zunächst vom Wert Null aus über den verwendeten Wert hinaus erhöht und dann auf den verwendeten Wert verringert wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet₉ daß als Spannung eine so gepolte Gleichspannung verwendet wird, daß der Gegenstand die Katode bildet.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j daß zum Aufbringen des Elektrolyten der Gegenstand zumindest teilweise in ein Elektrolytbad eingetaucht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode verwendet wird, deren Oberfläche wesentlich größer als der eingetä?auchte Bereich der zu reinigenden Oberfläche istο

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9. Verfahren nach Anspruch 2 und nach Anspruch 7 oder 8 zum Reinigen der Oberfläche eines Gegenstands von zumindest annähernd punktsymmetrischem, z. B. rundem oder quadratischem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand während seines Eintauchens in den Elektrolyten um seine Längsachse gedreht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in waagerechter Richtung so über das Elektrolytbad geführt wird, daß nur die Unterseite des Gegenstands in den Elektrolyten eintaucht, und daß die Drehgeschwindigkeit des Gegenstands um seine Längsachse so gewählt wird, daß jeder Punkt der Oberfläche des Gegenstands während dessen Bewegung über das Elektrolytbad zumindest eine volle Umdrehung ausführt.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet-durch ein einen Elektrolyten enthaltendes Elektrolytbad (15, 33, 53, 72), eine Führungsvorrichtung (11, 21; 35; 54, 55; 71, 73), an der geführt der Gegenstand (10, 30, 51, 70) so über das Elektrolytbad oder durch dieses hindurch bewegbar ist, daß er zumindest teilweise in den Elektrolyten eintaucht, mindestens eine mit dem Elektrolyten in elektrischem Kontakt stehende Elektrode (16, 10, 52, 74) und eine elektrisch mit der Elektrode verbundene und mit dem Gegenstand verbindbare Spannungsquelle (23, 42, 63, 76).
12. Einrichtung nach Anspruch 11 zur Reinigung der Oberflächen eines als Stange oder Rohr ausgebildeten Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung CLl, 21) den Gegenstand (10) in senkrechter Richtung durch das Elektrolytbad (15) hindurch führt.

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13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (35; 54, 55; 71, 73) den Gegenstand (30, 51, 70) in waagerechter Richtung beweglich führt.
IH. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13 zur Reinigung der Oberfläche eines als Stange oder Rohr ausgebildeten Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16, 40) den durch das Elektrolytbad (15, 33) hindurchgeführten Gegenstand (10, 30) koaxial umgibt.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16) hohlzylindrisch ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (40) durchbrochen, vorzugsweise als Käfig ausgebildet ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus zur Längsachse des Gegenstands (30) parallelen, leitenden Stäben (47) und zwei deren Enden verbindenden Ringen (45, 46) besteht, von denen mindestens einer leitend ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (54, 55; 71, 73) den Gegenstand (51, 70) in solcher Höhe bezüglich der Flüssigkeit soberf lache des Elektrolyt bad s (53', 72) führt, daß der Gegenstand nur mit seiner Unterseite in den Elektrolyten eintaucht.

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19. Einrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine den Gegenstand (51) in seiner Längsrichtung bewegende und gleichzeitig in Drehung versetzende Antriebsvorrichtung (50).
20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (52) die Form eines halben, zur Längsachse des Gegenstands (51) koaxialen, unterhalb des Gegenstands angeordneten Hohlzylinders aufweist.

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