DE2533319C2

DE2533319C2 -

Info

Publication number: DE2533319C2
Application number: DE2533319A
Authority: DE
Inventors: Edward Clyde Pitcairn Pa. Us Brendlinger; Richard Franklin Monroeville Pa. Us Higgs; Issa John Pittsburgh Pa. Us Kharouf
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USX ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC., PITTSBURGH, P
Priority date: 1975-01-21
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1987-11-05
Also published as: CS187485B2; JPS5183833A; HU175188B; ZA754166B; PH12125A; AU8267275A; NL182329B; DE2533319A1; TR18385A; PL105800B1; BG25382A3; AU497402B2; GB1455989A; US3926767A; JPS5839920B2; ES439706A1; IN142422B; BE831547A; AR210481A1; NL7508448A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung von Metall-Bandmaterial in einem elektrolytischen Bad nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for the electrolytic treatment of metal strip material in an electrolytic bath according to the preamble of claim 1.

Eine Vorrichtung der obengenannten Art ist aus der US-PS 21 65 326 bekannt. Diese Vorrichtung weist eine elektrochemische Zelle zum Ausführen der (bipolaren) Elektrolyse mit einander direkt gegenüberliegenden Flachelektroden auf. Diese Vorrichtung ist jedoch für die elektrolytische Behandlung von Metall-Bandmaterial bei hohen Stromdichten nicht geeignet, da die Stromausbeute infolge der großen Stromverluste innerhalb des Elektrolyten erheblich abnimmt. Außerdem begünstigen hohe Stromdichten dabei häufig die Lichtbogenbildung, was zu einer Überhitzung von Lagern und/oder Halterungseinrichtungen führen kann.A device of the above type is known from US-PS 21 65 326 known. This device has an electrochemical Cell for performing (bipolar) electrolysis with directly opposite flat electrodes on. However, this device is for the electrolytic Treatment of metal strip material at high Current densities are not suitable because of the current yield the large current losses within the electrolyte decreases significantly. In addition, high current densities favor often arcing, which leads to a Overheating of bearings and / or support devices can lead.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der obengenannten Art so auszubilden, daß die Wirkung von schädlichen Streuströmen vermindert und eine höhere Stromausbeute bei der Elektrolyse erreicht wird.The invention has for its object a device of the type mentioned above so that the effect reduced by harmful stray currents and a higher current yield is achieved in electrolysis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention in a generic Device by the characteristic features of the Claim 1 solved.

Durch die spezielle Versetzung mit einem Abstand zwischen den vertikalen Querschnittsachsen der die einzelnen Elektrodenpaare bildenden Elektroden, welcher größer ist als die Hälfte der Summe ihrer wirksamen Querschnittsbreiten, und durch die teilweise konvexe Gestalt der Elektrodenoberflächen ergibt sich eine gesteigerte Stromausbeute, dadurch ein gesteigerter Beizgrad, und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades.Due to the special offset with a distance between the vertical cross-sectional axes of the individual Electrode pairs forming electrodes, which is larger is than half the sum of their effective cross-sectional widths, and by the partially convex shape of the electrode surfaces results in an increased Electricity yield, thereby an increased degree of pickling, and thus an improvement in efficiency.

Günstig für die Praxis ist außerdem eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 2.Further training is also beneficial for practice the device according to claim 2.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung geht aus Patentanspruch 3 hervor. Durch die Verwendung einer ungeraden Anzahl von Elektrodenpaaren sind die nachteiligen Einflüsse von Streuströmen in einem beträchtlichen Ausmaß verringert, so daß die Neigung zur Lichtbogenbildung und/oder zum Auftreten von Verbrennungen am Metall-Bandmaterial erheblich vermindert ist.An advantageous further development of the device starts Claim 3 emerges. By using an odd The number of pairs of electrodes is disadvantageous Influences of stray currents in a considerable Extent reduced so that the tendency to arcing and / or the occurrence of burns on Metal tape material is significantly reduced.

Günstig ist ferner die Ausführungsform nach Patentanspruch 4, da eine im wesentlichen zylindrische Gestalt der oberhalb des Bandmaterials angeordneten Elektroden deren Herstellung erheblich vereinfacht.The embodiment according to claim is also favorable 4 because of a substantially cylindrical shape the electrodes arranged above the strip material their manufacture considerably simplified.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Vorrichtung ist durch Patentanspruch 5 charakterisiert. Durch eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aller verwendeten Elektroden ist es möglich, diese untereinander auszutauschen. Eine einheitliche Gestalt der Elektroden bringt ferner wirtschaftliche Vorteile, da neben einer vereinfachten Herstellung auch die unterschiedlichen Bestände bei der Lagerhaltung vermindert werden können.A useful development of the device is through Claim 5 characterized. By one essentially cylindrical shape of all electrodes used it is possible to exchange them with each other. A uniform shape of the electrodes also brings economic Advantages because, in addition to simplified production also the different inventory levels can be reduced.

Schließlich ist die Maßnahme nach Patentanspruch 6 vorteilhaft, da auf diese Weise bei einer ungeraden Anzahl der Elektrodenpaare die Ströme zwischen den positiv und negativ geladenen Elektroden in etwa gleich groß sind und damit eine gleichmäßige elektrolytische Behandlung des Metall-Bandmaterials gewährleistet ist. Finally, the measure according to claim 6 is advantageous because in this way with an odd number of the electrode pairs the currents between the positive and negatively charged electrodes are approximately the same size and therefore a uniform electrolytic treatment of the metal strip material is guaranteed.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur zeigtAn embodiment of the subject matter of the invention explained in more detail below with the aid of the drawing only figure shows

Einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung von Metall-Bandmaterial in einem elektrolytischen Bad.A longitudinal section through a device for the electrolytic treatment of metal strip material in an electrolytic Bath.

Wie der Figur zu entnehmen ist, umfaßt die Vorrichtung einen Trog 2, der einen nicht-dargestellten Elektrolyten für die elektrolytische Behandlung enthält. Das aus Metall bestehende Bandmaterial 3 wird in einer im wesentlichen horizontalen Ebene durch nicht-leitende, als Vorschubrollen ausgebildete Transporteinrichtungen 4 a in den Trog hinein- und zwischen paarweise angeordneten Elektroden 5 a, 5 b, 6 a, 6 b und 7 a, 7 b hindurchgeführt. Die Elektroden sind in einer herkömmlichen Anordnung für elektrochemische Behandlungsweisen angeordnet, was bedeutet, daß ihre Längsachsen erstens in einer Ebene liegen, welche sich parallel zu der Ebene erstreckt, die durch die Oberfläche des Bandmaterials gebildet wird, und daß ihre Längsachsen zweitens im wesentlichen senkrecht zur Fortbewegungsrichtung des Bandmaterials liegen. Beim Austritt aus dem Trog wird das Bandmaterial erneut durch als Vorschubrollen ausgebildete Transporteinrichtungen 4 b geführt, die etwas dichter am Bandmaterial angeordnet sind als die Elektroden. Derartige Vorschubrollen oder -walzen, die auch als Führungsrollen oder -walzen dienen, haben die Aufgabe, eine unerwünschte Berührung zwischen dem Bandmaterial und den Elektroden zu verhindern. Ihre Verwendung ist besonders in großtechnischen Anlagen von Vorteil, da bei solchen Anlagen hohe Fortbewegungsgeschwindigkeiten mit erhöhter Vibration und eine ungünstige, z. B. wellenförmige, Gestalt des Bandmaterials vorliegen, was zusammengenommen die Wahrscheinlichkeit einer derartigen unerwünschten Berührung erhöht. Aus Kunststoff bestehende rohrförmige Stoßfänger 8 können gleichfalls innerhalb des Troges angeordnet sein, um einen zusätzlichen Schutz gegen derartige unerwünschte Berührungen zu bilden. Zusätzlich zu der Verwendung von Stoßfängern ist vorzugsweise eine ungerade Anzahl von Elektrodenpaaren vorgesehen. In der Zeichnung sind drei derartige Elektrodenpaare dargestellt, aber es sei betont, daß ebensogut auch fünf, sieben usw. derartiger paarweiser Anordnungen verwendet werden können. Die Querschnittsfläche der positiv geladenen Elektroden ist dabei etwa gleich der Querschnittsfläche der negativ geladenen Elektroden. Die Zeichnung verdeutlicht daher, daß die negativ geladenen Elektroden 6 a, 6 b einen größeren Querschnitt besitzen als jede der positiv geladenen Elektroden, so daß die negativ geladenen Elektroden jeweils eine größere Strommenge führen oder leiten als jede einzelne positiv geladene Elektrode.As can be seen from the figure, the device comprises a trough 2 which contains an electrolyte (not shown) for the electrolytic treatment. The metal band material 3 is in a substantially horizontal plane by non-conductive, designed as feed rollers transport devices 4 a in the trough and between pairs of electrodes 5 a , 5 b , 6 a , 6 b and 7 a , 7th b passed through. The electrodes are arranged in a conventional arrangement for electrochemical treatments, which means that, firstly, their longitudinal axes lie in a plane which extends parallel to the plane formed by the surface of the strip material, and secondly, their longitudinal axes essentially perpendicular to Direction of travel of the strip material. When emerging from the trough, the strip material is again guided through transport devices 4 b designed as feed rollers, which are arranged somewhat closer to the strip material than the electrodes. Feed rollers or rollers of this type, which also serve as guide rollers or rollers, have the task of preventing undesired contact between the strip material and the electrodes. Their use is particularly advantageous in large-scale plants, since in such plants high travel speeds with increased vibration and an unfavorable, e.g. B. wavy, shape of the strip material are present, which together increases the likelihood of such an undesirable touch. Tubular bumpers 8 made of plastic can also be arranged within the trough in order to provide additional protection against such undesired contact. In addition to using bumpers, an odd number of pairs of electrodes is preferably provided. Three such electrode pairs are shown in the drawing, but it should be emphasized that five, seven, etc. of such paired arrangements can be used as well. The cross-sectional area of the positively charged electrodes is approximately equal to the cross-sectional area of the negatively charged electrodes. The drawing therefore shows that the negatively charged electrodes 6 a , 6 b have a larger cross section than each of the positively charged electrodes, so that the negatively charged electrodes each carry or conduct a larger amount of current than each individual positively charged electrode.

Drei Maßnahmen zur Verbesserung der Stromausbeute sind in der Zeichnung dargestellt.There are three measures to improve electricity yield shown in the drawing.

a) Im Gegensatz zu bei bekannten Vorrichtungen für die Behandlung von Bandmaterial verwendeten Elektroden ist es wichtig, daß der der oberen Oberfläche des Bandmaterials gegenüberliegende Oberflächenabschnitt der Elektroden eine konvexe Gestalt besitzt, wobei im allgemeinen eine halbkreisförmige Gestalt, so z. B. bei zylindrischen Elektroden, d. h. bei Elektroden mit einem kreisförmigen Querschnitt, bevorzugt ist, wie in der Zeichnung dargestellt. Es sei jedoch betont, daß der nicht auf das Bandmaterial gerichtete Abschnitt der Elektroden, d. h. die oberen Bereiche der Elektroden 5 a, 6 a, und 7 a, beispielsweise eben ausgebildet sein können. In gleicher Weise ist die Gestalt der Bodenelektroden 5 b, 6 b und 7 b nicht von ausschlaggebender Bedeutung, weshalb herkömmliche Elektroden mit rechteckigem Querschnitt aber auch Elektroden mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt verwendet werden können.a) In contrast to electrodes used in known devices for the treatment of strip material, it is important that the surface section of the electrodes opposite the upper surface of the strip material has a convex shape, whereby generally a semicircular shape, e.g. B. with cylindrical electrodes, ie electrodes with a circular cross section, is preferred, as shown in the drawing. It should be emphasized, however, that the section of the electrodes that is not directed towards the strip material, ie the upper regions of the electrodes 5 a , 6 a , and 7 a , can be flat, for example. In the same way, the shape of the bottom electrodes 5 b , 6 b and 7 b is not of crucial importance, which is why conventional electrodes with a rectangular cross section but also electrodes with an essentially cylindrical shape can be used.

Die sich aus der Verwendung von oberen Elektroden mit kreisförmigem Querschnitt ergebende gesteigerte Stromausbeute oder Stromnutzung ist aus Tafel 1 ersichtlich. Ein Bandmaterial aus einem Eisenwerkstoff, das eine Oxidbeschichtung besaß, wurde in einer auf einer Temperatur von 51°C gehaltenen 20%igen Schwefelsäure elektrolytisch gebeizt. Der Abstand des Bandmaterials sowohl von den oberen als auch von den unteren oder Bodenelektroden betrug bei allen Durchläufen 38,1 mm. Das Bandmaterial wurde in allen Fällen mit der gleichen Vorschubgeschwindigkeit durch das elektrolytische Bad bewegt, um eine Elektrolysedauer von 3 S zu erzielen. Die Versuchsdaten stellen einen Mittelwert von 4 Proben dar, wobei die angegebenen Stromdichten durch Messung des von der Bandmaterialoberfläche entfernten (gebeizten) Zunders bestimmt wurden. Die vorteilhafte Auswirkung der runden Elektroden ist leicht zu erkennen, wobei sich dieser Einfluß mit wachsenden Stromdichten noch verstärkt. Die in Tafel 1 zusammengestellten Angaben wurden unter Verwendung von Elektroden ermittelt, die in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise gegeneinander versetzt waren. Coming from the use of top electrodes with an increased circular cross section Electricity yield or use is shown in Table 1. A strip material made of an iron material, which had an oxide coating was in one kept at a temperature of 51 ° C 20% Electrolytically pickled sulfuric acid. The distance of the tape material from both the upper and the bottom or bottom electrodes were all Passages 38.1 mm. The tape material was in all Cases with the same feed rate moved through the electrolytic bath to an electrolysis time to achieve by 3 S. The experimental data represent an average of 4 samples, with the specified current densities by measuring the surface of the strip material removed (pickled) tinder were determined. The beneficial impact of the round electrodes is easy to see, whereby this influence still increases with increasing current densities reinforced. The information compiled in Table 1 were determined using electrodes against each other in the manner shown in the drawing were offset.

Tafel 1 Plate 1

Beizgrad bei hohen Stromdichten unter Verwendung von Elektroden mit rechtwinkligem bzw. kreisförmigem Querschnitt Degree of pickling at high current densities using electrodes with a rectangular or circular cross section

Beizgrad (%) Degree of pickling (%)

b) Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung der Elektroden überlappt die obere Elektrode eines Elektrodenpaares jeweils nicht die untere Elektrode, wozu als Beispiel auf das Elektrodenpaar 5 a-5 b verwiesen sei, bei welchem die untere Elektrode 5 b nicht von der oberen Elektrode 5 a überlappt wird. Eine weitere Verbesserung des Wirkungs- oder Ausnutzungsgrades kann dadurch erzielt werden, daß die ein Elektrodenpaar bildenden Elektroden sich nicht gegenseitig überlappen. Mit anderen Worten bedeutet dieses, daß der Abstand zwischen gedachten vertikalen Querschnittsachsen der die einzelnen Elektrodenpaare 5 a, 5 b, 6 a, 6 b, 7 a, 7 b bildenden Elektroden größer sein muß als die Hälfte der Summe ihrer wirksamen Querschnittsbreiten. Im vorliegenden Fall, wo es sich um runde Elektroden handelt, darf der Abstand zwischen den vertikalen Achsen nicht kleiner sein als die Hälfte der Summe ihrer wirksamen Querschnittsbreiten, also als die Hälfte der Summe der Durchmesser der beiden Elektroden (d. h. der Abstand zwischen den beiden vertikalen Achsen muß größer sein als die Summe der beiden Radien). Der mit Hilfe derartig gegeneinander versetzter Elektroden erzielbare Vorteil ergibt sich aus Tafel 2. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, stimmten die Bedingungen der Elektrolyse mit den vorstehend genannten überein. Unter Berücksichtigung der aus Tafel 1 gewonnenen Erkenntnisse wurden jedoch für die im folgenden wiedergegebenen Versuche oder Durchgänge lediglich runde Elektroden verwendet.b) In the arrangement of the electrodes shown in the drawing, the upper electrode of a pair of electrodes does not overlap the lower electrode, for which reference is made to the pair of electrodes 5 a - 5 b , for example, in which the lower electrode 5 b is not from the upper electrode 5 a is overlapped. A further improvement in the degree of effectiveness or utilization can be achieved in that the electrodes forming a pair of electrodes do not overlap one another. In other words, this means that the distance between imaginary vertical cross-sectional axes of the electrodes forming the individual electrode pairs 5 a , 5 b , 6 a , 6 b , 7 a , 7 b must be greater than half the sum of their effective cross-sectional widths. In the present case, where the electrodes are round, the distance between the vertical axes must not be less than half the sum of their effective cross-sectional widths, i.e. half the sum of the diameters of the two electrodes (ie the distance between the two vertical ones Axes must be greater than the sum of the two radii). The advantage that can be achieved with the aid of electrodes offset with respect to one another is shown in Table 2. Unless expressly stated, the conditions of the electrolysis matched those mentioned above. Taking into account the knowledge gained from Table 1, however, only round electrodes were used for the experiments or runs shown below.

Tafel 2 Plate 2

Beizgrad bei hohen Stromdichten unter Verwendung von sich überlappenden bzw. gegeneinander versetzt angeordneten Elektroden Degree of pickling at high current densities using overlapping or offset electrodes

Beizgrad (%) Degree of pickling (%)

c) Die einzelnen Elektrodenpaare sind durch isolierende Trennplatten 9 voneinander getrennt, um den Strom durch das Bandmaterial zu lenken. Diese Trennplatten, die beispielsweise aus Polypropylen bestehen können, reichen bis dicht an die Oberfläche des Bandmaterials, wobei sie jedoch hinreichend weit vom Bandmaterial entfernt sind, um dessen Durchtritt nicht zu beeinträchtigen. Da ein beträchtlicher Anteil des Stromes dazu neigen würde, auf einer geraden Linie zwischen den Elektroden, beispielsweise auf einer Linie zwischen der Elektrode 5 a und der Elektrode 6 a, zu fließen, wird deutlich, daß die Trennplatten die Aufgabe haben, dem Strom einen solchen Weg zu versperren, wodurch der sonst verlorengegangene Strom gezwungen wird, seinen Weg durch das Bandmaterial zu nehmen. Es ist demzufolge vorteilhaft, die Trennplatten so dicht wie möglich an das Bandmaterial heranreichen zu lassen, um auf diese Weise einen beträchtlichen Teil des Stromes, der normalerweise auf derartigen geraden Linien fließen würde, daran zu hindern, eine derartige Strömungsbahn einzunehmen und den Strom stattdessen durch das Bandmaterial fließen zu lassen, wie mit gestrichelten Linien in der Figur dargestellt.c) The individual pairs of electrodes are separated from one another by insulating separating plates 9 in order to direct the current through the strip material. These separating plates, which can be made of polypropylene, for example, reach close to the surface of the strip material, but are sufficiently far from the strip material so as not to impair its passage. Since a considerable proportion of the current would tend to flow on a straight line between the electrodes, for example on a line between the electrode 5 a and the electrode 6 a , it becomes clear that the separating plates have the task of providing the current with such a To block the way, forcing the otherwise lost electricity to make its way through the strip material. It is therefore advantageous to have the separator plates come as close as possible to the strip material so as to prevent a substantial portion of the flow that would normally flow on such straight lines from taking such a flow path and passing the flow instead allow the tape material to flow as shown with dashed lines in the figure.

Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Maßnahmen zur Steigerung der Stromausbeute ist es jedoch weiterhin vorteilhaft, die Einflüsse der Konzentrationspolarisation zu verringern, was mit Hilfe von im Stand der Technik bekannten Maßnahmen zum Durchführen einer Baddurchrührung möglich ist. So können beispielsweise einfache mechanische oder schraubenartige Rührer verwendet werden. Ganz besonders gute Ergebnisse sind durch die Verwendung von mittels einer nicht-dargestellten Umwälzpumpe betätigten Leitungseinrichtungen 10 erzielt worden, welche einen unter Druck gesetzten Sprühstrahl des Elektrolyten unter einem kleinen Winkel von beispielsweise 30° gegen die Oberfläche des Bandmaterials richten. Selbst bei Stromdichten im Bereich von 2,15 bis 10,76 A/cm² hat es sich herausgestellt, daß die Umrührung des Elektrolyten nicht besonders turbulent zu sein braucht, was insbesondere dann gilt, wenn die genannten Leitungseinrichtungen 10 günstig, wie beispielsweise in der Zeichnung dargestellt, in der Nähe solcher Bereiche der Oberfläche des Bandmaterials angeordnet sind, in welchen sich eine maximale chemische Wirkung entfaltet.In addition to the measures for increasing the current yield mentioned above, it is furthermore advantageous to reduce the effects of the concentration polarization, which is possible with the aid of measures known in the prior art for carrying out a bath penetration. For example, simple mechanical or screw-type stirrers can be used. Very particularly good results have been achieved by using line devices 10 which are actuated by means of a circulation pump (not shown) and which direct a pressurized spray jet of the electrolyte against the surface of the strip material at a small angle of, for example, 30 °. Even at current densities in the range from 2.15 to 10.76 A / cm 2, it has been found that the stirring of the electrolyte need not be particularly turbulent, which is particularly true when the mentioned line devices 10 are inexpensive, for example in the drawing shown, are arranged in the vicinity of such areas of the surface of the strip material in which a maximum chemical effect develops.

Claims

1. Device for the electrolytic treatment of metal strip material in an electrolytic bath with transport devices ( 4 a , 4 b) for passing the strip material ( 3 ) in a substantially horizontal plane through the electrolytic bath, at least two pairs of electrodes ( 5 a , 5 b , 6 a , 6 b , 7 a , 7 b) , the strip material being able to be passed between the electrodes of each pair of electrodes, an electromotive direct voltage source which is connected to the electrodes in such a way that the electrodes of each pair of electrodes have essentially the same potential and have a polarity which is opposite to the polarity of the adjacent pair of electrodes and with insulating separating plates ( 9 ) which separate the individual pairs of electrodes from one another but do not hinder the passage of the strip material, so that the majority of the current flowing between oppositely charged electrodes flows forced by the tape material wi rd, characterized in that the distance between the vertical cross-sectional axes of the electrodes forming the individual electrode pairs ( 5 a , 5 b , 6 a , 6 b , 7 a , 7 b) is greater than half the sum of their effective cross-sectional widths, the The surface section of these electrodes opposite the upper surface of the strip material has a convex shape, and that a current density of 0.54 to 10.76 A / cm² can be applied to the strip material ( 3 ) with the aid of the electromotive direct voltage source (G) .

2. Device according to claim 1, characterized in that the convex surface portions of the electrodes have a semicircular shape.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the number of electrode pairs is odd is.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrodes arranged above the substantially horizontal plane ( 5 a , 6 a , 7 a) have a substantially cylindrical shape.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that all electrodes ( 5 a , 5 b , 6 a , 6 b , 7 a , 7 b) have a substantially cylindrical shape.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cross-sectional area of all positively charged electrodes ( 5 a , 5 b , 7 a , 7 b) is approximately equal to the cross-sectional area of all negatively charged electrodes.