DE3343978C2

DE3343978C2 -

Info

Publication number: DE3343978C2
Application number: DE3343978A
Authority: DE
Inventors: Werner 5912 Hilchenbach De Bechem; Hubertus 4600 Dortmund De Peters; Juergen 5912 Hilchenbach De Solms; Dietrich Dr. 4600 Dortmund De Wolfhard
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Fried Krupp AG Hoesch Krupp
Priority date: 1983-12-06
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1987-12-17
Also published as: ATE36015T1; DE3472983D1; DE3343978A1; KR850005012A; ES8601339A1; JPS60125392A; EP0146702A1; EP0146702B1; US4576684A; ES536597A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Abschei den von Metallen aus wäßrigen Lösungen der Metallsalze auf Metallband unter Anwendung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten zwischen Anode und Kathode zur Erreichung hoher Stromdichten bei niedrigen Spannungen, insbeson dere zum elektrolytischen Beschichten von Stahlband mit Nichteisenmetallen, vor zugsweise mit Zink, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, in elektrolytischen Bandveredelungsanlagen lösliche oder unlösliche Anoden, die in Anlagen mit horizontaler, vertikaler oder radialer Bandführung im Veredelungsteil verwendet werden, einzusetzen.

Diese Anoden sind üblicherweise justierbar und, sofern es sich um lösliche Anoden handelt, verschiebbar und auswechselbar. Die Anoden sind bezüglich der Bandlauf richtung nicht beweglich. Die bekannten Nachteile solcher Anlagen sind u. a. bedingt durch die einzuhaltenden Mindestabstände zwischen dem zu veredelnden, kathodisch geschalteten Band und den Anoden. Diese Abstände sind notwendig, um eine Berüh rung des Bandes mit den Anoden zu verhindern. Durch die beim Walzen des Bandes u. a. auftretenden Zugspannungsunterschiede kommt es häufig zu einer gewissen Welligkeit der Bandkante und/oder der Bandmitte, die bei horizontalen und vertikalen Veredelungsanlagen Band-Anoden-Abstände von mindestens ca. 10-50 mm not wendig macht. Diese Abstände führen beim galvanischen Prozeß zu erheblichen Spannungsverlusten, die sich aus der Leitfähigkeit des verwendeten Elektrolyten und dem Abstand der Anode zu der Kathode ergeben, wodurch erhebliche Verfahrens kosten bedingt sind. Darüber hinaus werden die Spannungsverluste im Elektrolyten in Joul'sche Wärme umgesetzt, die eine zusätzliche Kühlung des Elektrolyten erforder lich macht.

Im einzelnen ist dazu aus der DE-OS 29 17 630 eine Anordnung zur elektrolytischen Verzinkung von kontinuierlich durch ein elektrolytisches Bad vorlaufendem Stahl- Walzband bekannt, bei der mittels Kontaktwalzen das Walzband als Kathode und im Badbehälter der Bandfläche gegenüberstehend angeordnete Anoden vom die Elektrolyse bewirkenden Strom beaufschlagt werden, wobei eine Anzahl von im wesentlichen flach und quaderförmig ausgebildeten Behältern horizontal und hinter einander angeordnet ist. Der Elektrolyt durchläuft bei diesem bekannten Verfahren den von den Anoden begrenzten Raum der Behälter mit einer Durchflußgeschwindig keit von mindestens 25 m/min im Gegenstrom zum Walzband, so daß ständig frische Elektrolytlösung dem Spalt zwischen Anode und Kathode zugeführt wird. Um Be rührungen zwischen dem horizontal geführten Walzband und den Oberflächen der Anoden sicher auszuschließen und ferner sowohl Oberflächenschäden des Bandes als auch einen mechanischen Verschleiß der Anoden durch Bandberührung sicher zu vermeiden, sind in die einander zugewandten Oberflächen der Anoden aus Kunst stoff bestehende Schleißleisten eingelegt, die über die Oberfläche vorstehen.

Die Wirtschaftlichkeit von elektrolytischen Bandveredelungsanlagen, z. B. von Anlagen zur Verzinkung von Stahlband, hängt u. a. von der Möglichkeit ab, bei vertretbaren Spannungen hohe Stromdichten beim galvanischen Prozeß zu erzielen. Neben der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten hängt die maximale erreichbare Stromdichte von der Dicke der die galvanische Reaktionskinetik bestimmenden Nernst'schen und Prandl'schen Grenzschichten ab. Zur Verringerung dieser Grenz schichtdicken werden bei neueren Anlagen hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Elektrolyten angewendet. Bei den erwähnten Abständen zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Band müssen zu diesem Zweck große Mengen des Elektrolyten umgepumpt werden, was die Installation entsprechender Pumpaggregate mit hohem Energieverbrauch erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und mittels dessen insbesondere bei einer einseitigen Bandbeschichtung ein sehr geringer Abstand zwischen der Anode und Kathode einstellbar und regelbar ist, geringe Spannungsverluste im Elektrolyten und dementsprechend eine geringere Wärmeentwicklung erzielt wird, ein sehr schneller Austausch des Elektrolyten im Spalt zwischen der Anode und der Kathode herbeigeführt und eine hohe Stromdichte erreicht wird und schließlich durch eine sehr geringe Zugspannung des zu beschich tenden Bandes die technologischen Werte des Bandes nicht beeinträchtigt werden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß das Metallband als Kathode an einer sich bewegenden Anode vorbeigeführt und in den zwischen Anode und Kathode gebildeten Spalt ständig frische Elektrolytlösung eingeführt wird. Auf diese Weise wird ein hydrodynamisch tragender Strömungszustand des Systems erzielt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist bevorzugter Weise so aufge baut, daß in einem Elektrolytbad ein als Anode geschalteter und angetriebener Metallzylinder angeordnet ist, um den das als Kathode geschaltete, zu veredelnde Metallband geführt ist. Weitere bevorzugte Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.

Die Vorteile des Verfahrens und die Vorrichtung nach der Erfindung sind insbeson dere darin zu sehen, daß ein sehr kleiner und leicht regelbarer Abstand bzw. Spalt zwischen der Anode und der Kathode einstellbar ist und somit geringe Spannungs verluste im Elektrolyten entstehen und eine geringe Wärmeentwicklung (Joul'sche Wärme) zu beobachten ist. Es werden ferner duch einen sehr schnellen Elektrolytaustausch mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 bis 500 m/sec in dem Spalt zwischen Anode und Kathode genügend Metallionen an die Kathodenoberfläche herangeführt, so daß für die Bandbeschichtung hohe Stromdichten erreicht werden. Zur Durchführung des Verfahrens werden weiterhin nur sehr niedrige Bandzüge erforderlich, so daß die technologischen Werte des Bandes nicht beeinträchtigt werden. Alle diese Vorteile münden letztendlich in Beschichtungskosten für das Metallband, die gegenüber den bisherigen Kosten als gering zu bezeichnen sind.

Das Verfahren nach der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Nach einer üblichen Vorbehandlung des kaltgewalzten Metallbandes, insbesondere des Stahlbandes 2, nämlich einer Reinigung durch Vorentfettung und Beizen, wird das Stahlband 2 um einen Metallzylinder 1, der in einem Elektrolytbad angeordnet und mittels eines nicht dargestellen Motors angetrieben wird, geführt. Das als Kathode geschaltete Stahlband 2 wird mittels angetriebener Rollensätze, die nicht darge stellt sind, mit einem für Bandveredelungsanlagen üblichen Bandzug von 2-50 N/mm² über Umschlingungsrollen 3 mit einem Umschlingungs winkel von a ca. 90° um einen als unlösliche Anode ausgebildeten Metallzylinder 1 geführt.

Durch den z. B. in der gleichen Richtung wie das Stahlband 2 umlaufenden Metall zylinder 1 wird in den Spalt zwischen Metallzylinder 1 und Stahlband 2 Elektrolyt gepumpt bzw. eingebracht, so daß das Stahlband 2 durch den Elektrolyten unterhalb der umlaufenden Oberfläche des Metallzylinders 1 getragen wird, ohne zusätzliche Pumpaggregate einsetzen zu müssen.

Durch eine Veränderung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Metallzylinder 1 und dem Stahlband 2 ist ein Abstand zwischen Anode (Metallzylinder 1) und Kathode (Stahlband 2) z. B. von weniger als 2 mm einstellbar; eine Berührung zwischen der Anode und der Kathode wird auf diese Weise verhindert. Mittels dieses geringen Abstandes werden hohe Stromdichten mit geringsten Abscheidespannungen von 0,5 bis 10 Volt bei einer angepaßten Metallionenzuführung durch eine genau dosier bare Elektrolytmenge erreicht; diese wiederum wird mittels der regelbaren Drehzahl des Metallzylinders 1 erzielt. Eine weitere Regelungsmöglichkeit für den Abstand zwischen Anode und Kathode ist durch eine Änderung des Bandzuges gegeben.

Eine Veränderung der Relativgeschwindigkeit kann z. B. wie folgt ausgeführt werden:

Bei einem Anodendurchmesser von 1 m und einem Bandzug von 10 N/mm² stellt sich bei einer Drehzahl von 5000 U/min ein Spalt von 0,936 mm ein mit einer Elektrolytfördermenge von 573,4 m³/h. Wird die Umdrehungszahl auf 2500 U/min eingestellt, stellt sich ein Spalt von 0,493 mm bei einer Fördermenge von 115 m³/h ein.

Zur Verbesserung der Metallabscheidung aus dem Elektrolyten auf das Stahlband 2 sind nicht dargestellte Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischen oder magne tischen Feldern vorgesehen, durch die die Metallionen im Bereich der Grenzschichten gezielt beschleunigt werden.

Nach dem Beschichten des Stahlbandes 2 mittels der vorbeschriebenen Einrichtung ist, je nach der erforderlichen Schichtdicke des aufzubringenden Metalles, eine weitere Behandlung in weiteren, in gleicher Weise aufgebauten Einrichtungen möglich. Nach dem Aufbringen der Metallschicht auf das Stahlband 2 wird dieses in üblicher Weise nachbehandelt, d. h. soweit es gefordert wird phosphatiert, chromati siert, getrocknet usw. und schließlich aufgehaspelt.

Wird eine beidseitige Beschichtung des Metallbandes gewünscht, so ist es selbst verständlich auch möglich, die nicht dem rotierenden Metallzylinder zugewandte Metallbandseite nach bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren zu beschichten.

Im einzelnen ist in Fig. 1 als bewegliche Anode ein rotierender Metallzylinder 1 mit einem umschlungenen Metallband 2, das um den Winkel α die Anode umschlingt, dargestellt.

In den Spalt zwischen dem Metallzylinder 1 und dem Metallband 2 wird mittels des sich drehenden Metallzylinders 1 Elektrolyt gepumpt und, bedingt durch die Ober flächenrauhheit und Umfangsgeschwindigkeit des Metallzylinders, eine bestimmte Elektrolytmenge gefördert. Die Führung des Metallbandes 2 übernehmen zwei Um lenkrollen 3, die seitlich unterhalb des Metallzylinders 1 angeordnet und vorzugs weise gummiert sowie angetrieben sind. Die Stromübertragung erfolgt in diesem Beispiel auf das Metallband 2 durch linienberührende Stromrollen 4, zwischen denen das Metallband 2 hindurchläuft. Der Abstand zwischen dem rotierenden Metall zylinder 1 und dem laufenden Metallband 2 ist individuell bedingt durch die Um fangsgeschwindigkeit des Metallzylinders 1 einstellbar.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie in Fig. 1 dargestellt; in Abwandlung zu Fig. 1 ist hier die Übertragung des Stromes auf das Metallband 1 durch teilweise umschlungene Stromrollen 4 vorgesehen.

Mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist die Möglichkeit des beidseitigen Veredelns gegeben. Die Vorrichtung wird wiederum gebildet durch den rotierenden Metall zylinder 1 als Anode, an dem das Metallband 2 durch die Umlenkrollen 3 vorbei geführt wird; die Stromübertragung auf das Metallband 2 erfolgt durch die linien berührenden Stromrollen 4. Der Spalt zwischen Metallband 2 und Metall zylinder 1 wird wiederum mittels der Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Metallzylinders 1 eingestellt. Um eine Veredelung auf der dem Metallzylinder 1 abgewandten Seite des Metallbandes 2 zu erzielen, ist vorzugsweise eine unlösliche Anode 5 eingesetzt. Diese Anode 5 kann jedoch auch durch eine lösliche Anode ersetzt werden.

Bezugszeichen
1 Metallzylinder (Anode)
2 Metallband
3 Umlenkrollen
4 Stromrollen
5 unlösliche Anode

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen elektrolytischen Abscheiden von Metallen aus wäßrigen Lösungen der Metallsalze auf Metallband unter Anwendung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten zwischen Anode und Kathode zur Erreichung hoher Stromdichten bei niedrigen Spannungen, insbesondere zum elektro lytischen Beschichten von Stahlband mit Nichteisenmetallen, vorzugsweise mit Zink, und wobei in den zwischen Anode und Kathode gebildeten Spalt ständig frische Elektrolytlösung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband als Kathode an einer sich bewegenden Anode vorbeigeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband als Kathode um eine rotationssymmetrische Anode herumgeführt wird und mittels ihrer Drehbewegung die Elektrolytlösung zwischen Metallband und Anode preßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Anode und Kathode gebildete Spalt durch Verändern der Relativgeschwindigkeit zwischen Anode und Kathode eingestellt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Anode und Kathode gebildete Spalt durch Änderung des Bandzuges eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt auf einen Wert zwischen größer Null und weniger als 2 mm eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Spalt zwischen Anode und Kathode befindliche Elektrolyt der Einwirkung eines zusätzlichen elektrischen oder magnetischen Feldes unterworfen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Elektrolytbad (4) ein als Anode geschalteter und an getriebener Metallzylinder (1) angeordnet ist, um den das als Kathode geschaltete, zu veredelnde Metallband (2) geführt ist.