DE3714208A1

DE3714208A1 - Anode for electrolytically metallising metal strip

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Publication number: DE3714208A1
Application number: DE19873714208
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-29
Filing date: 1987-04-29
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE3714208C2

Abstract

Soluble or insoluble anodes are used in conventional methods for electrolytically metallising metal strip. If soluble anodes are employed, only a fraction of the coating metal used can be exploited since there is otherwise the risk that the anodes in the finishing cells break off because they are eroded and their cross-section becomes thinner. It is therefore proposed to employ an anode in which the soluble anode sheath 2 having attachment devices 3 are attached to an insoluble anode core 1. A virtually 100% utilisation of the soluble anode material 2 is thereby achieved and the anode fabrication is considerably simplified. The energy costs incurred in the coating process are reduced and the addition of interfering alloy elements to the anode material can be eliminated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anode, die vorzugsweise beim elektrolytischen Beschichten von Metallbändern in Veredelungsanlagen mit Veredelungszellen vertikaler Bauart und löslichen Anoden eingesetzt werden kann.The invention relates to an anode, preferably when electrolytically coating metal strips in Processing plants with processing cells vertical Type and soluble anodes can be used.

Elektrolytische Beschichtungsverfahren für Metallbänder unterteilt man in Verfahren mit löslichen Anoden (Opferanoden) und Verfahren mit unlöslichen Anoden.Electrolytic coating process for metal strips is divided into processes with soluble anodes (Sacrificial anodes) and procedures with insoluble anodes.

Beim ersten Verfahren bestehen die Anoden in der Regel aus dem Metall, mit dem das Metallband beschichtet werden soll. Sie werden in sogenannten Veredelungszel len eingesetzt, wobei sich zwischen den Anoden und dem zu beschichtenden Metallband ein Elektrolyt befindet, durch den nach Anlegen einer äußeren Spannung an Anode und Band Metallionen von der Anode zum Band wandern und sich dort metallisch niederschlagen. Dabei ist die Anode mit dem positiven Pol, das Band mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden. Durch das Abwandern der Metallionen von der Anode nutzt sich diese im Lauf der Zeit ab und muß dann durch eine neue Anode ersetzt werden. In the first method, the anodes usually exist from the metal with which the metal strip is coated shall be. They are in so-called finishing cell len used, between the anodes and the an electrolyte is to be coated, by applying an external voltage to the anode and band metal ions migrate from the anode to the band and are reflected there metallic. Here is the Anode with the positive pole, the band with the negative Pole of the voltage source connected. By migrating the metal ions from the anode are used in the barrel time and must then be replaced by a new anode will.

Beim zweiten Verfahren mit unlöslichen Anoden werden die zum Beschichten des Metallbandes erforderlichen Metallionen außerhalb der Veredelungszelle in einer Auflösestation in Lösung gebracht. Als Lösemittel dient der Elektrolyt, der anschließend in die Veredelungszel le zwischen die unlösliche Anode und das Band gepumpt wird. Dort scheiden sich wie beim ersten Verfahren die Ionen unter Anlegung einer äußeren Spannung auf dem Metallband ab.The second procedure uses insoluble anodes those required for coating the metal strip Metal ions outside the processing cell in one Dissolution station brought into solution. Serves as a solvent the electrolyte, which then goes into the finishing cell le pumped between the insoluble anode and the tape becomes. There, as in the first procedure, they differ Ions applying an external voltage on the Metal tape.

Die Abscheidekosten für die Bandbeschichtung hängen in erster Linie vom Abstand zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Band ab, da der Spannungsverlust bei der Elektrolyse entsprechend den Faradayschen Gesetzen proportional zum Abstand zwischen Anode und Band ist. Man ist daher bei beiden Verfahren bemüht, den Abstand zwischen Band und Anode möglichst gering zu halten. Bei dem Verfahren mit unlöslichen Anoden gelingt dies recht gut, da die Oberfläche der unlöslichen Anode nur einer relativ langsamen Abnutzung unterworfen ist und so durch die konstanten geometrischen Verhältnisse nahe an das zu veredelnde Metallband gebracht werden kann. Die Abstände zwischen Band und Anode liegen bei modernen Anlagen unter 10 mm. Es ist jedoch darauf zu achten, daß das Band eine gute Planlage aufweist, um Berührun gen des Bandes mit der Anode zu vermeiden, was andernfalls zu einem elektrischen Kurzschluß, verbunden mit Anlagenstillständen, führen würde. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß meistens sehr große Elektro lytmengen benötigt werden und das separate Auflösen des Beschichtungsmetalles sehr aufwendig ist.The deposition costs for the coil coating depend on primarily the distance between the anode and the to coating tape, since the loss of tension in the Electrolysis according to Faraday's laws is proportional to the distance between the anode and the strip. In both methods, efforts are therefore made to ensure the distance to keep it as low as possible between the strip and the anode. At the process with insoluble anodes succeeds quite well well, since the surface of the insoluble anode is only one is subject to relatively slow wear and such due to the constant geometric relationships the metal strip to be finished can be brought. The The distances between the strip and the anode are modern Systems under 10 mm. However, care must be taken that the tape has a good flatness to touch to avoid the tape with the anode what otherwise connected to an electrical short circuit with plant downtimes. A disadvantage of this process is that mostly very large electro quantities of lyt are required and the separate dissolution of the Coating metal is very expensive.

Beim Beschichten unter Verwendung von löslichen Anoden ist es aufgrund der sich abnutzenden Anoden und der damit verbundenen Änderungen ihrer Geometrie schwierig, die Abstände zwischen Band und Anode klein zu halten, ohne Gefahr zu laufen, das zu veredelnde Band zu berühren. Zudem befinden sich in den Veredelungszellen im Normalfall Anoden mit unterschiedlichem Abnutzungs grad. Man kann daher die Anodenschienen, auf denen die Anoden hängen, justierbar ausführen, um die Seite mit den mehr abgenutzten Anoden näher an das Band fahren zu können. Die Anodenschiene dient gleichzeitig dazu, die an ihr parallel zum Band verschiebbar befestigten Anoden mit der äußeren Spannungsquelle zu verbinden. Die Abstände zwischen Band und Anode liegen bei solchen Anlagen bei ca. 30 mm.When coating using soluble anodes it is due to the wear and tear of the anodes related changes in their geometry difficult keep the gap between the strip and the anode small, without running the risk of the tape to be finished touch. There are also in the finishing cells usually anodes with different wear grad. You can therefore the anode rails on which the Hang anodes, run adjustable to the side with move the more worn anodes closer to the belt can. The anode rail also serves the purpose of attached to it slidably parallel to the tape Connect anodes to the external voltage source. The distances between the strip and the anode are such Systems at approx. 30 mm.

Die Abnutzung der ursprünglich meistens viereckigen Anoden vollzieht sich nicht gleichmäßig, vielmehr kommt es durch elektrische Vorgänge zum Beispiel an den Kanten, am unteren Ende oder kurz unterhalb des Anodenhalses zu Stromspitzen und zu einer verstärkten Abnutzung, so daß die Anoden im Laufe der Zeit eine leicht ovale, schwerterähnliche Form mit einer Einker bung am oberen Ende annehmen. Sie müssen daher frühzeitig aus der Veredelungszelle entfernt werden, damit sie nicht abreissen können und in die Zelle fallen, was zu langen, kostspieligen Anlagenstillstän den führt. Auf diese Weise beträgt der Ausnutzungsgrad des eingesetzten Beschichtungsmetalles je nach Abnut zung nur etwa 40 bis 70%. Die Restanoden werden gewöhnlich zum Einschmelzen an Spezialfirmen zurückge geben und zu Neuanoden umgearbeitet, wobei erhebliche Transport-, Energie- und Personalkosten anfallen.The wear of the originally mostly square Anodes are not uniform, but rather come it through electrical processes, for example, to the Edges, at the bottom or just below the Anode neck to current peaks and a reinforced Wear, so that the anodes over time a slightly oval, sword-like shape with a Einker Accept exercise at the top. So you have to be removed early from the processing cell, so that they cannot tear off and into the cell fall, resulting in long, costly plant downtime that leads. In this way, the degree of utilization is of the coating metal used depending on the groove only about 40 to 70%. The remaining anodes will be usually returned to specialty companies for melting give and fashioned to new anodes, being substantial Transport, energy and personnel costs are incurred.

Um die Gefahr des Abreissens der abgenutzten Anoden in den Veredelungszellen zu verringern, kann man, zum Beispiel beim elektrolytischen Verzinken von Stahlband, dem Anodenzink Aluminium zulegieren. Auf diese Weise wird Einfluß auf den Gefügezustand der abgegossenen Anode genommen und die Zugfestigkeit in Längsrichtung erhöht. Das zugesetzte Aluminium stört den Verzinkungs vorgang allerdings erheblich, es setzt sich als Schlamm in Zellen und Elektrolytbehältern ab, führt zu Anlagen stillständen und muß regelmäßig entsorgt werden.To avoid the risk of tearing off the worn anodes in to reduce the finishing cells, one can Example of electrolytic galvanizing of steel strips, add aluminum to the anode zinc. In this way will influence the structure of the cast Anode taken and the tensile strength in the longitudinal direction elevated. The added aluminum interferes with the galvanizing process, however, it settles as sludge in cells and electrolyte containers leads to systems standstill and must be disposed of regularly.

Der Herstellungsprozeß der löslichen Anoden besteht in einem aufwendigen Gießvorgang, da in den meisten Fällen der Anodenhals und/oder -kopf mitgegossen wird und daher kompliziert geformte Kokillen notwendig sind. Das Abgießen erfolgt in der Regel manuell, wobei große Sorgfalt erforderlich ist, damit zum Beispiel keine Oxidteile in den Guß gelangen, die die Zugfestigkeit der Anode in Längsrichtung erheblich mindert. Des weiteren kommt es beim Abkühlen der Anoden zu Spannun gen, die die Anoden verziehen können und so zu einem beträchtlichen Ausfall führen.The soluble anode manufacturing process consists of a complex casting process, because in most cases the anode neck and / or head is cast and therefore complex-shaped molds are necessary. The Pouring is usually done manually, with large Care is required so that, for example, none Oxide parts get into the cast, which is the tensile strength lengthens the anode considerably in the longitudinal direction. Of further, tension occurs when the anodes cool down conditions that can warp the anodes and become one cause significant failure.

Werden die Anoden ohne Köpfe hergestellt, müssen diese in den Veredelungsanlagen manuell angeschraubt werden. Es werden zum Beispiel spezielle Köpfe aus Gründen eines besseren Stromüberganges von der Anodenschiene zur Anode verwendet. Dieser Vorgang erfordert von den Betreibern von Bandbeschichtungsanlagen zusätzlichen Aufwand.If the anodes are manufactured without heads, they must be can be screwed on manually in the finishing systems. For example, there will be special heads for reasons a better current transfer from the anode bar used for anode. This process requires of the Operators of coil coating systems additional Expenditure.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile bei der Verwendung von herkömmlichen, löslichen Anoden in elektrolytischen Beschichtungsanlagen für Metallbänder zu verhindern und eine Anode zu schaffen, bei der
der Ausnutzungsgrad des eingesetzten Beschichtungsme talles nahezu 100% beträgt,
die Abnutzung der Anodenoberfläche gleichmäßig über die Länge erfolgt,
die Zugabe von störenden Metallzusätzen zur Erhöhung der Zugfestigkeit unterbleiben kann,
die Herstellungskosten durch die Verwendung einfacher Kokillen oder anderer Herstellungsverfahren wie Schnei den, Sägen oder Stanzen gering sind,
eine hohe Maßgenauigkeit, insbesondere in Längsrich tung, erreicht wird,
die Widerstände bei der Stromübertragung klein sind,
die Abstände zwischen zu beschichtendem Metallband und Anoden aufgrund der hohen Maßgenauigkeit und der gleichmäßigen Abnutzung verringert werden können, wodurch die Energiekosten gesenkt werden.It is the object of the present invention to prevent the disadvantages described when using conventional, soluble anodes in electrolytic coating systems for metal strips and to provide an anode in which
the degree of utilization of the coating metal used is almost 100%,
the anode surface is worn evenly over the length,
the addition of disruptive metal additives to increase the tensile strength can be omitted,
the manufacturing costs are low due to the use of simple molds or other manufacturing processes such as cutting, sawing or punching,
high dimensional accuracy, particularly in the longitudinal direction, is achieved,
the resistances in power transmission are small,
the distances between the metal strip to be coated and the anodes can be reduced due to the high dimensional accuracy and the uniform wear, thereby reducing the energy costs.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird daher erfindungsgemäß eine Anode vorgeschlagen, bei der eine lösliche Opferanode aus dem gewünschten Beschichtungsmetall mit einer unlöslichen, den elektrischen Strom auf die lösliche Anode übertragenden Anodenseele, die gleich zeitig die Opferanode trägt, kombiniert wird. Die Anodenseele besteht dabei aus im verwendeten Elektroly ten unlöslichem Metall, Kunststoff oder einer Metall- Kunststoffkombination, an der die lösliche Anode mittels Befestigungselementen befestigt ist.To solve these problems, therefore, according to the invention proposed an anode in which a soluble Sacrificial anode made of the desired coating metal an insoluble, the electric current on the soluble anode-transmitting anode core, the same wears the sacrificial anode in good time, is combined. The Anode core consists of the electrolyte used insoluble metal, plastic or a metal Plastic combination on which the soluble anode is fastened by means of fastening elements.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 3.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Ausführung der Anode. Die Anodenseele 1 besteht aus einem im jeweils verwendeten Elektrolyten unlöslichen bzw. schwerlöslichem Metall, zum Beispiel aus platiniertem Titan. Sie weist am oberen Ende einen Kopf 4 auf, der zum Beispiel eine V-förmige Aussparung besitzt, mit der die Anode auf die Anodenschiene (nicht dargestellt), die eine entsprechende Form besitzt, parallel zum Metallband (nicht dargestellt) verschieb bar aufgelegt wird. Die Anodenschiene dient dabei gleichzeitig der Stromübertragung auf die Anodenseele 1 und der Halterung der gesamten Anode. Der Kopf 4 der Anodenseele 1 kann aus einem anderen Material als die Anodenseele 1 bestehen, er soll geringen Stromüber gangswiderstand aufweisen, verschleißarm sein und das Gewicht der Anodenseele 1 mit dem an ihr mit Befesti gungselementen 3 angebrachten löslichen Anodenmantel 2 tragen. Der lösliche Anodenmantel 2 weist in dieser Ausführung die Form eines einfachen, länglichen Quaders auf. Die Stromübertragung erfolgt über die gesamte Berührungsfläche zwischen Anodenseele 1 und Anodenman tel 2. Am unteren Ende weist die Anodenseele 1 einen Winkel 10 auf, der der zusätzlichen Abstützung des Anodenmantels 2 dient. Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the anode according to the invention. The anode core 1 consists of a metal which is insoluble or sparingly soluble in the electrolyte used in each case, for example made of platinized titanium. It has a head 4 at the upper end, which has, for example, a V-shaped recess with which the anode is placed on the anode rail (not shown), which has a corresponding shape, parallel to the metal strip (not shown) and can be moved. The anode rail serves simultaneously to transmit current to the anode core 1 and to hold the entire anode. The head 4 of the anode core 1 can be made of a different material than the anode core 1 , it should have a low current transfer resistance, be low-wear and carry the weight of the anode core 1 with the fastening elements 3 attached to it with soluble anode jacket 2 . In this embodiment, the soluble anode jacket 2 has the shape of a simple, elongated cuboid. The current transmission takes place over the entire contact area between anode core 1 and Anodenman tel 2nd At the lower end, the anode core 1 has an angle 10 , which serves to additionally support the anode jacket 2 .

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere erfindungsgemäße Ausführung der Anode, wobei hier die Anodenseele 1 aus vorzugsweise verstärktem Kunststoff mit ausreichender Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit besteht. Der Anodenkopf 4 kann aus dem gleichen Material bestehen und ist im Berührungsbereich mit der Anodenschiene mit Kontakten 5 versehen, die in den Kunststoff eingelassen sind. Die Kontakte 5 übertragen den elektrischen Strom über Leiter 6 durch das Innere des Anodenkopfes 4 und der Anodenseele 2 zu Kontakten 7 auf der Rückseite der Anodenseele 2. Die Leiter 6 im Inneren der Anodenseele 2 können unterschiedlichen elektrischen Widerstand aufweisen, um in Verbindung mit den Kontakten 7 und den Befestigungselementen 3, die gleichzeitig der Stromübertragung zwischen Anodenseele 1 und Anodenmantel 2 dienen, dem Anodenmantel dort, wo er sich anlagespezifisch am leichtesten abnutzt, eine geringere Strommenge zur Verfügung zu stellen, so daß sich der Anodenmantel 2 über die Länge gleichmäßig abnutzt. Die Befestigungselemente 3, in dieser Ausfüh rung als Schrauben mit zum sicheren Halten des Anodenmantels 2 genügend großem Querschnitt ausgebil det, berühren mit ihren Köpfen die Kontakte 7 und sind zum Beispiel aus dem gleichen Metall wie der Anodenman tel 2 hergestellt, so daß sie sich gleichzeitig mit dem Mantel 2 abnutzen. Sie sind mit ihren Gewindeenden in zuvor angebrachte Gewindelöcher des Anodenmantels 2 eingeschraubt, derart, daß sie mit der Außenfläche des Anodenmantels 2 in etwa plan sind. Fig. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of the anode according to the invention, in which case the anode core 1 consists of preferably reinforced plastic with sufficient tensile strength and flexural rigidity. The anode head 4 can consist of the same material and is provided in the area of contact with the anode rail with contacts 5 which are embedded in the plastic. The contacts 5 transmit the electrical current via conductors 6 through the interior of the anode head 4 and the anode core 2 to contacts 7 on the back of the anode core 2 . The conductors 6 in the interior of the anode core 2 can have different electrical resistance, so that in connection with the contacts 7 and the fastening elements 3 , which at the same time serve for the current transmission between the anode core 1 and the anode jacket 2 , the anode jacket where it is most easily worn, depending on the system, to provide a smaller amount of current, so that the anode jacket 2 wears evenly over the length. The fasteners 3 , in this Ausfüh tion as screws with ausgebil det sufficient to securely hold the anode jacket 2 , touch with their heads, the contacts 7 and are for example made of the same metal as the Anodenman tel 2 , so that they are simultaneously wear with the jacket 2 . They are screwed with their threaded ends into previously made threaded holes in the anode casing 2 in such a way that they are approximately flat with the outer surface of the anode casing 2 .

Besteht der Anodenkopf 4 aus den elektrischen stromlei tendem Material, kann auf die Kontakte 5 verzichtet werden.If the anode head 4 consists of the electrical current-conducting material, the contacts 5 can be dispensed with.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Anode, wobei im Gegensatz zur Ausführung in Fig. 2 die Köpfe 8 der Befestigungselemente 3 in Aussparungen der Anodenseele 1 versenkbar sind und durch Kunststoffkap pen 9 gleichzeitig mit den Kontakten 7 vor dem Angriff durch den Elektrolyten geschützt sind. Fig. 3 shows a section of the anode according to the invention, in contrast to the embodiment in Fig. 2, the heads 8 of the fasteners 3 are recessed in the recesses of the anode core 1 and are protected by plastic cap 9 at the same time with the contacts 7 from attack by the electrolyte .

Wenn der lösliche Anodenmantel 2 verbraucht ist, können die Befestigungselemente 3 aus der Anodenseele 1 entfernt werden, damit die Anodenseele 1 mit einem neuen Anodenmantel 2 bestückt werden kann.When the soluble anode jacket 2 is used up, the fastening elements 3 can be removed from the anode sleeve 1 so that the anode sleeve 1 can be fitted with a new anode jacket 2 .

Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Anodenseelen sind praktisch verschleißfrei und beliebig oft wieder verwendbar. Neben den gezeigten Formen können sie auch anders ausgebildet sein, sie können zum Beispiel auf der Rückseite Verstärkungselemente besitzen, um eine Durchbiegung in Längsrichtung zu verhindern. Desglei chen können sie Anhängevorrichtungen oder Griffe besitzen, um das Einhängen in die Veredelungszellen oder den Transport zu erleichtern.The anode cores shown in the exemplary embodiments are practically wear-free and can be used again and again as often as required usable. In addition to the shapes shown, they can also be trained differently, for example the back have reinforcement elements to a To prevent deflection in the longitudinal direction. Desglei You can use hitching devices or handles own to hang in the finishing cells or to facilitate transportation.

Da alle Anodenseelen eine Veredelungszelle oder der gesamten Veredelungszellen einer Veredelungsanlage gleichartig sind, können sie preiswert in der erforder lichen Stückzahl gefertigt werden. Die Anodenmäntel bestehen aus einfachsten geometrischen Formen, die mit hoher Maßhaltigkeit durch Gießen, Sägen, Schneiden oder ähnlichem preiswert ohne störende Zusätze hergestellt werden können. Beim Herstellungsprozeß können sie gegebenenfalls mit den für die Befestigungselemente erforderlichen Löchern oder Aussparungen versehen werden.Since all anode souls are a finishing cell or the entire finishing cells of a finishing plant are similar, they can be inexpensive in the required number of pieces can be manufactured. The anode jackets consist of the simplest geometric shapes with high dimensional accuracy through casting, sawing, cutting or Similar inexpensive manufactured without annoying additives can be. In the manufacturing process, they can if necessary with the for the fasteners provided necessary holes or recesses will.

Die Befestigungselemente, zum Beispiel Schrauben oder gegossene Bolzen, bestehen bevorzugterweise aus lösli chem Metall, das die erforderliche Scherfestigkeit zum Halten der Anodenmäntel aufweist. Beim Beschichtungs prozeß verbrauchen sie sich in gleicher Weise wie der Anodenmantel, der von ihnen gehalten wird.The fasteners, for example screws or cast bolts, preferably consist of soluble chem metal that has the required shear strength for Keeping the anode jackets. When coating process they consume in the same way as the Anode jacket held by them.

Durch die über die Länge gleichmäßige Abnutzung der Anodenmäntel ist es möglich, sie, im Gegensatz zu den gebräuchlichen Anoden, näher an das zu beschichtende Metallband zu führen und damit die Energiekosten zu senken.Due to the uniform wear over the length of the Anode jackets, it is possible, unlike the common anodes, closer to the one to be coated Lead metal tape and thus the energy costs reduce.

Die angeführten Ausführungsbeispiele und die Beschrei bung zeigen, daß mit der erfindungsgemäßen Anode die Nachteile, die bei löslichen Anoden nach dem bisherigen Stand der Technik bestehen, verhindert werden und sowohl den Herstellern von Anoden als auch den Betreibern von elektrolytischen Beschichtungsanlagen für Metallband beträchtliche Vorteile entstehen.The exemplary embodiments mentioned and the description exercise show that with the anode according to the invention Disadvantages with soluble anodes after the previous one State of the art exist, be prevented and both the manufacturers of anodes and the Operators of electrolytic coating systems considerable advantages arise for metal strip.

Claims

1. Anode for use in electrolytic coating systems for coating metal strip with metals or metal alloys, characterized in that a soluble anode jacket ( 2 ) consisting of one or more parts consists of the metal or metal alloy desired for coating the metal strip and with fastening elements ( 3 ) is attached to an anode core ( 1 ) which is insoluble or hardly soluble in the electrolyte used.

2. Anode according to claim 1, characterized in that the anode core ( 1 ) consists of electrically conductive material or contains the electrical current-conducting materials and is connected to the positive pole of an external voltage source.

3. Anode according to claim 1, characterized in that the soluble anode jacket ( 2 ) is connected to the positive pole of an external voltage source.

4. Anode according to claim 1 and 2, characterized in that the fastening elements te ( 3 ) transmit the electrical current from the anode core to the anode jacket.