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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur oberflächlichen elektrolytischen Behandlung
von Metallstreifen, insbesondere von nichtrostendem Stahl und die
relevante Anlage.
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Stand der Technik
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Anlagen
für die
Oberflächenbehandlung
sind besonders nützlich
zum Reinigen und zur Entfernung von Öl, Fett, Schuppen oder anderen
Kontaminantien von Metallstreifen vor deren Lagerung oder bei der
Vorbereitung für
weitere Behandlungen wie plastische Deformation oder Kunststoff-
und Metallbeschichtung oder dgl.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-695 818 beschreibt eine Anlage für die oberflächliche
elektrolytische Behandlung von Metallstreifen. Die zu behandelnden
Streifen werden durch einen Behälter
geleitet, der einen Elektrolyt enthält und mit Elektroden versehen
ist, die in Paaren oberhalb und unterhalb des Streifenweges angeordnet
sind. Die Elektroden sind abgeglichen und ein Paar von anodischen
Elektroden ist alternierend mit einem Paar von kathodischen Elektroden
angeordnet. Der Elektrolyt wird auf den Streifen durch eine Vielzahl von
Düsenpaaren
aufgesprüht,
die jeweils mit einem Paar von Elektroden assoziiert sind. Weiterhin
trennen die Düsenpaare
die kathodischen Elektroden von den anodischen. Ein Nachteil dieser
Anlage besteht darin, daß bei
geringer Streifenzuführrate
der Elektrolyt an der Streifenoberfläche haftet. Weiterhin mischt
sich das metallische Hydroxid, das durch Beizen der anodischen Elektrodenfläche erzeugt
ist, mit dem gesamten Elektrolyten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Hauptziel dieser Erfindung, die oben genannten Nachteile
zu vermeiden, indem eine Anlage für die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen angegeben wird, die eine optimale Oberflächenbehandlung
dieser durch einen geringen Energieverbrauch und eine verbesserte
Fähigkeit
zum Trennen des metallischen Hydroxides erreicht, das während der
elektrolytischen Säurereinigung
erzeugt wird.
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Es
ist ein weiteres Hauptziel dieser Erfindung, ein Verfahren für die elektrolytische
Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen anzugeben, wobei die oben erwähnte Anlage verwendet wird,
die in der Lage ist, eine optimale Auflösung von Oxiden und Entfernung
von Hydroxidresten von den Behältern
zu erreichen.
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Diese
Ziele ebenso wie andere Ziele, die aufgrund der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich werden, werden erreicht, wie in Anspruch 1 beansprucht
durch eine Anlage für
die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen, umfassend eine Vielzahl von getrennten und nicht
miteinander in Verbindung stehenden Behältern, die intern einen longitudinalen
Zuführweg
von Metallstreifen definieren; eine Vielzahl von Elektrodenpaaren,
die entlang des Weges angeordnet sind, wobei jede Elektrode mit
einem der Behälter
assoziiert ist, wobei die erste Elektrode eines jeden Elektrodenpaars oberhalb
des Metallstreifens lokalisiert ist und die jeweilige zweite Elektrode
eines jeden Elektrodenpaares unterhalb des Metallstreifens in einer
reziprok entgegengesetzten Position und bei einem vorbestimmten
Abstand von dem Metallstreifen angeordnet ist, wobei jedes Elektrodenpaar
eine Polarität
aufweist, die entgegengesetzt zu der des benachbarten Paares ist,
und mit jeweils einem der Behälter
assoziiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Paar von Druckwalzen
zum Streifenpressen angeordnet ist, die in jeder Fläche zwischen
benachbarten Behältern
für die
galvanische Trennung der Streifenoberflächen, vorhanden sind, die den
Elektrodenpaaren mit entgegengesetzter Polarität gegenüberliegen angeordnet sind und
daß die
Elektrodenpaare einen Tunnel um den Metallstreifenweg bilden. Aufgrund
dieser Merkmale ist die Vielzahl von Behältern, in denen die verschiedenen
elektrolytischen Schritte stattfinden, deutlich voneinander getrennt.
Der in jedem Behälter
für die
Metallstreifenbehandlung verwendete Elektrolyt bleibt von dem Elektrolyten
der anderen Behälter
getrennt. Ebenso sind die Streifenoberflächen, die an die anodischen
Elektroden angrenzen, von den Streifenoberflächen, die an die kathodischen
Elektroden angrenzen, auf effektivere Weise mit Hilfe des Paars
von Walzen an der Grenzlinie der benachbarten Behälter getrennt.
Es ist somit möglich,
die beiden Elektrolytmischungen, die die Behälter verlassen, durch getrennte
hydraulische Systeme zu entfernen und zu sammeln und nur den Elektrolyten
der Behälter
zu filtrieren, die mit den Elektrodentunneln mit anodischer Polarität assoziiert sind,
worin das metallische Hydroxid erzeugt. In einem aufeinanderfolgenden
Schritt kann, falls erforderlich, der Elektrolyt, der beide hydraulische
Systeme verläßt, erneut
gemischt werden.
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Zusätzlich bilden
die Elektrodenpaare der Anlage für
die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen einen Tunnel um den Metallstreifenzuführweg herum.
Diese besondere Anordnung der Elektroden hat den beachtlichen Vorteil, daß eine höhere Turbulenz
in dem Elektrolytfluß erzeugt
wird. Die Turbulenz erhöht
den Massentransfer zwischen dem Metallstreifen und dem Elektrolyten. Aufgrund
des schnelleren Ionenaustausches ist die Reaktionszeit der pH-Wert-Variation
der Metallstreifenoberfläche
während
der Polarisationsvariation kürzer.
Global erreicht die Anlage eine optimierte Auflösung der oxidierten Chromschicht
und Entfernung der Hydroxid-Reste aus dem Beiz-Behälter.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist jedes Elektrodenpaar an beiden Enden mit Düsen in Paaren
versehen, die zum Sprühen
des Elektrolyten auf den Metallstreifen angepaßt sind, wobei ein primärer und
ein sekundärer Fluß in eine
zueinander entgegengesetzte Richtung gesprüht werden. Dieses Merkmal verbessert
weiterhin die Trennwirkung zwischen den beiden benachbarten Behältern.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren für die elektrolytische
Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen anzugeben, das wie in Anspruch 7 beansprucht
folgende Schritte umfaßt:
- (a) Führen
des elektrolytisch zu behandelnden Metallstreifens entlang des Weges,
der durch die Elektrodenpaare definiert ist,
- (b) elektrisches Führen
der Elektrodenpaare mit Polaritäten,
die jeweils für
das alternierende Erhalten von anodischen und kathodischen Paaren entlang
des Streifenweges geeignet sind,
- (c) Sprühen
des Elektrolyten auf die beiden entgegengesetzten Seiten des Metallstreifens
durch Düsen
mit einem Primärfluid,
das in die Richtung des Streifenweges sprüht, und mit Sekundärfluid, das
in entgegengesetzter Richtung sprüht,
- (d) Auferlegen eines künstlichen
Drucks auf den Streifen mit Hilfe von Walzenpaaren, die zwischen zwei
benachbarten Behältern
angeordnet sind, zur galvanischen Trennung der Elektroden,
- (e) Führen
des Streifens entlang allen Elektrodenpaaren der Anlage,
- (f) Abziehen des Streifens aus der Anlage,
- (g) Anordnen des Streifens in einer Lagerfläche oder in einer anderen Anlage
für die
weitere Behandlung.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Aspekte der Erfindung werden aufgrund der detaillierten
Beschreibung von bevorzugten, nicht-beschränkenden Ausführungsbeispielen
einer Anlage für
die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen ersichtlich, die nachfolgend durch nichtbeschränkende Beispiele
mit Hilfe der begleitenden Zeichnungen gezeigt sind.
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1 zeigt
eine schematische Schnittansicht entlang einer longitudinalen vertikalen
Ebene der Anlage für
die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt der Anlage von 1 entlang
der Linie A-A.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter
Bezugnahme auf die Figuren umfaßt die
Anlage für
die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen eine Vielzahl von Behältern 2. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
gibt es drei dargestellte Behälter;
jedoch können
anderen Ausführungsbeispiele
eine niedrigere oder höhere
Anzahl von Behältern
aufweisen. Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gibt sechs Behälter an, die
eine Einheit bilden. Ein Metallstreifen 13, z. B. aus nicht-rostendem
Stahl, erstreckt sich entlang einem horizontalen geraden Weg in
Richtung des Pfeils 16 in einer zentralen Position im Inneren
einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Tunneln 4, bestehend
aus Elektrodenpaaren 14', 15', 14'', 15'', 14''', 15'''.
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Jeder
Tunnel besteht aus Elektrodenpaaren mit einer Polarität, die entgegengesetzt
zu der des benachbarten Elektrodenpaares ist, d. h. soll das Elektrodenpaar 14', 15' eine kathodische
Polarität aufweisen,
hat das benachbarte Elektrodenpaar 14'', 15'' eine anodische Polarität, und das
aufeinanderfolgende benachbarte Elektrodenpaar 14''', 15''' hat eine
kathodische Polarität,
usw. für
die gesamte Anlagenlänge.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung kann eine Serie von Elektroden, die mit einem kathodischen
Paar endet, von einer Serie von Elektrodenpaaren mit kathodischer
Polarität
gefolgt sein.
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Röhren oder
Stangen in Paaren 5, 5', 5'', 5''', die
mit Düsen
versehen sind, sind an dem jeweiligen Eingang und dem jeweiligen
Ausgang eines jeden Tunnels angeordnet. Die erste Stange eines jeden Paars
ist oberhalb der Streifenoberfläche
lokalisiert und die zweite Stange ist unterhalb der Streifenoberfläche bei
einem angemessenen Abstand lokalisiert. Die an jede Stange befestigten
Düsen sind
auf solche Weise positioniert, daß der Elektrolyt auf die Streifenoberfläche in zwei
entgegengesetzten Richtungen in bezug auf die Stangenachse und mit
Fluidflüssen 6 und 8 mit
unterschiedlicher Intensität
gesprüht
wird. Der primäre
Fluidfluß 6 wird
im Inneren des jeweiligen Tunnels gesprüht, während der sekundäre Fluidfluß 8 auf
den Streifen außerhalb
des Tunnels gerichtet ist. Die Funktion des Fluidflusses 6 besteht
darin, daß der
Tunnel mit Gasbläschen
verbunden ist und gleichzeitig Gasbläschen entfernt, die während des elektrolytischen
Verfahrens erzeugt werden, und diese von den Behältern 2', 2'', 2''' durch
den Überfluß 7 eliminiert.
Die Funktion des sekundären
Fluidflusses 8 besteht darin, den Metallstreifen naß zu halten, wenn
von einem Tunnel in den nächsten
geleitet wird. Gleichzeitig reduziert dies den elektrischen Widerstand
des Metallstreifens.
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Das
hydraulische System umfaßt
Rohrverzweigungen 11 zum Recyclen von Flüssigkeit,
Filter 12, Behälter 9 und
Pumpe 10 zum Führen
des Elektrolyten zum System. Der Filter 12 filtriert die
vom Behälter 2'' abgezogene Flüssigkeit, der gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
mit dem Tunnel von Elektroden 4'' mit
anodischer Polarität
assoziiert ist, wodurch metallisches Hydroxid erzeugt wird. Zumindest
ein Paar von Walzen 3, 3', 3'', 3''' ist an
jedem Ende eines jeden Tunnels lokalisiert. Die Walzen pressen die
Metallstreifenoberfläche
und agieren als galvanische Trennvorrichtungen für die Elektroden, indem jeder
Behälter
von dem benachbarten getrennt wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird das in den anodischen Elektrodenflächen erzeugte metallische Hydroxid
nur von der Fläche
entfernt, was zu einer größeren Wirksamkeit
der gesamten Anlage führt,
weil eine höhere
Hydroxidkonzentration eine verbesserte anschließende Trennung erlaubt. In
der Anlage wird jeder Tunnel, der durch die anodischen Elektroden
gebildet ist, durch zwei elektrische Rektifizierer geleitet (in
der Figur nicht gezeigt). Der erste Rektifizierer ist mit dem vorhergehenden
benachbarten Tunnel entlang des Streifenweges verbunden, der aus
kathodischen Elektroden besteht, und der zweite Rektifizierer ist mit
dem aufeinanderfolgenden benachbarten Tunnel entlang des Streifenweges
verbunden, der aus kathodischen Elektroden besteht.
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Details
der Anlage sind in 2 gezeigt, in der der Behälter 2' mit einer Abdeckung
versehen ist, die für
den Zugriff in das Innere des Behälters geöffnet werden kann. Der Tunnel
ist aus zwei kontinuierlichen verlängerten Platten 17, 18 aus
dielektrischem Material, z. B. Kunststoffmaterial gebildet, an die
die Elektroden 14' und 15' und alle anderen Elektrodenpaare
der Anlage, die in dieser Figur nicht gezeigt sind, fixiert sind.
Die verlängerten
Platten 17, 18 haben ebenfalls die Funktion, daß sie das
Elektrolytenfluid enthalten, in dem sich der Metallstreifen 13 bewegt.
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Mit
Hilfe der beschriebenen Anlage der Erfindung ist es möglich, ein
neues Verfahren für
die elektrolytische Oberflächenbehandlung
von Metallstreifen durchzuführen,
das aus den unten beschriebenen Schritten besteht.
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Für eine elektrolytische
Behandlung, z. B. ein elektrolytisches Beizen in einer sauren Umgebung oder
dgl. wird ein Metallstreifen, beispielsweise aus nicht-rostendem
Stahl in die Anlage der Erfindung von der linken Seite (siehe Figur)
eingefügt.
Der Streifen wird entlang des Weges zwischen Elektrodenpaaren 14', 15', 14'', 15'', 14''', 15''' gezogen.
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Durch
Betätigen
eines elektrischen Stromkreises (in der Figur nicht gezeigt), werden
die Elektrodenpaare elektrisch geführt und mit einer Polarität angeregt,
die für
das alternierende Erhalten von kathodischen und anodischen Paaren
entlang des Weges des Metallstreifens 13 geeignet ist.
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Am
Ende eines jeden Elektrodenpaares oder Tunnels, d. h. am Tunneleingang
oder -ausgang wird der Elektrolyt auf die beiden gegenüberliegenden Seiten
des Metallstreifens durch Düsen
mit einem Primärfluid 6,
das in die Richtung des Streifenweges sprüht und mit einem sekundären Fluid
in entgegengesetzter Richtung gesprüht.
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Während des
Durchgangs entlang des Weges wird der Streifen durch die Walzen
in Paaren 3', 3'', 3''', die zwischen
benachbarten Behältern
angeordnet sind, für
die galvanische Trennung von Elektroden gepreßt. Der Streifen wird durch
alle Elektrodentunnel geleitet und aus der Anlage zum Lagern oder
zum Einfügen
in eine andere Anlage für
weitere Behandlungen herausgezogen. Das Verfahren kann vorteilhaft
weitere Schritte umfassen, zum Beispiel die Entfernung des metallischen
Hydroxides von dem Elektrolyten an den anodischen Elektroden und
die Wiederverwendung des Elektrolyten.