JPS58136796A - ストリツプの水平型流体支持電解槽 - Google Patents

ストリツプの水平型流体支持電解槽

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JPS58136796A
JPS58136796A JP57018836A JP1883682A JPS58136796A JP S58136796 A JPS58136796 A JP S58136796A JP 57018836 A JP57018836 A JP 57018836A JP 1883682 A JP1883682 A JP 1883682A JP S58136796 A JPS58136796 A JP S58136796A
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fluid
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酒井 完五
Yasuo Shimokawa
下川 靖夫
Hirobumi Nakano
寛文 中野
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はストリップの電気めっき等を行うための水平型
流体支持電解槽に関するものである。
電気めっきを連続的に行う方法には竪型浸漬方式、横型
方式が実施されている。′電気めっき方法において優れ
たものはより高電流密度で金属を電析出来且つ低電圧操
業が可能な装置を有し、品質的に優れた製品を提供出来
ることにある。高電流密度化の方策は(1)式で示され
るように限界電流密度Ldヲ大きくすることである。
ド=ファラデ一定数 D=金属イオンの拡散層 数(61輪) C−金属イオン濃度 δ=拡散層の厚さ そのためには、溶液面の改良策として、金属イオンの濃
度アップ、浴温アップ等が提案出来る。
一方、拡散層δは、電解面のめつき液の移動速度即ち、
攪拌や流速アップによって小さくなることが仰られてお
り、ストリップの全幅にわたって均一な流速効果を与え
られる電解槽が望ましい。父、低電圧操業に対しては(
2)式で表わされるように、ストリップ抵抗、液抵抗お
よびカス溜りによる電圧アップを考慮する必要がある。
Vyp = Vd + Vs +Vz + Vg  −
(2)vT =極間電圧 Vd−分解電圧 Vs−ストリップ抵抗Rsによる電圧。コンダクタ−ロ
ールから陽極迄の゛背効長しに比例。
= ■ ・1(、S ・1」 Vt−液抵抗Reによる電圧。極間距離■]に比例。
ニl−Re・14 Vg−ガス溜りによる電圧。
前記の(2)式から明らか彦如く低電圧操業を達成する
ためのメツセル設言」は極間距離を出来るだけ短縮出来
ること、陽極で発生する酸素ガスを出来るだけすみやか
に電極間から除去出来ることにポイントを置かねばなら
ない。又、コンダクタ−ロールの配置や、高電導性のメ
ッキ浴およびメッキ条件を採用すべきことは言う捷でも
ない。最後に品質は、限界電流密度以内であれば従来の
低電流密度電解のものより劣化しないことが必要である
上述したごとき条件になるべく近づけるために改良され
た電気めっき方法および装置として多くの技術開発がな
されている。例えば特公昭5〇−8020に記載の水平
直線型セルでメッキ液をストリップの進行方向に向流的
に強制循環させる方法、特公昭46−7162記載の通
電ドラムの回りをストリップ1−触移動させ、ドラムに
近接して湾曲型の陽極を用いる方法、特開昭54−13
8831記載の陽極に設けたスリットもしくは小孔から
め 3 一 つき液をストリップに噴射しながらめっきする方法、特
公昭4.5−74.82記載のストリップの横方向から
電解液全供給する方法、その他ジェット流による方法(
金属表面技術21. (3)、  119(1971)
記載)、などがある。
これらの方法はそれぞれ優れためつき方法であり、高効
率セル開発に貢献して来た。しかしながら、近年要求さ
れるところのより高効率なセルとしてはそれぞれ限界が
あり対応が難しい。例えば特公昭50−8020は近接
化、限界電流密贋に限界があり、電極の中央部よりメッ
キ液を吹き込む電解セルACIC(鉄鋼協会講演大会要
旨集1981−8334)への改良が提案されている。
しかしこのACIC法でも後述するように均一流が得ら
れない問題点を有する。又特公昭46−7162゜特開
昭54−138831の方法は片面メッキ専用である。
更に、特公昭45−7482の方法はストリップの支持
および1]方向の流速分布の均一化に限界がある。
本発明者等は前記した従来法の問題点を解決し、 4− しかも近年の電気メツキ鋼板の需要増に対処出来る2 
00 Vdn1’の高電流密度、極間距離5rRIrl
の近接電解が可能な新らしい高効率電解槽を提供すると
ともに、品質の良い安価な電気メッキ鋼板を提供するこ
とを目的に研究を行い、ストリップに対向配置した一対
の電極パッドを設けたスリットからメッキ液を噴出させ
てメッキ液を電極間に保持すると同時に、その時発生す
る流体の静圧によってス) IJツブを電極間に支持す
る電解方法および装置を発明し特許出願した(特開昭5
6−1.27789および特開昭56−127799 
)。この方法および装置は明細書および図面に示したよ
うに電極自身の全面にスリットを設けたパッドを使用し
たものである。従って、竪型の電解の場合には高効率の
電解の目的を完全に発揮する。しかしこの先願発明をそ
のまま水平型電解槽に適用した場合には、メッキ液の自
由落下がないためメッキ液がスリット内に封じ込められ
やすく、メッキ液の流れは少なからず乱流状態となる。
従って近接化のための流体支持力は大きいが、イオン供
給、ガス除去の点で劣り、高電流密度化を達成するには
必ずしも満足の行く成果が得られない難点がある。
本発明は水平型の電気メツキ装置において、電極の一部
に流体パッドを設け、その静圧力によってカテナリーを
少くしてストリップを支持すると同時に更にその静圧力
を調整することによって電極間のメッキ液の流れを改善
し、イオンの安定供給およびガスの急速除去を可能にし
た理想的な水平型メッキ装置を提供するものである。
なお、前述した如く現在最も優れた水平型の電解槽とし
てACICがある。しかしながら、ACTCも高効率化
に限界値がある。
以下本発明のメッキ装置の構成と効果についてACTC
と対比しながら説明する。
第1図、第2図に本発明の基本的な断面構造図を示す。
第1図(イ)においてはストリップ3の上下に陽極1を
内蔵した箱型槽2を配置する。箱型槽2の中央部に流体
パッド12を導入し、メッキ液はヘッダー10より流体
パッド12のストリップ対向面に設けたスリット16よ
りス) IJツブ面に向って噴出せしめる。メッキ液は
ストリップの進行方向(以下並行流と呼ぶ)とストリッ
プと逆方向(以下対向流と呼ぶ)に分流され排出口9お
よび8より流出する。排出口8,9にはメッキ液流出量
制御板11があり、該制御板11を十丁に移動してスト
リップとの間隙をコントロールして流量を制御する。
流出口8,9より流出したメッキ液は、コンダクタ−ロ
ール6およびバックアップロール7にてせきとめられ受
槽4に受は止められメッキ液取出し口5より図示してい
ないが循環タンクに入り、ポンプによってヘッダー10
に強制循環する。給電はコンダクタ−ロール6からスト
リップへ、又ブスバーを介して陽極にそれぞれ行う。矢
印の記号で電極間の液の流れの様子を図示した。
第1図(−)、 (ノー)は本発明電解槽の横断面図の
1例を示す。同図(ロ)は(イ)図のA −A’部断面
を、又(ハ)は(イ)図のB −B’部断面を示す。又
必要によってはストリップの端部にシーリング機構、例
えば、水平方向に移動自在の支持具18に接続するエツ
ジマスク17i設けることができる。又エツジマスク1
7ヲ用いない場合若しくは支持具18が槽内に収まる場
合には、第1図の(ロ)図及び(−)図の側壁は1体化
するのが好ましい。
第2図も本発明の基本的な断面構造図である。
第1図のメッキ液流出量制御板11に代えて液シールノ
ズル13ヲストリツプ人口8及びストリップ出口9に設
けている。液シールノズル13へは液シールヘッダー1
4もしくはヘッダー10から分流して給液する。又、図
示する如く陽極lへのストリップの接触事故を防止する
ため邪魔板15を陽極に取りつけている。
第3図は第2図をストリップ面から見た平面図である。
点線で示した17はエツジのシーリング機構でストリッ
プの両サイドに設置し電解槽内の静圧を上昇させると共
にストリップの巾方向の流速分布を均一にする効果があ
る。シーリング機構としては液体カーテンあるいは従来
のストリップの巾方向に移動し近接化することによって
メッキのエツジオーバーコートおよび裏廻りを抑える公
仰のエツジマスクによっても達成出来る。
上記流体パッド12にはスリット16が設けられている
。又、液シールノズルにも当然スリット16が設けられ
ている。スリットの形状9間隙、角度等は後述するごと
く、目的に応じた設計によって決定する。第1図および
第2図は基本的な本発明の構成であり、流体パッドの位
置、機能的な応用も当然本発明に包含される。例えば流
体パッド12を箱型槽2から独立して上下に移動可能に
する例、あるいは、液シールノズル13の多数本化、ス
リットの噴射角度変更機構、シールノズルに流体パッド
を用いること等も本発明の一例である。
更にエツジシール機構の有無、構造、配置の仕方、エツ
ジマスク17の有無、構造、配置、移動機構も本発明の
流体パッドを用いた水平型流体支持電解槽に含まれる。
第4図は流体パッドに設けたスリットの構成の例を示し
たものである。いずれもスリットで囲まれた面内に静圧
が発生する。(ア)はシングルスリット構造、(イ)は
ストリップ巾方向の位置にストリップの進行方向と平行
に1あるいは2本以上のスリラミf設けた例、以下(つ
)、(1)、(オ)、(力)は、ストリップの進行方向
に対して傾斜、カーブを与えた例である。
第5図は流体パッド部分のストリップ巾方向からみた断
面模式図の一例である。轟然第4図のノズル形状によっ
て変って来る。スリットの間隙tおよび角度θ、スリッ
ト間距離ts等は目的に応じて決定する。又、ストリッ
プと流体パッドの距離りは後述する如くストリップ支持
力Fと重要な間係にある。第6図は流体パッドのス) 
IJツブ進行方向からみた断面図の一例であり、(ア)
は逆ロート型でストリップに面して流体パッドの底板1
9にスリット16が設けである。(イ)は箱型構造の例
である尚、19は導電性の材料を用いて陽極板としても
よいし、絶縁性の材料を用いてもよい。陽極として使用
する場合にはめつきむらを防止する点から第4図に示し
たスリット形状の中では傾斜構造、カーブ構造のものが
好ましい。流体パッド12内部には、第6図(イ)に示
すようにスリット16からバランスの良い流速を得るた
め均一流を与える邪魔仮題を設けることも可能である。
又、流体パッド内の体積はスリットから噴出する液のバ
ッファータンクとしての機能を持てば充分であり、大き
な構造(高さ)を持つ必要はなく、コンパクトな設計が
可能である。
次に、本発明の電解槽の機能とその効果について詳述す
る。
本発明は前述した流体パッドによって生ずる静圧によっ
てス) IJツブを支持し近接した極間距離で電解を可
能にする。又、公知の水平型セルでは制御出来なかった
ストリップのスピードに依存する並行流と対向流の流速
バランスの制御kill’能とし、又渦流の解消につい
ても解決し高電流密度電解を可能にした画期的な電解槽
である。
水平型のメッキプロセスにおける課題の1つにストリッ
プのカテナリーがある。コンダクタ−ロール間のストリ
ップは自重および上下の液溜りの差から弓なりの大きな
カテナリーが生じ極間の近接化に限界が生ずる。本発明
はこの点を流体支持によって解決したものである。第7
図に流体支持 11− メカニズムに関する図を示した。今、ストリップ3を挾
んで流体パッド12ヲ配置し間隙tのスリット16から
流速Uでメッキ液を噴出する。流体パッドとストリップ
間に静圧PrおよびPtが生ずる。この静圧力は極間距
離が左右等しいり。の時メッキ液の密度をρとすると次
式で表すことが出来る。
今仮りにストリップが△11だけ下側に移動(鎖線3a
の位置)した場合Pr ) PLになり、上下の静圧の
差△Pは次式から△hに比例 △P−に・△11 する。即ちストリップば△11が大きいほど大きな静圧
力で上側に押し戻され自然にセンターリングされる。
次に第2図に示した本発明におけるストリップの変位(
カテナリー)と静圧の関係を第8図に示す。(ア)は本
発明の構成図でロール間距離250012− 關でストリップテンション0.72 KR7、ストリッ
プは版厚041III++1板巾1000mmである。
流体パッドは第4図(イ)のスリット形状で第5図のθ
=虫)0L = 4 wn、tS=200mm、K=1
0mm、第6図(ア)のものを用いた。エツジシール機
構としては公知のエツジマスクを用い、ストリップエツ
ジから10胴の所にセットした。液シールノズルのスリ
ットは15鍋の間隙を用いた。第8図(イ)は電極間の
中央部を0としてストリップのボトム側のカテナリーを
変位計で測定したものである。曲線すはストリップの自
重によるカテナリー、aは公知の電解槽で水を噴出した
場合の上下の液溜り差にょるカテナリーを示す。図から
明らかなように、この様なテンション条件ではカテナリ
ーが]Own以上にも及び極間の近接化は不可能である
。曲線Cは本発明において液体パッドQ、より08→恰
の流量でメッキ液を噴出させた変位曲線である。この時
のストリップの上部、下部の静止分布を第8図(つ)の
それぞれCT(上部)、cB(下部)に示した。ストリ
ップはW字状に中央センタ−リグされカテナリ−は4咽
以下に抑えられる。更に液シール部Q2とQ3より各々
メッキ液を0.1→恰、0.2靜趨の流量で噴出させる
と静圧はdT(上部)、dB(下部)およびeT+ e
Bに向」二しストリップのカテナリーはQ2−Q、−0
,1→努の時1mm以下(第8図曲線d)、Q2−Q3
=02n?/f+の時05簡以下(第8図曲線e)に抑
えられる。これはQ2.Q3によって電解槽内の静圧が
全体的に増加し、センターリング効果が増加するためで
ある。
第9図に前述した公知例AC’I Cの電解槽構成を示
した。この方式では中央部の流体支持力は液吐出部18
より噴出する動圧力に依存しておりセンターリング効果
が弱い。又ストリップテンションIK%Aの場合最大の
カテナリーは15mにも及び、5洞にするためにはテン
ションを3〜4に〜ニスる必要がある。
本発明は詳細に述べたように、きわめて小さなス) I
Jッグテンション状態でも流体の静圧によってストリッ
プをセンターリングする画期的な電解槽である。特にQ
2.Q3の液シールによる相乗効果が大きく、非接触状
態で静圧力を向上させることはカテナリーの抑制に極め
て有効で画期的な発明である。
第10図はエツジマスクなしの場合の第8図に対応した
測定結果である。曲線aは略同様の結果であるが、C9
d、eに差が認められる。エツジマスクを設置した方が
カテナリーが小さい。しかしエツジマスクなしでもスト
リップのセンターリング作用は充分発揮されている。
以下並行流、対向流に対する本発明の機能および効果に
ついて詳述する。
特公昭50−8020のメッキ液全ストリップに対して
向流的に強制循環させる方法は限界電流密度の増加に効
果がある。しかしながらストリップのスピードが増加す
ると液の粘性の点から電解槽内の流れは乱流状になる恐
れが大きく、陽極で発生するカス除去およびイオン供給
が問題となる3従って多くの流量を力える必要があり限
界電流密度も50〜100 ’Abn−である。次にA
(シ1(づの場合並行流と対向流のバランスに問題があ
る。即ち並行流サイドはイオン供給、ガス除去は良好だ
が拡散層δは相対速度が小さい。又対向流サイドはイオ
ン供給、カス抜きが紐しい。ACICは特公昭50−8
020に比べれば著るしい改良効果はあり限界電流密度
も増加する。しかしストリップのスピード増に依存する
乱流化と向流部のガス除去が難しい課題が残る。
本発明は前述したようにストリップのカテナリーを少な
くして極間の近接化を可能にすると共に、電解液の分流
を液シール機構でコントロールすることにより前記の如
き従来法の流体的難題を解決することができる。
第11図の電解槽内に設けた流速計21によって並行゛
流側の流速Upおよび対向流側の流速URに及ばずスト
リップスピードVの関係を第12図に示した。
第12図P1〜P、は並行流、R1−R4は対向流を示
す。
流速差△UはストリップスピードV=Qの時の液流速U
とVe各/r25.50.75.100m、、%にした
時の液流速Uとの差である。[P、とR,)は流体パッ
ドを用いない動圧制御でメッキ流量08→侮の場合の結
果、又〔R2とR2)、CP、と)t3〕、〔R4とR
4〕は、本発明の流体パッドを用い流体パッド流量Q。
=08→恰で各々液シールの流量が[Q2= Q3= 
o 〕。
〔Q2=Q3−0.1ぜ趨) 、 [Q2=Q3= 0
.2%〕の場合の流速差である。このように本発明では
流体パッドの分流効果、液シールによる流量制御により
並行流、対向流に流速差の少い均一流速が得られる。父
、電極を透明なア・クリル板に変えた流体実験において
、アクリル電極面に流れの方向を見るタクトをとりつけ
観察した所、並行流、対向流共にストリップの長手方向
に前後に分れた均一流線を示すことが確められた。更に
、■に対しQ2とQ3を制御することによって完全な分
配流を得られることも確認した。−例を挙げればストリ
ップスピードがV = 100 m7%の時流体パッド
流M Q、=0、8 n!15)−、液シール流量Q2
= 0.2靜7+、 Q:+= oで得られる。
本発明におけるストリップスピードVに依存しない分配
流の効果は次のように説明出来る。中央部に設けた流体
パッドはその静圧から一種の壁として作用し、ストリッ
プによるメッキ液の持ち込みを遮断する。一方並行流の
ストリップによるメッキ液の持ち出しは、ストリップ出
側の液力−テンで制御され流体パッドを挾む両側の流量
は分配され流速差が小さくなる。均一流速を得るために
場合によっては、流体パッドの位置を電極lのセンター
におかず、中火よ9前後にずらした構造をとることも効
果がある。
以上並行流、対向流に対する本発明の効果を述べた。最
後に第13図に本発明の電解槽を用いて、第12図の〔
P4とR4]の条件で電気亜鉛メッキを行った例を示す
。ストリップスピード100 m、%の時の電流密度と
極間電圧の関係を示す。図中Vdは分解電圧、VSはス
トリップ抵抗による電圧H= 5゜H= 7.5. H
= 10. T、I= 15はそれぞれ極間距離5mm
、7.5祁、10訓、15喘の時の電圧を示す。直線は
計算によって出したもので直線近傍の○印、Δ印1ロ印
、・印が実測値である。従来技術では難しかった電流密
度200A/d−においても殆んど直線にのっておりガ
ス溜りによる電圧の異常アンプは全く観察されずメッキ
やけも発生しなかった。更に静圧流体支持によってカテ
ナリーを少くできるので極間距離が大巾に短縮され、2
00A/dm2−12Vの低電圧操業が可能となった。
以上本発明の電解槽の構成、流体支持、均一流速効果、
メッキに関し詳述した如く、本発明は公知の技術では成
し得なかった高能率の電Mを可能とした画期的な発明で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)は本発明の電解槽の断面構成図を示す。 第1図(O)及び()・)は本発明の電解槽の横断面図
を示す。第2図は液シールノズル13ヲ配置した本発明
の断面構成図である。第3図は第2図のストリップ面か
ら見た平面図でエツジマスク17ヲつけた例。 第4図は流体パッド12のスリット平面図。第5図およ
び第6図は流体パッドの断面基本図。第7図は流体パッ
ドによるストリップの自動センターリング機構を示す図
。第8図は本発明の実施例を示す。(ア)の構成に対す
るストリップのカテナリー(イ)と静圧(つ)を示して
いる。第9図は公知例としてACfCを示す。第10図
は第8図に対応してエツジマスクを使用しなかった場合
の実施例でストリップのカテナリーの図である。第11
図は流体パッド12前後の並行流と対向流の流速を測定
した実施例を示し、第12図はその結果であり、馬、几
、は公知の技術、〔P2〜.、R,、〜4〕は本発明の
結果である。第13図は第12図の〔P4,1t4〕の
条件で電気亜鉛メッキを行った時の電流密度と電圧の関
係を示す実施例で直線が計算値で○、Δ9ロ、O印が測
定結果である。 1・・・陽極、2・・・断面矩形の箱型槽、3・・・ス
トリップ、4・・・受槽、5・・・めっき液取出し口、
6・・・コンダクタ−ロール、7・・・バックアップロ
ール、8・・・ストリップ入口(メッキ液排出)、9・
・・ストリップ出口(メッキ液排出)、10・・・メッ
キ液供給へラダー、11・・・メッキ液流出量制御板、
12・・・流体パッド、13・・・液シールノズル、1
4・・・液シールヘッダー、15・・・邪魔板、16.
 16’・・・スリット、17・・・エツジマスク、1
8・・・液吐出部、19・・・流体パッド底板、加・・
・均一流を与える邪魔板、21・・・流速計。 2     − リ %Oつ つ つ  く (’4    つ へ  つ 手続補正書(自発) 昭和57年賀月 2日 特許庁長官 島 1)春 柚殿 1、事件の表示 昭和57年 特許 願第1883.6
号2、発明の名称 ストリップの水平型流体支持電解槽 3、補正をする者 事件との関係 出願人 住 所(居所)東京都千代田区大手町二丁目6番3号氏
 名(名称)  (665)新日本製鐵株式会社4、代
 理 人 住 所  東京都港区赤坂6丁目4番21号704(ほ
か1名) 5、補正の対象 (1)  明細書第4頁4行の「メツセル設計」ヲ[−
メツキセル設計」と訂正する。 (2)同第6頁3行の「新らしい」ヲ「新しい」と訂正
する。 (3)同第7頁5行の「少くして」を1少なくして」と
訂正する。 (4)  同第11頁2〜3行の「例である。lrr例
、(キ)、(り)はダブルにスリットヲ入れた例である
。」と訂正する。 (5)  同第18頁17行の「得られる。」の次に以
下の文を追加する。 [又Q2とQ3ヲ制御するとともに流体パッドのスリッ
トノズルの角度を調整することによっても完全に近い分
配流が得られる。例えばV−200町′分の場合に、第
2図の下側流体パッド12の並自流側のスリット16の
角度θf:45°とし、他のスリットを90°として、
Q、 = 1.2″惰、Q2−Q3= 0.15 ’4
で得られ、ガス溜り等が生じない。」 (6)同第19頁8行の「とることも効果がある。、」
の次に、「又、前述した如くスリット角θも効果がある
。」を挿入する。 (7)添付図面の第2図を別紙の通り訂正すると共に、
別紙の第4図(キ)、(り)を追加する。  3− 497

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  水平に通過するめっきすべきストリップの上
    下両面に不溶性材料からなる陽極を対向配置した電解槽
    において、ス) IJノブと対向する醒極面の一部に、
    電解液噴射用で且つストリップ面に静圧を発生せしめる
    ためのスリットノズルを有する静圧流体支持パッドを上
    下対称に設けることを特徴とする水平型流体支持電解槽
  2. (2)陽極のス) IJツブ進行方向における中央部に
    静圧流体支持パッドを設けた特許請求の範囲第1項記載
    の水平型流体支持電解槽。
  3. (3)  陽極のストリップ進行方向における両端部に
    電解液の流出量制御機構を設けた特許請求の範囲第1項
    、第2項記載の水平型流体支持電解槽。
  4. (4)電解液の流出量制御機構か電解液噴射手段を有す
    る液体シール装置である特許請求の範囲第3項記載の水
    平型流体支持電解槽。
  5. (5)  ストリップの巾方向端部に相当する位置の近
    傍に電解液のシール機構を設けた特許請求の範囲第1項
    、第2項、第3項記載の水平型流体支持電解槽。
  6. (6)’t%液のシール機構がエツジマスクである特許
    請求の範囲第5項記載の水平型流体支持電解槽。
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