JPS6116433B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続的に走行するストリツプに対して
横型に電極を配置した横型電解槽による電解表面
処理方法に関するものである。

ストリツプの電解においては極間距離が短かく
高電流密度電解が可能な電解槽およびこれを用い
る方法が優れたプロセスである。ここではこのよ
うな優れたプロセスを高能率電解槽（セル）ある
いは高能率電解方法と表現する。

第１図に高能率電解槽の概念図を示す。電流密
度（以下Dkと略す）は電着速度を意味し高Dkほ
ど高能率セルである。又電解電圧は電力コスト及
び整流機コストに直接関係し、低電圧ほど高能率
セルである。直線ｈ＝25、ｈ＝15、ｈ＝８はそれ
ぞれ極間距離が25mm、15mm、８mmの時のDkと電
解電圧の計算値である。今、Dk＝00A/dm²を目
標値とした場合、通常の整流機の電圧容量が20V
であるから、極間８mm程度迄近接する必要があ
る。従つて極間距離の短縮は高能率セルの基本で
ある。更に、後述する如く電解電圧には発生ガス
が関係し効果的なガス除去が可能なセル構成であ
ることも高能率セルの条件である。

高能率電解槽として具備すべき条件は、ストリ
ツプを安定に支持し通板する近接通板技術と、効
率よく発生するガスを除去し且つメツキ液を均一
に効率よく供給出来ることである。最近のストリ
ツプの電解プロセスはラインスピードが100〜200
m/minの高速ラインが主体であり、ストリツプ
と液の粘性により液流れが変化しガス除去不良や
メツキ外観不良、メツキ金属組成バラツキ等の問
題がある。

本発明はこれらの課題を解決した横型電解槽を
用いて行うめつき方法を提供するもので、上記横
型電解槽の中で、ストリツプに対向した電極の一
部もしくは電極の端部に設けたストリツプの巾方
向に延在する流体噴出口より電解液を噴出する電
解表面処理方法の改良に関する。なお、以下の説
明では電解表面処理として代表的な電気めつきを
例にするが、本発明では他の電解処理を包含する
ことは勿論である。

まず、横型の高効率電解槽として公知のものを
以下図面で説明する。

第２図はジエツトセル（JCと略す）と呼ばれ
る特公昭50−8020号公報で開示した技術で、同図
ａの矢印方向に進むストリツプ１の反対方向、即
ちストリツプの電解槽出口に設けた噴出ノズル８
からめつき液を噴出し、カウンターフロー効果に
よつて高電流密度で電解する方法である。ｂ図は
ストリツプ面からみた平面図である。

第３図は「鉄と鋼」1981、67、S334で公開さ
れた高能率セルで、電極中央部の噴出口６よりめ
つき液を噴出する方法で、JCに比べガスの除去
効率が良く流体の動圧によつてストリツプ１を支
持する力を付与したものである。ａ図は側面図、
ｂ図はストリツプ面からみた平面図である。又、
第４図は特開昭56−158891号で公開された片面を
ロール支持してめつき液を動圧状態で噴出する高
能率セルの例で、ａ図は側面図、ｂ図は平面図で
ある。その他特開昭50−57928号、同55−161093
号公報も知られている。

これらの公知のセルは、従来一般に行われてい
た横型もしくは竪型浸漬セルに比べれば格段に優
れた高能率セルであり、連続電気メツキプロセス
を発展させた技術である。しかしながら、それで
も未だ極間距離の短縮に限界があること、その他
改良すべき点が多い。例えば横型通板の場合、ス
トリツプにはカテナリーが生じ水平パスラインよ
りもボトム側に垂れ下る。又、Ｃ反り、耳波等の
ストリツプの形状不良も近接化の障害である。ロ
ール支持を除けばストリツプの近接通板は、特開
昭57−79164号に開示する本発明者らが発明した
流体の静圧を利用した方法が理論的に最も優れて
いる。動圧タイプのものは支持力が小さく、セン
ターリング効果が弱い。

前述の動圧支持による公知の技術において、ス
トリツプ入側、出側よりめつき液は外タンクに流
出する。流出が多いと電極間にめつき液を保持す
ることが問題になり大容量のポンプが必要にな
る。そのため前記の第２図及び第３図のタイプで
はシール板７で流出量を抑制している。しかしな
がら、めつき液の流出をシール板で制御する従来
法では、後で詳述するように電極とストリツプの
近接化に限界があること、又めつき液の流速の制
御及び空気の捲込みなどの点で問題がある。

本発明はこのような横型セルにおけるストリツ
プ入、出側の流出液のシールを機械的な方法に代
えて、電解液自身の液カーテンでシールしながら
電解表面処理を行う方法に特徴を有する。

本発明を実施するための電解槽のいくつかの模
式図を第５図〜第７図に示すが、いずれの例も前
記した第２図、第３図、第４図の形式において、
ストリツプの入側、出側にシール用液カーテンノ
ズル１０，１１を設け、電解液を高速でストリツ
プ面に噴出させながらめつきすることを特徴とし
ている。即ち、第５図はJC型の電解槽のストリ
ツプ入側にのみ液カーテンノズル１１を設けた本
発明例を示す。第６図は先述した第３図に示した
電解槽のストリツプ入側、出側に液カーテンノズ
ル１０，１１を設けた本発明例を示す。さらに第
７図は電極に設けた多数のストリツプノズル８か
ら液を供給すると共に、電極４の両端におけるス
トリツプ入出側の両側に液カーテンノズル１０，
１１を設けた本発明例を示す。

これらの電解槽に設ける液カーテンノズル１
０，１１の先端は電極４面と同一レベルが好まし
く、流速は１m/sec以上の高速を必要とするため
ノズル１０，１１のスリツトギヤツプは５mm以下
が好ましい。更にノズル１０，１１はストリツプ
巾を横切るように配置してあり全巾に渡り均一に
流れるようにヘツダー９より液が供給される。

第８，９図に液カーテンノズル例の詳細を示
す。第８図は側面図を示し、ストリツプ１に対す
るノズル１０，１１の角度θ_１，θ_２は通常の90
゜である。電解ラインの状況によつてはθ_１，θ
_２を変える必要がある。例えば、ストリツプが
200ｍ／分を越える高速で走行する場合、ストリ
ツプ出側液カーテンノズルはθ_１＜90゜に、スト
リツプ入側はθ_２≧90゜にすることもできる。
又、低速の場合においてもポンプの流量削減の意
味でストリツプ出側をθ_１＜90゜にしてもよい。

第９図はストリツプ面からみたノズルの平面図
を示し通常θ_３は90゜である。液シールノズルの
ギヤツプ（第８図、第９図のｔ）は、電解槽内の
電解液の流出制御能力（流速×流量）に関係する
重要な因子で、流出制御能力および目詰りの防止
の関係からｔ＝１〜３mmが好ましい。

以上、本発明の液シール構造を述べた。以下本
発明の液体シールによる効果を従来行われて来た
シール板と対比して説明する。

第１０図は近接化に対する本発明の効果を示
す。第１０図ａに示す従来のシール板法では、ス
トリツプと電極間距離Ｈは実際にはストリツプと
シール板先端の間隙h₂に支配され、Ｈの短縮には
不利である。即ち、ストリツプのカテナリー、Ｃ
反り、耳波等の理由からストリツプとの接触を防
ぐため従来の方法では最小間隙をh₂とするため極
間距離はh₁がプラスされる。

第１０図ｂに示す本発明のシールでは、極間距
離Ｈの間には何ら障害物もなく、h₁＝０である。
従つて近接化に有利である。近接化による本発明
の他の大きな利点は、液カーテンノズル１０，１
１によつて電極部に静圧が発生し、ストリツプの
カテナリーを小さくし、この点からも近接電解を
可能にすることである。

本発明者等は先に特開昭57−79164、同56−
127799、同56−127789号公報等で示したように液
体の静圧力によつてストリツプを支持する電解槽
を開発した。静圧流体によるストリツプの支持力
は下記の(1)式および(2)式によつて表すことが出来
る。

Ｆ＝Ｐ・Ａ ……(1) Ｐ＝αρu²ｔ／ｈ（１＋cosθ） ……(2) Ｆ：支持力（Kg） Ｐ：静圧（Kg/m²） Ａ：面積（m²） α：係数 ρ：流体の密度（ｇ/cm³） ｕ：流速（m/sec） ｈ：ノズルスリツト先端とストリツプ間の距離
（ｍ） ｔ：ノズルスリツトギヤツプ（ｍ） θ：ノズルスリツトの角度（度） 本発明を適用する前の前述した公知の電解方法
ではいずれも動圧でストリツプを支持するが、本
発明では入側、又は入、出側に設けた液カーテン
ノズルによつてストリツプと電極間の電解液は、
ある速度で移動しながらも液カーテンによつて流
出が制御されるため静圧が発生する。静圧パツド
を電極内に設けた場合に比べて静圧は30〜300mm
Aq程度の小さい圧力であるが、対象ストリツプ
が1.6mm以下の薄鋼板であることから充分支持す
ることが出来る。静圧30mmAqの場合前記(1)、(2)
式より電極長1500mm、ストリツプ巾1200mm（Ａ＝
1.8m²）で片面当り54Kgの支持力が発生する。ス
トリツプの自重が約18Kg（0.8×1200×2500mm）
であり自重によるカテナリーを制御する力として
は充分である。

一方従来のシール板による方法では第１０図ａ
における電極４とストリツプ１の極間距離が大き
く、且つシール効果が小さいため発生する静圧は
極めて低くカテナリーを抑止するに到らない。

第１１図及び第１２図はシール板法による従来
法と液体シールによる本発明法を液の流れａ、ガ
ス抜けｂおよび液ぎれによる空気の捲き込みｃに
おいてそれぞれ対比して図示した。

液の流れは、従来法の場合乱れが生ずるのに対
し、本発明法の場合は均一な流れが得られる。
又、ガス抜けについても従来法では液の乱れが発
生し、シール板７によつてガスがトラツプされる
のでガスの除去が難しいのに対し、本発明法の場
合は一定の速度で抜けて行く。

ストリツプと電極間の液ぎれは次のような理由
で発生する。ストリツプに沿つて流れる液の流速
はストリツプのスピードによつて影響され、スト
リツプの入側部では液の流れはストリツプに対し
て対向流となり流速が小さくなる。一方ストリツ
プ出側はストリツプの進行方向と並向となり流速
が大きくなる。従つてストリツプの入側部は液ぎ
れが生じ易い。特に最近のように100m/min以上
の高速ラインにおいては問題である。これに関し
ては詳しく後述する。

本発明の場合第１２図ｃに示すように液切れが
生じ易い部分に常に液が供給されるため、液切れ
は可成りの高速まで防ぐことが出来る。一例を上
げれば電解槽内のめつき液噴き込み量が一定とし
て液カーテン（θ_１＝90゜、ｔ＝1.5mm、流速1.5
m/sec）とシール板を対比すると、液ぎれの限界
ラインスピードは、液カーテンの場合300m/mi
ｎ、シール板の場合120m/minであつた。液カー
テンの角度θ_１、カーテン液流量及び流速調節に
よつて300m/min以上のスピードアツプも可能で
ある。

特に最近自動車々体の防錆対策から合金メツキ
鋼板の要求が強くなり、均一組成、均一美麗なメ
ツキ外観を得るためにはストリツプに沿つて流れ
る液流速の均一化、ガス溜りの回避を行う必要が
ある。以下液流速の液分配効果に対する本発明の
作用を説明する。

第１３図に中央より噴出する型の電解槽の流速
分布を示した。ストリツプがVsで矢印の方向で
走向している場合、電極４とストリツプ１の間の
流速は噴出ノズルの左側（ストリツプと液の流れ
方向が一諸：並向流）と右側（ストリツプと液の
流れ方向が反対：対向流）で異なる。モデル的に
液の流速をVeとして示した。並向流側はストリ
ツプに近い程流速は大きくなり平均流速が大きく
なる。一方対向流側はストリツプに近い程流速は
小さくなり平均流速が小さくなる。又、一般にス
トリツプの上面（トツプ面）と下面（ボトム面）
でも流速が異なる。ボトム面はストリツプの両サ
イドより液の流込みがあり、並向流、対向流共に
トツプ面より流量が多く流速が早い。並向、対
向、トツプ、ボトムに生ずる流速差を出来るだけ
解消することは良い品質のメツキ製品が得られ、
且つガス除去不良による電圧上昇を防ぎガスによ
る“外観むら”を解消する極めて重大な因子であ
る。特に最近の如く高速化、合金メツキを狙う高
能率電解方法においてはめつき液の流速を制御し
なければならない。

第１４図に第１０図ａに示した条件Ｈ＝15mm、
h₁＝５mm、h₂＝10mmとした従来のシール板による
シール方法と、第１０図ｂでＨ＝10mmの液カーテ
ン法による本発明のシール方法について液分配効
果を示した。シール板法は並向流ｇ_p対向流ｆ_pで
示し、液カーテン法は並向流ｇ_s対向流ｆ_sで示
す。トツプ及びボトムを含めた全量を“セキ法”
で測定しそれぞれの平均流速とし、Ｙ軸に分配比
で表した。ストリツプが停止状態では並向対向と
もに等しく分配されているが、ラインスピードの
増加につれて分配比は並向流が大きくなつて来
る。特にｇ_pの下降が目立ちガス除去等の限界線
（図中Ｄ以下）では、ラインスピード120m/min
が限界である。一方液カーテン法のｇ_sはこの場
合ラインスピード200m/min迄可能である。この
理由は、液カーテン法は液の流出を効果的に制御
出来るため、その結果として電解槽内の電解液を
閉じ込めた如き働きをするためである。トツプ及
びボトムの流速差を測定した所液カーテン法は安
定しており分破配がよく行われていた。

第１５図にストリツプのラインスピードによる
槽電圧の関係を図示した。図中ｉ_pは第６図のス
トリツプ入出側のシールをしない場合、ｉ_pは第
３図においてストリツプ入出側にシール板を設け
h₂＝10mm、Ｈ＝13mmとした場合、ｉ_sは本発明の
例で第６図においてＨ＝10mmとして液カーテンで
シールし液カーテンのスリツト内流速1.7m/sec
とした場合であり、電流密度はいずれも150A/d
m²で行つた。ストリツプ停止状態の電極とストリ
ツプ間の流速は１m/secで行つた。第１５図の結
果からガス除去性の限界線Ｄとの交点即ち実用可
能なラインスピードはｉ_p≒100、ｉ_p≒120、ｉ_s
≒200mpmである。

以上、本発明の構成および効果について詳述し
たように本発明は、非接触で且つ電解液自身の液
カーテン効果によつてストリツプと電極間を近接
化でき、さらにめつき液の流れを有効に制御する
ので、高速においても高品質のめつきを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高能率電解槽におけるDkと電圧を示
し、近接、高電流密度電解の必要条件を示す。第
２，３，４図は公知の横型高能率電解方法の模式
図である。第５，６，７図は液カーテンノズルを
配置した本発明を実施するための電解槽の模式
図、第８，９図は液カーテン部の側面図及び平面
図を示す。第１０図は近接化に対する本発明の有
利性をシール板と対比して示した図、第１１図及
び第１２図は液の均一流れ及びガス除去に関係し
てシール板と本発明を対比して示した図である。
第１３図はストリツプのスピードに依存する横型
電解槽の液流速変化とトツプ及びボトムの流速差
を示した図である。第１４図は本発明と従来法の
ラインスピードによる並向流と対向流の液分配に
関する実施例を示す図、第１５図は従来法と本発
明法のラインスピードと槽電圧を示す実施例であ
る。図中の記号と名称を示す。 １……ストリツプ、２……コンダクターロー
ル、３……バツクアツプロール、４……電極（メ
ツキの場合陽極）、５……セル外枠、６……メツ
キ液噴出ノズル、７……シール板、８……ヘツダ
ー、９……ヘツダー（液カーテン用）、１０……
ストリツプ出側液カーテンノズル、１１……スト
リツプ入側液カーテンノズル、１２……バツクア
ツプロール、ｔ……液カーテンノズルのスリツト
ギヤツプ、θ_１，θ_２……スリツトの角度、Ｈ…
…極間距離、Ｖ_s……ストリツプスピード、Ｖ_e…
…平均液流速。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極板が上下に間隔をおいて内部に配置さ
   れ、ストリツプ入、出口が開口する電解槽を用
   い、流体噴出口より、電極間を水平方向に走行す
   るストリツプ面に電解液を噴出する電解処理方法
   において、前記電解槽の電極の端部でストリツプ
   面に向つて電解液を噴出することを特徴とするス
   トリツプの電解表面処理方法。 ２ 電極の長手方向の中央部から電解液を噴出
   し、電解槽のストリツプ入側と出側を電解液でシ
   ールする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 電極の長手方向に設けた複数の流体噴出口か
   ら電解液を噴出し、電解槽のストリツプ入側と出
   側を電解液でシールする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ４ 電極のストリツプ出側端部から電解液を噴出
   し、電解槽のストリツプ入側を電解液でシールす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。