KR20010018167A - 수직형 전기도금조를 구비한 금속 스트립의 전기도금장치 - Google Patents

수직형 전기도금조를 구비한 금속 스트립의 전기도금장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소모성 양극과 불활성 양극의 어느 형태로도 구성할 수 있는 막대 또는 판형 양극과 도금액을 제어하고자 하는 폭으로 분사시킬 수 있는 상자형 분사장치의 조합에 의해 모서리 가리개 등의 부대장치를 사용하지 않고 폭방향으로 균일한 도금 품질을 얻을 수 있는 고전류밀도 수직형 전기 도금조를 구비한 금속 스트립의 전기도금장치에 관한 것으로써, 소모성 양극 또는 불활성 양극과 그 후방의 도금액 분사상자(5)가 설치되어 금속 스트립(1)에 전기도금하는 수직형 전기도금조(20)를 구비한 전기도금장치에서, 다수의 막대 또는 폭이 좁은 판 형상의 양극(4)의 머리부(4a)를 인접 양극의 머리부 사이에 V 자형 홈(16)을 형성하도록 개개 양극의 연결부로 갈수록 폭이 좁게 형성시켜, 분사된 도금액이 양극 머리부 사이의 V자형 홈(16)을 거쳐 양극 전면으로 흘러나와 양극과 금속 스트립(1) 사이에 충진되고 중력에 의해 아랫 방향으로 가속 낙하하도록 양극 후방에 설치된 도금액 분사상자(5)의 상부에 V 자형 도금액 분사출구(15)를 형성시킴으로써, 도금액 분사상자(5)의 분사출구(15)로부터 분사되는 도금액의 분사폭을 변화시켜 양극(4)과 금속 스트립(1) 사이에만 도금액이 충진되도록 상기 전기도금조(20)의 도금액 분사상자(5)로 공급되는 도금액 유량을 조절하기 위한 조절기구(12)를 도금조 외부에 설치하는 구성이다.

Description

수직형 전기도금조를 구비한 금속 스트립의 전기도금장치{ELECTROPLATING APPARATUS OF METAL STRIP WITH VERTICAL TYPE ELECTROPLATING CELL}
본 발명은 금속 스트립(Metal Strip)에 도금하고자 하는 금속을 주조하여 양극으로 사용하거나 도금하고자 하는 금속을 적절한 방법에 의해 별도의 장치를 사용하여 도금액에 용해시켜 공급하고 불활성의 양극을 사용하여 전기도금을 실시하는 수직형 전기도금조를 구비한 전기도금장치에 관한 것으로써, 특히 불활성 양극간의 대전을 방지하거나 모서리 부분의 과도금을 제어하기 위한 모서리 가리개 없이 폭방향으로 균일한 도금량을 갖는 도금판을 단축형 설비로 연속 제조할 수 있는 정비성이 용이한 고전류밀도 수직형 전기도금조를 구비한 전기도금장치에 관한 것이다.
금속 스트립(Metal Strip)에 내식성 또는 장식성을 부여할 목적으로 이루어지는 전기도금은 도금하고자 하는 금속중의 적어도 하나 이상으로 이루어진 주조 양극을 사용하거나 도금하고자 하는 금속 이온을 적절한 방법에 의해 별도로 구성된 외부장치로부터 도금액중에 용해시키고 Pb, Pb-Sn, Pb-Ag 또는 Pt, IrO2등을 도금한 Ti 등을 불활성 양극으로 사용하여 금속스트립에는 (-) 전기를, 양극에는 (+) 전기를 걸어줌으로써 전기화학적인 반응에 의해 (-)로 대전된 금속 스트립 표면에서 도금하고자 하는 금속의 환원이 일어나도록 하는 방법이 주로 사용되고 있다.
이러한 전기 도금을 실시하기 위한 장치로서는 전기도금조 내의 양극과 통전롤의 배치 형태에 따라 수평형(Horizontal), 수직형(Vertical) 및 원통형(Radial) 전기 도금조가 개발되어 사용되고 있다.
이들중 수직형 전기 도금조는 단위 공간당 금속 스트립의 도금 길이를 가장 크게 할 수 있어서 단축형 설비의 구성이 가능하며, 구성 방법이 비교적 간단하여 1930년대부터 여러 가지 형태가 개발되어져 왔다.
먼저, 가장 간단한 형태의 수직형 전기 도금조는 도금하고자 하는 금속을 폭 100∼200㎜의 막대형의 양극으로 주조하거나 티타늄 망(Ti mesh)으로 이루어진 바스켓에 직경 10∼50㎜의 볼, 펠렛 형태로 채운 양극을 사용하여 도금액이 채워진 도금조에 금속 스트립 표면에서 15∼50㎜의 거리에 마주보도록 설치하는 방법으로 Cr, CrOx, Ni, Sn, Zn 등의 도금에 1930년대부터 사용되어 왔다.
이러한 전기 도금조는 구성이 간단하여 설치비가 작게 드는 장점이 있지만 소모되는 양극 금속을 지속적으로 보충하기 위하여 양극을 일정 시간 간격으로 이동시키거나 금속볼 또는 펠렛을 공급해야 하는 단점이 있으며, 금속 스트립에 대한 도금액의 상대 유속이 작아 단위 면적당 전류밀도를 40∼60A/d㎡ 이상으로 높이면 도금 결함이 발생하기 때문에 후도금 또는 고속 조업 설비의 구성이 어렵다.
이를 해결하기 위하여 2가지 방향으로 기술이 개발되어 왔는데, 소모성 양극 조업에 따른 번거로움을 해결하기 위하여 Pb, Pb-Sn 양극 또는 Ti에 Pt, IrO2등을 도금한 불활성 양극을 사용하는 방법과 여러 가지 형태로 설계된 강제 유동 시스템에 의해 금속 스트립에 대한 도금액의 상대 유속을 높임으로써 단위 면적당 전류밀도를 높이더라도 양호한 도금면을 얻을 수 있도록 하는 방법의 개발이다.
종래 기술에 있어서 양극의 형태와 도금액의 상대 유속을 높여 고전류밀도 조업을 가능케 하는 분사시스템의 설계는 밀접한 연관을 이루어 개발되어 왔다.
막대(Bar) 또는 판(Plate) 형태의 소모성 양극 또는 불활성 양극을 사용하는 고전류밀도 수직형 도금조의 구성으로 일본의 스미토모금속-미쓰비시중공업이 개발한 수직형 전기 도금조(미국 특허 4601794호), 및 독일의 M＆S사와 회쉬((Hoesch)사가 공동개발한 수직형 전기도금조(미국 특허 4762602호)가 대표적인데, 이러한 전기 도금조는 각각 소모성 양극 또는 불활성 양극을 이용하여 구성할 수 있으며, 금속 스트립 모서리에서의 전기장 집중에 의한 과도금을 제어하거나 불활성 양극을 사용할 때 양극면 끼리의 대전에 의한 불활성 도금층의 손실을 방지하기 위하여 각각의 전기 도금조에 적합한 모서리 가리개를 스미토모사(JP6324794), M＆S사(US546577)에서 개발하여 설비에 적용하고 있다.
또다른 형태의 수직형 전기 도금조로서는 대표적으로 상자형 양극(Box Anode)에 기초한 독일 라셀슈타인사(Rasselstein Co.)의 수직형 전기 도금조(VHC-Cell;US 4397727) 및 오스트리아 안드리츠사(Andritz Co.)의 수직형 전기 도금조(Gravitel Cell)가 있다.
그런데 스미토모사 및 M＆S사의 상기 특허에 개시된 수직형 전기 도금조는 기본적으로 소모성 및 불활성 양극을 사용하는 전기 도금조에 응용할 수 있으나 금속 스트립에 대한 대향 유속을 형성하기 위한 대향류 분사장치(Counterflow system)가 금속 스트립의 하향 주행 방향과 상향 주행 방향에 대하여 각각 비대칭적으로 구성되어 있으며, 적절한 도금 품질을 확보하기 위하여 모서리 가리개를 필수적으로 구비해야 하므로 구조가 복잡하고 모서리 가리개 등의 운용을 위한 부대 장치가 필수적으로 구성되어야 하므로 설비비가 높고 정비성이 나빠지는 단점이 있다.
그리고, 독일 라셀슈타인사(Rasselstein Co.)의 수직형 전기 도금조(VHC-Cell;US 4397727) 및 안드리츠사(Andritz Co.)의 수직형 전기 도금조(Gravitel Cell)는 금속 스트립에 대한 대향류를 형성시키기 위한 분사시스템이 금속 스트립의 하향 주행 방향과 상향 주행 방향에 대하여 대칭적이며, 기본적으로 소모성의 바스켓 양극 또는 불활성 양극 시스템에만 응용가능하며, 각각 독자적인 형태로 설계된 FRP 상자를 통하여 도금액을 분사하여 금속 스트립와 양극면 사이에만 도금액이 충진되도록 제어되기 때문에 모서리 가리개 등의 부대장치의 사용 없이도 모서리 과도금을 방지하고 양극 끼리의 대전에 의한 불활성 도금층의 손실을 억제할 수 있다는 장점이 있으나, 이러한 형태의 수직형 전기 도금조는 기본적으로 불활성 양극 시스템에만 응용가능하기 때문에 도금 이온을 외부로 공급하기 위한 별도의 장치가 필수적으로 구성되어야 하며, 양극에서 도금액중 음이온의 환원에 의해 생성되는 가스는 유독성인 Cl계 도금액에는 적용할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 소모성 양극과 불활성 양극의 어느 형태로도 구성할 수 있는 막대 또는 판형 양극과 도금액을 제어하고자 하는 폭으로 분사시킬 수 있는 상자형 분사장치의 조합에 의해 모서리 가리개 등의 부대장치를 사용하지 않고 폭방향으로 균일한 도금 품질을 얻을 수 있는 고전류밀도 수직형 전기 도금조를 구비한 금속 스트립의 전기도금장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 수직형 전기 도금조를 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1 도시 장치의 전기 도금조 부분의 상세 도면,
도 3은 도 2 도시 장치의 A-A'선에서 본 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1:금속 스트립 2:통전롤 3:양극 통전막대 4:양극
5:도금액분사상자 8:침적롤 10:도금액순환조
12:유량조절기구 15:도금액 분사출구 16:V자형 홈부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 소모성 양극 또는 불활성 양극과 그 후방의 도금액 분사상자(5)가 설치되어 금속 스트립(1)에 전기도금하는 수직형 전기도금조(20)를 구비한 전기도금장치로서, 다수의 막대 또는 폭이 좁은 판 형상의 양극(4)의 머리부(4a)를 인접 양극의 머리부 사이에 V 자형 홈(16)을 형성하도록 개개 양극의 연결부로 갈수록 폭이 좁게 형성시켜, 분사된 도금액이 양극 머리부 사이의 V자형 홈(16)을 거쳐 양극 전면으로 흘러나와 양극과 금속 스트립(1) 사이에 충진되고 중력에 의해 아랫 방향으로 가속 낙하하도록 양극 후방에 설치된 도금액 분사상자(5)의 상부에 V 자형 도금액 분사출구(15)를 형성시키는 것을 특징으로 하는 금속 스트립의 전기도금장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 도금액 분사상자(5)의 분사출구(15)로부터 분사되는 도금액의 분사폭을 변화시켜 양극(4)과 금속 스트립(1) 사이에만 도금액이 충진되도록 상기 전기도금조(20)의 도금액 분사상자(5)로 공급되는 도금액 유량을 조절하기 위하여 조절기구(12)가 전기도금조(20) 외부에 구비된다.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 금속 스트립 전기도금장치를 구성하는 수직형 전기 도금조(20)가 개략적으로 도시되고 있는데, 도금액(7)이 수용된 도금조(20) 내부에 전기적으로 중성이며 도금액과 직접 접촉하는 고무 피복롤로 이루어진 침적롤(8)이 설치되고, 그 상부에 상하 방향으로 연장하는 양극(4)이 (+) 전기가 통하도록 다수개 설치되어 하부에서 지지대(6)에 의해 각각 지지되고 상부에서는 양극 통전막대(3)에 결합되어 있으며, 금속 스트립(1)과 접촉하는 통전롤(2)에는 (-) 전기가 공급되고, 양극(4) 후방에는 각각 내부에 도금액이 수용된 박스 형상의 도금액 분사상자(5)가 다수개 설치되며, 전기 도금조(20) 상부에는 (-) 전기가 공급되는 통전롤(2)이 설치되어 누름롤(hold down roll)(9)에 의해 금속 스트립(1) 표면의 도금액을 제거하고 떨림을 안정화시키도록 되어 있다.
한편, 도 1 도시와 같이, 전기 도금조(20) 하부에는 도금액 순환조(10)로부터 펌프(11) 작동에 의해 공급배관(13)을 통해 도금액이 분사상자(5)로 공급되는데, 전기 도금조(20)에서는 분사상자(5)를 통해 분사되어 금속 스트립(1)에 도금을 실시하고 낙하되는 도금액은 다시 하부의 배출구를 통해 회수배관(14)을 거쳐 도금액 순환조(10)로 회수되도록 구성되며, 펌프(11)는 조절밸브 또는 가변유량제어기와 같은 도금액 유량 조절기구(12)의 신호에 의해 도금액의 유량을 제어하도록 작동된다.
본 발명에서는 도 2 도시와 같이, 전기 도금조(20)의 내측 상부에 수평으로 현가설치된 양극 통전막대(anode bus bar)(3)를 통해 상하 방향으로 연장하게 설치된 양극(anode)(4)의 머리부(4a)를 양극 통전막대(3)에 근접할수록 폭이 좁은 형상으로 구성하여 양극(4) 후면의 도금액 분사상자(5)로부터 분사된 도금액이 양극(4) 사이의 V 자형 홈(16)을 통해 양극 전면으로 분사되도록 한다.
또한, 본 발명에서는 각각의 양극(4) 후방에 설치된 도금액 분사상자(5)에 도 3 도시와 같이 상단부측에 도금액 분사 유량의 증감에 비례하여 분사폭이 제어되도록 V자 형상의 도금액 분사출구(15)를 형성시키고 있는데, 이는 도금액 분사상자(5)에 공급되는 도금액 유량이 증가할수록 분사출구에서의 도금액면의 높이가 같이 높아져 도금액의 분사폭을 증가시키기 위함이다.
이와 같은 구조로 도금액 분사상자(5)를 구성하고 양극(4)을 배치하며 금속 스트립(1)의 폭에 대응하여 도금액 분사상자(5)에 공급되는 도금액의 유량을 증가시킴으로써 양극(4)과 금속 스트립(1) 사이에만 도금액이 균일 충진되도록 하며, 도금액 분사상자(5)의 분사출구(15)를 통하여 분사된 도금액(Electrolyte)(7)은 금속 스트립(1)과 양극(4) 사이에만 충진된후 중력 효과에 의해 아랫 방향으로 가속되어 금속 스트립(1)에 대한 평균 상대 유속이 1∼3m/sec를 유지하도록 공급 유량과 양극-금속 스트립 사이의 거리를 적절하게 조절한다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 금속 스트립의 전기도금장치의 작용을 설명한다.
본 발명에서는 전기 도금조(20) 외부에 설치된 조절밸브 또는 가변유량 제어기와 같은 도금액 유량 조절기구(12)에 의해 펌프(11) 작동을 제어하여 도금액 순환조(10)의 도금액을 전기도금조(20)의 도금액 분사상자(5) 하부로 공급하면 도금액은 상부의 V 자 홈 형상의 도금액 분사출구(15)를 통해 도금액의 분사폭을 변화시키면서 분사되어 양극(4)의 머리부(4a) 사이의 V 자 형상의 홈(16)을 거쳐 양극(4) 전면으로 흘러나와 양극(4)과 금속 스트립(1) 사이에 충진되고 중력 효과에 의해 아랫 방향으로 가속 낙하하여 도금조(20) 하부에 모여진후 다시 회수배관(14)을 통해 도금액 순환조(10)로 회귀한다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면 막대 형상의 소모성 양극 또는 판 형상의 불활성 양극을 사용하여 금속 스트립에 전기도금하는 설비에 있어서, 간단한 형태의 도금액 분사상자와 양극 형상의 조합에 의해 금속 스트립에 대한 도금액의 상대 유속을 높게 유지시킴으로써 단위 길이당 도금량을 높일 수 있고 모서리 과도금 방지 장치와 같은 별도의 부대 설비 없이도 금속 스트립의 모서리부에서 발생될 수 있는 과도금 결함 등을 방지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 소모성 양극 또는 불활성 양극과 그 후방의 도금액 분사상자(5)가 설치되어 금속 스트립(1)에 전기도금하는 수직형 전기도금조(20)를 구비한 전기도금장치로서,
    전기 도금조(20)에서, 다수의 막대 또는 폭이 좁은 판 형상의 양극(4)의 머리부(4a)를 인접 양극의 머리부 사이에 V 자형 홈(16)을 형성하도록 개개 양극의 연결부로 갈수록 폭이 좁게 형성시켜, 분사된 도금액이 양극 머리부 사이의 V자형 홈(16)을 거쳐 양극 전면으로 흘러나와 양극과 금속 스트립(1) 사이에 충진되고 중력에 의해 아랫 방향으로 가속 낙하하도록 양극 후방에 설치된 도금액 분사상자(5)의 상부에 V 자형 도금액 분사출구(15)를 형성시키는 것을 특징으로 하는 금속 스트립의 전기도금장치.
  2. 제1항에 있어서, 도금액 분사상자(5)의 분사출구(15)로부터 분사되는 도금액의 분사폭을 변화시켜 양극(4)과 금속 스트립(1) 사이에만 도금액이 충진되도록 상기 전기도금조(20)의 도금액 분사상자(5)로 공급되는 도금액 유량을 조절하기 위한 조절기구(12)가 구비되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립의 전기도금장치.
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