KR910004971B1 - 금속스트립 전기처리 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속스트립 전기처리 장치

제1도는 본 발명을 구체화한 수직형 전기처리조의 수직 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 것과 유사한 T자형 전극을 나타내는 확대 사시도.

제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 것과 유사한 전극 및 이 전극을 설치하기 위한 한가지 수단을 나타내는 단면도.

제4도는 본 발명을 구체화한 수평형 전기처리조를 나타내는 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3, 30 : 탱크 4, 4', 24 : 통로

6 : 수집 탱크 7, 21 : 금속스트립

8, 8', 22, 23 : 전도체로울 9, 9', 31 : 전극

11, 35 : 분무기 12, 23, 34 : 압압로울

17 : 버스 바아 18 : 브라켓

19 : 고정나사 20 : 패킹

25, 26 : 통과 경로 조정로울 27 : 헤더

28 : 립 29 : 편향기

36 : 헹굼 탱크

본 발명은 긴 길이의 금속스트립(strip)을 전기처리(electortreating)하기 위한 장치에 관한 것이다.

금속스트립의 전기처리(예를들어, 도금, 세정, 산세척)에 있어서 가장 널리 사용되고 있는 장치는 소위 통상의 수직 통과법을 이용하는 것인데, 이 방법에서는 금속스트립이 로울러위를 통과하여 탱크로 도입되고 다른 로울이 배치된 탱크의 바닥을 통해 하향 이송되고 이와 같은 바닥 로울의 주위를 지나 수직상방으로 이송되어 이 금속스트립이 도입될 때와 같은 방식으로 로울을 거쳐 탱크로부터 빠져나간다. 이와 같은 종래의 수직형 장치에서 사용되었던 구조에 있어서는 금속스트립과 전극사이에 비교적 큰 간격이 요구되어 높은 전압을 사용하여 전류밀도를 비교적 작게 하여줄 필요가 있었다. 따라서, 이와 같은 장치에 있어서는 매우 값비싼 직류 공급기 혹은 전류량 감소장치가 사용되어야만 하였으며, 결국 이러한 전기처리 공정의 속도 및 생산성에 제한이 가하여질 수밖에 없었다. 또한 상기한 바와 같은 비교적 큰 간격외에, 부여될 수 있는 전류의 최대량도 전해질내의 소량의 난류(turbulence)에 의해 제한되므로, 전기처리가 수행될 수 있는 속도가 억제되었다.

즉, 농도 분극(concentration polarization) (전극 표면 및 금속스트립 표면에 인접한 지역들에서 소망의 전기처리를 달성하는데 필요한 이온들이 고갈됨)이 야기되었다.

종래의 수직형장치에 있어서의 상기 제한점들을 극복하기 위하여, 예를들어 미국특허 제3,471,375호, 제3,616,426호, 제3,718,547호에 기재된 바와 같은 소위 수평형 전기도금조가 개발되었는데, 이 장치에 있어서는 농도 분극의 제한점을 극복할 수 있도록 높은 난류 조건하에서 전해질이 펌핑되도록 되어 있는 관형 도관내에 밀접한 간격을 가지고 배치된 한쌍의 전극 사이로 금속스트립을 수평으로 통과시키도록 되어 있다. 이와 같은 수평형장치는 종래의 수직형 장치에서 발생하였던 고유의 상기 결점들을 극복하였다.

그러나, 이러한 수평형 장치는 통상의 수직 탱크로부터 다소 방사상으로 격리될 필요가 있으며, 또한 이들 수직 탱크를 제거하고 완전히 새로운 장치를 설치함에 있어서는 상당한 재정적인 부담이 가하여지기 때문에, 대부분의 공정에서는 아직도 종래의 수직형 장치를 사용하고 있는 실정이다.

어떤 특징의 전기처리 공정에서는 농도와 온도 범위가 일반적으로 고정되어 있기 때문에, 농도 분극을 극복하기 위한 가장 실제적인 방법은 전해질의 흐름속도, 즉, 난류 상태를 증가시키는 것이다. 수직형 장치에서 그러한 높은 속도를 달성하는 한가지 수단은 미국 특허 제2,317,242호 및 2,673,826호에 도시된 바와 같은 제한된 통로를 통해 전해질을 강제로 통과시키는 것이다. 그러나, 농도 분극에 문제가 상기 미국 특허들에 도시된 것과 유사한 흐름 시스템에 의해 극복될 수 있으나, 그 특허들에 도시된 전극 장착 수단은 높은 전류밀도의 적용을 위해 설계된 공정에서 필요한 전극과 금속스트립 사이의 밀접한 간격을 달성하는데 적절치 못하다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 예컨대 상기 미국특허에 기재된 바와 같은 수직형 장치를 개조하여, 전기처리 공정을 효율을 증가시킬 수 있도록 금속스트립의 표면으로부터 정확하고도 밀접하게 떨어져[예컨대, 약 0.25-1.5인치(약 6-38mm)]배치될 수 있으며 쉽게 제거, 재조절 및 재삽입될 수 있고 따라서 필요로 하는 밀접한 간격의 유지가 가능한 불용성 전극을 사용할 수 있도록 하여주면, 수평형 장치에서와 같은 효율 및 높은 생산율을 상기 미국특허의 것과 다소 유사한 수직형 장치에서도 얻을 수 있다. 이러한 전극의 특징에 의해 그 전극이 수평형 전기도금에도 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 전해질이 통과하는 통로의 벽 외측으로부터 전극을 삽입할 수 있도록 하고, 통로 벽의 외측면과 전해질의 접촉을 방지하는 전해질 수집 시스템을 가지도록 개조된 금속스트립 전기처리 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 의하면, 관형의 전해질 통로와, 금속스트립을 이 통로의 입구로 향하게 하는 수단과, 금속스트립을 상기 통로의 출구로부터 빠져나가게 하는 수단과, 전기처리용 전류를 금속스트립에 공급하여 주는 수단과, 전해질을 상기 통로를 통해 흐르게 하기 위한 수단으로 구성되는 길이가 긴 금속 스트립을 전기 처리하기 위한 징치로서, 전기처리용 전류를 공급하기 위한 상기 수단은 상기 통로의 벽의 외측면으로부터 이 통로 벽의 구멍에 삽입된 전극을 포함하고, 이 전극들 각각은 상기 통로벽의 외측면과 방수 밀봉적으로 결합하는 외측의 플랜지 부분과, 전극의 내측면이 상기 통로벽의 내측면과 동일면에 있고 상기 전극의 내측면에 인접한 전극 표면이 상기 구멍과 방수적으로 결합하도록 상기 구멍에 삽입되는 내측 부분을 가지는 구성의 금속스트립 전기처리 장치가 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 예시되어 있는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서, 전술한 수직형 장치와 유사한 본 발명의 장치는 전해질을 탱크(3)를 거쳐 2개의 전기처리용 관형 통로(4)(4')로 상향 이동시킨 후 넘쳐 흐름 배출구(5)(5')를 통해 수집 탱크(6)로 유입시켜 저장고(도시되지 않음)로 복귀시키도록 되어 있는 도관 시스템(2)을 가진다. 금속스트립(7)은 도입 로울인 제1전도체로울(8)의 주위를 지나 통로(4)의 흐름채널내로 통과하여 이 장치로 들어가며, 상기 통로(4)의 벽은 금속 플래스틱 물질, 혹은 사용되는 전해질과 양립할 수 있는 다른 임의의 물질로 제조될 수 있다. 통로(4)의 양측에는 구멍이 있으며, 이 구멍에는 하나 이상의 T자형 전극(9)이 바람직하게는 대향하는 벽 전극과 엇갈려 있는 형태로 설치된다. 전극들이 이와 같이 엇갈려 배치되는 것은, 전착(electrodeposition) 공정에 있어서 한쪽의 양극이 직접 대향하는 다른 양극에 비하여 더욱 음성을 띠는 것을 방지함으로써 낮은 전위의 양극에서도 전착이 일어나도록 하는데 특히 바람직하다. 그후, 금속스트립은 탱크내의 하부 로울(10)의 주위를 통과하여 방향을 바꾸어 다른 통로(4')로 도입된다. 금속스트립이 통로(4')를 거쳐 상향 이동한 후에는, 이 금속 스트립상의 오염 물질이 분무기(11)에 의해 제거된다. 아아크 발생에 의해 금속스트립이 손상되는 것을 방지하기 위하여서, 이 금속스트립이 배출 로울인 제2 전도체 로울(8')과 접촉하는 지점의 약간 아래에 압압 로울(12)이 배치될 수 있다.

전류를 금속스트립에 전도시키고 또한 금속스트립으로부터 전도시키는데 있어 여러 가지 대안이 이용될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 예를들어, 만약 이 장치가 전해질에 의한 세정 혹은 산세척(pickling)을 위하여서만 이용되는 경우에는, 동일 극성을 금속스트립에 부여하는 전도체 로울들의 극성에 따라서, 하향 통로(혹은, 상향 통로)내의 전극들이 금속스트립에 대해 양성이나 음성중에 어느 하나로 될 수 있다. 또한, 전원과의 연결관계를 변화시킴으로써, 각각의 흐름채널내의 금속스트립의 극성을 변화시킬 수 있다.

전기도금에 있어서는, 전도체 로울과 금속스트립이 전극들에 대해 음극(-극성)으로 된다. 전류 밀도가 높은, 즉, 500암페어/ft²(5382 암페어 ㎡)이상의 전류 밀도를 갖는 전기처리 공정에 있어서는 전도체 로울을 사용하여 금속스트립과 직접적으로 전기접촉 되도록 하는 것이 바람직하지만, 이와 같은 전도체 로울의 사용이 필수적인 것은 아님을 주의 하기 바란다. 금속스트립으로의 전류 이송은 소위 쌍극성 전해(예컨대, 미국특허 제2,165,326호 참조)에 의하여서도 이루어질 수 있는데, 이 경우의 전류 이송은 한 극성의 전극으로부터 전해질을 통하여 금속스트립으로, 그리고 다시 전해질을 통하여 반대 극성의 전극으로 행하여 질 수 있다.

제2도 및 제3도에 본 발명의 장치에 이용되는 T자형의 전극(9, 9')의 바람직한 도시가 상세히 조사되어 있다. 이 전극(9)은, 통로(4)의 벽에 형성된 구멍의 표면(15)과 액체가 새지않게 결합하여 그 구멍에 삽입되는 내측 부분(14)과, 통로벽의 외벽면(4o)에 대해 밀봉되는 외측의 플랜지 부분(16)으로 구성되어 있다. 더욱 효율적인 전류 이송능력을 위해, 예컨대 구리로 만들어진 버스 바아(bus bar) (17)가 전극 몸체에 일체로 주조되어 통로 외측으로부터 전기접속이 이루어질 수 있게 하고 또한 전해질에 의한 오염이 방지될 수 있게 한다. 이와 같은 일체의 주조에 의하면, 버스 바아를 전극에 볼트로 고정시키는 종래의 방식에 비하여 기계적 접촉 및 전기적 접촉 모두가 더욱 향상된다. 통로(4)를 통과하는 전해질의 흐름이 혼란하게 되는 것을 방지하기 위하여, 전극의 내측면(14i)이 내벽면(4i)과 동일면에 있도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 소망의 방수 밀봉을 달성하기 위하여서, 고정 나사(19)와 함께 브라켓(18)이 사용될 수 있다. 상기 고정나사(19)는 플랜지 부분(16)을 직접 외벽면(4o)에 대해 밀어붙이거나, 혹은 플랜지 부분(16)을 벽으로부터 밀봉 및 절연시키기 위한 패킹(20)에 대해 밀어붙이도록 작용한다. 플랜지 부분(16)을 사용함으로써 전기 접촉이 용이하여지고 밀봉성이 향상되는 것 이외에도, 외표면이 넓기 때문에 자연적인 대류(냉각휜을 사용할 수 있고 사용하지 않을 수도 있다)에 의한, 혹은 유체인 열전달 매체를 이용한 전도성 냉각에 의한 전극의 냉각이 증진될 수 있다.

또한, T자형 전극은 ASTM 657-74에 기재된 바와 같이 TFS형 피복 층의 도금을 위해 특별히 고안된 시스템에서와 같이, 실질적으로 수평형의 전기처리조에서도 효율적으로 사용될 수 있다. 이러한 전기처리조는 일반적으로 수평으로부터 크게 벗어날 필요가 없기는 하지만, 본 발명은 경사진 전기처리조에도 적용될 수 있음을 이해하기 바란다. 따라서, 그러한 ＂실질적으로 수평형＂의 전기처리조는 수평으로부터 ±30°만큼 벗어날 수 있다.

이와 같은 장치의 도금구역 및 헹굼 구역이 제4도에 도시되어 있다. 금속스트립(21)은 전도체 로울(22)과 압압 로울(23) 사이를 지난다. 통과 경로 조정로울(25)(26)이 통로(24)의 흐름 채널내외로의 상기 금속스트립의 통과 경로를 적절하게 배향시키는 역할을 한다. 전해질은 헤더(header)(27)에 의해서 통로(24)의 내부로 고속으로 공급된다. 립(lip)(28)을 통과하여 빠져나가는 전해질은 편향기(29)에 부딪히게 되며, 따라서, 이 전해질은 탱크(30)의 바닥쪽을 향하게 된다. 이 탱크(30)는 도관 시스템(도시되지 않았음)에 의해 헤더에 공급되는 전해질의 저장소의 역할을 하는 것이다. 전극(31)들은 제1도에서와 실질적으로 같은 방식으로 통로(24)의 양측에 배치된다. 만약 이 장치가 도금용으로 설계된 경우, 낮은 전위의 양극상에 도금되는 것을 방지하도록 전극(양극)들이 엇갈리게 배치된다. 금속스트립의 이동 방향은 하부로울(32)에 의해 바뀌어지며, 그후, 이 금속스트립은 탱크(30)를 빠져나와 전도체 로울(33)과 압압 로울(23)의 사이를 지난다.

그후, 분무기(35)에 의하여, 혹은 헹굼 탱크(36)내에 유지된 헹굼용액에 금속스트립을 단지 침지시킴에 의하여, 혹은 이들 2가지를 병용하는 방식에 의하여, 도금된 금속스트립의 헹굼작업이 이루어진다. 만약 단지 침지시키는 것만으로 헹굼작업을 하는 경우에는, 이 금속스트립의 양면을 적절히 헹구어줄 수 있도록 일련의 헹굼 탱크들을 연속적으로 사용하는 것이 통상적이다.

본 발명의 잇점이 각종 전해질 흐름형식(예컨데, 전해질을 금속스트립의 이동방향과 역방향으로 흐르게 하는 형식, 또는 금속스트립의 이동방향과 수직으로 흐르게 하는 형식)을 이용하는 수평형 전기처리조에 적용될 수 있을지라도, 제4도에 도시된 바와 같이 전해질을 금속스트립과 같은 방향으로 흐르게 하는 것이, 도금중에 형성된 기체가 적절히 방출될 수 있게 하여줌으로써 용액의 조항을 감소시키며 따라서 이와 같은 도금에 필요한 전력을 감소시킬 수 있다는 점에서 바람직하다. 제4도에 도시된 장치에 있어서 더욱 바람직한 특징은, 통로벽의 내측면으로부터 흐름채널내로 돌출된 형태의 립(28)들을 통로(24)의 배출단부 부근에 형성시킨 것이다. 이들 립(28)은 금속스트립과 접촉하지 않도록[농도 분극의 문제 및 높은전류 밀도의 부여와 관련한 금속스트립과 전극사이의 적절한 간격을 고려하여, 통로(24)의 흐름채널의 폭이 7/8 내지 1.5인치(22-38mm)인 경우, 립의 첨단부들 사이의 간격은 일반적으로 3/8 내지 3/4인치(10-19mm)이며, 바람직하게는 3/8 내지, 1/2인치(10-13mm)이다]구성되어 있으나 이와 같은 사실에도 불구하고 그 립들이 유체역학적 압력의 결과로 금속스트립의 통과 경로의 안정성을 현저하게 증진시키는 것으로 판명되었다. 립들이 도시된 바와 같이 금속스트립의 이동방향을 경사진 때, 상술한 안정성이 훨씬 더 향상된다.

Claims (9)

1. 관형의 전해질 통로와, 금속스트립을 이 통로의 입구로 향하게 하는 수단과, 금속스트립을 상기 통로의 출구로부터 빠져나가게 하는 수단과, 전기처리용 전류를 금속스트립에 공급하기 위한 수단과, 전해질을 상기 통로를 통해 흐르게 하기 위한 수단으로 구성되는, 길이가 긴 금속스트립을 전기 처리하기 위한 장치에 있어서, 전기 처리용 전류를 공급하기 위한 상기 수단은 상기 통로(4, 4', 24)의 벽의 외측면으로부터 이벽의 구멍에 삽입된 전극(9, 9')들을 포함하고, 각각의 전극(9, 9')은 상기 통로(4, 4', 24)의 벽의 외측면과 방수밀봉적으로 결합하는 외측의 플랜지부분(16)과, 전극의 내측면이 상기 통로벽의 내측면과 동일면에 있고 상기 전극의 내측면에 인접한 전극 표면에 상기 구멍과 방수적으로 결합하도록 상기 구멍에 삽입되는 내측 부분(14)을 가지는 것을 특징으로 하는 금속스트립 전기처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 통로의 폭이 22-38mm(7/8-1.5인치)인 금속스트립 전기처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극의 플랜지 부분(16)과 내측부분(14)은 전원에 접속되는 버스 바아(17)의 주위에 일체적으로 주조된 금속스트립 전기처리 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해질을 상기 통로를 통해 흐르게 하기 위한 상기 수단이 전해질 입구와 출구를 포함하고, 상기 통로(24)는 실질적으로 수평하며, 상기 전해질 입구 및 출구는 전해질이 금속스트립(21)과 같은 방향으로 흐르도록 상기 통로의 입구 및 출구에 근접하게 위치되는 금속스트립 전기처리장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 통로(24)는 상기 전해질 출구의 말단부 부근에서 통로벽의 내측면으로부터 금속스트립(21)의 대향면을 향하여 돌출된 상하부 립(lip)(28)들을 가지는 금속스트립 전기처리 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 립(28)들은 금속스트립의 이동방향으로 경사져있으며, 인접한 립 첨담부들 사이의 간격은 10-19mm(3/8-3/4인치)인 금속스트립 전기처리장치.
7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 2개의 관형 전해질통로(4, 4')가 그들의 축이 전해질 탱크(3)위에 수직하도록 지지되어 있으며, 금속스트립(7)을 통로의 입구로 향하게 하고 상기 통로의 출구로부터 빠겨나가게 하는 상기 수단들은 상기 통로들중의 한쪽 통로(4)를 통하여 하방으로 이동하기 전에 금속스트립이 통과하는 도입로울(8)과, 다른쪽 통로(4')의 하부로 도입되기 전에 금속스트립(7)이 통과하는 하부로울(10)과, 상기 다른쪽 통로(4')를 통과한 후에 금속스트립(7)이 통과하는 배출 로울(8')로 구성되고, 전해질을 상기 통로를 통해 흐르게 하기 위한 상기 수단은 상기 통로들의 상부로부터 전해질을 상기 전해질 탱크(3)로 되돌려보내기 위한 수집 탱크(6)을 포함하는 금속스트립 전기처리 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 수집 탱크(6)는, 전해질이 통로벽의 외측벽과 접촉하지 않도록 하면서 이 전해질을 상기 전해질 탱크(3)로 되돌려보내기 위한 도관을 포함하는 금속스트립 전기처리 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 도입 로울(8)과 배출로울(8')은 전원에 연결되는 전도체 로울들인 금속스트립 전기처리 장치.

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