LU86520A1 - Procede d'electrozingage en continu d'une tole d'acier par voie electrolytique - Google Patents

Description

( s L'invention concerne un procédé et une installation d'électrozingage pour obtenir sur une bande d'acier un dépôt de zinc à structure cristalline mono-orientée compacte.

5 L'industrie, notamment l'industrie automobile, fait usage de quantités de plus en plus grandes de tôles d'acier électrozinguées.

Les qualités des tôles électrozinguées dépendent de la morphologie du revêtement de zinc, laquelle dépend elle-même de la composition du bain, des conditions dynamiques du fluide électrolytique, de la densité du courant appliqué et du type de cellule ^ électroltytique utilisé.

C'est de cette morphologie que dépendent principalement les qualités de résistance à la corrosion de ces tôles. Il est particulièrement intéressant de 2Q réaliser des structures cristallines mono-orientées compactes du dépôt de zinc.

Il est connu de procéder à 1'électrozingage d'une bande d'acier au moyen d'un appareillage 25 comprenant essentiellement un tambour rotatif de matière isolante autour duquel est entraînée la bande d'acier à électrozinguer, une série d'anodes disposées périphériquement autour d'une partie du tambour et un flot d'électrolyte (contenant le zinc, sous forme de 2Q sel) créé entre ces anodes et la bande d'acier jouant le

J X

2 rôle de cathode. Dans ce dispositif connu, les anodes sont disposées côte à côte et montées en parallèle.

On a constaté que ce dispositif ne permet pas 5 d'obtenir un dépôt de zinc à structure cristalline monoorientée compacte. Ceci provient du fait que la répartition du courant électrique entre anodes et cathode n'est pas uniforme, et les causes de cette non-conformité sont les suivantes : 10 hétérogénéité des anodes ; résistance électrique de la bande d'acier ; 15 - teneur variable en oxygène du liquide électrolytique, et variations dans la position des anodes.

20 Les anodes sont constituées d'un corps coulé en alliage plomb-argent avec une âme de cuivre. La liaison entre le cuivre et l'alliage n'est pas toujours parfaite, de sorte que la résistance au passage du courant peut différer d'une anode à l'autre.

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La résistance de la bande d'acier varie tout au long de celle-ci de sorte que le courant passant par " la première anode rencontre une résistance plus grande que celui qui passe par la dernière.

? 30

De l'oxygène se dégage en grandes quantités sur les anodes. La concentration en oxygène dans l'électrolyte augmente de l'anode placée le plus bas à l'anode placée le plus haut et il y a donc des 35 conditions différentes de passage du courant d'une 3 anode à l’autre.

La position des anodes est évidemment variable de l'une à l'autre.

5

Quel que soit le débit du flot d'électrolyte et la manière dont celui-ci est produit entre la tôle d'acier constituant la cathode et la série des anodes, il y aura donc inévitablement une variation des 10 conditions de dépôt du zinc sur la bande, d'une anode à l'autre.

Le procédé suivant l'invention, dans lequel on fait défiler une bande d'acier jouant le rôle de 15 cathode en face d'une série d'anodes, tandis qu'on fait circuler entre la cathode et les anodes un courant d'électrolyte chargé de zinc, se caractérise en ce qu'on alimente chaque anode indépendamment des autres et en ce qu'on règle la quantité de courant traversant chaque 20 anode pour obtenir, à partir de chacune d'elles, une même densité du courant d'êlectrolyse.

L'installation d'électrozingage suivant l'invention pour revêtir en continu une bande d'acier 25 d'un dépôt de zinc et qui comprend, comme il est connu, un tambour isolant autour duquel passe la bande servant de cathode, tandis qu'en face de la bande et séparées de celle-ci par un flot continu d'électrolyte contenant du zinc, se trouve une série d'anodes placées les unes à 30 côté des autres et montées à l'extrémité de branches d'un circuit électrique débitant dans chacune d'elles un courant continu, est caractérisée en ce que lesdites branches de circuit contiennent des redresseurs de courant équipés chacun d'un dispositif de réglage 35 indépendant de la tension, permettant d'obtenir que le s 4 courant débité varie d'une branche à l'autre pour correspondre à une densité de courant égale dans chacune des cellules comprenant une anode et une portion correspondante de la bande d'acier qui se déplace devant 5 elle.

Une forme de réalisation préférée de l'installation suivant l'invention est une installation dans laquelle les anodes sont réparties en deux groupes 10 établis de part et d'autre de la circonférence du tambour et entourées par une enveloppe extérieure en sorte de constituer autour du tambour deux canaux symétriques par rapport à un plan vertical passant par l'axe du tambour, ces canaux étant traversés par un 15 électrolyte contenant du zinc, caractérisé en ce que l'alimentation en électrolyte se fait par une extrémité supérieure de l'un des canaux, et l'évacuation de l'électrolyte usé, par l'extrémité supérieure de l'autre, et en ce qu'en dessous du tambour se trouve, 20 entre les deux extrémités inférieures des deux canaux; symétriques, un rotor à aubes entraîné par un moteur.

Les dessins joints au présent mémoire font mieux comprendre l'invention.

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On y voit, en figure 1, représentés schématiquement, les traits essentiels d'une installation connue ; 30 figure 2, dans une disposition analogue à celle de la figure 1, une vue schématique d'une installation suivant l'invention ; 35 - figure 3, une vue analogue à celle de la figure 2, 5 s modifiée suivant un développement de l'invention, dans une forme de réalisation préférée ; figure 4, le détail d'un rotor à aubes et de rampes 5 qui lui sont associées ; figures 5 et 6, en perspective, des formes de rampes, et 10 - figure 7, un autre mode d'alimentation en électrolyte de l'installation.

A la figure 1, on voit en coupe transversale un tambour 1 en matière isolante, tournant 15 librement autour de son axe horizontal. Autour du tambour 1 se trouve la bande d'acier 2 débitée par un rouleau 3 et renvoyée sur un rouleau 4 dans une disposition qui permet de tenir la bande 2 tendue autour du tambour 1. En face du tambour 1, à sa partie 20 inférieure, se trouvent, disposés de part et d'autre et répartis périphériquement de la même façon, deux groupes d'anodes accolées 5 et 6. Ces anodes sont alimentées respectivement par des circuits 7 et 8 de courant continu, dont les sources sont indiquées par 9 et 25 10. Le courant de ces sources passe à la branche 2' de la bande 2 respectivement à sa branche 2", par des systèmes de rouleaux 11 et 12. La partie inférieure du tambour 1 est entourée d'une enveloppe 13 formant autour du tambour 1 une paire de canaux 14 et 15 réunis à leur 30 partie inférieure. Au point de rencontre des deux ca naux 14 et 15 débouche un tuyau 16 d'alimentation du système en électrolyte. L'électrolyte s'écoule suivant les flèches F^, .

35 Comme les électrodes de l'ensemble d'entrée 5 ï 6 et de l'ensemble de sortie 6 sont alimentées en parallèle, on se trouve confronté avec les problèmes évoqués dans l'introduction de description. C'est dire qu'il est impossible d'obtenir partout la même densité g de courant et, par conséquent, qu'il est exclu de réaliser sur la bande d'acier un dépôt de zinc à structure cristalline mono-orientée compacte.

Si, par exemple chaque groupe d'anodes 5, 6, supposé comporter huit anodes, est alimenté par un courant de 10.000 ampères, on pourrait s'attendre à ce que, dans chacune des branches du circuit, aboutissant à une anode quelconque 5',6', circule un courant de 1250 ampères. On trouve cependant que les courants circulant dans les différentes branches présentent, par rapport à la valeur moyenne de 1250 ampères, des écarts en pourcentage indiqués à la deuxième ligne du Tableau I suivant, la première ligne de ce tableau contenant l'énumération des diverses anodes d'entrée iE, 2E, 2q etc..., et des diverses anodes de sortie IS, 2S, etc...

TABLEAU I

Anodes 1E 2E 3E 4E 5E 6E j7E '8E 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 8S

25 ------------------------------

Ecart -6 -10 -10-4 0 +.5 +7 +12 -4 -3 ~3 -4 +4 -2 +4 +8 q/

Il est évidemment impossible de faire varier 2q le débit du fluide électrolytique au droit de chaque anode, pour réaliser ainsi une densité de courant partout la même. C'est donc sur le circuit électrique, suivant l'invention, que l'on devra agir pour obtenir une densité de courant uniforme. Dans l'installation suivant l'invention, et dont le principe est représenté

N

7 sur la figure 2, où l'on a supprimé pour la clarté tout ce qui concerne la circulation de l'électrolyte, on voit qu'au lieu de deux groupes d'anodes accolées 5 et 6, on prévoit dans les passages 14 et 15, une série d'anodes 5 5' et 6' séparées les unes des autres, chacune des anodes 5' et 6' étant montée dans une branche du circuit 17 contenant une source de courant indépendante 18, réglée individuellement pour obtenir dans chaque cellule d'électrolyse la même densité de courant, c'est-à-dire j^q que dans chaque branche 17 du circuit circulera un courant d'une même intensité, de 1250 ampères par exemple. Les diverses anodes 5' et 6' sont séparées l'une de l'autre par une couche de matière isolante 27.

ig II est connu que lorsqu'on réalise des structures cristallines mono-orientées compactes, il existe entre la densité de courant i et le nombre de

Reynolds R^ caractérisant l'écoulement du fluide par rapport à la bande d'acier 2, une relation i = f(Re) et 2q plus précisément une relation de proportionnalité x = KcRe ' dans laquelle K est une constante dépendant de divers facteurs, notamment du type de morphologie à obtenir et de la forme géométrique des cellules, tandis que c désigne la concentration en zinc 25 de l'électrolyte. Le nombre de Reynolds est égal à

V . D

' r R = -i- e i} 30 V étant la vitesse relative du fluide par rapport à la bande 2 ; D est le diamètre hydraulique équivalent du conduit à travers lequel passe le fluide électrolytique,v est la viscosité cinématique de ce fluide.

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On a évidemment :

V = i V

r S *D

5 Q étant le débit du fluide électrolytique et S la section du conduit de passage du fluide. Cette section est égale au produit de la longueur du tambour 1 et de la distance entre une anode quelconque 5', 6' et la 10 bande d'acier 2 ; le signe 1. est à choisir suivant le sens d'écoulement du fluide par rapport au sens du défilement de la bande 2. Ce défilement a lieu à une vitesse indiquée par VD· 15 On a donc en définitive une relation de la forme i = f(Q) qui montre que, toutes choses étant égales par ailleurs, on pourra agir sur la grandeur du débit Q pour obtenir une structure cristalline mono-orientée compacte déterminée.

20 -0 7

Pour que la condition i = Kc(R ) ' soit 3 partout satisfaite, il est indispensable que le sens de l'écoulement du flot d'électrolyte autour de la bande servant de cathode soit partout le même, et que la 25 vitesse relative de ce flot et de la bande 2 soit aussi partout la même. Dans une installation telle que celle de la figure 2 où il y a, de part et d'autre du tambour 1, chaque fois un canal pour l'électrolyte, il faudra donc que l'un de ces canaux, 14, par exemple, soit 3Q alimenté en électrolyte à sa partie supérieure et que l'électrolyte usé s'échappe de l'autre canal 15 par son extrémité supérieure. Cependant, sauf dispositions spéciales, les conditions d'écoulement dans le second canal ne seraient pas égales à celles qui régnent dans 35 le premier. Pour parer à cet inconvénient, on peut 9 réaliser le système suivant la figure 3 (où l'on a omis ce qui concerne les circuits électriques) où l'on voit qu'en dessous du tambour 1, entre les extrémités inférieures des canaux 14, 15, on a installé un rotor 19 à g aubes 22. Ce rotor dont l'axe 20 est entraîné en bout par un moteur 21 à vitesse variable (voir figure 4) comporte des aubes radiales symétriques 22, la distance entre les extrémités des aubes 22 et le pourtour du tambour 1 étant la même que la distance des anodes 5', 10 6' à ce tambour 1. La fonction de ce rotor est d'appor ter à l'électrolyte qui descend suivant l'un des canaux, par exemple 15, une énergie supplémentaire pour faire remonter l'électrolyte dans l'autre canal, soit ici 14, en créant ainsi des conditions d'écoulement symétriques "15 (voir flèches F et F" à la figure 3) par rapport à un plan vertical passant par l'axe du tambour 1. Les extrémités inférieures des canaux 14, 15 sont limitées, du côté opposé à celui du tambour 1, par des surfaces déflectrices ou rampes 23, 24 dont l'arête extrême, 20 telle que 25 sur la figure 4, s'étend parallèlement à l'axe 20 du rotor 19 et sur la même longueur que celui-ci. Cette arête 25 peut être avantageusement ondulée (figure 6). La disposition de ces rampes 23, 24 est encore symétrique par rapport au plan vertical passant 25 par l'axe 20 du rotor 19 et par l'axe du tambour 1, afin que le fonctionnement du dispositif soit le même quel que soit le sens de rotation du tambour 1. Suivant le sens d'inclinaison de la surface limite 23', 24' des rampes 23, 24, on peut augmenter ou diminuer la vitesse 20 d'écoulement du liquide en aval de celles-ci.

Quelle que soit la disposition adoptée, des études expérimentales ont montré qu'il est avantageux, pour avoir un dépôt convenable, de donner à l'électro-2g lyte un sens d'écoulement inverse (voir flèches F et F" 10 à la figure 3) du sens de rotation du tambour 1 (flèche F'), condition qui est réalisée par exemple sur la figure 3. Il s'est avéré également que, contrairement à ce qui a été dit plus haut, il peut être avantageux 5 d'injecter de l'électrolyte dans les canaux à l'aide d'ajutages convergents (26, figure 7) répartis sur la longueur du tambour 1, afin de donner au liquide une vitesse supérieure à la vitesse de déplacement de la bande 2 jouant le rôle de cathode.

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Enfin, l'expérience a montré aussi que l'on peut obtenir des résultats satisfaisants en faisant tourner le rotor 19 dans le sens contraire à celui de l'écoulement du liquide dans les canaux 14, 15.

15

Dans l'un et l'autre cas, le rotor 19 interviendra pour rendre identiques les conditions d'écoulement de l'électrolyte dans les canaux 14 et 15, soit en augmentant la vitesse du courant d'électrolyte 2Q dans le canal ascendant pour la rendre égale à la vitesse d'écoulement du flot d'électrolyte dans le canal descendant, soit en diminuant la vitesse du flot d'électrolyte dans le canal descendant pour la rendre égale à la vitesse d'écoulement du flot d'électrolyte 25 dans le canal ascendant.

Claims (12)

1. Procédé d'électrozingage d'une bande d'acier (2), dans lequel on fait défiler une bande d'acier (2) jouant le rôle de cathode en face d'une série d'anodes (5,6), tandis qu'on fait circuler entre la 5 cathode et les anodes (51, 6') un flot d'électro lyte chargé de zinc, caractérisé en ce qu'on alimente chaque anode (5', 6') indépendamment des autres et en ce qu'on règle la quantité de courant traversant chaque anode (51, 6') pour obtenir, à j^q partir de chacune d'elles, une même densité du courant d'électrolyse en tous points.

2. Installation d'électrozingage pour revêtir en continu une bande d'acier (2) d'un dépôt de zinc, et qui comprend un tambour isolant ( 1 ) autour duquel passe, en l'entraînant, la bande (2) servant de cathode, tandis qu'en face de la bande (2) et séparées de celle-ci par un flot continu d'électrolyte contenant du zinc, se trouve une série 20 d'anodes (5,6), placées les unes (5', 6')à côté des autres (5' et 6') et montées à 1'extrémité de branches d'un circuit électrique (7, 8) débitant dans chacune d'elles un courant continu, caractérisée en ce que lesdites branches de circuit (7,8) 25 sont ramifiées en un nombre de branches (17), égal à celui des anodes (5', 6 *), chaque branche (17) contenant un ensemble individuel (18) comprenant chacun un redresseur de courant et un dispositif de réglage, indépendant, de la tension, permettant 20 d'obtenir que le courant débité varie d'une branche (17) à l'autre pour correspondre à une densité de courant égale dans chacune des cellules comprenant ( 12 > respectivement une anode (5', 6’) et une portion correspondante de la bande d'acier (2) qui se déplace devant elle. 5

3. Installation d'électrozingage pour revêtir en continu une bande d'acier (2) d'un dépôt de zinc, et qui comprend un tambour isolant (1) autour duquel passe, en l'entraînant, la bande (2) servant 10 de cathode, tandis qu'en face de la bande (2) et séparées de celle-ci par un flot continu d'électrolyte contenant du zinc, se trouve une série d'anodes (5,6), placées les unes (5', 6') à côté des autres (5', 6') et montées à l'extrémité de bran- 15 ches d'un circuit électrique (7,8) débitant dans chacune d'elles un courant continu, dans laquelle les anodes (5',6') sont réparties en deux groupes (5,6) établis de part et d'autre de la circonférence du tambour (1) et entourées par une enveloppe 2o extérieure (13) en sorte de constituer autour du tambour (1) deux canaux (14,15) symétriques par rapport à un plan vertical passant par l'axe du tambour (1), ces canaux étant traversés par un électrolyte contenant du zinc, caractérisée en ce 25 que l'alimentation en électrolyte se fait par une extrémité supérieure de l'un (14) des canaux, et l'évacuation de l'électrolyte usé, par l'extrémité supérieure de l'autre, (15), et en ce qu'en dessous du tambour (1) se trouve, entre les deux extrémités 30 inférieures des deux canaux symétriques (14,15) un rotor (19) à aubes (22) entraîné par un moteur (21).

4. Installation suivant la revendication 3, 35 caractérisée en ce que les extrémités inférieures ·* b 13 f des canaux (14,15) sont limitées d'un côté par un tambour (1) et de l'autre côté par des rampes (23,24).

5 Installation suivant la revendication 4, 5 caractérisée en ce que l'arête limite (25) des rampes (23, 24), située du côté le plus voisin du rotor (19) , est ondulée.

6. Installation suivant la revendication 4, 10 caractérisée en ce que les aubes (22) du rotor (19) sont radiales.

7. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les extrémités des aubes 15 (22) se trouvent à même distance du pourtour du tambour (1) que les surfaces des anodes (5', 6') orientées vers le tambour (1).

8. Installation d'électrozingage pour revêtir en 2o continu une bande d'acier (2) d'un dépôt de zinc, et qui comprend un tambour isolant (1) autour duquel passe, en l'entraînant, la bande (2) servant de cathode, tandis qu'en face de la bande (2) et séparées de celle-ci par un flot continu d'électro-25 lyte contenant du zinc, se trouve une série d' anodes (5,6), placées les unes (5', 6') à côté des autres (5', 6') et montées à l'extrémité de bran-* ches d'un circuit électrique (7,8) débitant dans chacune d'elles un courant continu, dans laquelle 30 l©s anodes (5',6') sont réparties en deux groupes (5,6) établis de part et d'autre de la circonférence du tambour (1) et entourées par une enveloppe extérieure (13) en sorte de constituer autour du tambour (1) deux canaux (14,15) symétriques par 35 rapport à un plan vertical passant par l'axe du « t» i 14 tambour (1), ces canaux étant traversés par un électrolyte contenant du zinc, caractérisée en ce que l'alimentation des canaux (14,15) se fait par injection d'électrolyte dans ces canaux au moyen 5 d'ajutages convergents (26).

9. Installation suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8 caractérisée en ce que la bande (2) jouant le rôle de cathode est entraînée dans le même sens que celui de l'écoulement de l'électrolyte le long de la bande (2).

10. Installation suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que la , _ bande (2) jouant le rôle de cathode est entraînée dans le sens opposé à celui de l'écoulement de l'électrolyte le long de la bande (2).

11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 et suivantes, caractérisée en ce 4ι V que le rotor (19) tourne dans le même sens que le tambour (1).

12. Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 et suivantes, caractérisée en ce 25 que le rotor (19) tourne en sens opposé à celui du tambour (1). Dessins :...........planches .„./Ja.......pages dont.......A.......page de garde Ao.........pages de description .........If......pages de revendication .......Λ......abrégé descriptif Luxembourg, le 17 JIIIL, 1986 Le mandataire : Me Alain Rukaviqé