ELECTROPLAQUEADO DE CINTA MET LICA MEJORADO
La invención se refiere a un proceso para electroestañado de cinta metálica a alta velocidad en donde la cinta se anodiza al disolver de manera anódica los ánodos de estaño de frente a la cinta en una solución de electroplaqueado . Tal proceso se conoce a partir de la práctica y se describe en detalle, por ejemplo, en el manual "The Making, Shaping and Treating of Steel", lOth ed., pp . 1146-1153, en donde una descripción de un proceso de estañoplaqueado comercial, típico llamado PERROSTAN se da, tal descripción se considera incorporada en la presente para referencia. Como se sabe, ver también Fig. 36-5 de dicho Manila, en dicho proceso conocido, las barras de ánodo se reemplazan y las posiciones de la barra de ánodo se ajustan de manera regular, lo que es labor intensiva debido al peso de las barras de ánodo de típicamente 50 kg, potencialmente peligrosos en vista de humos, ácidos fuertes y altas corrientes eléctricas y deteriora el espesor del revestimiento de estaño uniforme sobre el ancho de la cinta.
Cuando las barras de ánodo se gastan a un espesor mínimo acordado, se remueven de la sección de plaqueado y reciclan en un proceso de refusión para nuevos ánodos de fundición. Ya que la colocación óptima de los ánodos es importante para plaqueado estable y uniforme, las posiciones del ánodo pueden ajustarse de manera recular . Es un objetivo minimizar el trabajo relativamente no saludable, pesado e incómodo en partes de y arriba o cerca de las unidades de plaqueado utilizadas en procesos de estañoplaqueado electrolíticos- Además, es un objeto proporcionar un proceso de electroacoplamiento altamente estable que puede controlarse de manera adecuada, minimizando las perturbaciones causadas por el suministro, (carecen de) ajusta y retiro de partes de ánodo . Al menos algunos de estos y otros objetivos y ventajas adicionales se logran en un proceso de acuerdo con los aspectos de la invención según las reivindicaciones 1 y seq. El término "dando la cinta" en esta conexión se propone indicar que al menos una parte del estaño anódico "es visible" de al menos parte de la cinta. En un proceso de acuerdo con la invención el problema de tener que ajustar las posiciones del ánodo para minimizar los bordes de estaño cuando los bordes de la trayectoria de la cinta y/o ancho de la cinta pueden evitarse. Los ajustes pueden, psr ejemplo, hacerse de manera adecuada por ocultamiento. controlado de parte del ánodo. En este contexto el ocultamiento se mantiene para posicionamiento promedio de un objeto entre ánodo y cátodo para impedir el plaqueado "en la sombra del objeto" si el ánodo se ve como una fuente de luz. En vista del hecho de que la substancia de ánodo, viz, estaño se suministra en forma de pastilla, barras de estaño como se describen arriba no se utilizan más y por lo tanto no se necesitan para ajustarías más. La necesidad de suministrar barras de ánodo pesado se elimina. En su lugar, substancia de ánodo se suministra en la forma de pastillas de ánodo fácilmente manejadas. La invención también evita el retiro de material de ánodo gastado ya que las pastillas pueden consumirse de manera completa. Se remarca que para el propósito de esta solicitud el término pastillas debe significar redondas, ovoides, briquetas, granulos y lo similar . En una modalidad preferida parte del ánodo se oculta de acuerdo a la reivindicación 2. Preferentemente el medio de ocultamiento tiene las características de la reivindicación 3. De manera sorprendente al ocultar simplemente, por ejemplo, porciones de borde del ánodo al utilizar un dispositivo mecánico que actúa como un registro regulable o blindaje se vuelve posible controlar fácil y óptimamente el estañoplaqueado en las porciones de borde de la cinta. En una modalidad las pastillas se contactan de manera eléctrica a través de un colector dé corriente hecho de un material con una baja resistencia eléctrica permitiendo buen contacto eléctrico con las pastillas de estaño y siendo electroquímicamente inerte en el electrolito. Los materiales adecuados para el colector de corriente incluyen Ti y Zr. En un aspecto un sistema de suministro automático se proporciona para agregar pastillas de estaño al cesto de ánodo. La invención se producirá ahora utilizando los ejemplos en la forma de una descripción de los aspectos del proceso convencional como un ejemplo comparativo y aspectos de la invención. En los dibujos La Fig. 1 muestra una sección transversal de una celda de estañado convencional y varios elementos utilizados en tal celda; La Fig. 2 muestra un ejemplo de un disparo protector del aparato de control del proceso desplegando espesores de revestimiento en posiciones diferentes sobre el ancho de la cinta en una línea de estañado convencional; La Fig. 3 muestra una vista superior de una parte formadora del puente de ánodo de una celda de estañado convencional; La Fig. 4 indica de manera esquemática el movimiento de las barras de ánodo a lo largo del puente de ánodo en un proceso de estañado convencional ; La Fig. 5 indica de manear esquemática el retiro o adición de barras de ánodo en un proceso de estañado convencional; La Fig. ß indica de manera esquemática colocación y apariencia de un cesto de ánodo para utilizarse en el proceso de acuerdo con la invención; La Fig. 7 indica de manera esquemática una cesta de ánodo para utilizarse en el proceso de acuerdo con la invención en más detalle; La Fig. 8 es una gráfica que indica i/ipro como una función de D ES; La Fig. 9 indica de manera esquemática un registro colocado como una máscara enfrente de una cesta de ánodo para utilizarse en un proceso de acuerdo con la invención.
EJEMPLO COMPARATIVO: SISTEMA DE ÁNODO PROTECTOR Un sistema de ánodo adecuado, típico se ilustra en la Fig. 1. En la Fig. 1, se suministra estaño por el ánodo de estaño 1 que tiene un espacio de ánodo 2 y una muesca de ánodo 3. Cada uno de una serie de ánodos de estaño 1 se soporta por un puente de ánodo 4 en una porción superior cerca de su muesca de ánodo 3 y una porción inferior en caja de ánodo 5. La placa aislada 6 separa dos secciones de estañado en una celda de plaqueado. La energía eléctrica se suministra a la cinta a través del rodillo conductor 7. Cerca de la parte inferior de la celda de plaqueado la cinta se guía por el rodillo de penetración 8. también el rodillo de conservación hacia abajo 9 se muestra. El puente de ánodo 4 comprende un espacio de estacionamiento aislado 10 para un ánodo de estaño fresco 1. Los ánodos de estaño 1 se conectan al puente de ánodo 1 a través de la cinta de contacto 14. Tres procedimientos diferentes pueden di-s-tinguirse durante la operación del sistema de ánodo soluble. Procedimiento 1 - Espaciamiento del ánodo
Durante el estañoplaqueado los ánodos tienen que colocarse de manera apropiada para obtener un espesor de revestimiento de estaño uniforme sobre el ancho de la cinta. En la Fig. 2, se da un ejemplo de valores del espesor de revestimiento de estaño sobre el ancho de la cinta en una situación en la cual los ánodos no se colocan de manera apropiada. Para prevenir la situación descrita arriba, los ánodos tienen que colocarse como se observa en la Fig. 3, que da una vista superior del puente de ánodo. Dependiendo del ancho de la cinta 11, el espesor del revestimiento de estaño y velocidad de línea, las posiciones de ánodo óptimas se dan por parámetros A-G. En un ejemplo específico los parámetros óptimos se dan para una velocidad de línea de 400 min"1, un ancho de cinta de 732 mm y un espesor de revestimiento de estaño de 2.8 g m 2 en cada lado de la cinta. -A =.95 mm (a altura del puente de ánodo) y 85 mm ' (a altura de caja de ánodo) - -B = 60 mm (a altura del puente de ánodo) y 50 mm (a altura de caja de ánodo) -C = 13 mm -D = 14 mm (ánodos posicionados a equidistancia) -E = 76 mm(ancho de ánodo fijo); 8 ánodos en total _ -F = 50 mm -G = 15 mm utilizando estos establecimientos un espesor de revestimiento de estaño sobre el ancho de cinta puede realizarse. El parámetro C es de importancia especial ya que esta posición resulta en el fenómeno bien conocido "borde de estaño" también conocido como efecto de "hueso de perro". Además, el ánodo está más próximo a la cinta en la parte inferior para compensar las pérdidas ohmicas en el ánodo y cinta, que podría de otra manera causar diferencias indeseadas en densidad de corriente sobre la altura de la cinta. Por lo tanto el parámetro A y B son más pequeños en la parte inferior del ánodo que en la parte superior. En un sistema de ánodo soluble, el espaciamiento de ánodo es una operación regularmente recurrente después del reemplazo de ánodos gastados (ver procedimiento 2), después un cambio de ancho de cinta, y después un cambio para diferenciar el revestimiento (ver procedimiento 3) . Ánodos se separan manualmente por colocación de un gancho aislado en el espacio de ánodo. Al menos tres desventajas importantes del sistema de ánodo soluble pueden identificarse en conexión con el espaciamiento de ánodo. Una primer desventaja es la ocurrencia de variaciones de espesores de revestimiento de estaño sobre el ancho de cinta, por ejemplo, en la forma de bordes de estaño; los ánodos exteriores pueden colocarse muy próximos al borde de la cinta (parámetro C) , o los ánodos pueden ser no equidistantes (parámetro D) , o no consumirse de manera uniforme sobre la longitud de la cinta causada por posicionamiento de ánodo inapropiado. Una segunda desventaja es la intensidad de labor de ajuste, y una tercer desventaja es que el ajuste es peligroso en vista de exposición a electrolito, humos y la presencia de partes de instalación eléctricamente cargadas. Procedimiento 2 - Reemplazo de ánodos gastados El espesor de los ánodos utilizados se verifica regularmente con un calibre de espesor. Cuando el espesor del ánodo en la instalación de ánodo óptima previamente descrita (ver procedimiento 1) se vuelve menor a 15 mm, el ánodo se separa del puente de ánodo y se coloca más próximo al espacio de estacionamiento aislado, ver Fig. 4 donde las flechas indican como los ánodos se "mueven" a lo largo del puente de ánodo. Por el otro lado un nuevo ánodo se coloca en el espacio de estacionamiento aislado y se transfiere al puente de ánodo. Después de cada reemplazo, los ánodos necesitan reposicionarse de nuevo (ver procedimiento 1. En la Fig. 4, un ánodo de estaño fresco se designa con N y uno utilizado con W. Durante el estañoplaqueado los ánodos se disuelven, lo que resulta en un ánodo de cambio a la distancia de la cinta. Esto causa una distribución de espesor de revestimiento de estaño - li no homogéneo sobre el ancho de cinta. En la práctica esto se compensa al colocar el puente de ánodo y la cinta a un ángulo pequeño (ver procedimiento 1, parámetros A y B) . Las desventajas del sistema de ánodo soluble debido a reemplazo de ánodo se relacionan principalmente con el espaciamiento de ánodo (ver procedimiento 1) . Una desventaja adicional es que los ánodos no se colocan de manera constante de acuerdo a la instalación de ánodo óptimo durante el reemplazo de ánodo. Esto causa variaciones en el espesor de revestimiento de estaño sobre el ancho de cinta. Procedimiento 3 - Cambio a otro ancho de cinta o a revestimiento diferencial Dé-spués de cambiar el ancho de cinta, el parámetro C en la Fig. 3 ya no tiene más el valor óptimo. Además, después de cambiar a revestimiento diferencial, es decir, ' un peso de revestimiento inferior en un lado de la cinta, la formación del borde de estaño se vuelve más severa en el lado de bajo peso de revestimiento. En la práctica ambas situaciones se compensan al remover (o agregar) y/o reposicionar los ánodos en el puente de ánodo. En esta conexión se hace referencia a la Fig. 5 indicando remover o agregar ánodos después de cambiar a otro ancho de cinta o a revestimientos diferenciales. Si el ancho de cinta cambia, por ejemplo, de 732 mmm a 580 mm en la instalación de ánodo óptima previamente descrita (ver procedimiento 1), dos ánodos deben separarse del puente de ánodo (ver Fi-g. 5) . Después del retiro de los ánodos, los ánodos restantes necesitan recolocarse de nuevo (ver procedimiento 1) . Si un revestimiento diferencial se aplica de 2.8/5.6 g m~2 en la instalación de ánodo óptima previamente descrita (ver procedimiento 1) un ánodo tiene que agregarse en el puente de ánodo enfrente del lado de alto peso de revestimiento de la cinta. Después 'de agregar, los ánodos necesitan reposicionarse de nuevo (ver procedimiento 1) . En diferencias de peso de revestimiento más extremas, los ánodos más .hacia "fuera también tienen que cambiarse más hacia adentro (parámetro C en la Fig. 3) con respecto al borde de cinta. DESVENTAJAS DE LA TÉCNICA ANTERIOR Y VENTAJAS DE LA
INVENCIÓN Las desventajas del sistema de ánodo soluble debido al cambio a otro ancho de cinta o a revestimiento diferencial se relacionan principalmente con espaciamiento de ánodo (ver procedimiento 1) . Una desventaja adicional es que los ánodos no se posicionan de acuerdo a la instalación de ánodo óptima (ver procedimiento 1) durante el retiro o adición de ánodos. Esto causa variaciones en el espesor de revestimiento de estaño sobre el ancho de cinta. Para superar las desventajas de ánodos solubles (SA) mencionados en el ejemplo comparativo, los ánodos estables de dimensión (DSA) se utilizan algunas veces. Este sistema es de labor menos intensiva y resulta en menos variaciones de espesor de revestimiento de estaño sobre el ancho de cinta. La desventaja principal de DSA es 'que un reactor de disolución externo se requiere para rellenar estaño al electrolito. De acuerdo a la invención las ventajas de un sistema de SA y DSA se combinan ahora en un sistema, ' lo que es totalmente nuevo para electroestañado de cinta a alta velocidad, el nuevo sistema de aquí en adelante se refiere como un sistema DAS (ánodo soluble estable de dimensión) . De acuerdo al método de la invención revestimientos de estaño más uniformes pueden aplicarse, aún cuando es de labor menos intensiva, incluyen menos peligros y es inferior en costos. La reserva de estaño puede ser inferior y en comparación' con el sistema DSA no se necesita un reactor de disolución separado. - También es necesario menos personal para el manejo del ánodo. También, al utilizar el estaño de ánodo en la forma de" pastillas mantenidas en una cesta de ánodo de acuerdo a la invención, el voltaje de la celda puede disminuirse. Probablemente esto se debe al incremento de superficie anódica. Estará claro que esto también abre las vías a velocidades de producción incrementadas y de esta manera producción potencialmente más alta para la línea de producción de electroestañado en cuestión. Lá- invención se describirá ahora en más detalle al describir un ejemplo de acuerdo a la invención . EJEMPLO DE ACUERDO A LA INVENCIÓN En el ejemplo de acuerdo a la invención las partes de instalación de plaqueado y los fluidos del proceso y parámetros son convencionales excepto cuando se mencionan. De acuerdo a un aspecto de la invención en lugar de barras de estaño individuales, haciendo referencia a las Figs. 1 y 6, las cestas de ánodo 12 se montan en la barra del ánodo 4 a través de la cinta de contacto 14. Las cintas de contacto 14, hechas de cobre en los experimentos de acuerdo a este ejemplo, pueden revestirse en su superficie contactando la cesta de ánodo 12 con un metal nombre como Au o Pt . En la modalidad de la invención, las cintas de contacto 14 se revisten con Pt, que funcionaron bien. Las cestas de ánodo 12 en la Fig. 6 se llenan con pastillas de estaño (2-20 mm preferentemente entre 5-9 mm en diámetro) . Para rellenar la substancia anódica, las pastillas de estaño se suministran de manera regular, que pueden hacerse mientras la línea de plaqueado es completamente operacional. Las cestas de ánodo 12, en los experimentos de acuerdo con este ejemplo hechas de titanio, se diseñan y colocan en una manera que el ánodo está próximo a la cinta en la parte inferior para compensar las pérdidas óhmicas en el ánodo y cinta, que de otra manera causaría diferencias indeseadas en densidad de corriente sobre la altura de la cinta. Para parte de la producción de acuerdo a este ejemplo, la cinta de ánodo se cubre con una bolsa de ánodo para prevenir pequeñas rebabas de estaño entrando al electrolito. Bajo condiciones de operación normales las bolsas de ánodo pueden necesitar reemplazo 1-2 veces en un año. Por el otro lado, resulta que para la otra parte de la producción de acuerdo a este ejemplo no se utiliza ninguna bolsa de ánodo, esto no posee un problema de rebabas de. estaño pequeñas entrando al electrolito. Al proporcionar el sistema DAS con una máscara de borde 13, ver Fig. 7, aún la formación de estaño (efecto de hueso de perro) puede reducirse. La construcción de estas máscaras de borde y el sistema para moverlas se diseñan de tal manera que pueden operarse de una distancia segura de la línea de plaqueado excluyendo labor intensiva y trabajo posiblemente peligroso. En una geometría de cátodo/anódo donde el ancho de cinta es 1020 mm y el ancho de ánodo exactamente cubre la cinta en también 1020 mm, cuando el ancho de cinta se cambia de manera subsiguiente de 1020 a 940 mm, una densidad de corriente normalizada es definida como ipror en donde i es para la densidad de corriente local e ipro para la densidad de corriente promedio (por ejemplo, en A/m2), y por lo tanto la cantidad de formación de estaño en el borde de la cinta alcanza un nivel inaceptable, ver curva superior en la Fig. 8. En la Fig. 8, el eje horizontal muestra D ES representando la distancia en mm del borde de la cinta, la curva inferior muestra la relación i/ipro versus D ES para una cinta y ancho de ánodo de 1020 mnt,~ y la curva superior muestra i/ipro después de que el ancho de cinta ha cambiado a 940 dejando la configuración de ánodo configurada para un ancho de cinta de 1020 mm. Para superar este problema de formación de estaño en el borde de una cinta de ancho más pequeña, un registro se coloca como una máscara enfrente de la cesta de ánodo. En la Fig. 9 una representación esquemática de esta situación se da. En la Fig. 9 el eje vertical (el eje Y) representa un plano a través del centro de una cinta perpendicular a la superficie de la cinta. Y=0 representa una sección transversal del lado de la cinta, y Y=50 representa una sección transversal del lado del ánodo y los valores en el eje Y representan la distancia desde el cátodo abreviada como D AC . El eje horizontal (el eje X) representa la distancia del centro de la cinta, D CS. El área gris en X = (450; 700) y Y=(10; 15) representa una sección transversal del registro indicado por M. Si en la Fig. 9 la colocación del registro se varía de X = 470 mm (correspondiente a 0 mm recubierto con la cinta de 30, 45, y 60 mm respectivamente) la densidad de corriente en el borde de la cinta se reduce, ver Fig. 10. En la Fig, 10 la curva superior corresponde a una cobertura de 0 mm, la siguiente curva inferior a 30 mm, la siguiente curva inferior a 45 mm y la curva inferior a 60 mm . En la práctica, una distribución de espesor de capa de estaño óptima puede encontrarse en un recubrimiento de máscara y ánodo de aproximadamente 45 mm. Estará claro que la invención incluye una mayor dislocación hacia delante mediante la cual las características y operación de líneas de electroestañado existente pueden mejorarse grandemente al proporcionar un método que puede controlarse fácilmente, es de labor menos intensiva, elimina riesgos y reduce flujos de desperdicio (regeneración) .