NL192210C

NL192210C - Device for the electrolytic processing of metal.

Info

Publication number: NL192210C
Application number: NL8400653A
Authority: NL
Original assignee: Uss Eng & Consult
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1997-03-04
Also published as: SE8400299L; BE898723A; NL8400653A; NL192210B; GB2152532B; FR2561267B1; JPS60177200A; CA1216822A; SE8400299D0; GB2152532A; GB8400600D0; SE441013B; FR2561267A1

Description

Inrichting voor de elektrolytische bewerking van metaal 1 132210Device for the electrolytic processing of metal 1 132210

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de elektrolytische beweiking van een grote lengte van metaalstrook omvattende een buisvormige elektrolytdoorgang, middelen om de strook in de inlaat van de 5 doorgang te voeren, middelen om de strook van de uitlaat van de doorgang weg te voeren, elektroden om een elektrolytische bewerkingsstroom aan de strook toe te voeren, waarbij het binnenelektrodevlak in wezen gelijk verloopt met het binnenoppervlak van de wand van de doorgang, en middelen om de elektrolyt door de doorgang te laten stromen.The invention relates to a device for the electrolytic movement of a large length of metal strip, comprising a tubular electrolyte passage, means for feeding the strip into the inlet of the passage, means for removing the strip from the outlet of the passage, electrodes for supplying an electrolytic processing current to the strip, the inner electrode face substantially flush with the inner surface of the passage wall, and means for flowing the electrolyte through the passage.

Bij de elektrolytische bewerking, zoals bijvoorbeeld elektrolytisch bekleden, schoonmaken, afbijten, van 10 metaalstroken, wordt bij het meest verspreid toegepaste systeem een wat een gebruikelijke verticale passeerwerkwijze genoemd kan worden gebruikt waarin de metaalstrook een tank binnengaat door over een rol te passeren, vervolgens naar beneden door het onderste deel van de tank wordt gevoerd waar een andere rol is geplaatst, en dan rond deze bodemrol of afvoerrol wordt gewikkeld en verticaal omhoog wordt gevoerd totdat hij over een rol uit de tank wordt gevoerd op deze wijze als hij deze is binnengegaan. De bij 15 deze gebruikelijke verticale werkwijze toegepaste geometrie is zodanig dat er een betrekkelijk grote afstand tussen de strook en de elektroden nodig is, zodat er voor betrekkelijk kleine stroomdichtheden grote spanningen vereist zijn. Dit vereist op zijn beurt of een buitengewoon kostbare gelijkstroomvoedingsbron of een verlaging van de toegepaste stroom waardoor dientengevolge de snelheid en productiviteit van het elektrolytische bewerkingsproces beperkt wordt. Behalve de beperking van de toegepaste luimte worden de 20 maximale stromen die toegepast worden eveneens beperkt door de kleine mate van turbulentie in de elektrolyt resulterend in het tegengaan (concentratiepolarisatie) van de snelheid waarmee het elektrobewer-kingsproces uitgevoerd kan worden. Om deze beperkingen van de gebruikelijke verticale cel te overwinnen heeft men in de techniek gegrepen naar wat men horizontale elektrolytische bekledingscellen kan noemen.In the electroplating operation, such as, for example, electroplating, cleaning, stripping, of 10 metal strips, the most widely used system uses what is known as a conventional vertical passing method in which the metal strip enters a tank by passing over a roll, then to it is passed down through the bottom part of the tank where another roller is placed, and then is wrapped around this bottom roll or discharge roller and fed vertically upwards until it is passed over a roll out of the tank in this manner as it has entered. The geometry used in this conventional vertical method is such that a relatively large distance between the strip and the electrodes is required, so that large voltages are required for relatively small current densities. This, in turn, requires either an extraordinarily expensive DC power source or a reduction in the current applied thereby limiting the speed and productivity of the electrolytic machining process. In addition to limiting the space used, the maximum currents used are also limited by the small amount of turbulence in the electrolyte resulting in counteracting (concentration polarization) the rate at which the electroprocessing process can be performed. To overcome these limitations of the conventional vertical cell, the art has turned to what may be termed horizontal electrolytic coating cells.

In deze horizontale elektrolytische bekledingscellen wordt de strook horizontaal tussen een paar van op 25 nauwe afstand van elkaar geplaatste elektroden gevoerd welke elektroden in de buisvormige leiding zijn ondergebracht waardoor elektrolyt met hoge turbulentie wordt gepompt om beperkingen voor wat betreft concentratiepolarisatie tegen te gaan. Met deze horizontale systemen zijn de bovengenoemde in de gebruikelijke verticale systemen inherente moeilijkheden overwonnen. Daar deze horizontale systemen echter een vrij radicale afwijking van de gebruikelijke verticale tanks vereisen en daar zij door het wegne-30 men van de verticale tanks en het installeren van geheel nieuwe inrichtingen belangrijke kapitaaluitgaven vereisen, gebruiken de meeste bedrijven nog steeds deze gebruikelijke verticale doorvoersystemen. Het rendement en de hoge productiesnelheden van de horizontale doorvoersysternen kunnen ook verkregen worden in een verticaal doorvoersysteem door een wijziging van de daarin aangegeven inrichting waardoor het gebruik mogelijk wordt van onoplosbare elektroden, die nauwkeurig en op kleine nauwe afstand van het 35 strookoppervlak geplaatst zijn om het rendement van het elektrolytische bewerkingsproces te verhogen.In these horizontal electrolytic plating cells, the strip is passed horizontally between a pair of closely spaced electrodes housed in the tubular conduit through which high turbulence electrolyte is pumped to reduce concentration polarization constraints. With these horizontal systems, the above-mentioned inherent difficulties in conventional vertical systems have been overcome. However, since these horizontal systems require a quite radical departure from the conventional vertical tanks and since removing the vertical tanks and installing entirely new devices require significant capital expenditures, most companies still use these conventional vertical transit systems. The efficiency and the high production rates of the horizontal transit systems can also be obtained in a vertical transit system by a modification of the device indicated therein which allows the use of insoluble electrodes, which are placed accurately and a short close distance from the strip surface to increase the efficiency of the electrolytic machining process.

Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit DE-1958598. Bij de bekende inrichting zijn buisvormige deelanoden met behulp van tussengelegen isoleerstukken en afdichtringen tot een bekledingskamer gevormd.A device of the type mentioned in the opening paragraph is known from DE-1958598. In the known device, tubular partial anodes are formed into a coating chamber by means of intermediate insulating pieces and sealing rings.

Het is bekend dat bij vele elektrolyseprocessen de dikte van de elektroden geleidelijk toe- dan wel 40 afneemt, met als gevolg dat de elektroden na enige tijd moeten worden vervangen.It is known that in many electrolysis processes the thickness of the electrodes gradually increases or decreases by 40, with the result that the electrodes have to be replaced after some time.

De bekende inrichting heeft het nadeel dat voor het vervangen van de elektroden de gehele bekledingskamer gedemonteerd moet worden, hetgeen tijdrovend en tevens kostbaar is.The known device has the drawback that the entire coating chamber has to be disassembled to replace the electrodes, which is time-consuming and also expensive.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel om een inrichting van de aan het begin genoemde soort te verschaffen, waarvan de elektroden gemakkelijk weggenomen, vervangen of opnieuw geconditioneerd en 45 opnieuw in gevoerd kunnen worden.The object of the present invention is to provide a device of the type mentioned at the outset, whose electrodes are easily removed, replaced or reconditioned and can be reintroduced.

De inrichting volgens de onderhavige uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de elektroden vanaf het buitenoppervlak van de wanden van de doorgang in gaten in deze wanden zijn gevoerd, waarbij elke elektrode een buitenflensdeel heeft in vloeistofdichte afsluiting met het buitenoppervlak van de doorgangs-wand en een binnendeel heeft dat in het gat van de wand is gevoerd.To this end, the device according to the present invention is characterized in that the electrodes are fed into these walls from the outer surface of the walls of the passage, each electrode having an outer flange part in liquid-tight sealing with the outer surface of the passage wall and a inner part that is fed into the hole of the wall.

50 De inrichting volgens de onderhavige uitvinding heeft daarbij het voordeel dat bij het opnieuw aanbrengen van de elektroden de vereiste afstand daarvan tot het strookoppervlak (bijvoorbeeld ongeveer 6 tot 38 mm) gemakkelijk aangehouden kan worden. De inrichting volgens de uitvinding kan verder zowel horizontaal ais verticaal worden opgesteld.The device according to the present invention has the advantage that the required distance from the strip surface (for instance about 6 to 38 mm) can easily be maintained when the electrodes are reapplied. The device according to the invention can further be arranged both horizontally and vertically.

55 De uitvinding zal aan de hand van de uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht met verwijzing naar de bijbehorende tekeningen, waarin: figuur 1 een dwarsdoorsnede geeft van een verticale inrichting volgens de uitvinding; 192210 2 figuur 2 een vergroot perspectivisch aanzicht geeft van een T vormige elektrode gelijk aan die van figuur 1; figuur 3 een dwarsdoorsnede toont van een elektrode gelijk aan die van de figuren 1 en 2, welke doorsnede een manier toont waarin deze elektroden gemonteerd kunnen zijn; en 5 figuur 4 een schematisch aanzicht geeft van een inrichting van het horizontale type volgens de uitvinding.The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a cross-section of a vertical device according to the invention; 192210 2 Figure 2 is an enlarged perspective view of a T-shaped electrode similar to that of Figure 1; Figure 3 shows a cross section of an electrode similar to that of Figures 1 and 2, which section shows a way in which these electrodes can be mounted; and Figure 4 shows a schematic view of a device of the horizontal type according to the invention.

In figuur 1 heeft de inrichting een buisleidingsstelsel 2 waarin de elektrolyt wordt gecirculeerd tot in een tank 3, omhoog via twee buisvormige kanalen 4 en 4', via overioopkanalen 5 en 5' en in een verzameltank 6 om naar een reservoir teruggevoerd te worden. De strook 7 gaat de inrichting binnen doordat hij in het begin 10 rond de geleidenol 8 wordt gewikkeld en daarna in het stroomkanaal van de doorgang 4 wordt gevoerd. De wanden van de doorgang 4 kunnen van metaal, materialen van kunststof of elk ander materiaal zijn dat verenigbaar is met de toegepaste elektrolyt. Aan elke kant van de doorgang is een opening waarin een T vormige elektrode 9 is geplaatst bij voorkeur in verschoven betrekking tot die in de tegengestelde wand.In Figure 1, the device has a pipeline system 2 in which the electrolyte is circulated into a tank 3, up through two tubular channels 4 and 4 ', through overioid channels 5 and 5' and into a collection tank 6 to be returned to a reservoir. The strip 7 enters the device by initially being wound around the guide coil 8 and then fed into the flow channel of the passage 4. The walls of passage 4 may be metal, plastic materials or any other material compatible with the electrolyte used. On either side of the passage is an opening in which a T-shaped electrode 9 is placed, preferably offset from that in the opposite wall.

Een dergelijke verschuiving of verspringing is in het bijzonder gewenst voor elektrolytische neerslag-15 processen teneinde te verhinderen dat een anode negatiever wordt ten opzichte van de direct tegenover gestelde anode waardoor een neerslag op de anode met de lagere potentiaal optreedt. De strook wordt dan rond een bodemrol 10 gevoerd en gaat de doorgang 4' binnen. Na de naar boven gerichte passage door de doorgang 4' worden willekeurige verontreinigingen op de strook door sproeiers 11 verwijderd. Om te verhinderen dat boogvorming de strook beschadigt, kan een aandrukrol 12 een weinig onder het tangentiële 20 punt geplaatst worden waarin de strook een tweede geleiderrol 8' aanraakt.Such shifting or offset is especially desirable for electrolytic deposition processes to prevent an anode from becoming more negative with respect to the directly opposite anode causing deposition on the lower potential anode. The strip is then passed around a bottom roll 10 and enters the passage 4 '. After the upwardly directed passage through the passage 4 ', any impurities on the strip are removed by nozzles 11. To prevent arcing from damaging the strip, a pressure roller 12 can be placed slightly below the tangential point in which the strip touches a second guide roller 8 '.

Het is bekend dat er verschillende alternatieven bestaan om elektriciteit in en weg van de strook te geleiden. Wanneer bijvoorbeeld de inrichting alleen voor het elektrolytisch schoonmaken of afbijten gebruikt zal worden, kunnen elektroden in de opwaartse doorgang (of in de neerwaartse doorgang) positief of negatief ten opzichte van de strook gemaakt worden in afhankelijkheid van de polariteit van de geleider* 25 rollen die dezelfde polariteit aan de strook opleggen. De polariteit van de strook kan eveneens in het ene of andere stroomkanaal gevariëeid worden door de verbindingen van de voedingsbron te veranderen. Bij elektrolytisch bewerken kan de geleiderrol en strook kathodisch (negatieve polariteit) ten opzichte van de elektroden gemaakt worden. Terwijl het gebiuik van geleiderrollen om rechtstreeks elektrisch contact met de strook te maken voor elektrolytische bewerkingsprocessen met hoge stroomdichtheid, bijvoorbeeld 30 stroomdichtheden groter dan 5 kA/m2, de voorkeur heeft, zal het duidelijk zijn dat het gebruik van geleider-roilen niet essentieel is en dat de stroomoverdracht aan de strook teweeg gebracht kan worden door wat bipolaire elektrolyse (zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 2.165.326) wordt genoemd, waaibij de overdracht vanaf een elektrode van een bepaalde polariteit via de elektrolyt naar de strook en weer via de elektrolyt naar een elektrode van tegengestelde polariteit teweeg gebracht wordt.It is known that there are several alternatives for conducting electricity in and away from the strip. For example, if the device is to be used only for electrolytic cleaning or stripping, electrodes in the upward passage (or in the downward passage) can be made positive or negative with respect to the strip depending on the polarity of the conductor * 25 rolling apply the same polarity to the strip. The polarity of the strip can also be varied in some current channel by changing the connections of the power source. In electrolytic machining, the guide roller and strip can be made cathodic (negative polarity) with respect to the electrodes. While the use of conductor rolls to make direct electrical contact with the strip is preferred for high current density electrolytic machining processes, for example, 30 current densities greater than 5 kA / m2, it will be understood that the use of conductor rails is not essential and that the current transfer to the strip may be effected by what is called bipolar electrolysis (see, for example, U.S. Pat. No. 2,165,326), where the transfer from an electrode of a certain polarity through the electrolyte to the strip and again through the electrolyte to a electrode of opposite polarity is triggered.

35 In de figuren 2 en 3 bevat de elektrode 9 een binnendeel 14 voor de invoer in vloeistofdichte aangrijping met oppervlakken 15 van een gat in de wand van de doorgang 4, en een buitenflensdeel 16 voor afdichting tegen het buitenoppervlak 4' van de wand van de doorgang. Een busstaaf 17, die bijvoorbeeld van koper is gemaakt, kan als een geheel in het elektrodelichaam gegoten zijn. Een dergelijke integrale gietbewerking verschaft zowel een beter mechanisch als een elektrisch contact dan verkregen zal worden met de 40 gebruikelijke manier van koppelen van de busstaaf aan de elektrode. Om verstoring in de stroming van de elektrolyt door de doorgang 4 te verhinderen zal het elektrodevlak 14( bij voorkeur zodanig ontworpen zijn dat het in een vlak verloopt met het binnenvlak 4, van de wand. Om een gewenste vloeistofdichte afsluiting te verkrijgen kan een kraagsteun 18 toegepast worden samen met vergrendelingsschroeven 19 die het flensdeel 16 of direct tegen de buitenwand 4C of tegen een pakking 20 aandrukken teneinde het flensdeel af 45 te dichten en te isoleren van de celwand. Behalve een verbeterde afdichting en het gemak van elektrische doorverbinding mogelijk door de toepassing van het flensdeel 16, maakt het grotere uitwendige oppervlak eveneens door natuuriijke convexie een verbeterde elektrodekoeling mogelijk met of zonder gebruik van koelvinnen of door koeling met behulp van een koelmiddel.In Figures 2 and 3, the electrode 9 includes an inner part 14 for the introduction in liquid-tight engagement with surfaces 15 of a hole in the wall of the passage 4, and an outer flange part 16 for sealing against the outer surface 4 'of the wall of the passage. A sleeve rod 17, made, for example, of copper, may be cast as a whole into the electrode body. Such an integral molding operation provides both better mechanical and electrical contact than would be obtained by the conventional way of coupling the bus bar to the electrode. In order to prevent disturbance in the flow of the electrolyte through the passage 4, the electrode surface 14 (preferably is designed to be flush with the inner surface 4 of the wall. To obtain a desired liquid-tight seal, a collar support 18 be used in conjunction with locking screws 19 which press the flange portion 16 either directly against the outer wall 4C or against a gasket 20 to seal and isolate the flange portion 45 from the cell wall In addition to improved sealing and ease of electrical interconnection enabled by the application of the flange portion 16, the larger external surface also allows, by natural convexion, improved electrode cooling with or without use of cooling fins or by cooling using a coolant.

De T vormige elektroden kunnen eveneens toegepast worden in een cel van het in hoofdzaak horizontale 50 type, zoals in een stelsel dat specifiek ontworpen is voor bekledingen van het TFS type dat beschreven is in ASTM 657-74. Ofschoon het voor een dergelijke cel in het algemeen niet nodig is om in belangrijke mate van de horizontaal af te wijken, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding eveneens op schuine of onder een hoek gestelde cellen van toepassing is. Deze ”in hoofdzaak horizontale” cellen kunnen derhalve zoveel als plus of min 30° afwijken van de horizontaal.The T-shaped electrodes can also be used in a cell of the substantially horizontal 50 type, such as in a system specifically designed for TFS type coatings described in ASTM 657-74. Although it is generally not necessary for such a cell to deviate significantly from the horizontal, it will be appreciated that the invention also applies to angled or angled cells. These "substantially horizontal" cells can therefore deviate as much as plus or minus 30 ° from the horizontal.

55 De bekledings- en spoelsecties van een dergelijk stelsel zijn in figuur 4 aangegeven. De strook 21 passeert tussen de geleiderrol 22 en de aan of omlaagdrukrol 23. Een juiste doorvoer uitrichting van de strook in en uit het stiomingskanaal van de doorgang 24 wordt verkregen met behulp van doorvoerlijn*55 The coating and rinsing sections of such a system are shown in Figure 4. The strip 21 passes between the guide roller 22 and the up or down pressure roller 23. A proper feed alignment of the strip in and out of the flow channel of the passage 24 is obtained by means of feed line *

Claims

3 192210 deflection rollers 25 and 26. The electrolyte is fed at high speed through the head chambers 27 through the passage 24. After passing the edges or lips 28, the outflowing electrolyte strikes the deflector 29 and is thereby passed to the bottom of the tank 30 which serves as a reservoir for the electrolyte to be piped to the head chambers (not shown). The electrodes 31 are placed on either side of the passage in the same manner as in figure 1. When the device is specifically designed for electrolytic coating, the electrodes (anodes) are staggered to prevent electrolytic coating on the lower potential anode. The direction of the passage of the strip is changed by the bottom roller 32, after which the strip runs out of the tank 30 and passes between the guide roller 33 and the pressure roller 34. The coated strip is then rinsed either by means of nozzles 35 or simply by immersion in the rinse solution contained in the rinse tank 36 or by combination of both measures. When immersion is the only rinsing operation employed, normally a series of these rinsing tanks will be used to achieve adequate rinsing movement of both faces of the strip. Although the advantages of the invention apply to horizontal type electrolytic processing cells which have various flow patterns of the electrolyte, for example, in which the electrolyte flows countercurrently or perpendicular to the strip advancement relative to the strip passage, preference is given to the electrolyte shown in Figure 4 with the flow to allow adequate discharge of gases formed during electrolytic coating thereby reducing the resistivity of the solution and consequently the power required for this electrolytic coating. A further advantageous feature of the device shown in Figure 4 is the use of the lips 28 near the outlet end of the passage, which lips protrude from the inner surface of the walls of the passage into the flow channel. Although these lips are configured not to touch the strip, the distance between the ends of the lips will generally range from 10 to 19 mm, preferably from 10 to 13 mm for passages with a flow channel from 22 to 38 mm, it has been found that they nevertheless promote noticeable stabilization of the strip throughput, possibly due to hydrodynamic pressure. This stabilization is even further improved when the lips are bent in the direction of the movement of the strip as indicated. 30

A device for the electrolytic processing of a large length of metal strip comprising a tubular electrolyte passage, means for feeding the strip into the inlet of the passage, means 35 for removing the strip from the outlet of the passage, electrodes for an electrolytic supplying operating current to the strip, the inner electrode face substantially flush with the inner surface of the passage wall, and means for flowing the electrolyte through the passage, characterized in that the electrodes (9, 9 ') from the outer surface of the walls of the passageway are drilled holes in these walls (4, 4', 24), each electrode having an outer flange portion (16) 40 in liquid-tight seal with the outer surface of the passage wall (4, 4 ') and has an inner part (14) fed into the hole of the wall.

Device according to claim 1, characterized in that the passage has a width of 13 to 76 mm.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode flange portion (16) and inner portion (14) are cast as a unitary unit around a bus bar (17) for contact with a power source. Hereby 2 sheets drawing