NL8802353A

NL8802353A - Werkwijze voor het eenzijdig elektrolytisch bekleden van een bewegende metaalband.

Info

Publication number: NL8802353A
Application number: NL8802353A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1990-04-17
Also published as: US4990223A; DE68917672D1; JPH0694600B2; AU4161889A; CA1336697C; JPH02115393A; EP0364013B1; DE68917672T2; EP0364013A1; ES2057093T3; AU626905B2

Description

WERKWIJZE VOOR HET EENZIJDIG ELEKTROLYTISCH BEKLEDEN VAN EEN BEWEGENDE METAALBAND

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Dr. Bala Kumaran PARAMANATHAN (C. Eng.) te Heemstede

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het eenzijdig elektrolytisch bekleden van een bewegende metaalband, waarbij de band als kathode in contact is met een elektrisch geleidend manteloppervlak van een roterende kathoderol en waarbij er een onoplosbare anode concentrisch met de rol over een deel van de omtrek van de rol op afstand van de band is aangebraeht waarbij er over dat omtreksdeel een spleet wordt gevormd waarin electroliet wordt gevoerd en waarin het bekleden plaats vindt waarbij het electroliet in hoofdzaak door de spleet stroomt met een zodanige gemiddelde snelheid, dat turbulente stroming optreedt, en waarbij het electroliet als vloeistofjet met een tangentiële component ten opzichte van de baan van de band in de spleet wordt ingevoerd aan een uiteinde daarvan.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Europese octrooi EP 0 125 707 ten name van aanvraagster. De bekendgestelde werkwijze heeft ten opzichte van andere bekende werkwijzen een aantal voordelen.

De elektrische stroom behoeft niet, zoals bij vlakke, verticale of horizontale cellen met weerstandsverliezen langs de band te worden toegevoerd, maar kan direct van de kathoderol op de band worden overgebracht; dit voordeel is vooral van belang bij dunne banden zoals bijvoorbeeld bij het vertinnen van blik met een dikte van bijvoorbeeld 0,17 mm. Een tweede voordeel is, dat - anders dan bij vlakke, verticale of horizontale cellen, waar de band tussen twee op afstand van de band geplaatste anodes wordt doorgevoerd -de baan van de band, doordat de band om de kathoderol wordt gevoerd, bepaald is. Hierdoor varieert de spleet tussen de band en de anode, vooral wanneer deze als onoplosbare anode is uitgevoerd tijdens het bekleden minder, waardoor een gelijkmatiger dikte van de bekledingslaag wordt verkregen.

Niettegenstaande de bovengenoemde voordelen is het uit experimenten, die door aanvraagster met de bekendgestelde werkwijze werden gedaan gebleken dat deze een aantal nadelen heeft. Ten eerste is de gelijkmatigheid van de dikte van de bekledingslaag in breedterichting van de band niet bevredigend. Ten tweede kan de efficiency van de bekende werkwijze onder bepaalde omstandigheden, in het bijzonder bij wat hogere bandsnelheden zeer laag zijn. Deze nadelen zullen hiernavolgend nog worden toegelicht.

Een deel van de uitvinding is het derhalve een verbeterde werkwijze te verschaffen, waarmee een betere gelijkmatigheid van de dikte van de bekledingslaag kan worden verkregen. Een ander doel van de uitvinding is het om een werkwijze te verschaffen, die onder alle omstandigheden een hoge efficiency heeft.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het electro-liet met behulp van een no2zle gelijkmatig verdeeld over de breedte van de band met een snelheid die nergens meer dan 10% van de genoemde gemiddelde snelheid van het electroliet afwijkt in de spleet wordt gevoerd aan dat uiteinde van de spleet waar de band uittreedt, met een tangentiële component tegengesteld aan de bewegingsrichting van de band. Deze maatregel houdt een optimalisatie van de stromingscondities van het electroliet in de spleet tussen de band en de anode in, waardoor een over de breedte van de band zeer gelijkmatige dikte van de bekledingslaag en een hoge efficiency van het bekledingsproces wordt verkregen. Bovendien is de voor het in de spleet voeren van de electroliet benodigde pomp-energie laag.

Bij voorkeur bedraagt de gemiddelde snelheid van het electroliet in de spleet tenminste 5 m/sec en meer bij voorkeur tenminste 7 m/sec. Het voordeel hiervan is dat bij het bekleden hoge stroomdichtheden kunnen worden toegepast, zodat de inrichting voor het bekleden compact kan zijn.

Een bijzonder geschikte uitvoeringsvorm van de werkwijze is deze, dat het electroliet in de spleet wordt gevoerd door middel van een spieetvormige convergerende nozzle, die onder een scherpe hoek aansluit op de spleet en die wordt gevoed uit een zich in breedterichting van de band uitstrekkend vat met een in verhouding tot het volume van de nozzle groot volume, welk vat met electroliet wordt gevoed door middel van een aantal over de breedte van de band verdeelde pijpen. Bij voorkeur liggen daarbij de pijpen niet in het verlengde van de nozzle en is in het vat een kernlichaam aangebracht. Voorts is bij voorkeur de scherpe hoek kleiner dan 45°, meer bij voorkeur ca. 30°.

De voeding van het vat door een aantal pijpen geeft in het vat verminderde, maar toch nog aanzienlijke snelheidsverschillen. Door de voedingsstromen van de pijpen naar een gesloten zijde van het vat te richten worden deze verschillen gedempt. De toevoerpijpen staan bijvoorbeeld haaks op de uitstroomopening van het vat. Ook door het vat gedeeltelijk met het kernlichaam op te vullen worden de snelheidsverschillen verminderd. In het vat zijn de stroomsnelheden door het verhoudingsgewijs grote volume van het vat relatief laag. De snelheidsverschillen worden daarmee evenredig kleiner. Ook zijn de niet-radiale snelheidscomponenten in het vat kleiner, waardoor een gelijkmatige hoeveelheidsverdeling over de uitstroomopening ontstaat. In de convergente nozzle worden de snelheidsverschillen verder verminderd. Ook kan het electroliet met de nozzle onder een kleine hoek, in de spleet worden geïnjecteerd. De kleine hoek en de versmalling van de nozzle nabij de uittrede van het electroliet daaruit geven een kleine onderdruk in de uitvoeropening van de band waardoor lekkage van het electroliet door deze uitvoeropening wordt verminderd. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij een band van 850 mm breed een gelijkmatige snelheid bereikt die niet meer dan +6% en - 7% van de gemiddelde snelheid van het electroliet afwijkt.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Fig. 1 geeft een schematisch beeld van de radiale jet cel te gebruiken bij de werkwijze volgens de uitvinding.

Fig. 2 geeft een doorsnede over de spleet van de cel.

Fig. 3 geeft een aanzicht volgens pijl III in fig. 2.

Fig. 4 geeft een grafiek met experimentele resultaten betreffende het bekledingsgewicht.

Fig. 5 geeft een werklijn van de werkwijze volgens de uitvinding bij een optimale procesefficiency.

In de schematische tekening van de radiale jet cel van fig. 1 is met verwijzingscijfer 1 een metaalband aangegeven die in contact met een elektrisch geleidend deel 2 van het manteloppervlak van een roterende kathoderol 3 in de met pijlen aangegeven richting door een door de onoplosbare anode 4 gevormde spleet 5 wordt gevoerd. De kathoderol 3 is met de negatieve klem en de anode met de positieve klem van een gelijkspanningsbron verbonden. Het electroliet wordt door pijpen 6 via het van een kernlichaam 7 voorziene vat 8 door middel van een spieetvormige convergerende nozzle 9 als vloeistof-jet gelijkmatig verdeeld over de breedte van de band aan het uittree-einde van de spleet met een scherpe hoek(zie fig. 2) in de spleet 5 gevoerd, zodanig dat een tangentiële component tegengesteld aan de bewegingsrichting van de band wordt verkregen en een gemiddelde snelheid in de spleet optreedt waarbij een turbulente stroming optreedt. Het electroliet wordt nadat het door de spleet 5 is gestroomd door kanaal 10 afgevoerd, vervolgens wordt de concentratie van de metaalionen in het electroliet weer op peil gebracht (niet getoond) en tenslotte wordt het electroliet weer in de pijpen 6 gepompt.

In fig. 2 is getoond dat de pijpen 6 niet in het verlengde van de nozzle 9 liggen; in de figuur staan zij daar haaks op. Tevens is in fig. 2 getoond dat de nozzle (9) met een scherpe hoekO( op de spleet (5) aansluit; in de figuur is de hoekoi 30°. Voorts is in fig. 2 getoond dat het volume van vat 8 groot is in verhouding tot het volume van de nozzle 9. Ook is in fig. 2 getoond dat de nozzle 9 ter plaatse van het uittree-einde van de spleet 15 lekvrij met de anode 4 is verbonden. Tenslotte is in fig. 2 getoond de uitvoeropening 11 van de band bij de nozzle. Hierin wordt door de kleine hoekO^ door de nozzle een kleine onderdruk opgewekt, waardoor de lekkage van het electroliet door de uitvoeropening wordt beperkt,

In fig. 3 is getoond, dat het zich in breedterichting van de band 1 uitstrekkende vat 8 wordt gevoed door middel van een aantal over de breedte van de band verdeelde pijpen; in de figuur zijn er vier pijpen 6,

In fig. 4 zijn enige experimentele resultaten betreffende het bekledingsgewicht bij het vertinnen getoond. In de grafiek is verticaal het gemeten bekledingsgewicht W en horizontaal het m theoretische bekledingsgewicht W. uitgezet. De resultaten hebben betrekking op proeven waarin de stromingsrichting van het electro-liet in de spleet dezelfde was als de bewegingsrichting van de band, dat is zoals bij de stand van de techniek gevormd door EP 0 125 707 en wel bij verschillende combinaties van band- en electrolietsnelheid. Het blijkt dat bij vele combinaties het gemeten bekledingsgewicht niet veel afwijkt van het theoretische bekledingsgewicht, dat wil zeggen de efficiency van het bekledings-proces is hoog. Bij bepaalde combinaties (in het gearceerde gebied) wordt echter een bekledingsgewicht gemeten dat veel lager is dan het theoretische bekledingsgewicht; de efficiency van het bekledingsgewicht is daar 50% en minder. Het blijkt dat deze lage efficiency optreedt bij combinaties waarbij de gemiddelde snelheid van het electroliet ongeveer even groot is als de bandsnel- heid V, , dat wil zeggen bij V1 /V, rj 1, dat wil zeggen in het in b 1 b EP 0 125 707 geclaimde gebied.

Uit deze experimentele resultaten blijkt dat de relatieve snelheid van het electroliet ten opzichte van de band een voor het bekledingsproces belangrijke parameter is, die niet te klein mag zijn. Door de keuze van de stromingsrichting van het electroliet wordt bij de uitvinding een lage relatieve snelheid van het electroliet vermeden.

Fig. 5 toont een correlatie van experimentele resultaten betreffende de werkwijze volgens de uitvinding bij het vertinnen met een efficiëntie van het bekledingsproces van 95% en meer onder gelijke omstandigheden van concentratie en temperatuur van het electroliet. Het blijkt dat er een uniek lineair verband is tussen de toegepaste elektrische stroomdichtheid i (verticale as in de grafiek van fig. 5) en de relatieve snelheid V van het electroliet ten opzichte van de band (horizontale as).

De in de grafiek weergegeven lijn is een werklijn voor het volgens de uitvinding met een efficiency van 95% en meer vertinnen van staalband met verschillende bekledingsgewichten. De voorkeur gaat daarbij uit naar het toepassen van een gemiddelde snelheid van het electroliet in de spleet van ten minste 5 m/sec en meer bij voorkeur tenminste 7 m/sec. Door de aldus toegepaste hoge relatieve snelheid van het electroliet kan de installatie compact zijn.

Bij de bovenbeschreven experimenten werden stalen banden van 850 mm breed met de werkwijze volgens de uitvinding Vertind met tinlaaggewichten van 0,5 tot 2,8 g/m2. Daarbij werd in de meeste gevallen een spreiding van het tinlaaggewieht gevonden van niet meer dan ± 0,04 tot ± 0,02 g/m2. Door de maatregelen bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt een bekleed produkt verkregen met een bekledingslaag die zeer gelijkmatig is en die een goede morphologie heeft.

Claims

1. Werkwijze voor het eenzijdig elektrolytisch bekleden van een bewegende metaalband (1), waarbij de band als kathode in contact is met een elektrisch geleidend manteloppervlak (2) van een roterende kathoderol (3) en waarbij er een onoplosbare anode (4) concentrisch met de rol (3) over een deel van de omtrek van de rol op afstand van de band (1) is aangebracht waarbij er over dat omtreksdeel een spleet (5) wordt gevormd waarin electroliet wordt gevoerd en waarin het bekleden plaats vindt waarbij het electroliet in hoofdzaak door de spleet (5) stroomt met een zodanige gemiddelde snelheid, dat turbulente stroming optreedt, en waarbij het electroliet als vloeistofjet met een tangentiële component ten opzichte van de baan van de band in de spleet (5) wordt ingevoerd aan een uiteinde daarvan, met het kenmerk, dat het electroliet met behulp van een nozzle (9) gelijkmatig verdeeld over de breedte van de band met een snelheid die nergens meer dan 10% van de genoemde gemiddelde snelheid van het electroliet afwijkt in de spleet wordt gevoerd aan dat uiteinde van de spleet (5) waar de band uittreedt, met een tangentiële component tegengesteld aan de bewegingsrichting van de band (1).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gemiddelde snelheid van het electroliet in de spleet (5) ten minste 5 m/sec bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de gemiddelde snelheid van het electroliet in de spleet (5) ten minste 7 m/sec bedraagt.

4. Werkwijze volgens conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat het electroliet in de spleet (5) wordt gevoerd door middel van een spieetvormige convergerende nozzle (9), die onder een scherpe hoekc^ aansluit op de spleet (5) en die wordt gevoed uit een zich in breedterichting van de band (1) uitstrekkend vat (8) met een in verhouding tot het volume van de nozzle (9) groot volume, welk vat (8) met electroliet wordt gevoed door middel van een aantal over de breedte van de band verdeelde pijpen (6).

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de pijpen (6) niet in het verlengde van de nozzle (9) liggen.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat in het vat een kernlichaam (7) is aangebracht.

7. Werkwijze volgens conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de scherpe hoeko( kleiner is dan 45°.

8. Werkwijze volgens conclusies 4-7, met het kenmerk, dat de scherpe hoek o( circa 30° is.

9. Werkwijze volgens conclusies 1 - 8, met het kenmerk, dat de nozzle (9) ter plaatse van het uittree-einde van de spleet (5) in hoofdzaak lekvrij met de anode (4) is verbonden.