NO166730B - Galvaniseringsanordning. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en galvaniseringsanordning med radial celle av den type som er angitt i den innledende del av patentkrav 1.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en anordning som er spesielt egnet for galvanisering med høy strømtetthet av metaller og metall-legeringer, slik at det tillates regulering av strømningsbetingelsene i elektrolytten, slik at overtrekkingen og kvaliteten på overtrekket eller belegget blir optimalisert.

I den kontinuerlige galvaniseringen av metaller eller metall-legeringer på metallstrimler eller -bånd, særlig stålstrimler, vinner framgangsmåter med høy strømtetthet som omfatter strømtettheter på mer enn 50 A/dm <2>raskt terreng. På det nåværende tidspunkt har slike tettheter nådd 80-120 A/dm 2, men det er ventet at atskillig høyere

verdier vil bli anvendt i framtida.

Det er selvfølgelig kjent at selv om høye strømtettheter gjør at høye hastigheter for galvaniseringen oppnås, er det også nødvendig å sikre at elektrolytten har en betraktelig hastighet i forhold til strimmelen som skal overtrekkes, for å minimalisere tykkelsen av sjiktet av elektrolytt som forringes i metallioner for galvanisering i kontakt med metallstrimmelen. Bare på denne måten kan hastigheten og effektiviteten av galvaniserings-framgangsmåten opprettholdes.

I slike framgangsmåter for galvanisering, der høy effektivitet og høy produktkvalitet er påkrevd, sammen med lave produksjonskostnader må imidlertid er hel rekke driftsparametre optimaliseres, idet noen av hovedparametrene er konstant parallellitet mellom strimmel (katode) og motelektroder (anoder), spenningstap mellom og langs selve strimmelen, elektrolyttstrømningsbetingelser, grad av elektrolyttlufting som resultat av utvikling av gass ved anodene og strømtetthet.

Når det gjelder parametrene som åpenbart er viktige ved første blikk, nemlig parallelliteten mellom elektroder samt spenningstap, er det funnet en svært effektiv løsning ved innføring og forbedring av det som er kjent som radiale celler. I disse anordningene er en stor roterende beholder delvis nedsenket i elektrolytten, og metallstrimmelen som skal overtrekkes er i nær kontakt med den neddykkete delen av beholderen og beveges sammen med den. Anodene er anbragt i kort avstand fra behoilderflata. Elektrolytten er laget for å passere i rommet mellom beholderen - og dermed strimmelen - og anodene. Idet strimmelen holdes tett mot den neddykkete flata av beholderen er problemet med å opprettholde en konstant avstand mellom strimmel og anodene løst. Da kan enten beholderen virke som leder eller strømbærende ruller kan plasseres i kontakt med strimmelen svært nær det punktet der denne trer inn i elektrolytten. På denne måten kan også problemet med spenningstap løses.

De andre problemene, særlig de som gjelder elektrolytt-hastighet og lufting er imidlertid først nylig blitt registrert, og så langt er det ikke funnet noen tilfredsstillende løsning.

Det er blitt vist at overtrekks-kvaliteten, og i tilfellet med galvanisering av legering, at ensartetheten av dens sammensetning, avhenger av ensartetheten av relativ hastighet mellom strimmel og elektrolytt. Det er også nylig vist at et permanent forhold må opprettholdes m.ellora strømtetthet og elektrolytt-turbulens, for å oppnå et belegg med svært høy kvalitet (se IT-patentsøknad nr. 48371).

Alle disse begrensningene gjør at de eksisterende data og antakelser i kjent teknikk er svært utilstrekkelige når det gjelder å garantere oppnåelse av produkter med tilstrekkelig høy kvalitet til å justere egenskapene til de anleggene og framgangsmåtene som er involvert, og også de relevante kostnadene.

For å sikre en passende celle-lengde for kommersiell galvanisering er det nødvendig å ha beholdere med svært stor diameter, for eksempel to meter, slik at omkretsen av den neddykkete halvdelen er omtrent tre meter, og dette er for stor lengde til å gi en regulær, konstant strømning av elektrolytten gjennom cellen (idet strimmelen kan være så mye som 1,8 meter bred og rommet mellom elektrodene er i området fra 6-8 mm til 2,5-3 cm på det meste). Videre vil ikke denne store lengden gi effektiv dispergering av gassen som nødvendigvis avgis ved anodene. For å avhjelpe disse vanskelighetene blir elektrolytten ført inn i den nederste delen av tanken som inneholder beholderen og blir delt i to strømmer som stiger for å komme inn over den sylindriske flata av beholderen i en retning vinkelrett på dens generatorer. Selv om dette arrangementet ikke er tilfredsstillende, siden på den ene siden elektrolytten møter strimmelen som beveger seg i den motsatte retningen mens på den andre siden møtes de to og beveger seg i samme retning, slik at kravet at det bør være konstant relativ hastighet tydeligvis ikke blir respektert.

Det er derfor gjort forsøk på arrangementer der beholderen er omgitt av et antall kamre som inneholder elektrolytten hvis bevegelse er styrt kammer ved kammer. Dette oppsettet synes imidlertid for komplekst og vanskelig til å balansere for å sikre drift av ethvert anlegg uten vanskeligheter.

Det er også gjort forsøk med anlegg der en av de to elektrolyttstrømmene rundt beholderen føres fra bunnen og den andre fra toppen, slik at den ønskete ensartetheten av relativ hastighet mellom strimmelen og elektrolytten skulle oppnås. Med denn^ løsningen må imidlertid beholderen brukes til å føre strømmen til strimmelen, og dette synes ikke å være noen tilfredsstillende løsning, av flere forskjellige grunner. 1 det tilfellet der strømmen føres via pressruller i kontakt med strimmelen oppstrøms og nedstrøms for beholderen, er resultatet isteden at i strekningen der elektrolytten strømmer fra bunn til topps, vil den maksimale dannelsen av anodegass som opptrer nær punktet der strømmen passerer inn i strimmelen, som er der spenningstapet er minimalt og mot-effektene av gasskonsentrasjon og minimalt sepnningstap kompenserer hverandre. I den andre strekningen opptrer imidlertid den motsatte situasjonen, og det er maksimal gasskonsentrasjon der det er maksimalt spenningstap på strimmelen. Det forstås enkelt at overtrekkingen i de to strekningene således finner sted under forskjellige betingelser, slik at beleggene også er forskjellige, og det er en forringing av den generelle kvaliteten av det ferdige produktet.

Anordninger med radial celle kan bare påføre belegg på ei side av strimmelen, nemlig den sida som ikke er i kontakt med beholderen. Men markedet krever også atskillige mengder av strimler som er belagt på begge sider. Som et resultat er galvaniseringsanlegg blitt bygd opp, slik at det kan påføres belegg på begge sider, der strimmelen blir rotert 180°, slik at den går i motsatt retning av den opprinnelige, gjennom samme gruppe celler eller en gruppe parallell med disse. Denne siste løsningen er imidlertid ikke tilfredsstillende økonomisk sett, fordi den andre delen av anlegget ikke virker når det er nødvendig med strimler som er påført belegg på to sider. Videre er strømnings-betingelsene ved galvanisering av den andre sida motsatt av de som benyttes ved galvanisering av den første, og dette gir opphav til alle de ugunstige effektene på kvaliteten av sluttproduktet, som allerede er omtalt.

Når en slik har behandlet mulighetene for fram og tilbake-bevegelse mellom strimmelen og elektrolytten, såvel som muligheten for å føre strøm til strimmelen som skål påføres belegg uten å ha funnet tilfredsstillende løsninger på problemet med å maksimere kvaliteten på det resulterende produktet, er det klart at slik tingene nå står kan galvaniseringsanordninger med radial celle bare brukes ved spesielle begrensete framgangsmåtebetingelser, hvis ikke de det gjelder vil akseptere et produkt av dårlig og variabel kvalitet.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å frambringe en galvaniseringsanordning med radial celle som kan brukes tilfredsstillende under forskjellige driftsbetingelser (strimmelhastighet, strømtetthet og elektrolytt-lufting).

Dette formålet oppnås slik som angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen framgår av de uselvstendige kravene 2 og 3.

For å oppnå dette, er det foreslått en løsning som i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er basert hovedsakelig på de observasjonene at - idet andre betingelser er like (og forutsatt at elektrolytten har en viss hastighet, slik at strømningen er tilstrekkelig turbulent) - for å oppnå optimal kvalitet av beleggene ved høy strømtetthet, må det være en bestemt relativ hastighet mellom strimmelen og elektrolytten, men bare absoluttverdien av denne relative hastigheten er viktig, ikke retningen av elektrolytt-strømningen vis-a-vis strimmelen.

Dette konseptet har åpnet for fullstendig nye muligheter for galvaniseringsanlegg med radial celle, som tillater at elektrolyttstrømningen i galvaniseringssonene kan være orientert i enhver retning som viser seg å sikre utbyttet og den generelle effektiviteten av framgangsmåten.

Det frambringes således en teknisk nyvinning som består i benytte midler for å sirkulere elektrolytten slik at det oppnås enkel styring av elektrolyttens strømningsretning og hastighet.

Galvaniseringsanordningen er av typen med radial celle og er utrustet med en horisontalt roterende beholder som trekkes langs strimmelen som skal overtrekkes og som er i kontakt med den utvendige sylindriske overflate av beholderen, og sett av elektroder anbragt i par som vender mot den sylindriske flata av beholderen slik at de sammen med strimmeloverflata danner to kanaler hvor strimmelen passerer nedover fra topp til bunn av og langs den ene kanalen (nedløpskanalen) og hvor strimmelen passerer fra bunn til topp av og langs den andre kanalen (oppstigningskanalen), hvor elektrodene avsluttes i den nedre cellesonen og kommuniserer med minst to rør, hvor rørene og elektrodene er atskilt fra hverandre av en modul/del som er lokalisert nærmere den sylindriske overflata av trommelen enn elektrodene, og hvor rørene er anbrakt for å gi tvunget passasje av elektrolytt.

Galvaniseringsanordningen er ifølge oppfinnelsen karakterisert ved at rørene i hvert par har rørformete midler for mating av ej;ektorer som er plassert i hver av rørene for å trekke elektrolytt gjennom nedløps- og oppstigningskanalene, fra en tank anbragt over kanalene og i kommunikasjon med denne, idet hver av rørene har midler for å mate elektrolytt i motsatt retning av den ejektorene virker i, for å tvinge elektrolytten fra rørene gjennom nedløps- og oppstigningskanelene til tanken, og også er komplettert med samvirkende midler for å sikre at elektrolyttstrømningen i nedløps- og oppstigningskanalene er i den fastsatte retningen og med ønsket hastighet.

Ejektorene i hvert par mates fortrinnsvis av den samme materen gjennom en treveis-ventil, slik at den er i stand til å supplere den ene eller den andre eller begge eller ingen av ejektorene.

For å regulere retningen og hastigheten av elektrolytt-strømningen i både nedløps- og oppstigningskanalen uavhengig av hverandre og for å passe til spesielle framgangsmåtebetingelser, er det sørget for hensiktsmessige midler, som i hovedsak består av treveis-ventiler, midler for regulering av strømningene i de nødvendige pumpene, og strømningsstyre-ventiler. Fortrinnsvis er rørene også innbyrdes forbundet ved hjelp av treveis-ventiler nedstrøms ejektorene og rør som forbinder treveis-ventilene, idet rørene også kan fungere som sidepassasje for treveis-ventil-matingen til ejektorene.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av to mulige utførelsesfo^mer som er vist i fig. 1 og 2. Dette skjer ved eksemplifisering, som ikke skal betraktes som begrensende for oppfinnelsen.

I fig. 1 trekkes beholderen 1, som roterer rundt sin egen akse, langs strimmelen 2, som således beveger seg i retning pilene, idet den følger en nedløpsbane i kanal 6, mellom anoden 4 og beholderen 1, og deretter en oppstigende bane i kanal 5, mellom anode 3 og beholderen 1. Strømbærende ruller er betegnet 41 og 42. Elektroder 3 og 4 er forbundet ved bunnen til rør, hhv. 8 og 9, og øverst til tanker 22 og 25, som er utstyrt med separerende blader og overløpsrør 38 og 39 som avgrenser mottakssoner 23 og 26 for elektrolytten som ankommer via rør 35 og 36. Enhver turbulens og spruting fra soner 23 og 26 blir registrert av elementer 24 og 27.

I samsvar med strømnings-diagrammet som er vist, fylles de øvre tankene 22 og 25 som kommuniserer innbyrdes, ved hjelp av pumpe 29 som tilfører ny elektrolytt fra tank 28 via T-rør 40, styreventilen 43 og røret 35. På denne måten blir også kanalen 5 fylt. Pumpe 30 sender også ny elektrolytt fra tank 28 via røret 13 til treveisventilen 12 som, i den stillingen som er vist, mater ejektoren 10 som i sin tur, via røret 8 trekker inn ny elektrolytt fra sone 23 via kanal 5. Ventil 14, i den stillingen som er vist, tillater utløp av den primære væsken fra ejektor 10 via rør 16 og den sekundære væsken som er trukket gjennom rør 8.

På denne måten påvirkes og drives den høyre siden av anordningen, dvs. den som omfatter oppstigningskanalen 5.

Den venstre siden av anordningen, dvs. den som omfatter nedløpskanalen 6 blir gjort aktiv og operativ på følgende måte.

Elektrolytten som fordeles av pumpe 29 havner ved T-røret 40, og en del av denne blir sendt til røret 19 (idet strømningshastigheten blir regulert av styreventil 44) og via denne til treveis-ventilen 32, som i den stillingen som er vist, sender elektrolytten i motsatt retning av den ejektoren 11 virker i, ved hjelp av rør 34 og treveis-ventilen 15, inn i røret 9 hvorfra elektrolytten stiger opp gjennom kanal 6 og sone 26, går derfra via overløpsrør 39 og fordeles til tank 28 via rør 20.

En skal legge merke til at i praksis kan tanken 28 utformes av en rekke tanker og anordninger ikke bare for lagring, men også for å rense elektrolytten som returnerer fra galvaniseringscellene - eksempelvis for å fjerne gass som dannes ved anoder 3 og 4 og for gjenopprette den optimale blandingen og pH-verdien av elektrolytten.

Fig. 1 i de vedlagte tegningene refererer til et strømningsdiagram, der elektrolytten og strimmelen som skal overtrekkes løper motstrøms hverandre.

' Det forstås enkelt at ved hensiktsmessig å endre innstillingene av ventilene 12, 14, 51, 31 og 32 kan enhver ønsket tilstand av elektrolyttstrømningen sikres i kanalene 5 og 6.

Dersom det var nødvendig å oppnå et produkt som var belagt på begge sider, kunne strimmelen roteres 180° ved hjelp av en hensiktsmessig anordning og ført gjennom cellene i motsatt retning av den det er henvist til så langt: i dette tilfellet er alt det ville være nødvendig å gjøre være å reversere innstillingene av ventilene 12, 14, 15, 31 og 32 for å oppnå fullstendig motstrøms strømning.

Det foregående behandler ikke mulighetene oppfinnelsen gir til å møte innlysende framgangsmåtebehov og/eller produktkvalitetsbehov. Det er allerede blitt lagt merke til at et gitt forhold mellom fluidstrømnings-tilstand (turbulens) og påført strømtetthet må opprettholdes for å oppnå et galvaniseringsbelegg av god kvalitet.

Dersom en antar at strømtettheten er godtatt og de generelle egenskapene til anordningen gjør at den optimale relative hastigheten mellom elektrolytt og strimmel er 2 m/s, dersom sirkulasjonen er bare motstrøms, siden det er nødvendig for elektrolytten å ha en viss hastighet, er de maksimale tillatte strimmelhastighetene relativt lave, så små som omtrent 1,5 m/s. Under slike betingelser, tillater imidlertid elektrolytthastigheten tilstrekkelig fortynning av gassen som dannes ved anodene, og således avtar effektiviteten av prosessen og det samme gj<*t produktkvaliteten. I dette tilfellet (fig. 2) er det tilstrekkelig at i nedløpskanalen 6 bør sirkulasjonen av elektrolytt være i samme retning som strimmel 2, men ved en tilstrekkelig høy hastighet til å opprettholde den ønskete relative hastighetsverdien.

I utførelsesformen i fig. 2 blir driften gjennomført ved å velge innstillinger av treveis-ventilene 12, 41, 15, 31 og 31 slik at fluid som pumpes ved hjelp av 30 mates til begge ejektorer via ventil 12, og elektrolytten som kommer fra tanker 22 og 25 trekkes gjennom rør 8 og 9. I den viste utførelsesformen er treveis-ventiler 31 og 32 innstilt for å tillate direkte mating av elektrolytten til tanker 22 og 25 via pumpa 29.

Som en vil se er en differensiell konvergent strømning av elektrolytten sikret med denne utførelsesformen.

Et moderne galvaniseringsanlegg kan imidlertid godt akseptere strimmelhastigheter på mer enn 2 m/s. Det er klart at i disse betingelsene med de foregående relative hastighetene mellom strimmelen og elektrolytten vil det ikke i noe tilfelle være mulig å oppnå et produkt med best mulig kvalitet. 1 slike tilfeller vil det være tilstrekkelig å fordele elektrolytten i begge kanaler med en tilstrekkelig høy hastighet i samme retning som strimmelen for å opprettholde den ønskete relative hastigheten.

Et annet mulig arrangement er det som tillater at en divergent, differensiell strømning opprettholdes; her blir elektrolytten fordelt i begge rørene 8 og 9 i motsatt retning av den som ejektorene 10 og 11 virker i.

Det er derfor klart at i samsvar med denne oppfinnelsen er det ved å ganske enklelt endre innstillingene av noen få treveis-ventiler mulig å opprettholde enhver ønsket og/eller nødvendig elektrolytt-strømningstilstand i galvaniseringscellene, idet en sikrer best mulig kvalitet av produktet i alle tilfellene.

Det er også en annen måte å benytte oppfinnelsen på. Dersom det skulle bli nødvendig å tilvirke et svært tynt belegg, er det med den aktuelle anordningen, istedenfor å eliminere et antall celler, noe som kan være vanskelig mens korrekt innstilling av spolene skal opprettholdes, tilstrekkelig å redusere strømtettheten og dermed strømningen av elektrolytt i cellene, ved å bruke bare en av ejektorene, f.eks. nummer 10, lukke ekspansjonsventilen 37 og innstille ventilene 15 og 14 slik at elektrolytten som kommer fra røret 8 passerer gjennom rør 16 og 17 og stiger direkte inn i rør 19.

Det siste punktet en skal legge merke til er virkningen av del 7, som danner et separerende rom mellom kanaler 5 og 6, idet overflata av denne delen 7 som vender mot beholderen er nærmere denne enn overflatene av elektrodene 3 og 4 er. Denne overflata er også svært ru, slik at den i stor grad reduserer trykktapet av fluid som lekker ut fra røret med høyt trykk til røret med lavere trykk. På denne måten er lekkasjestrømningshastigheter lik eller også mindre enn 20% av strømningshastigheten i grenen med høyere trykk blitt registrert.

Claims (3)

1. Galvaniseringsanordning med radial celle og utstyrt med en horisontalt roterende beholder (1) som trekkes langs strimmelen (2) som skal overtrekkes og som er i kontakt med den utvendige sylindriske overflate av beholderen, og sett av elektroder (3,4) anbragt i par som vender mot den sylindriske flata av beholderen slik at de sammen med strimmeloverflata danner to kanaler (5,6) hvor strimmelen (2) passerer nedover fra topp til bunn av og langs den ene kanalen (6) (nedløpskanalen) og hvor strimmelen (2) passerer fra bunn til topp av og langs den andre kanalen (5) (oppstigningskanalen), hvor elektrodene (3,4) avsluttes i den nedre cellesonen og kommuniserer med minst to rør henholdsvis (8,9), hvor rørene og elektrodene er atskilt fra hverandre av en del (7) som er lokalisert nærmere den sylindriske overflata av trommelen (1) enn elektrodene (3,4), og hvor rørene er anbragt for å gi tvunget passasje av elektrolytt inne i nedløps- og oppstigningskanalene, karakterisert ved at rørene (8,9) i hvert par har rørformete midler for mating av ejektorer (10,11) som er plassert i hver av rørene for å trekke elektrolytt gjennom nedløps- og oppstigningskanalene (hhv. 6 og 5), fra en tank (28) anbragt over kanalene og i kommunikasjon med denne, idet hvert av rørene har midler (29) for å mate elektrolytt i motsatt retning av den ejektorene (10,11) virker i, for å tvinge elektrolytten fra rørene gjennom nedløps- og oppstigningskanelene (hhv. 6 og 5) til tanken, og også er komplettert med samvirkende midler for å sikre at elektrolyttstrømningen i nedløps- og oppstigningskanalene er i den fastsatte retningen og med ønsket hastighet.

2. Galvaniseringsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at ejektorene (10, 11) i hvert par blir matet av den samme materen (30) gjennom en treveis-ventil (12).

3. Galvaniseringsanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rørene er innbyrdes forbundet via treveis-ventiler(12,14,15,31,32) plassert nedstrøms ejektorene (10,11) og via rør som forbinder tteveis-ventilene, idet disse rørene også kan fungere som sidepassasje for treveis-ventilene som mater ejektorene.