NO844498L - Fremgangsmaate og anordning ved elektrolytisk avsetning av metaller. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved elektrolytisk avsetning av metaller, spesielt sink, fra vandige løsninger av metallsaltene på metallbånd, spesielt stålbånd under anvendelse av høye relative strømnings-hastigheter mellom elektrolytt og metallbåndet samt anodene, hvorunder metallbåndet føres vertikalt inn i elektrolytten; bøyes rundt og føres ut av elektrolytten loddrett samt en anordning for utførelse av denne fremgangsmåten ved hvilken det over metallbåndsinnløp og utløpet som er tilordnet en elektrolysecelle er anordnet en bøy-ningsrulle og/eller en strømrulle, og metallbåndet i nedre del av elektrolysecellen er ført rundt en neddykket rulle samt i innløpsområdet og utløpsområdet mellom anoder.

Fremgangsmåter ved elektrolyttisk avsetning av metaller på metallbånd er kjent i forskjellige utførelsesformer ved horisontal, radial eller vertikal båndføring i foredlings-sonen.

I detalj er det fra offentlig tilgjengelig østerisk patentsøknad A 3014-82 kjent en fremgangsmåte ved konti-nuerlig besjikting på en eller begge sider av et metallbånd som føres i en retning som avviker fra horisontalen med et metallsjikt på elektrolyttisk måte, hvorunder elektrolytten strømmer mellom i det minste en plateformet anode og metallbåndet som katode, som erkarakterisert vedat elektrolytten i det øvre området av anoden løper fritt inn og under innflytelse av tyngdekraften strømmer ned i et lukket strømningsvolum i rommet som dannes mellom anode og metallbånd, hvorunder rommet stadig etterfylles med elektrolytt.

Elektrolytten føres ved denne kjente fremgangsmåte, ved hvilken anoden dykker ned i elektrolyttbadet, motsatt metallbåndet som løper ut fra elektrolysecellen (motstrøm-ning) og føres med metallbåndet som løper inn i cellen (nedstrøms). Bortsett fra at denne fremgangsmåten bare er hensiktsmessig når avstanden mellom anoden og katoden, dvs. metallbåndet ikke er større enn 2 til 20 mm, for trinnsvis 10 mm, fordi ellers elektrolyttmengdene som må pumpes rundt blir for store, fører denne kjente fremgangsmåte til forskjellige strømningsformål ved innløpende og utløpende metallbånd og dermed også til forskjellige avsetningsbetingelser .

Ved en ytterligere fremgangsmåte som er foreslått av Søke-ren (P 32 28 641.4) for elektrolyttisk avsetning av metaller fra vandige løsninger av metallsalter på stålbånd under anvendelse av høye relative strømningshastigheter mellom elektrolytt og stålbånd, samt anoder for oppnåelse av store strømtettheter ved minst mulig energiforbruk, oppnås en tynn diffusjonssjikttykkelse ved at en elektro-lysestrøm som er rettet parallelt med stålbåndet forskyves gjennom elektrolyttdelstrømmer på tvers av båndets løpe-retning i en turbulent spenningstilstand. Også ved denne fremgangsmåten føres elektrolytten mot det utgående metallbånd, mens det strømmer med båndet i samme retning ved innløpet til båndet i elektrolysecellen.

Av disse kjente utførelsesformer av elektrolyttiske av-setningsprosesser kan man bare med stor innsats tilpasse strømtettheten til de forskjellige relative strømnings-hastigheter i elektrolysecellens innløps- og utløpsdel tilsvarende det ut- og innløpende endestykke av metallbåndet, og følgelig er det vanskelig, om ikke helt umulig, å oppnå jevne avsetningsbetingelser i disse to deler av elektrolysecellen.

Oppgaven for foreliggende oppfinnelse ligger i å frem-bringe en fremgangsmåte og en anordning av den innled-ningsvis nevnte art, som også muliggjør anvendelser av høye strømtettheter ved en vertikal celle vertikalt på metallbåndet, spesielt stålbåndet som føres gjennom en elektrolytt, samt at man kan oppnå like relative strømn-inger mellom metallbåndet og elektrolytt og dermed samtidig også jevne avsetningsbetingelser for det inn- og utløpende metallbånd.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at elektrolytten i hele området mellom anoden og metallbåndet føres tvunget mot båndets løperetning. På foretrukken måte oppnås dette ved at strømningen av elektrolytten økes ved en trykkøkning, hvorunder på fordelaktig måte trykket økes i innløps- og/eller utløpsdelen. En ytterligere mulighet for utførelsen av oppfinnelsen ligger i at elektrolytten i båndutløpsområdet tilføres en nedadrettet hastighetskom-ponent, at elektrolytten pumpes mot båndets løperetning, samt videre ved at et undertrykk dannes lokalt i cellen.

Den foretrukne anordning ifølge oppfinnelsen for utførel-sen av fremgangsmåten er slik oppbygget at elektrolysecellen er utstyrt med sjaktformige områder for båndinnløp og båndutløp, anodene på kjent måte er tilordnet hverandre og metallbåndet innenfor området og områdene for båndinnløpet og båndutløpet er forbundet kommuniserende med hverandre gjennom en underdel samt overkant av området for båndinn-løpet er anordnet med en avstand h under overkanten av båndutløpsområdet. Ytterligere utførelsesformer av anordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av den følgende be-skrivelse samt de ytterligere krav.

Fordelene ved oppfinnelsen ligger spesielt i at en ikke laminær strømning av elektrolytten nå også ved en vertikal føring av metallbåndet både i innløpsdelen og utløpsdelen av elektrolysecellen oppnås i elektrolysesonene, hvorved en reduksjon av det katodiske diffusjonssjiktet og til-veiebringelsen av en tilstrekkelig stor mengde avsetnings-bare ioner først dannes og dertil anvendelsen av høye strømtettheter, fortrinnsvis ved galvanisering av stålbånd med mer enn 60 A/dm 2 uten "påbrenning" av det utskilte metall- (sink-) overtrekk blir mulig, dvs. også enøkning av avsetningshastigheten oppnås, og videre hindres par-tikler som samtidig er tilstede i elektrolytten i å av-sette seg på metallbåndet og/eller komme i området til strømoverføringsrullene. Følgelig oppnås til slutt en perfekt overflate av det utskilte metallsjikt raskere og med enklere midler enn tidligere kjent.

Totalt utføres fremgangsmåten med en relativ strømnings-hastighet mellom mer enn 0,5 til 2,5, fortrinnsvis 3,0 m/sek., hvorunder den relative strømningshastighet er has-tighetsforskjellen mellom metallbånd- og elektrolyttstrøm-ningshas tigheten.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vist i tegningen som foretrukne utførelsesformer av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvorunder fig. 1 til 5 skjematisk viser elektro-lyseceller i forksjellige varianter med et inn- og utløp-ende metallbånd.

Som man ser av fig. 1 til 5 er det over en generelt med 1 angitt elektrolysecelle stadig ovenfor metallbåndinnløpet og metallbåndutløpet i henholdsvis fra cellen 1 anordnet en bøyningsrulle 2,3 samt en strømoverføringsrulle 4,5. Metallbåndet 6 som skal foredles, f.eks. forsinkes går tilsvarende i pilens retning 7 mellom bøyningsrullen 2 og strømrullen 4, gjennom hvilke strømoverføringen på metallbåndet, f.eks. et stålbånd, finner sted linjeberørende, nedover i innløpsområdet 8 mellom anodene 9, rundt den neddykkede rulle 10 og så oppover mellom anoden 11 i ut-løpsområdet. Etter utgangen fra utløpsområdet 12 av elektrolysecellen 1 føres metallbåndet 6 mellom bøyningsrullen 3 og strømrullen 5 f.eks. av den neste elektrolysecelle, som anoder 9, 11 anvendes enten løselige eller uløselige anoder. Alternativt kan strømruller anvendes i stedet for bøyningsrullene 2 og 3, hvorved strømrullene 4 og 5 kan sløyfes.

Som man videre ser av fig. 1 til 5 er både innløpsområdet 8 og utløpsområdet 12 utformet sjaktformet, hvorunder

disse områdene 8, 12 er forbundet kommuniserende med hverandre gjennom en underdel 13 hvori den neddykkede rulle 10 er anordnet. Videre er øvre kant av innløpsområdet 8 anordnet med en avstand h under øvre kant av utløpsområdet

12. Føres elektrolysevæsken inn i utløpsområdet 12, f.eks. gjennom et i fig. 3 vist elektrolyseinnløp 14, får man under metallbåndets løp gjennom elektrolysecellen 1 en strømning av elektrolytten mot båndets løperetning, dvs. i utløpsområdet 12 er strømningen rettet nedad og i innløps-området 8 oppad. Følgelig kommer elektrolytten ut på overkanten av innløpsområdet 8 som antydet ved piler 18. Stør-relsen av avstanden h avhenger av den ønskede strøm-ningshastighet og strømningstapene for elektrolytten i ut-løpsområdet 12 i underdelen 13 og i innløpsområdet 8. For besjiktingen henholdsvis foredlingen av metallbåndet 6 er den virksomme lengde for anodene 9, 11 angitt med a i fig. 1.

Ved utførelsesformen av elektrolysecellen 1 iføge fig. 2 er anodene 9 forkortet med størrelsen h, slik at under-kanten av anodene 9 i innløpsområdet 8 ligger i samme høyde som anodene 11 i utløpsområdet 12.

For spesielt å oppnå en optimal lengde av anodene 9 i inn-løpsområdet 8, dvs. en så lang avsetningsstrekning som mulig, er ifølge figur 3 innløpstrakter for elektrolytten plassert i utløpsområdet 12 til metallbåndet 6; slik at hvis elektrolytten innføres i innløpstrakten 14 som stik-ker mellom anodene 11, får man i utløpsområdet 12 en øket strømningshastighet av elektrolytten mellom metallbåndet 6 og anodene 11 motsatt metallbåndets 6 bevegelsesretning.

For at denne strømningen skal opprettholdes på ethvert sted i elektrolysecellen motsatt båndets bevegelsesretning og den nødvendige høydeforskjellen h kan holdes liten, er det under anodene 11 plassert avsugningsrør 15 med en pumpe 16, som elektrolytt kan suges vekk med og trykkes inn i innløpsområdet 8 under anodene 9 gjennom matings-røret 17. Herved får man en ytterligere oppadrettet strøm-ningskomponent i innløpsområdet 8 for å derved nesten ut-jevne strømningstapene. Med pilen 18 antydes den over-løpende elektrolytten.

I det ytterligere utførelseseksempelet ifølge figur 10 er

- som også i fig. 3 - området som ligger mellom innløps-og utløpsområdet 8, 12 av elektrolysecellen 1 utformet som

overløpsbeholder 19, i hvilken en pumpe 20 er anordnet. Elektrolytten som løper ut av innløpsområdet 8 i overløps-beholderen 19 - antydet med pilen 21 tilbakepumpes ved hjelp av pumpen 20 - som antydet med pilen 22 - i åpningen av utløpsområdet 12 til metallbåndet 6. Følgelig må bare en liten elektrolyttmengde som kommer fra en ikke vist forrådsbeholder i tillegg pumpes inn i utløpsområdet 12 for å gi henholdsvis øke den nødvendige strømning motsatt båndet bevegelsesretning.

Ved innpumpning av en elektrolyttmengde med stor hastighet kan derimot den nødvendige høydeforskjell reduseres for å oppnå en strømning. Den ikke nødvendige elektrolyttmengde strømmer fra overløpsbeholderen 19 direkte tilbake i forrådsbeholderen (pil 23).

En ytterligere utførelsesform vises på figur 5. Her er det over elektrolysecellen 1 anordnet en forrådsbeholder 24 med et forbindelsesrør 25 til innløps traktene 14. I denne elektrolysecellen oppnås den nødvendige strømningsenergi ved at en rettet elektrolysestrøm føres fra forrådsbeholderen 24 inn i innløpstrakten 14 av utløpsområdet 12. For å oppnå en jevn fylling av utløpsområdet 12 er det nød-vendig at stadig en del av elektrolytten fra dette området - som antydet med pilen 26 - strømmer over. Ved hjelp av en pumpe 27, som er anordnet i underdelen 13 av elektrolysecellen 1 under den neddykkede rulle 10, dannes under sjakten 12 en trykkreduksjon og over. sjakten en trykkstig-ning, slik at høydeforskjellen mellom overkantene av inn-løps- og utløpsområdet 8, 12 kan holdes meget liten. For å redusere den totale pumpeenergi er det videre mulig, som vist i fig. 4, å føre en viss elektrolyttmengde direkte tilbake i forrådsbeholderen 24 gjennom pumpen 20 i over-løpsbeholder en 19.

I Elektrolysecelle

2, 3 Bøyningsrulle 4, 5 Strømoverføringsrulle 6 Metallbånd 7 Piler (båndets bevegelsesretning)

8 Innløpsområde

9 Anoder (innløpsområde)

10 Neddykket rulle II Anoder (utløpsområde)

12 Utløpsområde

13 Underdel

14 Innløpstrakt

15 Avsugningsrør (under anoder)

16 Pumpe

17 Matingsrør (under anoder 9)

18 Piler (innløpsområde)

19 Overløpsbeholder

20 Pumpe

21 Pil (i overløpsbeholder 19)

22 Pil (i utløpsområdet 12)

23 Pil (i forrådsbeholder)

24 Forrådsbeholder

25 Forbindelsesrør

26 Pil

27 Pumpe

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved elektrolyttisk avsetning av metaller, spesielt av sink fra vandige løsninger av metallsaltet på metallbånd, spesielt stålbånd under anvendelse av høye relative strømningshastigheter mellom elektrolytt og metallbåndet samt anodene, hvorunder metallbåndet innfø res vertikalt i elektrolyttene, bø yes og føres vertikalt ut fra elektrolytten, karakterisert ved at elektrolytten i hele området mellom anoden og metallbåndet føres tvunget mot båndets løperetning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrolyttens strømning oppnås ved en trykkø kning.

3. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved at trykket økes på nedre ende av innløps- og/eller i utløpsdelen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 3, karakterisert ved at elektrolytten til-føres i båndets utløpsområde med en nedadrettet hastig-hetskomponent.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 4, karakterisert ved at elektrolytten pumpes mot båndets løperetning.

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 til 5, karakterisert ved at elektrolyttens strømningshastighet økes ved at det dannes et lokalt undertrykk i cellen.

7. Anordning til utføring av fremgangsmåten ved elektrolyttisk avsetning av metaller på metallbånd ifølge kravene 1 til 6, hvorunder det over en elektrolysecelle er anordnet en bø yningsrulle og/eller en strømrulle tilordnet metallbåndinnløpet og utløpet, metallbåndet føres i nedre del av elektrolysecellen rundt en neddykket rulle samt i innløpsområdet og utlø psområdet mellom anoder, karakterisert ved at elektrolysecellen (1) er utstyrt med sjaktformede områder (8, 12) for bånd-innløp (8)( og båndutlø pet (12), innenfor områdene (8,12) er anodene (9,11) anordnet parallelt med hverandre og til metallbåndet (6) og områdene (8,12) er forbundet kommuniserende med hverandre gjennom en underdel (13) samt øvre kant av området (8) for båndinnløpet med en avstand h under øvre kant av området (12) for båndutløpet.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at mellom de sjaktformige områder (8,12) er anordnet en overlø psbeholder (19) med en pumpe (16), som er forbundet med avsugningsrør (15) plassert under området (12) og med materør (17) under området (8) for elektrolysevæske, hvorunder avstanden h kan reduseres til null.

9. Anordning ifølge kravene 7 og 8, karakterisert ved at en pumpe (20) anordnet i overløpsbeholderen (19) på trykksiden gjennom rør (22) er forbundet med åpningen til utløpsområdet (12).

10. Anordning ifølge kravene 7 til 9, karakterisert ved at det i nedre del (13) under den neddykkede rulle (10) er anordnet en pumpe (27) .

11. Anordning ifølge kravene 7 til 10, karakterisert ved at det i utløpsområdet (12) er anordnet innløps trakter (14) for elektrolysevæsken, hvis nedre ende ligger mellom anodene (11).

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at det over innløps-trakten (14) og gjennom rør (25) forbundet med denne er anordnet forrådsbeholdere (24).