SE441013B

SE441013B - DEVICE FOR ELECTROLYTIC TREATMENT OF LONG-TERM METAL BANDS

Info

Publication number: SE441013B
Application number: SE8400299A
Authority: SE
Inventors: E C Brendlinger; R F Higgs; I J Kharouf
Original assignee: Uss Eng & Consult
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1985-09-02
Also published as: NL192210C; FR2561267B1; CA1216822A; JPS60177200A; FR2561267A1; SE8400299L; NL8400653A; GB2152532B; BE898723A; GB8400600D0; GB2152532A; NL192210B; SE8400299D0

Description

>l5 20 25 30 35 8400299-7 terna övervunnits. Men eftersom dylika horisontella system kräver ett tämligen radikalt frångående av de kon- ventionella vertikala tankarna, och dessutom kräver av- sevärda kapitalutlägg för att avlägsna de vertikala tan- karna och installera komplett ny apparatur, använder trots allt de flesta anläggningar fortfarande de ovan- nämnda konventionella systemen med vertikal passage. De horisontella passagesystemens verkningsgrad och höga produktionshastighet kan även uppnås vid ett vertikalt passagesystem, i någon mån analogt med det som beskrives i de amerikanska patenten 2 317 242 och 2 673 836, ge- nom en modifikation av där beskriven apparatur i ända- mål att möjliggöra användning av olösliga elektroder, vilka kan placeras i exakt läge tätt intill bandets yta (t.ex. på ett avstånd av,6 till 38 mm) för att höja elektrolysprocessens verkningsgrad. Dessa elektroder kan lätt avlägsnas, sättas i stånd på nytt och âterinsättas för att bibehålla det erforderliga korta avståndet. De nya elektrodernas utformning och egenskaper gör det även möjligt att applicera dem vid galvaniseringsceller av den horisontella typen. > l5 20 25 30 35 8400299-7 terns overcome. However, since such horizontal systems require a rather radical departure from the conventional vertical tanks, and also require considerable capital expenditures to remove the vertical tanks and install completely new equipment, most plants still use the above-mentioned devices. conventional vertical passage systems. The efficiency and high production speed of the horizontal passage systems can also be achieved with a vertical passage system, to some extent analogous to that described in U.S. Patents 2,317,242 and 2,673,836, by a modification of the apparatus described therein for the purpose of enabling use of insoluble electrodes, which can be placed in the exact position close to the surface of the strip (eg at a distance of .6 to 38 mm) to increase the efficiency of the electrolysis process. These electrodes can be easily removed, reassembled and reinserted to maintain the required short distance. The design and properties of the new electrodes also make it possible to apply them to galvanizing cells of the horizontal type.

Enligt uppfinningen ástadkommes en anordning för elek- trolytisk behandling av långsträckta metallband, vilken omfattar en rörliknande elektrolytkorridor, medel att styra bandet in i korridorens inlopp, medel för att leda bandet från korridorens utlopp, medel innefattande elektroder för att bilda en elektrolysström mellan bandet och elektroderna samt medel för att bringa elek- trolyten att strömma genom korridoren. Anordningen kännetecknas av att elektroderna_är insatta i öppningar i korridorväggarna från väggarnas utsida, varvid var och en av elektroderna har ett yttre flänsparti anord- nat i vätsketätt tätande ingrepp med korridorväggens utsida samt ett från flänspartiet utskjutande och i väggöppningen insatt inre parti, vilket uppvisar en mot elektrolyten vettande elektrodyna, som ligger i huvudsak i plan med korridorväggens insida samt med de mellan flänspartiet och den inre elektrodytan befintliga elektrod- ytorna liggande i våtsketätt ingrepp med öppningen. lšoon QUALITÅ 10 15 20 25 30 35 ,...-..__...,._._..,_.._.__..._.-_._....__,..,. __... _ 8400299-7 Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare i exemplifie- rande syfte med hänvisning till bifogade rit- ningar, pâ vilka fig. 1 visar ett tvärsnitt qenom en ver- tikal cell för elektrolytisk behandling innefattande upp- finningen. Fig. 2 är en förstorad perspektivvy av en T- formad elektrod liknande dem som visas i fig 1. Fig. 3 visar ett tvärsnitt genom en elektrod liknande dem som vi- sas i fig. 1 och 2 och åskådliggör en anordning, medelst vilken sådana elektroder kan monteras, och fig. 4 slutligen är en schematisk vy av en cell av horisontaltyp för elek- trolysbehandling, likaledes innefattande uppfinningen.According to the invention there is provided an apparatus for electrolytic treatment of elongate metal strips, comprising a tubular electrolyte corridor, means for guiding the strip into the inlet of the corridor, means for conducting the strip from the outlet of the corridor, means comprising electrodes for forming an electrolytic current between the strip and the electrodes and means for causing the electrolyte to flow through the corridor. The device is characterized in that the electrodes are inserted into openings in the corridor walls from the outside of the walls, each of the electrodes having an outer flange portion arranged in a liquid-tight sealing engagement with the outside of the corridor wall and an inner portion projecting from the flange portion and facing the wall opening. the electrode facing the electrolyte, which lies substantially in plane with the inside of the corridor wall and with the electrode surfaces present between the flange portion and the inner electrode surface lying in liquid-tight engagement with the opening. lšoon QUALITÅ 10 15 20 25 30 35, ...-..__..., ._._ .., _.._.__..._.-_._....__, .. ,. 8400299-7 The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a cross section through a vertical cell for electrolytic treatment comprising the invention. Fig. 2 is an enlarged perspective view of a T-shaped electrode similar to those shown in Fig. 1. Fig. 3 shows a cross section through an electrode similar to those shown in Figs. 1 and 2 and illustrates a device by which such electrodes can be mounted, and Fig. 4 is finally a schematic view of a horizontal type cell for electrolysis treatment, also embodying the invention.

Såsom framgår av fig. 1 har apparaten enligt uppfinningen ett rörsystem 2, som håller en elektrolyt i cirkulation i en tank 3 för vidare strömning upp genom två rörformade s.k. korridorer 4 och 4' för elektrolysbehandling, vidare genom bräddavlopp 5 och 5' samt till en uppsamlingstank 6 för âterförande till en behållare. Bandet 7 inträder i apparaten genom att inledningsvis brytas kring en konduk- torvals 8 för att därefter passera in i korridorens 4 strömningskanal, vars väggar kan vara av metall, material av plasttyp eller något annat material, som samsas med den använda elektrolyten. På var sida om korridoren finns en öppning, i vilken en T-formad elektrod 9 är placerad, var- vid den ena elektroden företrädesvis är förskjuten i för- hållande till den på motsatta väggen. En dylik ömsesidig lägesförskjutning av elektroderna är speciellt önskvärd för elektrolytiska utfällningsprocesser för att förhindra att en av anoderna blir något negativ i förhållande till den som ligger rakt mitt emot, vilket sålunda skulle för- orsaka elektrolytisk utfällning på anoden med lägre poten- tial. Bandet passerar sedan kring en nedsänkt vals 10 och inträder i korridoren 4'. Sedan bandet passerat uppåt ge- gom denna korridor avlägsnas eventuella föroreningar på bandet medelst sprutorgan 11. För att hindra att gnistbild- ÉSÜR Qvzaim? 10 15 20 25 30 35 8400299-7 ning skadar bandet kan en tillhållarvals 12 placeras strax nedanför tangeringspunkten där bandet gör kontakt med en andra konduktorvals 8'.As can be seen from Fig. 1, the apparatus according to the invention has a pipe system 2, which keeps an electrolyte in circulation in a tank 3 for further flow up through two tubular so-called corridors 4 and 4 'for electrolysis treatment, further through overflow 5 and 5' and to a collection tank 6 for return to a container. The belt 7 enters the apparatus by initially breaking around a conductor roller 8 and then passing into the flow channel of the corridor 4, the walls of which may be of metal, plastic-type material or some other material which coexists with the electrolyte used. On each side of the corridor there is an opening in which a T-shaped electrode 9 is placed, one electrode preferably being offset relative to that on the opposite wall. Such a mutual displacement of the electrodes is particularly desirable for electrolytic precipitation processes in order to prevent one of the anodes from becoming somewhat negative in relation to the one directly opposite, which would thus cause electrolytic precipitation on the anode with lower potential. The belt then passes around a submerged roller 10 and enters the corridor 4 '. After the belt has passed upwards through this corridor, any contaminants on the belt are removed by means of spray means 11. To prevent sparking- ÉSÜR Qvzaim? If the damage to the belt, a tumbler roller 12 can be placed just below the tangent point where the belt makes contact with a second conductor roller 8 '.

Det är väl.känt att olika alternativ står till förfogande för att leda elektricitet till och från bandet. Om exem- pelvis apparaten skulle användas uteslutande för elektro- lytisk rengöring eller betning skulle elektroderna vid nedåtpassagen (eller uppåtpassagen) kunna vara utförda antingen positiva eller negativa i förhållande till ban- iden, beroende på polariteten hos konduktorvalsarna, vilka bibringar bandet samma polaritet. Bandpolariteten kan även varieras i endera strömningskanalen genom att anslutning- arna från strömkällan varieras. Då det gäller galvanise- ring kan konduktorvalsen och bandet göras katodiska (bi- bringas negativ polaritet) i förhållande till elektroderna.It is well known that various alternatives are available for conducting electricity to and from the belt. For example, if the apparatus were to be used exclusively for electrolytic cleaning or pickling, the electrodes at the downward passage (or upward passage) could be made either positive or negative relative to the web, depending on the polarity of the conductor rollers, which impart the same polarity to the belt. The band polarity can also be varied in either flow channel by varying the connections from the current source. In the case of galvanizing, the conductor roller and the strip can be made cathodic (imparting negative polarity) in relation to the electrodes.

Ehuru användning av konduktorvalsar för att göra direkt elektrisk kontakt med bandet är att föredra vid elektro- lytiska behandlingsprocesser med hög strömtäthet, d.v.s. strömheter överstigande S382 A/m2, torde inses att använd- 'ning av konduktorvalsar inte är av väsentlig betydelse och att strömöverföring till bandet kan ske medelst vad som kan benämnas bipolär elektrolys (se exempelvis det amerikanska patentet 2 165 326), vid vilken överföring ”kan åstadkommas från en elektrod med en viss polaritet, genom elektrolyten till bandet och vidare genom elektrolyten till en elektrod med motsatt polaritet.Although the use of conductor rollers to make direct electrical contact with the belt is preferred in high current density electrolytic treatment processes, i.e. currents exceeding S382 A / m2, it should be understood that the use of conductor rollers is not essential and that current transfer to the belt can be by means of what may be called bipolar electrolysis (see, for example, U.S. Pat. No. 2,165,326), in which can be produced from an electrode of a certain polarity, through the electrolyte to the band and further through the electrolyte to an electrode of opposite polarity.

I fig. 2 och 3 visas hur elektroden 9 består av ett inre parti 14 för införande i_en öppning i korridorens 4 vägg under vätsketätt ingrepp med öppningens sidor 15, samt ett yttre flänsparti 16 för tätning mot utsidan Qgav kor- ridorväggen. En samlingsskena 17, t.ex. av koppar, kan vara ingjuten i elektrodkroppen. En dylik ingjutninq i ett stycke ger både bättre mekanisk och elektrisk kon- takt än som skulle uppnås pâ konventionellt sätt, då sam- lingsskenan skruvas fast på elektroden. För att förhindra störningar i elektrolytflödet genom korridoren 4 utföres 10 ,15 20 25 30 35 8400299-7 den inre elekrodytan14i lämpligen så, att den ligger i plan med väggens insida4i. För att uppnå önskad vätske- tätning kan ett beslag eller en bygel 18 användas till- sammans med fästskruvar 19 som pressar flänspartiet 16 antingen direkt mot ytterväggen ¶>eller mot en packning 20 för att täta och isolera flänspartiet från cellväggen.Figs. 2 and 3 show how the electrode 9 consists of an inner portion 14 for insertion into an opening in the wall of the corridor 4 during liquid-tight engagement with the sides 15 of the opening, and an outer flange portion 16 for sealing against the outside Qgav the corridor wall. A busbar 17, e.g. of copper, may be molded into the electrode body. Such a one-piece casting provides both better mechanical and electrical contact than would be achieved in a conventional manner, when the busbar is screwed onto the electrode. In order to prevent disturbances in the electrolyte flow through the corridor 4, the inner electrode surface 14i is suitably designed so that it is flush with the inside of the wall 4i. To achieve the desired liquid seal, a fitting or bracket 18 can be used together with fixing screws 19 which press the flange portion 16 either directly against the outer wall ¶> or against a gasket 20 to seal and insulate the flange portion from the cell wall.

Förutom förbättrad tätning och lättare elektrisk anslut- ning, som möjliggöres tack vare flänspartiet 16, medför den större, yttre ytan också att en förbättrad elektrod- kylning möjliggöres genom naturlig konvektion, med el- ler utan användning av kylflänsar, eller medelst konduk- tiv kylning, d.v.s. bortledning av värme, med ett fly- tande värmeöverförande medium.In addition to improved sealing and lighter electrical connection, which is made possible thanks to the flange portion 16, the larger, outer surface also means that an improved electrode cooling is made possible by natural convection, with or without the use of heat sinks, or by conductive cooling. , ie heat dissipation, with a liquid heat transfer medium.

De T-formade elektroderna kan även användas i en elek- trolyscell av i huvudsak horisontell typ, såsom vid ett system speciellt anordnat för galvanisk utfällning av be- läggningar av TFS-typ, såsom beskrives i normen ASTM 657-74. Ehuru det i allmänhet inte är nödvändigt för en dylik cell att i någon nämnvärd utsträckning avvika från horisontalläget torde inses att uppfinningen även är tillämpbar på lutande celler. Sådana "i huvudsak hori- sontella" celler kan således avvika från horisontalpla- net så mycket som plus eller minus 300. Galvaniserings- och sköljningssektionerna av ett sådant system visas i fig. 4. Ett band 21 passerar mellan en konduktorvals 22 och tillhâllarvals23. Korrekt orientering av bandets bana eller riktning under sin passage in i och ut från korri- dorens 24 flödeskanal åstadkommes medelst passageriktningen avlänkade rullar 25 och 26. Elektrolyt ledes med hög hastighet genom korridoren 24 medelst samlingsrör 27. Efter att ha passerat ett par läppar 28 träffar den utträdande elektrolyten en avlänkningsskärm 29 och riktas därigenom mot bottnen av tanken 30, som tjänar som en behållare för den elektrolyt som matas till samlingsrören genom ett (icke visat) rörsystem. Elektroder 31 är placerade på ömse sidor om korridoren på i huvudsak samma sätt som fig. 1 y ......... ........ .... ,,_________ __ ' ' ~~«-~. ß-ï x,- 10 15 20 25 30 35 8400299-72 x åskådliggör. I de fall apparaten är speciellt utförd för galvanisering är elektroderna (ammkxna) lägesför- skjutna sinsemellan för att förhindra att utfällning sker på någon anod som har lägre potential. Bandbanans riktning ändras av en nedsänkt vals 32, varefter bandet utträder ur tanken 30 och passerar mellan en konduktor- vals 33 och tillhållarvals 34. Därpå sker sköljning* av det galvaniserade bandet antingen medelst sprutorgan 35 eller helt enkelt genom att bandet sänkes ner i en sköljlösning, som upptas i en sköljtank 36, eller genom att båda metoderna kombnumæs. Om nedsänkning är den enda typ av sköljning som tillämpas används normalt en serie dylika sköljtankar för att bandets båda sidor skall bli tillräckligt sköljda.The T-shaped electrodes can also be used in an electrolytic cell of a substantially horizontal type, such as in a system specially arranged for galvanic precipitation of TFS-type coatings, as described in standard ASTM 657-74. Although it is generally not necessary for such a cell to deviate from the horizontal position to any appreciable extent, it will be appreciated that the invention is also applicable to inclined cells. Such "substantially horizontal" cells can thus deviate from the horizontal plane by as much as plus or minus 300. The galvanizing and rinsing sections of such a system are shown in Fig. 4. A strip 21 passes between a conductor roll 22 and tumbler roll 23. Proper orientation of the path or direction of the belt during its passage into and out of the flow channel of the corridor 24 is accomplished by the passage direction deflected rollers 25 and 26. Electrolyte is passed at high speed through the corridor 24 by means of manifolds 27. After passing a pair of lips 28 hits the exiting electrolyte has a deflection screen 29 and is thereby directed towards the bottom of the tank 30, which serves as a container for the electrolyte fed to the manifolds through a pipe system (not shown). Electrodes 31 are located on either side of the corridor in substantially the same manner as Fig. 1 y ......... ........ .... ,, _________ __ '' ~~ «- ~. ß-ï x, - 10 15 20 25 30 35 8400299-72 x illustrate. In cases where the device is specially designed for galvanizing, the electrodes (ammkxna) are offset from each other to prevent precipitation from taking place on an anode with a lower potential. The direction of the strip web is changed by a submerged roll 32, after which the strip emerges from the tank 30 and passes between a conductor roll 33 and tumbler roll 34. Thereafter, rinsing * of the galvanized strip takes place either by spray means 35 or simply by immersing the strip in a rinsing solution. , which is accommodated in a rinsing tank 36, or by combining both methods. If immersion is the only type of rinsing applied, a series of such rinsing tanks are normally used to sufficiently rinse both sides of the belt.

Ehuru uppfinningens fördelar kan tillämpas på elektrolys- celler av horisontaltyp med användning av olika ström- ningsmönster för elektrolyten, t.ex. då elektrolyten strömmar i motström mot eller vinkelrätt mot bandets rörelseriktning, föredras det medströmsflöde av elektro- lyten som fig. 4 visar; härigenom möjliggöres en tillräck- ligt effektiv bortspolning av gaser, som bildas under galvanisering och vilka skulle minska lösningens resisti- vitet och följaktligen den för dylik galvanisering erfor- derliga effekten. Ett ytterligare särdrag, som med för- deljnföres på den i fig. 4 visade apparaten, är de läppar 28 som anordnas nära korridorens utgångsände, vilka läp- par skjuter in från korridorväggarnas insida in i ström- ningskanalen. Ehuru dylika läppar är utförda så, att de inte gör kontakt med bandet (avståndet mellan läpparnas kanter varierar i stort sett mellan 10 och 19 mm, före- trädesvis mellan 10 och 13 mm vid korridorer, vilkas strömningskanal har en bredd av från 22 till 38 mm), har det visat sig att de icke desto mindre bidrar till, möj- ligen som en följd av hydrodynamiskt tryck, att bandets bana märkbart stabiliseras under dess passage. Stabilise- ringen förbättras än mer om läpparna lutas i bandets rö- relseriktning, såsom figuren visar.Although the advantages of the invention can be applied to horizontal type electrolytic cells using different flow patterns for the electrolyte, e.g. when the electrolyte flows in countercurrent to or perpendicular to the direction of movement of the belt, the co-current flow of the electrolyte shown in Fig. 4 is preferred; this enables a sufficiently efficient flushing of gases which are formed during galvanization and which would reduce the resistivity of the solution and consequently the effect required for such galvanization. A further feature which is advantageously implemented on the apparatus shown in Fig. 4 are the lips 28 which are arranged near the exit end of the corridor, which lips project from the inside of the corridor walls into the flow channel. Although such lips are designed so that they do not make contact with the belt (the distance between the edges of the lips varies roughly between 10 and 19 mm, preferably between 10 and 13 mm in corridors whose flow channel has a width of from 22 to 38 mm), it has been found that they nevertheless contribute, possibly as a result of hydrodynamic pressure, to the path of the belt being appreciably stabilized during its passage. The stabilization is improved even more if the lips are tilted in the direction of movement of the belt, as the figure shows.

Claims

10 15 20 25 30 35 8400299-'7 Patent claim

An apparatus for electrolytically treating elongate metal strips, comprising a tubular electrolyte corridor, means for guiding the strip into the inlet of the corridor, means for guiding the strip from the outlet of the corridor, means comprising electrodes for forming an electrolytic current between the strip and the electrodes, and means for causing the electrolyte to flow through the corridor, characterized in that the electrodes (9,9 ') are inserted in openings in the corridor walls (4,4', 24) from the outside of the walls, each of the electrodes has an outer flange portion (16) arranged in a liquid-tight sealing engagement with the outside of the corridor wall (4,4 ') and an inner portion (14) projecting from the flange portion (16) and inserted into the wall opening, which has an electrode surface facing the electrolyte. (141), which lies substantially in plane with the inside of the corridor wall (4i) and with the electrode surfaces present between the flange portion and the inner electrode surface lying in liquid-tight engagement with the opening. gen (15).

Device according to claim 1, characterized in that the flange portion (16) and the inner portion (14) of the electrode are cast, into an integral unit, around a busbar (17) for contact with a current source.

Device according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the corridor (24) is substantially horizontal, and in that the inlet and outlet of the electrolyte are close to the inlet and outlet of the strip, respectively, so that the electrolyte flows downstream with the band (21).

Device according to claim 3, characterized in that the corridor (24) near its outlet end of the electrolyte has upper and lower lips (28), which project from the inside of the respective corridor wall towards the opposite side of the strip (21). "“ - -...__ ”aaah QUALITY 10 15 20 25 30 35 aaoozse-7 S '

Device according to claim 4, characterized in that the lips (28) are arranged inclined in the direction of movement of the belt, and that the distance between adjacent lip edges is from 10 to 19 mm.

Device according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the device has two tubular electrolyte corridors (4,4 '), which are suspended with their axes substantially vertical over an electrolyte tank (3), the means to guide the belt (7) into and out of the corridors comprises on the one hand an entry roller (8), over which the belt (7) passes before its passage downwards through one of the corridors (4), and on the other hand a submerged roller ( 10) around which the belt (7) passes before it enters the lower part of the second corridor (4 '), and on the other hand an exit roller (8'), over which the belt (7) passes after its passage through the second corridor ( 4 '), and the means for causing the electrolyte to flow comprises a overflow drain system (6) for directing electrolyte from the upper parts of the corridor back to the electrolyte tank (3).

Device according to claim 6, characterized in that the overflow drain system (6) comprises a pipe system for guiding the electrolyte back to the tank (3) while preventing the contact of the electrolyte with the outside of the corridor walls.

Device according to claim 6 or 7, characterized in that said inlet and outlet rollers (8,8 ') are connected to a current source to serve as a current conductor to the belt.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the corridor is from 13 to 76 mm wide.