Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung mit einer Metallschicht und gegebenenfalls elektrolytischen Behandlung eines Metallbandes

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung mit einer Metallschicht und gegebenenfalls elektrolytischen Behandlung eines Metallbandes, welches in einer von der Horizontalen abweichenden Richtung geführt ist, wobei der Elektrolyt im oberen Bereich einläuft, zwischen zumindest einer plattenförmigen Elektrode und dem Metallband strömt und bei einer Beschichtung das Metallband kathodisch und die Elektrode anodisch und bei einer elektrolytischen Behandlung das Metallband kathodisch oder anodisch und die Elektrode anodisch oder kathodisch geschaltet wird.

[0002] Ein Metallband kann solcherart einseitig, z.B. verzinkt, verzinnt, vermessingt usw. werden. Bei entsprechender Ausgestaltung des Verfahrens ist es aber auch möglich, solche Auflagen in einem Durchzug beidseitig durchzuführen, u. zw. auch mit unterschiedlicher Auflagenstärke.

[0003] Bei jenen Verfahren und Vorrichtungen, die bisher diesem Zweck dienten, wurde das Metallband gewöhnlich im Elektrolyten untergetaucht, weshalb der Elektrolyt das Band . ohne besondere Maßnahmen auf beiden Seiten kontaktierte und trotz spezieller Anodenanordnungen und Abdeckmasken eine einseitige Metallisierung deshalb mit besonderen Schwierigkeiten verbunden war, weil es nie ganz zufriedenstellend gelang, ein geringes Übergreifen des galvanischen Metallbelages an den Kanten auf die Rückseite ganz zu vermeiden - von den unangenehmen Auflagestärkeerhöhungen gegen die Kanten zu, ganz zu schweigen.

[0004] Diese Unannehmlichkeiten sind selbst dann nicht ganz zu vermeiden, wenn das Band, am Umfang einer Walze anliegend, mit der teilweise untergetauchten Walze an einer Anode vorbeibewegt und metallisiert wird, weil es aus den bekannten Gründen der beim Walzen auftretenden Spannungsunterschiede oft zu einer gewissen Welligkeit der Bandkanten kommt, hinter die dann auch bei sonst gut an der Walze anliegendem Band der Elektrolyt dringt und seiner Streufähigkeit entsprechend das Areal der metallisierten Bandoberfläche ausweitet.

[0005] Eine Variante dieser Vorrichtungen, bei welchen das Metallband unter dem Elektrolytspiegel getaucht wird, ist in der DE-AS 1 796 222 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung strömt der Elektrolyt durch einen zwischen der Anode und dem Metallband ausgebildeten Kanal nach oben und tritt durch einen Schlitz in der Anode unterhalb des Elektrolytspiegels aus. Die Strömung wird durch die Gasentwicklung an der Anode erzeugt, da die gebildeten Blasen eine schaumige Lösung bilden, deren mittlere Dichte geringer ist, als die mittlere Dichte des verbleibenden Teils des Elektrolyten. Dieser Vorrichtung haften mehrere Nachteile an. Die genaue Stellung der Anode muß beispielsweise für jede besondere Anwendung genau bestimmt werden und hängt von mehreren Parametern, wie Abstand Anode zu Kathode, Art des Elektrolyten, Dicke des Überzugs, Bandgeschwindigkeit usw. ab. Bei zu hoher oder zu niedriger Anordnung der Anode, relativ zum Elektrolytspiegel, wird sich einerseits die Fließgeschwindigkeit verringern, wodurch der Elektrolyt hinsichtlich seines Metallsalzgehaltes verarmt wird, was zu schlechten Oberzügen führt, und anderseits wird sich die gewünschte Hebewirkung nicht ergeben, da die Gasblasen aufsteigen und direkt austreten. Für eine Hochleistungsgalvanisieranlage sind die bei der obigen Vorrichtung angewendeten Bandgeschwindigkeiten und Stromdichten viel zu niedrig.

[0006] Des weiteren ist durch die DE-OS 3 108 615 eine Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metallbands bekannt geworden, Diese Vorrichtung besteht aus einem Behälter zur Festlegung eines elektrolytischen Behandlungsraumes für das Metallband, mehreren leitenden Walzen, die entlang einem sich durch den Behandlungsraum erstreckenden Transportweg des Metallbands angeordnet sind, mindestens einem Paar Elektrodenkissen, wobei jedes Paar zwischen den leitenden Walzen angeordnet ist, einen Abstand gegenüber dem Transportweg des Metallbandes aufweist und wobei die Elektrodenkissen zueinander weisen, wobei jedes Elektrodenkissen mit mindestens einem Schlitz versehen ist, durch den der Elektrolyt zur Oberfläche des Metallbandes hinausgedrückt wird, sodaß sich ein ausreichend hoher statischer Druck des hinausgedrückten Elektrolyten bildet, um das Metallband auf dem Transportweg in dem Zwischenraum zwischen dem Elektrodenkissen zu halten, einer Einrichtung zum Zuführen des Elektrolyten zu jedem Schlitz und einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen mindestens einer der leitenden Walzen und den Elektrodenkissen.

[0007] Durch den unter Druck aus den beiderseits des Bandes angeordneten Elektrodenkissen austretenden Elektrolyts wird somit auf beiden Seiten des Bandes eine Kraft ausgeübt, die Vibrationen, Verdrehungen, C-Verwerfungen und ein Versetzen des Bandes verhindern soll. Es sind somit auch bei einseitiger Behandlung des Bandes stets zwei Elektrodenkissen erforderlich. Da der Elektrolyt unter Druck in die Elektrodenkissen eingebracht werden muß, und zwei Elektrodenkissen ständig mit Elektrolyt nachgefüllt werden müssen, ist eine hohe Pumpleistung erforderlich, wodurch sich der Energieaufwand in nachteiliger Weise erhöht. Der aus den Schlitzen der Elektrodenkissen austretende Elektrolyt trifft auf das Band unter einem Winkel von 60 bis 120° auf und wird dort scharf nach oben, unten und seitlich abgelenkt, sodaß eine ungünstige turbulente Strömung entsteht, die zur Bildung von Gasblasen führt.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur ein- oder beidseitigen Hochleistungs-Beschichtung eines Metallbandes, unter Vermeidung der obigen Nachteile, wobei insbesonders eine im wesentlichen geschlossene Flüssigkeitssäule aus dem Elektrolyten zwischen Band und Elektrode angestrebt wird.

[0009] Die gefundene Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im oberen Bereich der Elektrode nach Art eines Oberlaufs frei einläuft und unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten strömend im Raum zwischen Elektrode und Metallband eine geschlossene Flüssigkeitssäule bildet, wobei der Raum ständig mit Elektrolyt nachgefüllt wird. Auf diese Weise wird für eine intensive Badbewegung an den Elektrodenoberflächen gesorgt, indem der Elektrolyt im freien Fall nach unten strömt.

[0010] Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß das Metallband um einen Winkel zur Lotrechten geneigt ist, bei dem das geschlossene Strömungsvolumen im Raum zwischen Anode und Metallband durch den nach unten strömenden Elektrolyten noch aufrechterhalten wird, wobei der Winkel des Metallbands zur Lotrechten maximal 30° betragen kann.

[0011] Was die Art und Weise des Nachfüllens von Elektrolyt in den Raum zwischen Anode und Metallband betrifft, wird nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zumindest ein Teil des zum Nachfüllen des im Raum zwischen Anode und Metallband nach unten strömenden Elektrolyten durch mehrere Bohrungen oder Schlitze, die die Anode durchdringen, in den Raum zwischen Anode und Metallband aufgegeben. Gewisse Schwierigkeiten ergeben sich, wenn in Hochleistungsanlagen auf sehr rasch laufenden Bändern mit sehr hohen Stromdichten beschichtet wird. Sowohl aus mechanischen als auch aus elektrochemischen Gründen und um die Stromwärme abzuführen, muß die aufgegebene Elektrolytmenge pro Zeiteinheit bzw. der Abstand Metallband-Anode entsprechend erhöht werden. Damit treten aber die Einflüsse von Adhäsion an den Metallflächen und der Zähigkeit des Elektrolyten immer mehr zurück und das Hinabströmen des Elektrolyts nähert sich immer mehr dem freien Fall.

[0012] Das hat nicht nur einen steilen Anstieg des pro Zeiteinheit durch die Zelle strömenden Elektrolyten zur Folge, es wird darüberhinaus auch die Geschwindigkeit des Elektrolyten im oberen und im unteren Teil der Zelle immer unterschiedlicher, d.h. das vom Elektrolyten benötigte, sich reziprok zur mittleren Geschwindigkeit verhaltende Querschnittsvolumen längs der Anode wird immer unterschiedlicher.

[0013] Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Abstand der Elektroden zum Band verstellbar ist, wobei der Abstand zwischen Elektrode und Metallband in Arbeitsstellung 2 bis 20 mm gewählt wird.

[0014] In vorteilhafter Weise ist der Abstand zwischen dem oberen Rand der Elektrode und dem Metallband als auch der Abstand zwischen dem unteren Rand der Elektrode und dem Metallband einzeln oder gemeinsam einstellbar. Es kann hierbei von Vorteil sein, z.B. bei hohen Stromdichten geringe Spannungsabfälle längs der Anode (vom Stromanschluß weg) dadurch zu kompensieren, daß man den Abstand Metallband zu Anode an dem, vom Stromanschluß entfernteren Ende, etwas geringer einstellt.

[0015] Eine strömungstechnische günstige Lösung wird auch dadurch erzielt, daß der Abstand zwischen Metallband und Anode nach unten zu gemäß der Gleichung d = k/ys abnimmt, worin d den Abstand, s den Weg des Elektrolyten nach unten, und k eine Konstante darstellen.

[0016] Es erwies sich weiters als überaus vorteilig, daß erfindungsgemäß bei Anordnung von Elektroden zu beiden Seiten des Bandes die Polarität, die Spannung bzw. die Stromstärke getrennt einstellbar sind. Dies ermöglicht nämlich nicht nur, das Band auf beiden Seiten unterschiedlich stark zu beschichten, sondern auch die Elektroden einer Bandseite kathodisch zu schalten. Das hat u.a. den Vorteil, die nicht mit Metall beschichtete Bandseite zu säubern, aufzurauhen, usw., was bekanntlich in vielen Fällen bei der Weiterverarbeitung (Lackieren, Löten etc) von Vorteil ist. Schließlich kann man solcherart auch z.B. auf einer Seite anodisch oxidieren und auf der anderen kathodisch mit einem Metall beschichten. Es wird dadurch aber auch die Möglichkeit eröffnet, die genannte Belastung der hochamperigen kathodischen Stromzuführung vom Band weg zu den Kathoden hin zu verlegen und solcherart einen Teil oder auch die gesamte erforderliche kathodische Strommenge nicht dem Band sondern eben, den Kathoden zuzuführen (Mittelleiterverfahren).

[0017] Es ergab sich auch die Forderung, die Anlagenleistung auch bei sehr begrenzter Grundfläche zu erhöhen, ohne daß dadurch ein zusätzlich extremer Kostenaufwand erforderlich ist.

[0018] An sich bietet sich zunächst eine Anodenverlängerung in Bandrichtung, d.h. in der Richtung der Bandführung an. Dem ist aber bald aus diversen Gründen eine Grenze gesetzt: die Anoden vertragen nur ein begrenztes Ausmaß zugeführten Stroms, die Zuführung selber an einer Stelle der Anoden wird klobig und kompliziert in der Wärmeabführung, die schweren Anoden verursachen durch ihr Gewicht statische Probleme usw. usf., von den zusätzlichen hydrodynamischen Problemen bei zu großer Anodenlänge ganz zu schweigen. Das Band hingegen kann ohne Schwierigkeiten zehn, zwanzig Meter oder mehr hinauf- oder hinuntergeführt werden. Es zeigte sich, daß eine überraschend einfache und günstige Lösung erfindungsgemäß darin liegt, daß zumindest zwei Elektroden beim Metallband übereinander angeordnet werden, wobei der in den Raum zwischen der obersten Elektrode und dem Band einströmende Elektrolyt unter der Elektrode aufgefangen wird und anschließend frei in den Raum zwischen der darunterliegenden Elektrode und dem Band einströmt.

[0019] Ein spezielles Verfahrensbeispiel zur Beschichtung eines Stahlbandes sieht vor, daß die Laufrichtung des Stahlbandes zur Strömungsrichtung des Elektrolyten ein- oder mehrmals wechselt (auf-oder absteigend) und die Galvanisierung bei einer Stromdichte von 20 bis 150 Ampere/dm² mittels eines Elektrolyten erfolgt, wobei mit unlöslichen Anoden gearbeitet wird und der den Elektrolyten entnommene Metallgehalt durch Auflösen von Metallen, Metallsalzen, Metallegierungen, Metalloxiden oder -hydroxiden wieder zugeführt wird.

[0020] Es gibt eine Vielzahl von Vorteilen, die die Fortschrittlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens begründen. Zunächst ist es auch bei aggressiven Elektrolytlösungen, wie z.B. stark sauren Elektrolyten möglich, durch einfaches Abschalten der Elektrolytpumpe die Benetzung des Metallbandes zu unterbrechen, wodurch auch bei längeren Betriebsstillständen bei stehendem Metallband kein Anätzen des Metallbandes und dgl. erfolgen kann. Des weiteren ist es möglich, den Abstand Metallband - Anode extrem gering zu halten; man kommt hiebei meist erheblich unter die als Grenzmarke genannten 20 mm. Der Grund dazu ist, daß durch das rasche Abfließen des Elektrolyten unter der Schwerkraftwirkung für eine starke Elektrolytströmung an den Grenzschichten gesorgt ist; letztere bleiben daher immer sehr dünn, sodaß es nur zu sehr geringen Konzentrationspolarisationen an den Elektroden kommen kann. Weiters wird die bei hohen Stromdichten entwickelte Wärme rasch abgeführt und auch allenfalls entstehende Gasblasen, die die benetzte Elektrodenoberfläche herabsetzen könnten. Solcherart kann man die Klemmspannungen und somit auch die elektrische Leistung niedrig halten, ist dadurch der das Bad heizende Verluststrom (Joule'sche Wärme) extrem gering und anderseits die maximal mögliche Stromdichte sehr hoch, was zu besonders wirtschaftlicher und kompakter Bauweise führt.

[0021] Ein nicht geringer Vorteil liegt auch darin, daß der Elektrolyt ausschließlich die Vorderseite des Metallbandes benetzt, und dadurch eine auch noch so geringe Galvanisierung der Rückseite verhindert; das den Zwischenraum zwischen den Elektroden füllende Strömungsvolumen wird aus dynamischen Gründen außerdem am Bandrand abrupt abgeschnürt und zerrissen, wodurch es praktisch zu keinen oder keinen nennenswerten Stromdichteerhöhungen am Bandrand kommt - dies aber ermöglicht es, ohne Abdeckmasken auszukommen. Auf diese Weise können auch stark säbelnde, d.h. beim Durchzug seitlich auslenkende Bänder ohne weiteres verwendet werden, wenn nur die Anoden hinlänglich breit sind.

[0022] Falls Metall im Elektrolyt gelöst werden soll, um die Konzentration an Metallionen aufrechtzuerhalten, kann man hiezu die an sich bekannten chemischen oder anodischen Lösezellen benützen. Es ist auch möglich, daß das Metallband vor dem Galvanisieren stromlos mit dem Elektrolyten vorzugsweise durch Abspritzen oder Tauchen benetzt wird, sodaß das Keimwachstum verbessert wird.

[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen hiezu werden im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 zwei Ausgestaltungen einer Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 desgleichen ein Vorrichtungsdetail, und

Fig. 4a bis 4f und 5a bis 5d in vereinfachter Seitenansicht verschiedene Möglichkeiten des Zusammenbaus mehrerer Elektrolysezellen in ein und derselben Durchzugsanlage.

[0024] Weiters zeigen

Fig. 6 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur einseitigen Beschichtung eines Metallbands,

Fig. 7 die Vorrichtung nach Fig. 6 im Grundriß,

Fig. 8 die Vorrichtung nach Fig. 6 jedoch zur beidseitigen Beschichtung des Metallbands,

Fig. 9 die Vorrichtung nach Fig. 8 im Grundriß,

Fig. 10 eine Vorrichtung im Querschnitt, zur einseitigen Beschichtung des Metallbands, wobei zwei Anoden übereinander angeordnet sind,

Fig. 11 und 12 im Querschnitt zwei Beispiele für Auffang- und Umlenkeinrichtungen für den Elektrolyt,

Fig. 13 einen Schnitt nach den Linien XIII-XIII in Fig. 12,

Fig. 14 eine zur Fig. 13 ähnliche Schnittdarstellung einer anderen Auffang- und Umlenkeinrichtung,

Fig. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung im Querschnitt,

Fig. 16 das Beispiel nach Fig. 15 im Schnitt nach den Linien XVI-XVI in Fig. 15 und

Fig. 17 das Beispiel nach Fig. 15 im Schnitt nach XVII-XVII in Fig. 15.

[0025] In der Anlage nach Fig. 1 wird ein Metallband 1 stetig (auf-oder absteigend) über die Umlenkwalzen 2,3 in geneigter Lage an einer gleichfalls geneigt angeordneten Anode 5 vorbeigezogen; mittels Stromanschlüssen 4,6 wird ein bestimmtes Potential oder ein bestimmter Stromfluß zwischen Anode 5 und Metallband 1 aufrechterhalten. Um diesen Stromfluß und die dadurch bewirkte Niederschlagung einer elektrolytischen Metallschicht auf der der Anode zugewandten Seite des Metallbandes zu ermöglichen, wird aus einem Elektrolytauffanggefäß 7 der Elektrolyt mittels Pumpe 8 und zugehöriger Rohrleitung ständig über ein mit einem Längsschlitz versehenen Gefäß 9 in den Raum zwischen Metallband 1 und Anode 5 befördert, von wo aus der Elektrolyt den Raum füllend, nach abwärts strömt und ins Auffanggefäß zurückfließt.

[0026] Das Metallband 1 und Anode 5' sind in Fig. 2 vertikal angeordnet; die Anode ist hier als Kasten mit einem Unterabteil 11 ausgebildet, in welches durch eine Pumpe 8 der Elektrolyt geleitet wird. Der Elektrolyt dringt gleichmäßig aufsteigend in den Oberteil des Kastens, und gelangt aus verschiedenen Höhen durch Schlitze 12 und einen Oberlauf 13, welche an der dem Band 1 zugewandten Wand angebracht sind, in den Raum zwischen Anodenkasten 5' und Metallband 1, um von dort wieder in das Auffanggefäß 7 zurückzufließen. Fig. 3 zeigt einen oben geschlossenen Anodenkasten 5', der gemäß den unterschiedlichen hydrostatischen Drucken in verschiedenen Höhen oben dichter, unten schütterer mit oben größeren und unten kleineren Bohrungen 14 versehen ist. Ein ganz oben angebrachter breiter Schlitz 15 übernimmt die Funktion eines Oberlaufs.

[0027] Nicht nur um beide Bandseiten, u.U. mit unterschiedlicher Auflagenstärke, metallisieren zu können, sondern auch um die Kapazität der Anlage hinlänglich groß auslegen zu können, ist es zweckmäßig, mehrere der beschriebenen Elektrolysezellen neben- und/oder übereinander an ein und demselben durch die Anlage gezogenen Band anzuordnen. Einige Beispiele hiezu zeigen Fig. 4a bis 4f in vertikaler und Fig. 5a bis 5d in geneigter Band- und Anodenlage, Fig. 4a zeigt ein Beispiel mit einem Anodenkasten, während das Beispiel 4b zeigt, wie ein- und dieselbe Bandseite zweimal (einmal auf- und einmal absteigend) am selben Anodenkasten vorbeigeführt und dessen wirksame Anodenfläche hiedurch verdoppelt werden kann; natürlich muß der Kasten hiezu an zwei gegenüberliegenden Wänden mit Bohrungen oder Schlitzen und Oberlauf versehen werden. Wenn man gemäß Fig. 4c zusätzlich noch einen weiteren (einseitigen) Anodenkasten gegenüber der andren Bandseite anbringt, hat man eine besonders für sehr unterschiedliche Metallauflagen an den beiden Bandseiten geeignete Anlage; man kann diese durch eine weitere Anode gemäß Fig. 4d erweiteren, wodurch die für jede Bandseite zur Verfügung stehende Anodenfläche wieder gleich groß ist. Obereinander angebrachte Anoden zeigt Fig. 4e, während Fig. 4f eine dichte Packung, größtenteils doppelseitig, wirksamer Anodenkästen nach Art einer "Hochleistungsanlage" zeigt.

[0028] Die geneigt angeordneten Elektroden nach Fig. 5a bis 5d erlauben es, die Anlagenhöhe herabzusetzen. Darüberhinaus lassen sich aber auch hydrostatische und hydrodynamische Effekte ausnützen, die mit der geneigten Lage zusammenhängen.

[0029] Die Anordnung nach Fig. 5a und 5 b dient zur einseitigen Beschichtung, während die Anordnung nach Fig. 5c und 5d eine beidseitige Beschichtung ermöglicht.

[0030] In Fig. 6 bezeichnet 1 das Metallband, welches über zwei obere Umlenkwalzen 3 und eine untere Umlenkwalze 2 geführt wird. Die oberen Umlenkwalzen 3 sind mit Stromzuführungen (nicht dargestellt) versehen. Beiderseits des Metallbandes 1 sind Anoden 5 angeordnet, die jeweils mit einem Träger 5" verbunden sind. Wie mit den Pfeilen A, B dargestellt, ist der Träger 5" um die horizontale Achse (Pfeil A) und im Abstand zum Metallband 1 (Pfeil B) verstellbar gelagert. Im dargestellten Beispiel ist der Träger 5" mit der Anode 5 vorzugsweise mittig verbunden. Die mit strichlierten Linien eingezeichneten Anoden 5 zeigen, daß der Abstand und die Neigung der Anoden 5 zum Metallband hin beliebig einstellbar sind. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Träger 5" elektrisch leitend, isoliert gelagert, und mit Stromanschlüssen versehen (nicht dargestellt). Die Anoden 5 und die Umlenkwalze 2 sind innerhalb eines Gehäuses oder einer Zelle 16 angeordnet, wobei der aus den Anoden 5 ausströmende Elektrolyt am Boden der Zelle 16 gesammelt und mittels der Pumpe 8 zum oberen Bereich bzw. Rand der Anoden 5 hochgepumpt wird, sodaß der Kreislauf geschlossen ist. Wie aus Fig. 6 und 7 hervorgeht, wird nur einseitig beschichtet, z.B. der Elektrolyt wird nur den außenliegenden Anoden 5 zugeführt, welche zwischen dem Metallband 1 und der Wand der Zelle 16 angeordnet sind.

[0031] Beim Beispiel nach Fig. 8 und 9 erfolgt eine beidseitige Beschichtung, d.h. der Elektrolyt wird sämtlichen Anoden 5 zugeführt. Aus den Fig. 7 und 9 ist ersichtlich, daß die innenliegenden Anoden 5 an den Rändern mit seitlichen Fortsätzen versehen sind, sodaß beim Beispiel nach Fig. 8 und 9 die Anoden das Metallband 1 vollständig umgeben, wodurch der Elektrolyt nicht seitlich ausfließen kann.

[0032] Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Anode 5 am oberen und unteren Rand derselben mit Trägern verbunden, welche im Abstand zum Metallband 1 voneinander unabhängig verstellbar gelagert sind, wobei zumindest ein Träger elektrisch leitend, isoliert gelagert, und mit Stromzufuhranschlüssen versehen ist.

[0033] Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Oberfläche der Anoden 5 zum Metallband 1 hin plan gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Krümmung gemäß der Gleichung d = kNs verläuft, worin d den Abstand zwischen Metallband 1 und Anode 5, s den Weg des Elektrolyten nach unten, und k eine Kostante darstellen.

[0034] Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem zwei Anoden 5 übereinander angeordnet sind. Es versteht sich, daß auch eine Mehrzahl von Anoden 5 übereinander angeordnet werden können. Der Elektrolyt strömt aus einem Schlitz einer Zuleitung 18 frei in die obere Anode 5 ein und fließt aus der oberen Anode austretend in eine Sammelwanne 19. Wenn diese Sammelwanne 19 mit Elektrolyt aufgefüllt ist, so fließt der Elektrolyt über den Rand der Sammelwanne 19 ab und wird von einer Umlenkwanne 10 aufgefangen und zur unteren Anode geleitet, um in diese frei einzuströmen. Der aus der unteren Anode 5 ausströmende Elektrolyt wird im Auffanggefäß 7 gesammelt, die mit einer Ableitung 22 versehen ist, und über eine Pumpe (nicht dargestellt) zur Zuleitung 18 gepumpt. Der restliche am Metallband 1 anhaftende Elektrolyt wird mittels einer Abquetschwalze 23 entfernt und fließt ebenfalls zum Auffanggefäß 7 ab.

[0035] Zur besseren Stromverteilung sind zusätzliche Stromzufuhrwalzen 24 vorgesehen, die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anoden 5 angeordnet sind.

[0036] Beim Beispiel nach Figur 11 wird der aus der oberen Anode 5 austretende Elektrolyt mittels einer Umlenkwanne 10' in eine Sammelwanne 19' umgelenkt, wobei der Elektrolyt anschließend über den Rand der Sammelwanne 19' in den Raum zwischen der unteren Anode 5 und dem Metallband 1 einströmt.

[0037] Beim Beispiel nach Figur 12 ist eine Auffang-und Umlenkeinrichtung für den Elektrolyten vorgesehen, welche aus einem flach ausgebildeten Auffangtrichter 25 besteht, dessen größere Öffnung 26 den Elektrolyten von der oberen Anode 5 aufnimmt, und dessen kleinere Öffnung 27 den Elektrolyten über ein Rohr zur unteren Anode 5 leitet. Im Auffangtrichter 25 sind Leitstege 28 und Prallstege 29 angeordnet, um einerseits den Elektrolyten in Richtung der kleineren Öffnung zu leiten, und anderseits die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten zu verlangsamen. Figur 14 zeigt eine Variante 25' des Auffangtrichters 25 nach Figur 13, welcher in diesem Fall halbkreisförmig ausgebildet und ebenfalls mit Leit- und Prallstegen 28', 29' versehen ist.

[0038] Figur 15 bis 17 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wonach die Pumpe 8 baumäßig mit der Zelle 16 integriert ist. Die zu Figur 6 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie beim Beispiel nach Figur 6 sind zwei obere Umlenkwalzen 3 und eine untere Umlenkwalze 2 vorgesehen. Die Anoden 5 sind wiederum im Raum zwischen den oberen Umlenkwalzen 3 und der unteren Umlenkwalze 2 ein- oder beidseitig des Metallbandes 1 angeordnet, wobei die Anoden 5 und die untere Umlenkwalze 2 von der oben offenen Zelle 16 umgeben sind, in deren Boden der Elektrolyt gesammelt und mittels der Pumpe 8, die direkt in der Höhe des Bodens und seitlich der Zelle angeordnet ist, über seitliche Kanäle an der Zelle zu den Anoden gepumpt wird. Die Seitenwände der Zelle 16 sind doppelwandig ausgeführt, um die seitlichen Kanäle 20 zu bilden. Der Bodenteil der Zelle 16 ist über Leitungen mit einer Lösestation für den Elektrolyten verbunden (nicht dargestellt).

[0039] Beispielsweise wird bei einer Beschichtung eines Stahlbandes mit einer Zink-NickelLegierung die Laufrichtung des Stahlbandes zur Strömungsrichtung des Elektrolyten ein- oder mehrmals gewechselt, und die Galvanisierung erfolgt bei einer Stromdichte von 20 bis 150, vorzugsweise 40 bis 100 Ampere /dm² mittels eines Elektrolyten, welcher mindestens 80g/1 NiSO₄.7H₂O, 150g/1 ZnSO₄.7H_zO und 2g/1 H₃BO₃ in wässriger Lösung bei 40 bis 70° C, vorzugsweise 45 bis 60° C enthält, maximal entsprechend den Löslichkeiten dieser Stoffe in der genannten Lösung. Es ist dabei vorgesehen, daß im Elektrolyten ein Nickel: Zink Verhältnis von 4:10 bis 10:10 (vorzugsweise 5:10 bis 8:10) eingehalten wird, wodurch sich ein Nickelgehalt der abgeschiedenen Schicht von 8 -15 Gew.-%, vorzugsweise von 9-13 Gew.-% ergibt. Somit wird unter Verwendung eines sauren Sulfatelektrolyten unter Abgrenzung von allen Chloridionen enthaltenden Elektrolyten gearbeitet, die bei Verwendung unlöslicher Anoden Chlor entwickeln würden. Es sind auch Sulfatelektrolyte bekannt, wobei abwechselnd Zink und Nickel oder Schichten'geringer und hohen Nickelgehaltes aufgetragen werden, deren Korrosionsbeständigkeit etc. natürlich entsprechend herabgesetzt sind. Im US-Patent No.4 313 802 wird beispielsweise im Gegenstrom zu einem reinen Sulfatelektrolyten gearbeitet, u.zw. bei einem Zink-Nickelverhältnis von 10:15 bis 10:40, wobei aber nur Stromdichten von 5 bis 40 Ampere pro dm² erreicht wurden und der hohe Nickeltiter zu entsprechend hohen Austragsverlusten führt. Schließlich wurde noch der Zusatz von Strontiumsulfat in Mengen von 0,05 bis 10g/1 als Glanzmittel empfohlen, was aber wegen der extrem geringen Löslichkeit von Strontiumsulfat und dessen relativ hohen Kosten auch Nachteile mit sich bringt.

[0040] Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, daß durch geringe periodische oder kontinuierliche Schwefelsäurezugaben im Bad ein pH-Wert von 1 bis 2, vorzugsweise von 1,3 bis 1,8 aufrechterhalten wird, und daß in an sich bekannter Weise mit unlöslichen Anoden, z.B. aus Blei-Silber oder Elektrodenkohle gearbeitet und der entnommene Metallgehalt durch Lösen von Metalloxiden, -hydroxiden oder -carbonaten bzw. durch chemisches und/oder anodisches Lösen der Metalle oder Metallegierungen selber ergänzt wird.

[0041] Neben der Zugabe von Schwefelsäure können auch Zusätze von Sulfaten, Boraten, Borsäure (H₃B0₃), Aminosulfonsäure (NH₃SO3H), Ameisensäure (HCOOH), Essigsäure (CH₃COOH), sowie Glucosen und ihren Salzen beigemengt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung mit einer Metallschicht und gegebenenfalls elektrolytischen Behandlung eines Metallbandes, welches in einer von der Horizontalen abweichenden Richtung geführt ist, wobei der Elektrolyt im oberen Bereich einläuft, zwischen zumindest einer plattenförmigen Elektrode und dem Metallband strömt und bei einer Beschichtung das Metallband kathodisch und die Elektrode anodisch und bei einer elektrolytischen Behandlung das Metallband kathodisch oder anodisch und die Elektrode anodisch oder kathodisch geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im oberen Bereich der Elektrode nach Art eines Oberlaufs frei einläuft und unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten strömend im Raum zwischen Elektrode und Metallband eine geschlossene Flüssigkeitssäule bildet, wobei der Raum ständig mit Elektrolyt nachgefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des Metallbandes zur Lotrechten maximal 30° beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Teil des Elektrolyten zum Nachfüllen des im Raum zwischen Anode und Metallband nach unten strömenden Elektrolyten durch mehrere Bohrungen oder Schlitze, die die Anode durchdringen, in den Raum zwischen Anode und Metallband aufgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Elektroden zum Band verstellbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Elektrode und Metallband in Arbeitsstellung 2 bis 20 mm gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem oberen Rand der Elektrode und dem Metallband als auch der Abstand zwischen dem unteren Rand der Elektrode und dem Metallband einzeln oder gemeinsam einstellbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von Elektroden zu beiden Seiten des Bandes die Polarität, die Spannung und die Stromstärke getrennt einstellbar sind.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Metallband und Elektrode nach unten zu gemäß der Gleichung d = k/ys abnimmt, worin d den Abstand, s den Weg des Elektrolyten nach unten, und k eine Konstante darstellen.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Elektroden beim Metallband übereinander angeordnet werden, wobei der in den Raum zwischen der obersten Elektrode und dem Band einströmende Elektrolyt unter der Elektrode aufgefangen wird und anschließend frei in den Raum zwischen der darunterliegenden Elektrode und dem Band einströmt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Beschichtung eines Stahlbandes die Laufrichtung desselben zur Strömungsrichtung des Elektrolyten ein- oder mehrmals wechselt (auf- oder absteigend) und die Galvanisierung bei einer Stromdichte von 20 bis 150 Ampere/dm² mittels eines Elektrolyten erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit unlöslichen Anoden gearbeitet wird und der den Elektrolyten entnommene Metallgehalt durch Auflösen von Metallen, Metallsalzen, Metallegierungen, Metalloxiden oder -hydroxiden wieder zugeführt wird.

Revendications

1. Procédé d'enduction électrolytioue avec une couche métallique et éventuellement traitement électrolytique d'une bande metallique, qui est conduite dans une direction s'écartant de l'horizontale, l'électrolyte pénétrant dans la zone supérieure, affluant entre au moins une électrode en forme de plaque et la bande métallique et, durant une enduction, la bande métallique étant branchée cathodiquement et l'électrode anodiquement et, pendant un traitement électrolytique, la bande métallique étant branchée cathodiquement ou anodiquement et l'électrode, anodiquement ou cathodiquement, caractérisé en ce que l'électrolyte pénètre librement dans la zone supérieure de l'électrode à la manière d'un trop-plein et forme, sous l'influence de la pesanteur, par écoulement vers le bas dans l'espace compris entre l'électrode et la bande métallique, une colonne liquide sans fin, l'espace étant rempli constamment d'électrolyse.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de la bande métallique par rapport à la verticale s'élève au maximum à 30°.

3. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie de l'électrolyte est introduite supplémentairement dans l'espace compris entre l'anode et la bande métallique par plusieurs ouvertures ou fentes qui traversent l'anode, en vue de remplir d'électrolyte affluant vers le bas l'espace compris entre l'anode et la bande metallique.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance de l'électrode à la bande est réglable.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distance entre l'électrode et la bande métallique est de l'ordre de 2 à 20 mm dans la position de travail.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance entre le bord supérieur de l'électrode et la bande métallique, comme aussi la distance entre le bord inférieur de l'électrode et la bande métallique sont réglables individuellement ou en commun.

7- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la polarité, la tension et l'intensité de courant sont réglables séparément lorsque les électrodes sont disposées des deux côtés de la bande.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance ensre la bande métallique et l'électrode diminue vers le bas conformément a l'équation d = k/Fs, où d est la distance, s, est la voie de l'électrolyte vers le bas et k est une constante.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins deux électrodes sont disposées l'une au-dessus de l'autre auprès de la bande métallique, l'électrolyte pénétrant dans l'espace compris entre l'électrode supérieure es la bande étant recueilli en dessous de l'électrode et ensuite introduit librement dans l'espce compris entre la bande et l'électrode se situant en dessous.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au cours de l'enduction d'une bande d'acier, le sens de déplacement de cette dernière se modifie une ou plusieurs fois (en montant ou en descendant) par rapport au sens de l'écoulement de l'électrolyte et la galvanisation s'effectue au moyen d'un électrolyse à une densité de courant de 20 à 150 Ampères/dm2.

11. Procède selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on travaille avec des anodes insolubles et en ce que la teneur en métal prélevée de l'électrolyse est recomplétée par la solubilisation de métaux, de sels de métaux d'alliages de métaux, d'oxydes ou d'hydroxydes de métaux.

Claims

1. Process for electrolytic coating with a metal layer and optional electrolytic treatment of a metal strip which is conducted in a direction deviating from the horizontal, and electrolyte entering in the upper region and flowing between at least one plate-like electrode and the metal strip, and during coating, the metal strip is cathodically connected and the electrode is anodically connected and, during electrolytic treatment, the metal strip is cathodically or anodically connected and the electrode is anodically or cathodically connected, characterised in that, in the upper region of the electrode, the electrolyte runs freely in the manner of an overflow and forms a closed column of liquid as it flows downwardly in the space between electrode and metal strip due to the influence of gravity, the space being constantly topped-up with electrolyte.

2. Process according to claim 1, characterised in that the angle of the metal strip relative to the perpendicular is a maximum of 30°.

3. Process according to claim 1, characterised in that a portion of the electrolyte is additionally fed into the space between anode and metal strip through a plurality of bores or slots, which penetrate the anode, to top-up the electrolyte which flows downwardly in the space between anode and metal strip.

4. Process according to claim 1, characterised in that the distance between the electrodes and the strip is adjustable.

5. Process according to claim 3, characterised in that the distance between electrode and metal strip in working position 2 is selected up to 20 mm.

6. Process according to claim 4, characterised in that the distance between the upper edge of the electrode and the metal strip as well as the distance between the lower edge of the electrode and the metal strip can be set individually or jointly.

7. Process according to claim 4, characterised in that, when electrodes are disposed on both sides of the strip, the polarity, the voltage and the current intensity can be set separately.

8. Process according to claim 4, characterised in that the distance between metal strip and electrode in a downward direction decreases in accordance with the equation d = k/Fs, wherein d is the distance, s is the downward path of the electrolyte, and k is a constant.

9. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that at least two electrodes for the metal strip are disposed one above the other, the electrolyte which flows into the space between the uppermost electrode and the strip being collected beneath the electrode and subsequently flowing freely into the space between the electrode, disposed therebelow, and the strip.

10. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that, during coating of a steel strip, the travel direction of same relative to the flow direction of the electrolyte changes one or more times (rising or lowering), and galvanising is effected by means of an electrolyte at a current density of 20 to 150 amperes/dm2.

11. Process according to claim 9, characterised in that the operation is carried out with insoluble anodes,and the metal content removed from the electrolytes is re-supplied by melting metals, metal salts,metal alloys,metal oxides or hydroxides.

Zeichnung