Brevet FR2561267A1 — publié le 19850920

La présente invention concerne une cellule de traitement électrolytique. Dans le traitement électrolytique (par exemple le revêtement, le décapage, la désoxydation)d'une bande métallique, la disposition la plus largement appliquée utilise ce qui peut être appelé un procédé classique par passe verticale dans lequel la bande métallique pénètre dans une cuve en passant sur un rouleau, descend au fond de la cuve o se trouve un autre rouleau, passe autour de ce rouleau inférieur ou de cuve, et remonte verticalement jusqu'à sortir de la cuve sur un rouleau de la même manière qu'elle y est entrée. La géométrie utilisée dans ces dispositions verticales classiques est telle qu'une distance relativement grande est nécessaire entre la bande et les électrodes, imposant ainsi des tensions élevées pour des densités de courant relativement faibles. Cela entraine soit des sources d'alimentation en courant continu extrêmement coûteuses soit une réduction de l'intensité du courant utilisé limitant ainsi la vitesse et la produc- tivité du processus de traitement électrolytique. En plus de l'encombrement utilisé, les intensités maximales qui peuvent être appliquées sont également limitées par les faibles turbulences dans l'électrolyse, entraînant l'inhibition (polarisation par concentration) de la vitesse à laquelle le processus de traitement électro- lytique peut être effectué. Pour pallier ces limitations des cellules verticales classiques, la technique a eu recours à ce qui peut être appelé des cellules de revêtement horizontales, comme les décrivent par exemple les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3.471.375, 3.616.426 et 3.518.547 selon lesquels la bande passe horizontalement entre deux électrodes rapprochées enfermées dans une conduite en forme de tube par laquelle l'électrolyte est pompé avec de fortes turbulences pour éviter les limitations de polarisation par concentration. Ces dis- positions horizontalesfallient les difficultés précitées inhérentes aux dispositions verticales classiques. Mais étant donné que ces dispositions horizontales diffèrent assez radicalement des cuves verticales classiques et imposent des investissements importants pour démonter les cuves verticales et installer des appareils entièrement neufs, la plupart des installations continuent à utiliser ces dispositions courantes à passe verticale. Le rendement et le débit élevé en production des dispositions à passe horizontale peuvent aussi être obtenus dans une disposition à passe verticale, à peu près analogue à celle décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.317.242-et 2.673.836, par une modification de l'appareil présenté permettant d'utiliser des électrodes insolubles qui peuvent être espacées exactement et étroitement de la surface de la bande (par exemple environ 6 à 38 mm) pour augmenter le rendement de l'opération de traitement électrolytique et qui peuvent être faci- lement démontées conditionnées à nouveau et remontéesde manière à maintenir le faible écartement nécessaire. Ces caractéristiques des nouvelles électrodes font qu'elles sont aussi applicables à des cellules de revêtement du type horizontal. L'invention concerne donc un appareil pour le traitement électrolytique d'une bande métallique de grande longueur, comprenant un couloir à électrolyte en forme de tube, un dispositif pour diriger la bande dans l'entrée de ce couloir, un dispositif pour diriger la bande à partir de la sortie de ce couloir, un dispositif pour fournir un courant de traitement électrolytique à la bande et un dispositif pour faire circuler un électrolyte dans le couloir; le dispositif qui fournit le courant de traitement électrolytique comporte des électrodes intro- duites dans des trous des parois du couloir, à partir de leur surface extérieure, chacune des électrodes com- prenant une partie en forme de rebord extérieur s'appuyant de façon étanche aux liquides sur la surface extérieure de la paroi du couloir et une partie intérieure introduite dans le trou de la paroi, avec la surface intérieure de l'électrode affleurant pratiquement la surface intérieure de la paroi du couloir et avec la surface d'électrode voisine de sa surface intérieure en appui étanche aux liquides contre le trou. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe de cellule verticale de traitement électrolytique selon l'invention, La figure 2 est une vue en perspective à grande échelle d'une électrode en forme de T similaire à celle apparaissant sur la figure 1, La figure 3 est une coupe d'une électrode similaire à celles représentées sur les figures 1 et 2, montrant un moyen par lequel ces électrodes peuvent être montées, et La figure 4 est une représentation schématique d'une cellule de traitement électrolytique du type horizontal, réalisée selon l'invention,. Comme le montre la figure 1, l'appareil comporte une tuyauterie 2 qui fait circuler un électrolyte dans une cuve 3, vers le haut par deux couloirs 4 et 4' de traitement électrolytique en forme de tubes, par des déversoirs 5 et 5' et dans une cuve collectrice 6 pour revenir à un réservoir. La bande 7 pénètre dans l'appareil en passant initialement autour d'un rouleau conducteur 8, puis passe ensuite dans le canal ou le couloir 4 de circulation dont les parois peuvent être faites d'un métal, d'une matière plastique ou autre matière compatible avec l'électrolyte utilisée. De chaque côté du couloir est ménagée une ouverture dans laquelle est placée une électrode 9 en forme de T, de préférence décalée par rapport à celle de la paroi opposée. Ce décalage est particulièrement souhaitable pour les opérations de dépôt électrolytique afin d'éviter qu'une anode devienne plus négative que celle qui lui est directement opposée, entraînant que le dépôt électrolytique se fasse sur l'anode au potentiel le plus bas. La bande passe ensuite 4 2561267 autour d'un rouleau de cuve 10 et pénètre dans un couloir 4'. Après son passage vers le haut par le couloir 4', des contaminants se trouvant sur la bande sont éliminés par des jets 11. Pour éviter d'endommager la bande par des arcs, un rouleau d'appui 12 peut être placé légèrement au-dessous du point de tangence o la bande entre en contact avec un second rouleau conducteur 8'. Il est bien connu que diverses variantes existent pour conduire l'électricité vers et depuis la bande. Par exemple, si l'appareil doit être utilisé uniquement pour décapage ou une désoxydation électrolytique, les électrodes de la passe descendante (ou de la passe montante) peuvent être positives ou négatives par rapport à la bande en fonction de la polarité des rouleaux conducteurs qui appliquent la même polarité à la bande. La polarité de la bande peut aussi être modifiée dans un canal à circulation ou l'autre en modifiant les connexions avec la source d'alimentation. Dans un mode de revêtement électrolytique, le rouleau conducteur et la bande peuvent être cathodiques (polarité négative) par rapport aux électrodes. L'utilisation des rouleaux conducteurs pour établir un contact électrique direct avec la bande est préférable pour des opérations de traitement électrolytique avec de fortes densités de courant, c'est-à-dire des densités de courant qui dépassent 5382 A/m2, mais il faut noter que l'utilisation des rouleaux conducteurs n'est pas essentielle et que le transfert de courant à la bande peut se faire par ce qui a été appelé électrolyse bipolaire (voir par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2'.165.326) dans laquelle un transfert peut être effectué depuis une électrode d'une polarité, en passant par l'électrolyte vers la bande et en retour par l'électro- lyte à une électrode de polarité opposée. Selon les figures 2 et 3, l'électrode 9 comporte une partie intérieure 14 destinée à être introduite en appui étanche aux liquides sur des surfaces 15 d'un trou dans la paroi du couloir 4, et une partie extérieure 16 en forme de rebord qui s'appuie de façon étanche contre la surface extérieure 40 de la paroi du couloir. Une barre distributrice 17, faite par exemple en cuivre, peut être moulée solidairement dans le corps de l'électrode. Ce moulage solidaire assure à la fois un meilleur contact mécanique et un meilleur contact électrique que ce qui serait obtenu de la manière habituelle en boulonnant la barre distributricesur l'électrode. Pour éviter les perturbations de circulation de l'électrolyte dans le couloir 4, la surface intérieure 4. de l'électrode est réalisée de préférence pour affleurer avec la surface intérieure 4 de la paroi. Dans le but d'obtenir l'étan- chéité voulue aux liquides, un support 18 peut être utilisé conjointement avec des vis de fixation 19 qui applique le rebord 16, soit directement contre la paroi extérieure 40, soit contre une garniture 20 qui assure l'étanchéité et isole le rebord de la paroi de la cellule. En plus d'une meilleure étanchéité et de la facilité de connexion électrique qu'autorise l'utilisation du rebord 16, la plus grande surface extérieure permet également un meilleur refroidissement de l'électrode par convection naturelle avec ou sans utilisation d'ailettes de refroidissement, ou par conduction avec un agent fluide de transfert thermique. Des électrodes en forme de T peuvent aussi être utilisées dans une cellule de traitement électrolytique de type pratiquement horizontal, comme dans une disposition créée spécialement pour le dépôt de revêtements de type TFS, décrite dans ASTM 657-74. Il n'est généralement pas nécessaire qu'une telle cellule s'écarte dans une large mesure de l'horizontab, mais il est bien entendu que l'invention peut s'appliquer à des cellules inclinées. Ainsi, ces cellules, "pratiquement horizontales" peuvent s'écarter de l'horizontab d'angles aussi grands que plus ou moins 30 . Les sections de revêtement et de rinçage dans cette disposition sont représentées sur la figure 4. La bande 21 passe entre un rouleau conducteur 22 et un rouleau d'appui 23. La bonne orientation de la ligne de passage de la bande à l'intérieur et à l'extérieur du canal ou du couloir de circulation 24 est obtenue par des rouleaux 25 et 26 de déviation de ligne de passage. Un électrolyte est dirigé à grande vitesse dans le couloir 24, par des tubulures 27. Après le passage par des lèvres 28, l'électrolyte qui sort rencontre un déflecteur 29 et il est dirigé vers le fond de la cuve qui sert de réservoir pour l'électrolyte amené aux tubulures par une tuyauterie (non représentée). Des électrodes 31 sont placées de chaque côté du couloir, pratiquement de la même manière que celles représentées sur la figure 1. Si l'appareil est prévu spécifiquement pour le revêtement, les électrodes (anodes) sont décalées pour éviter le revêtement sur l'anode au potentiel le plus bas. La direction de parcours de la bande est changée par un rouleau de cuve 32 après quoi la bande sort de la cuve 30 et passe entre un rouleau conducteur 33 et un rouleau d'appui 34. Ensuite, le rinçage de la bande revêtue est effectué, soit par des jets 35, soit simplement par immersion dans une solution de rinçage maintenue dans une cuve de rinçage 36, ou par une combi- naison des deux. Si l'immersion est le seul rinçage utilisé, une série de cuves de rinçage doit etre normalement utilisée pour obtenir un rinçage correct des deux faces de la bande. Les avantages de l'invention peuvent être obtenus avec des cellules de traitement électrolytique de type horizontal utilisant différentes configurations de circulation d'électrolyte, par exemple dans lesquelles l'électrolyte circule à contre-courant ou perpendiculairement au parcours de la bande, mais la circulation d'électro- lytes dans le même sens que la bande illustrée par la figure 4 est préférable, car elle permet de mieux chasser les gaz formés pendant le revêtement, ce qui réduit la résistivité de la solution et par conséquent, la puissance nécessaire pour ce revêtement. Une autre caractéristique préférée de l'appareil représenté sur la figure 1 réside dans l'utilisation des lèvres 28 près de l'extrémité de sortie du couloir, ces lèvres faisant saillie à la surface intérieure des parois du couloir, dans le canal de circulation. Ces lèvres sont réalisées de manière à ne pas être en contact avec la bande (l'écartement entre les extrémités des lèvres varie en général de 10 à 19 mm, de préférence de 10 à 13 mm pour des couloirs comprenant un canal de circulation de 22 à 38 mm), mais il s'est avéré qu'elles facilitent néanmoins, sous l'effet d'une pression hydrodynamique, une stabilisation notable de la ligne de passage de la bande. Cette stabilisation est même encore améliorée quand les lèvres sont inclinées dans la direction du mouvement de la bande, comme représenté. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limi- tatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le traitement électrolytique d'une grande longueur de bande métallique, comprenant un couloir à électrolyte en forme de tube, un dispositif pour diriger la bande dans l'entrée dudit couloir, un dispositif pour diriger la bande depuis la sortie dudit couloir, un dispositif pour fournir un courant de traitement élec- trolytique à ladite bande et un dispositif pour faire circuler l'électrolyte dans ledit couloir, caractérisé en ce que ledit dispositif qui fournit un courant de traitement électrolytique comporte des électrodes(9,9') introduites dans des trous des parois du couloir(4,4',24) par la surface extérieure desdites parois, chacune desdites électrodes comprenant une partie extérieure en forme de rebord (16) en appui étanche aux liquides sur la surface extérieure de la paroi du couloir (4,4') et une partie intérieure (14) introduite dans le trou de la paroi avec la surface intérieure d'électrode. affleurant pratiquement avec la surface intérieure de la paroi du couloir et avec la surface d'électrode voisine de sa surface intérieure en appui étanche aux liquides contre le trou. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé - en ce que le couloir a une largeur d'environ 13 à 76 mm. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie d'électrode en forme de rebord (16> et une partie intérieure (14) sont moulées, comme une unité d'une pièce, autour d'une barre distribu- trice (17) en contact avec une source d'alimentation. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que ledit couloir (24) est pratiquement horizontal et l'entrée et la sortie d'électrolyte sont voisines de l'entrée et de la sortie de ladite bande de manière que l'électrolyte circule dans le même sens que la bande (21). 5. Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que ledit couloir (24), à proximité de son extrémité de sortie d'électrolyte, comporte une lèvre supérieure et une lèvre inférieure (28) faisant saillie sur les surfaces intérieures des parois respectives du couloir yers les surfaces opposées de la bande (21). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les lèvres (28) sont inclinées dans la direction du mouvement de la bande et l'écartement entre les extré- raités voisines des lèvres étant de 10 à 19 mm. 7. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'appareil comporte deux couloirs à électrolyte (4,4') en forme de tubes qui sont supportés avec leurs axes pratiquement verticaux au-dessus d'une cuve à électrolyte (3), le dispositif qui dirige la bande (7) vers l'intérieur et vers l'exté- rieur des couloirs comprenant un rouleau d'entrée (8) sur lequel passe la bande (7) avant la descente par l'un desdits couloirs (4), un rouleau inférieur (10) autour duquel passe la bande (7) avant de pénétrer dans la partie inférieure du second desdits couloirs (4') et un rouleau de sortie (8') sur lequel passe la bande (7) après son passage dans le second couloir (4'), et le dispositif faisant circuler l'électrolyte comprenant un dispositif déversoir (6) qui ramène l'électrolyte provenant des parties supérieures desdits couloirs à ladite cuve d'électrolyte (3). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif déversoir (6) comprend une tuyauterie pour ramener l'électrolyte à ladite cuve (3) tout en évitant un contact de l'électrolyte avec les surfaces extérieures des parois des couloirs. 9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits rouleaux d'entrée et de sortie (8,8') sont connectés à une source d'alimentation de manière à servir de rouleaux conducteurs.