Brevet FR2686623A1 — publié le 19930730

PROCEDE D'ELECTRODEPOSITION D'UN REVETEMENT SUR UNE BANDE MéTALLIQUE EN DEFILEMENT, ROULEAU POUR LIGNE D'ELECTRODEPOSITION METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE ET CELLULE ELECTROLYTIQUE INCLUANT CE ROULEAU L'invention concerne le domaine du revêtement continu par électrodéposition des bandes métalliques en défilement, et notamment l'électrozingage des bandes d'acier. Les bandes d'acier destinées à être revêtues de zinc par électrodéposition sont tout d'abord laminées à chaud et à froid, et conditionnées sous forme de bobines. Elles subissent ensuite un traitement de dégraissage et de recuit, puis sont dirigées vers la ligne d'électrozingage. La bande y subit d'abord un dégraissage électrolytique, puis pénètre dans la zone de revêtement proprement dite. Pour la conception de cette zone de revêtement, plusieurs solutions techniques sont possibles. L'une des principales consiste à utiliser des cellules d'électrolyse de type dit "radial". Ces cellules comprennent une cuve remplie d'un électrolyte contenant du zinc, dans laquelle est partiellement immergée la partie inférieure d'un rouleau, en rotation libre ou assistée autour d'un axe horizontal.La bande à revêtir, mise en mouvement par des moyens appropriés, défile dans l'électrolyte en étant maintenue, sur l'une de ses faces, au contact de la partie immergée du rouleau grâce à des rouleaux déflecteurs situés en amont et en aval de la cuve sur le parcours de la bande. A l'intérieur de la cuve, faisant face à la bande, se trouvent la ou les anodes qui assurent le dépôt électrolytique du zinc sur la surface libre de la bande. Ces anodes peuvent être du type soluble ou insoluble. La cathode qui assure le maintien de la bande au potentiel négatif désiré peut être constituée par le rouleau immergé, qui est alors en un matériau isolant et pourvu d'une virole centrale conductrice dont la largeur est inférieure à celle de la bande. Dans un autre exemple de mise en oeuvre, ce sont les rouleaux déflecteurs qui assurent le maintien de la bande au potentiel fixé. Le rouleau immergé est alors entièrement en un matériau isolant et n'assure plus que le positionnement de la bande. Les rouleaux immergés classiquement utilisés sont impuissants à prévenir le défaut dans le revêtement du produit connu sous le nom de "brûlures de rives". Ce défaut est dû à une répartition imparfaitement homogène du courant dans l'espace (ou entrode) séparant la bande et la ou les anodes. Sur les dernières dizaines de mm avoisinant les rives de la bande, la densité de courant est supérieure à celle qui règne dans le reste de la bande et que l'on maintient au niveau nominal exigé pour le dépôt du zinc dans de bonnes conditions. Cette densité de courant anormalement élevée sur les rives de la bande y déclenche des réactions électrochimiques indésirables, notamment la formation d'hydrogène, ce qui détériore la qualité du revêtement. Une conséquence de cette détérioration est l'obligation de chuter les rives du produit.Ceci n'est qu'un moindre mal, dans la mesure où ces rives présentent déjà généralement une qualité métallurgique médiocre, du fait des imperfections des processus de laminage classiques, et doivent être chutées de toute façon. Plus gênantes dans l'immédiat sont la diminution du rendement faradique de dépôt, et la formation de particules de zinc qui peuvent se détacher de la bande et venir marquer la bande sur l'ensemble de sa surface. Enfin, le problème du chutage nécessaire des rives pourrait devenir réellement gênant si, dans l'avenir, des solutions étaient trouvées pour donner aux rives des produits laminés une qualité métallurgique suffisante pour les rendre exploitables. Le but de l'invention est de rendre la qualité du dépôt de zinc uniforme sur toute la surface de la bande en supprimant le phénomène de brûlures de rives. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique en défilement, selon lequel on immerge ladite bande dans un bain d'électrolyte en lui imposant un potentiel négatif par rapport à au moins une électrode plongée dans ledit bain, le positionnement de ladite bande par rapport à ladite électrode étant assuré par un rouleau partiellement immergé dans le bain, caractérisé en ce qu'on impose également à des zones dudit rouleau non recouvertes par ladite bande et situées au voisinage des rives de ladite bande un potentiel négatif par rapport à ladite électrode. L'invention a également pour objet un rouleau pour ligne d'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique en défilement destiné à être partiellement immergé dans un bain d'électrolyte, et dont une zone de la surface extérieure est destinée à se trouver au contact de ladite bande métallique et à la maintenir dans ledit bain face à au moins une anode, de manière à assurer le dépôt dudit revêtement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paire d'électrodes auxiliaires formant des viroles affleurant ladite surface extérieure du rouleau, disposées de part et d'autre de ladite zone de contact entre ladite surface extérieure du rouleau et ladite bande. L'invention a enfin pour objet une cellule électrolytique pour l'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique en défilement, du type comprenant au moins un rouleau pouvant tourner autour d'un axe sensiblement horizontal, dont une partie est immergée dans un bain d'électrolyte, ledit rouleau maintenant ladite bande en défilement face à au moins une anode, et des moyens pour porter ladite bande à un potentiel négatif par rapport à ladite anode, caractérisée en ce que ledit rouleau est du type précédemment décrit, et en ce qu'elle comporte des moyens pour porter lesdites électrodes auxiliaires à un potentiel négatif par rapport à ladite anode. Comme on l'aura compris l'invention consiste à appliquer aux rouleaux de lignes d'électrodéposition en continu le principe des électrodes auxiliaires, déjà connu dans d'autres domaines d'électrodéposition, de manière à uniformiser la densité de courant sur l'ensemble de la bande. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées, à savoir - la figure 1 représente schématiquement vue en coupe un premier exemple de cellule électrolytique pourvue d'un rouleau selon l'invention - la figure 2 représente vu de face un exemple de rouleau selon l'invention, utilisable sur la cellule de la figure 1 ; - la figure 3 représente les variations de la densité de courant dans la bande et une électrode auxiliaire en fonction de la distance entre le point de mesure et le milieu de la bande - la figure 4 représente schématiquement vue en coupe un autre exemple de cellule électrolytique, pourvue d'un rouleau selon une autre variante de l'invention - la figure 5 représente vu de face un rouleau selon l'invention utilisable sur la cellule de la figure 4. Sur la figure 1 est représentée schématiquement une cellule électrolytique constituant la partie d'une ligne d'électrodéposition où a lieu le revêtement par une couche de zinc d'une bande d'acier 1, en défilement dans le sens indiqué par les flèches. Lors de sa traversée du bain d'électrolyte 2 contenu dans une cuve 3, la bande 1 est appliquée sur la surface latérale 4 d'un cylindre 5. Celui-ci est en rotation libre ou assistée dans le sens indiqué par la flèche 6 autour d'un axe sensiblement horizontal, et sa moitié inférieure est partiellement immergée dans le bain d'électrolyte 2. Le maintien de la bande 1 contre le cylindre 5 est réalisé par deux rouleaux déflecteurs 7, 8 tournant autour d'un axe horizontal et tendant la bande 1. Dans la configuration exemplifiée, ils sont en un matériau isolant, tel qu'un polymère. A l'intérieur du bain d'électrolyte 2 sont placées deux anodes 9,10 qui peuvent être, au choix, du type soluble (anodes en zinc) ou insoluble. Ces anodes (dont le nombre peut être quelconque, y compris une seule) sont en général conformées de manière à ce que leur surface tournée vers la bande 1 définisse avec elle des espaces 11, 11' ou entrodes, de largeurs sensiblement constantes. Par l'intermédiaire de connecteurs 12, 13, ces anodes sont reliées aux pôles Q+ de générateurs de courant continu 14, 15. Les pôles O de ces mêmes générateurs 14, 15 sont reliés au rouleau 5, qui est constitué de la manière exposée sur la figure 2. Ce rouleau 5, dont la largeur habituelle est de l'ordre de 2 m, est constitué classiquement par un polymère de caractéristiques mécaniques adaptées à l'usage qui en est fait, et comporte dans sa partie centrale une virole 16 en un matériau conducteur, par exemple l'alliage à base de nickel, contenant également environ 15 % de molybdène, 15 % de chrome, 5 % de fer désigné par le terme "Hastelloy C". C'est cette virole qui est reliée par des moyens connus et non représentés aux pôles 0 des générateurs 14, 15 et qui impose à la bande 1 (dont l'emplacement est représenté en pointillés sur la figure 2) un potentiel négatif adapté au dépôt électrolytique de zinc. Selon l'invention, le rouleau comporte, en supplément, une série de trois paires d'électrodes auxiliaires (17,17'), (18,18'), (19,19').Ces paires d'électrodes auxiliaires (dont le nombre peut être quelconque y compris une seule) sont constituées par des viroles de faible largeur, identiques dans leur principe à la virole centrale 16. Elles sont de même reliées (par des moyens non représentés) chacune au pôle e d'un générateur dont le pôle Q+ est relié aux anodes 9, 10, mais le circuit d'alimentation de chaque paire d'électrodes auxiliaires (17,17'), (18,18'), (19,19') peut être de préférence mis en service indépendamment du circuit d'alimentation de la virole 16 et des circuits d'alimentation des autres paires. Lorsque l'installation est en service, on impose entre les anodes 9, 10 et la virole centrale 16 une différence de potentiel adaptée au dépôt électrolytique de zinc sur la face libre de la bande 1 en défilement. Simultanément, on impose une différence de potentiel généralement (mais pas forcément) sensiblement équivalente à la précédente entre les anodes 9, 10 et la paire d'électrodes auxiliaires laissée découverte par la bande 1 qui est la plus proche des rives de la bande 1 (sur la figure 2, il s'agit des électrodes 17, 17'). Les circuits d'alimentation des autres paires d'électrodes peuvent être laissés hors tension. L'implantation sur le rouleau 5 de plusieurs paires d'électrodes auxiliaires (17, 17'), (18,18'), (19,19') permet de traiter, sans changer le rouleau 5, des bandes 1 de largeurs différentes. Les effets de cette pratique sont montrés sur la figure 3. La figure 3 représente la densité de courant J régnant dans la bande 1 et dans l'électrode auxiliaire 17, dans le cas de la configuration exemplifiée sur la figure 2, en fonction de la distance L séparant le point de mesure de J et le milieu de la bande 1. La bande 1, dans cet exemple, a une largeur totale de 850 mm. Les différences de potentiel entre les anodes et la virole 16 d'une part et l'électrode auxiliaire 17 d'autre part sont identiques. La courbe 20 traduit l'évolution de la densité de courant J dans la bande 1 lorsque l'électrode auxiliaire 17 n'est pas en service. Dans ces conditions, les lignes de courant en provenance de l'anode qui fait face à la bande, selon un phénomène bien connu, ont tendance à se concentrer sur les bords de la bande 1, ce qui provoque une augmentation de la densité de courant J à partir de la distance L = 400 mm environ, alors que J demeure uniforme sur le restant de la demi-largeur de la bande 1. Au delà de L1, J augmente ensuite de façon très sensible, jusqu'à atteindre des valeurs qui entraînent le déclenchement de réactions électrochimiques indésirables qui détériorent la qualité du revêtement. Parmi ces réactions figure surtout le dégagement de l'hydrogène qui induit une alcalinisation du bain, celle-ci conduit à la formation d'hydroxydes de zinc polluant le bain et fait chuter le rendement faradique de dépôt du zinc.On peut aussi noter la formation de dendrites de zinc qui vont se déposer sur l'ensemble du revêtement de la bande. Si l'électrode auxiliaire 17 est mise en service, elle dévie vers elle une partie des lignes de courant qui, sans cela, seraient dirigées vers le bord de la bande 1. Le phénomène d'augmentation de J s'en trouve donc atténué, comme le montre la courbe 21 qui traduit l'évolution de J dans la bande 1 en fonction de L, lorsqu'une électrode auxiliaire 17 de largeur 20 mm est implantée sur le rouleau 5 à 20 mm de la rive de la bande 1. La courbe 21' traduit de même la densité de courant J régnant sur la largeur de l'électrode auxiliaire 17.La courbe 22 montre que l'atténuation de l'augmentation de J est encore meilleure lorsque l'électrode auxiliaire 17 est implantée à 5 mm de la rive de la bande 1 : dans ces conditions, on peut considérer que J présente une excellente homogénéité sur l'ensemble de la demi-largeur de la bande 1. Similairement, la courbe 22' montre l'évolution de J sur la largeur de l'électrode auxiliaire 17 ainsi placée. De manière générale, il est souhaitable que l'électrode auxiliaire active soit placée aussi près que possible de la rive de la bande 1 pour qu'elle joue son rôle avec une efficacité maximale. Une distance nominale de 5 mm est tout à fait adéquate car avec une distance inférieure, on risquerait que la bande 1, si sa largeur n'est pas bien régulière, ou si elle peut se déplacer latéralement, vienne au contact de l'électrode auxiliaire et la recouvre partiellement. En revanche, la largeur de l'électrode auxiliaire n'a quasiment pas d'influence sur son efficacité. On a donc intérêt à prévoir des électrodes auxiliaires relativement étroites, de manière à limiter autant que possible la quantité d'électricité qui les traverse. D'une part cette quantité d'électricité représente un coût supplémentaire dans le fonctionnement de l'installation, d'autre part il est préférable de minimiser la quantité de zinc qui se dépose sur les électrodes auxiliaires. A ce sujet, il est avantageux d'ajouter à l'installation un dispositif pour la dissolution de ce dépôt de zinc, agissant sur la partie émergée du rouleau 5. On peut prévoir, par exemple, d'utiliser comme représenté sur la figure 1, des tampons 23 imbibés d'une solution acide frottant chacun contre une électrode auxiliaire dont ils débarrassent la surface du zinc qui s'y est déposé pendant l'immersion de la portion correspondante de l'électrode dans le bain 2. Les avantages de l'invention consistent essentiellement en - une nette amélioration de la qualité du dépôt de zinc sur les rives de la bande 1 - une diminution des surtensions cathodiques au niveau de la bande 1, ce qui entraîne une baisse de la consommation de courant pour une quantité de revêtement déposé égale ; - la suppression de la formation de particules de zinc qui était due au dépassement de sa tension limite de dépôt, particules qui avaient tendance à se détacher de la surface, à venir polluer la bain et, éventuellement retourner s'incruster dans le dépôt à des endroits quelconques de la bande. En variante, les électrodes auxiliaires peuvent être implantées sur un rouleau destiné à être utilisé sur une cellule telle que celle schématisée sur la figure 4, qui, par ailleurs, est d'un type connu en lui-même. Cette cellule est similaire à celle de la figure 1 (leurs éléments communs portent les mêmes références), à ceci près que le maintien de la bande 1 au potentiel désiré est réalisé non plus par le rouleau immergé 24, mais par les rouleaux déflecteurs 25 et 26 (ou au moins l'un d'entre eux) qui comportent alors une virole conductrice (similaire à la virole 16 du rouleau immergé 5 de la configuration précédente) connectée au pôle s de l'un des générateurs 14, 15. Le rouleau immergé 24, représenté isolément sur la figure 5, possède une partie centrale entièrement en matériau isolant.Les seules parties conductrices du rouleau immergé 24 sont donc constituées par les paires (17, 17'), (18,18'), (19,19') d'électrodes auxiliaires, implantées comme sur le rouleau immergé 5 de la configuration précédente. Les commentaires qui viennent d'être faits sur la configuration précédente restent valables pour cette variante. Le cas décrit jusqu'ici, à savoir le dépôt de zinc sur une bande d'acier, ne constitue qu'un exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention. Celle-ci est applicable à toute cellule électrolytique pour l'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique défilant en continu, d'un type mettant en oeuvre un ou plusieurs rouleaux maintenant la bande et partiellement immergés dans le bain d'électrolyte, sachant également qu'en utilisant plusieurs rouleaux et un guidage de la bande adéquat, on peut, de manière connue, réaliser le revêtement des deux faces de la bande. REVENDICATIONS 1) Procédé d'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique en défilement, selon lequel on immerge ladite bande dans un bain d'électrolyte en lui imposant un potentiel négatif par rapport à au moins une électrode plongée dans ledit bain, le positionnement de ladite bande par rapport à ladite électrode étant assuré par un rouleau partiellement immergé dans le bain, caractérisé en ce qu'on impose également à des zones dudit rouleau non recouvertes par ladite bande et situées au voisinage des rives de ladite bande un potentiel négatif par rapport à ladite électrode. 2) Rouleau (5,24) pour ligne d'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique (1) en défilement destiné à être partiellement immergé dans un bain d'électrolyte (2), et dont une zone de la surface extérieure est destinée à se trouver au contact de ladite bande métallique (1) et à la maintenir dans ledit bain (2) face à au moins une anode (9,10), de manière à assurer le dépôt dudit revêtement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paire d'électrodes auxiliaires (17,17',18,18',19,19') formant des viroles affleurant ladite surface extérieure du rouleau (5,24), disposées de part et d'autre de ladite zone de contact entre ladite surface extérieure (5,24) du rouleau et ladite bande (1). 3) Rouleau (5,24) selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes auxiliaires (17,17',18,18',19,19') sont distantes de 5 mm environ de ladite zone de contact entre ladite surface extérieure du rouleau (5,24) et ladite bande métallique (1). 4) Rouleau (5) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend également une virole conductrice (16) affleurant la surface extérieure du rouleau (5) à l'intérieur de la zone de contact entre ladite surface extérieure du roulement (5) et ladite bande métallique (1). 5) Installation d'électrodéposition d'un revêtement sur une bande métallique (1) en défilement, du type comprenant au moins un rouleau (5,24) pouvant tourner autour d'un axe sensiblement horizontal, dont une partie est immergée dans un bain d'électrolyte (2), ledit rouleau (5,24) maintenant ladite bande (1) en défilement face à au moins une anode (9,10), et des moyens pour porter ladite bande (1) à un potentiel négatif par rapport à ladite anode, caractérisée en ce que ledit rouleau est du type selon l'une des revendications 1 à 3, et en ce qu'elle comporte des moyens (14,15) pour porter lesdites électrodes auxiliaires (17,17',18,18',19,19') à un potentiel négatif par rapport à ladite anode (9,10). 6) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens pour porter la tôle à un potentiel négatif par rapport à ladite anode comprennent au moins un rouleau conducteur (25,26) disposé hors dudit bain d'électrolyte. 7) Installation selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit rouleau (5) est du type selon la revendication 3, et en ce que lesdits moyens pour porter la bande à un potentiel négatif par rapport à ladite anode (9,10) comprennent ladite virole conductrice (16). 8) Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, placés à l'extérieur du bain d'électrolyte (2), des moyens (23) pour la dissolution du métal déposé sur lesdites électrodes auxiliaires (17,17',18,18',19,19').