Организация гальвонического производства. Виноградов


1206516256000
С.С. ВИНОГРАДОВ
ОРГАНИЗАЦИЯ
ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО производства
ОБОРУДОВАНИЕ,
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВА, НОРМИРОВАНИЕ.
УДК 621.357.74(035): 621.396.69 ББК 34.663:30.605
Виноградов С.С.Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. /Под ред. В.Н. Кудрявцева; "Глобус". М, 2002.-208 с.
ISBN 5-8155-0125-5
Изложены сведения по конструкциям, характеристикам и расчётам основных параметров оборудования цехов гальванических покрытий- ванн, подвесочных приспособлений, барабанов, колоколов, гальванических линий, вспомогательного оборудования и источников гока. Показаны принципы нормирования расхода воды на промывку, химикатов, анодов, пара, сжатого воздуха и электроэнергии, а также расчёта эффективных систем вентиляции и рационализации водопотребления. Рассмотрены вопросы составления компоновок гальванических линий и практические рекомендации по организации производства гальванических покрытий.
Книга предназначена специалистам гальванических производств и может быть полезна преподавателям и студентам.
УДК 621.357.74(035): 621.396 69 ББК 34.663:30.605
ISBN 5-8155-0125-5
© Виноградов С.С., 2002 г.
© Издание на русском языке - Издательство "Глобус", 2002 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Распад планового производства в конце XX и начало возрождения товарно-денежного производства в начале XXI века требуют не только изменения организационной структуры предприятий, но и совершенствования оборудования, включая гальваническое, так как нет ни одной отрасли промышленности, где бы электрохимические, химические и анодно-оксидные покрытия не находили самого широкого применения.
Оборудование для нанесения электрохимических, химических и анодно-оксидных покрытий отличается большим разнообразием, что вызвано очень широким диапазоном технических требований, которые не могут быть обеспечены в оборудовании одного типа. Конструкция оборудования зависит от характера технологического процесса, его стабильности, числа видов покрытий, номенклатуры обрабатываемых изделий и ряда специальных требований. На неё оказывают влияние и условия размещения оборудования - отводимая площадь, высота помещения, встраиваемость в общий поток производства и другие факторы.
В настоящий книге приведены сведения по конструкциям, характеристикам и расчетам основных параметров оборудования цехов гальванических покрытий: ванн, подвесочных приспособлений, барабанов, колоколов, гальванических линий, вспомогательного оборудования и источников тока. Показаны принципы расчета расхода химикатов, анодов, пара, сжатого воздуха и электроэнергии.
Рассмотрены вопросы устройства эффективных систем вентиляции гальванических цехов, требования к санитарно-гигиеническому состоянию воздушной среды помещений, описаны мероприятия по защите атмосферного воздуха от вредных выбросов.
В книге изложены характеристика систем промывки, требования к качеству промывной воды, расчет расхода воды и концентрации загрязнений в промывных и сточных водах, а также мероприятия по рационализации водопользования.
Представлены требования и практические рекомендации по организации производства гальванических покрытий.
ВанныВанны, т. е. ёмкости, содержащие рабочие растворы, в которых выполняются подготовительные, основные (процессы покрытия) и заключительные операции химической или гальванической (электрохи-
3
мической) обработки поверхности деталей, являются основным видом оборудования гальванических цехов и участков. Несмотря на чрезвычайное разнообразие применяемых ванн, к ним предъявляется ряд общих требований: герметичность, отсутствие химического взаимодействия материала ванны с содержащимся в ней раствором, возможность создания и поддержания заданного теплового режима; удобство и безопасность обслуживания. Различие в конструкции ванн определяется прежде всего особенностями технологического процесса, требующими подогрева или охлаждения электролита, перемешивания, качания штанг, непрерывной фильтрации, наложения различных физических факторов (ультразвук, магнитное поле, проток электролита и т.п.). Кроме того, для электрохимических ванн необходим также подвод электрического тока требуемой полярности и силы с возможно большей равномерностью распределения тока по поверхности деталей и меньшими потерями электрического напряжения.
Применяемые в гальванических цехах ванны по способу загрузки принято разделять на две группы: ванны ручной загрузки (стационарные) и ванны с механизированной загрузкой.
1.1. Основные параметры и размеры ванн
Расстояние между центрами соседних анодной и катодной штанг выбирают в пределах 150-300 мм в зависимости от размеров покрываемых деталей. Чем меньше расстояние между катодом и анодом, тем хуже первичное распределение тока и тем больше разница в качестве и толщине покрытия на различных участках поверхности деталей.
Ширина ванн ограничена возможностью человека протянуть руку для работы примерно на 800 мм. Следовательно, при наличии одностороннего доступа к ванне ширина от ее наружного края (включая бортовой'отсос, водяную рубашку и т. п.) до наиболее удаленной анодной штанги не должна превышать 750-800 мм. При наличии рабочих проходов с обеих сторон ванны, допускающих ее двустороннее обслуживание, ширина ванны может быть вдвое больше. При наличии устройства для механизированного подъема любой катодной или анодной штанги вместе с подвесками ширина ванны эргономическими критериями не лимитируется.
Высота верхнего края ванны, включая арматуру (штанги), бортовой отсос и т. п., не должна быть более 800-900 мм над уровнем на
4
польных решеток. При необходимости установить более глубокую ванну её либо заглубляют, либо поднимают уровень напольных решеток во всем помещении (по крайней мере, на возможно большей его площади).
Длина ванны (обычно по длине ванны располагают аноды) должна быть кратной ширине подвесочного приспособления с небольшим припуском на интервалы между подвесками. Длина ванны дополнительно увеличивается на припуски для труб змеевиков и барботеров и на повышенные зазоры между крайними подвесками и металлическими торцовыми стенками ванны или металлическими трубами для снижения эффекта биполярного электрода. Длина всех ванн длительной обработки одной линии должна быть одинаковой.
1.2. Конструкция ванн и материалы для их изготовления
В зависимости от назначения ванн применяются различные типы корпусов. Показанный на рис. 1.1 корпус ванны применяется для следующих технологических операций: электролитического нанесения покрытий, травления, улавливания, активирования (декапирования), пассивирования, осветления, оксидирования, окрашивания алюминия, нейтрализации, химического и электрохимического полирования, удаления некачественных покрытий, снятия шлама.

Рис. 1.1. Корпус ванны без кармана

Корпуса ванн, предназначенных для холодной и горячей промывки. химического и электрохимического обезжиривания и травления алюминия, изготавливаются с карманом (рис. 1.2), который служит для слива верхнего сильно загрязненного слоя жидкости. Расположение карманов допускается как с правой, так и с левой стороны корпуса ванны. Высота сливного кармана должна составлять не менее 10-20 % высоты ванны для исключения перелива жидкости из кармана обратно в
5
ванну при погружении в неё крупногабаритных деталей.
Корпуса ванн, показанных на рис. 1.3 и 1.4, предназначены для ванн двух- и трёхступенчатой противоточной (двух- и трёхкаскадной) промывки. Детали начинают промывать в крайней правой "грязной" секции, из которой вода сливается в канализацию, а заканчивают в левой "чистой” секции, куда поступает чистая вода для промывки.

Рис 13 Корпус ванны »'4V, рис 14 Корпус ванны 'Э'< , г 1вЪ ' двухкаскадной промывкитрехкаскадной промывки ^
В гальваническом производстве встречаются ванны, имеющие бо лее трех ступеней промывки. Эти ванны применяют при покрытии деталей драгоценными металлами. Объясняется это тем, что при большем числе ступеней промывки в канализацию выносится (теряется) меньше драгоценного металла.i1-
В ваннах многоступенчатой противоточной промывки чистая вода поступает сначала в секцию, наиболее удаленную от кармана, переливается в следующую секцию и так до тех пор, пока не попадает в карман, а из него - на очистку. Промываемые детали движутся навстречу потоку воды, т. е. сначала попадают в наиболее "грязную" секцию с карманом, потом - в следующую и так до тех пор, пока не попадут в последнюю "чистую" секцию. Эффективность применения противоточной каскадной промывки рассмотрена в главе 8.
> а Кроме показанных выше корпусов ванн на практике встречается целый ряд корпусов ванн другой конструкции, предназначенных в ос новном для промывки.
На рис. 1.5 показан корпус трёхсекционной ванны двухкаскадной промывки, позволяющий разместить в одном корпусе две ванны двухкаскадной промывки в холодной воде после двух технологических операций. Общей для обеих ванн в таком корпусе является средняя "чис- 6
тая" секция, в которую подается вода из цехового водопровода Изсредней секции вода равномерно переливается через специальные пере-городки в нижние части крайних секций, вытесняя в канализацию черезкарманы верхние более грязные слои воды. Эти перегородки устанавли-
ваются на расстоянии 50 ммот разделительных стеноксекций и несколько вышеих, за счет чего габаритныеразмеры такого корпуса не-многоувеличиваются.
Трёхсекционнаяванна
двухкаскадной промывки■устанавливается между тех-нологическими ваннами,после обработки в которых
детали промываются в этой промывной ванне. Детали из технологиче-ских ванн, расположенных слева и справа от трёхсекционной ванныдвухкаскадной промывки поступают сначала в крайние секции с болеегрязной водой, а затем — в среднюю секцию. Применение таких ваннпромывки экономит производственную площадь, сокращает расходконструкционных материалов, упрощает схемы подвода воды и сжатого
воздуха.
Недостатком таких корпу-сов ванн является их громозд-кость. Это вызывает ряд не-удобств при их изготовлении,монтаже или демонтаже. Дляустранения этого недостаткакорпус трёхсекционной ванныдвухкаскадной промывки изго-тавливают составным. На рис. 1.6показана такая система, состоя-щая из двух ванн промывки, со-единённых собой трубами. Приустановке справа или слева еще
одной ванны промывки с карманом можно получить трехсекционнуюванну противоточной каскадной промывки. Перелив воды из правой
7

Рис 16 Схема соединения Л к*
корпусов ванн промывки
И-

Рис 1 5 Корпус трёхсекционной ванны дв_\\каскадпой промывки
"чистой" секции в левые с более грязной водой осуществляется через карманы по трубам аналогично схеме сообщающихся сосудов Такие ванны занимают в линии больше места, так как в этом случае между секциями размещается верхняя отбортовка и карманы, однако преимущества таких корпусов очевидны.
Если слив промывной воды из ванны осуществляется сверху ванны, то залив воды должен производиться в нижнюю часть ванны. В этом случае наливную трубу для подачи воды опускают в ванну так, чтобы нижний конец трубы не доходил до дна ванны примерно на 100 мм, а верхняя часть трубы выше уровня воды заканчивалась воронкой, в которую вода должна течь из водопроводного крана свободной струей (рис. 1.7а, б). Опускать трубу водопровода без разрыва струи над воронкой нельзя из опасения засасывания промывной воды в общий водопровод в случае падения в нем напора (подъем водопроводных труб выше
Y7 (Г=®=
V7
Я
б
Г®3
Рис 1 7 Способы наполнения и слива воды в промывных ваннах
ванны не предохраняет от всасывания воды, так как воду может засосать за счет сифонного действия водопроводной трубы). Если промывная вода сливается из нижней части ванны, то наливают воду сверху свободной струей из водопроводного крана (рис. 1.7в, г).
Дно корпуса должно иметь уклон 1:100 или 1:50 в сторону патрубка донного слива. Для уменьшения потери полезной высоты в ваннах длиной 2 м и более дно корпуса делают с уклоном 1:100.ли
Корпуса электролитических ванн, подключенных к источникам питания постоянного тока, во избежание утечки тока, а также для защиты от блуждающих токов следует устанавливать на изолирующие опоры из фарфора. Марка изолятора - СН-6 (изоляторы опорные внутренней установки). Корпуса остальных ванн устанавливают на металлические опоры.
■<хч,
8
Для увеличения жесткости верхних краев боковых стенок ванн производят обвязку их по периметру уголком размером от 50x50x5 до 100x100x10 мм или швеллером высотой от 80 до 120 мм. Полученная таким образом отбортовка может служить для установки на них барбо- теров, нагревателей, бортовых отсосов, опор для штанг и т.п
Корпуса ванн высотой 1250 мм и выше рекомендуется обвязывать примерно по середине высоты дополнительными поясами из швеллера для предотвращения образования "бочкообразности". Корпуса ванн длиной 2,5 м и более рекомендуется обвязывать дополнительно вертикальными стойками.
Стенки ванн, в которых рабочая температура растворов превышает 60 °С, для уменьшения потерь тепла изолируют с помощью минеральной ваты, которую крепят по ГОСТ 17314—81 ("Устройства для крепления тепловой изоляции стальных сосудов и аппаратов. Конструкция и размеры. Технические требования") и закрывают стальными листами. Дно ванны и карманы теплоизоляции не имеют. При наличии на боковых стенках сливных патрубков, карманов и др. в теплоизоляции для них делаются вырезы.
Ванны из углеродистой стали. Сталь является наиболее распространенным материалом для изготовления ванн Толщину стального листа для ванн объёмом менее 600 л следует брать не менее 5 мм, для ванн объёмом 600 л и более — не менее 7 мм. Лист толщиной 5—7 мм легко может быть сварен с предварительной разделкой стыка изнутри и снаружи, что обеспечит герметичность шва. Для изготовления корпусов ванн холодной промывки, активации, цинкования, улавливания, осветления, пассивирования применяют сталь марки Ст-3. Внутренние стороны стенок ванн футеруют винипластом или пластикатом, что предохраняет растворы ванн от попадания в них продуктов коррозии стенок.
Ванны из коррозионностойкой стали. В некоторых случаях, например для электролитического и химического полирования в концентрированных кислотах, необходимо делать ванны из коррозионностойкой хромоникелевой стали, которая устойчива в смеси крепких кислот, содержащей хотя бы несколько процентов азотной кислоты или иного сильного окислителя, но в отсутствии соляной или плавиковой кислот. Следует иметь в виду, что хромистые стали (без никеля) не свариваются. Добавка в сталь титана предохраняет её от межкристаллитной коррозии. Почти не оставляя следов на поверхности, такая коррозия может
9
привести к полной потере прочности и разрушению детали или конст рукции Футеровка ванн обезжиривания и горячей промывки изгоюв ленных из такой стали, не требуется
Ванны из титана Универсальным материалом для изготовления ванн является титан, обладающий высокой химической стойкостью во многих агрессивных средах Срок службы титановых ванн в 5-7 раз больше, чем стальных Высокая коррозионная стойкость и физикомеханические характеристики титана позволяют уменьшить юлшину стенок ванн более чем в 2 раза Для изготовления корпусов ванн приме няют титановые сплавы следующих марок ВТО, ОТ4-0, ВТ1, ОТ4 ВТ1-0 (ГОСТ 19807-74) Футеровка стенок ванн не требуется за исклю чением электролитических ванн ■ >> Юл < йй-, t? , ,'
Ванны из полипропилена Полипропилен - наиболее перспектив ный материал, обладающий высокой химической стойкостью износо стойкостью, термостойкостью, высоким сопротивлением ударным на грузкам и удовлетворительной механической прочностью Непрерывное понижение химической стойкости полипропилена с последующим ла винообразным разрушением имеет место только в электролите для электрополирования при температуре 80°С В этом растворе аналогично веден себя и винипласт, но уже при температуре 60°С Высокая химиче ская стойкость полипропилена в электролитах для нанесения типовых покрытий дополняется тем, что он не оказывает влияния на электропроводимость растворов и обладает высокой прочностью Ванны из полипропилена, как правило, изготавливаются из блочных конструкций, уже имеющих ребра жесткости, и поэтому не требуют дополнительной об
ВЯЗКИ1 и'№>4 Ilf '/И1 ' Г>0 it* 4-jb^ Ы
1Я У1 i ЛЭНЛЭ
1.3. Защита корпусов ваннФутеровка, т е облицовка внутренних поверхностей металличе ских корпусов гальванических ванн химически стойкими материалами выполняет двоякую роль защищает стенки ванн от разрушения при воздействии растворов и предохраняет раствор от загрязнений продук тами растворения материала стенок Кроме того футеровка металличе ской ванны, предназначенной для проведения электрохимических про цессов, препятствует прохождению тока по корпусу ванны (рис 1 8) В отсутствии футеровки электрическое поле искажается Часть тока про текает по стенкам ванны в силу значительно большей электропроводно
10
сти металла по сравнению с электролитом На боковых стенках (область "а" на рис 1 9) будет происходить осаждение металла анода дно под деталью (область "б" на рис 1 9) будет растворяться, а покрытие на де тали будет отличаться значительной неравномерностью по толщине - на нижнем крае детали покрытие будет отличаться повышенной толщи ной и иметь плохое качество (подгар, губка и т п )

ловых линий в ванне с непроводя- силовых линий в ванне с прово щими стенкамиi , * j ,,дящими стенками (| lu if
В каждом конкретном случае материал для футеровки выбирается в зависимости от агрессивности раствора, его температуры, размеров ванны и других эксплуатационных условий Для футеровки применяют пластмассовые, металлические материалы, резину или керамические плитки В настоящее время керамические плитки практически не при меняются Объясняется это трудоемкой и главным образом ручной технологией нанесения футеровочного покрытия, строгими требованиями к жесткости корпуса ванны и невозможностью защищать оборудование, имеющее не только плоские внутренние поверхности
Из металлических футеровочных материалов для зашиты ванн применяют листовой свинец марок С1 или С2 (ГОСТ 9559 -75) Свинец стоек в растворах концентрированной серной кислоты и ее солей, в концентрированных щавелевой, уксусной и винной кислотах в серии стой, хромовой, плавиковой (холодной) и фосфорной кислотах Свинец нестоек в азотной и соляной кислотах, а также в очень мягкой водопро водной воде, ограниченно стоек в едких щелочах, сильно растворяется в известковой воде, содержащей 0,1% Са(ОНф при доступе кислорода
Свинец применяют в основном для футеровки ванн хромирования, электрополирования и глубокого анодирования алюминия В настоящее время из-за недостаточной стойкости свинца при эксплуатации электролитов хромирования и их загрязнения соединениями свинца свинцовую футеровку заменяют на другие материалы. Сначала отдельно на деревянном каркасе производят сварку свинцовой футеровки, затем вкладыш опускают в ванну, деревянный каркас вынимают и проваривают внутренние швы. Места сварки должны быть механически зачищены до блеска. Газоплазменная (водородно-воздушным пламенем) сварка свинца осуществляется с применением присадочного прутка из свинца
При антикоррозионной защите ванн можно применять полимерные материалы как в виде свободного вкладыша, так и футеровки, жёстко прикреплённой к стенкам ванн. Практика показала, что при длине ванны 6 и более метров наблюдается растрескивание жёсткого полимера при защите ванны свободным вкладышем В этом случае наиболее приемлема конструкция футеровки с приклеенной или другим путем плотно закреплённой футеровкой на стенках ванны Механическая прочность обеспечивается металлическим корпусом ванны, а футеровка выполняет лишь функцию защитного слоя
Ванны длиной до 1 м можно не только футеровать свободным вкладышем, но и изготавливать целиком из полимерных материалов. При этом необходимо учитывать возможность возникновения в них температурных напряжений, а также напряжений от набухания и гидростатических нагрузок, значение которых возрастает с увеличением габаритов ванн. Особую опасность для ванн из полимерных материалов представляют случайные удары как с наружной, так и с внутренней стороны стенок и дна ванн. <,<4, ,vnil,/ .' , Л <Г . .
Наиболее распространенный в России футеровочный материал - листовой винипласт (ГОСТ 9639-71) Он представляет собой окрашенный или неокрашенный непластифицированный твердый поливинилхлорид (ПВХ), изготовленный методом прессования Винипласт стоек практически во всех растворах электролитов, применяемых в гальванотехнике, однако нестоек к действию ароматических и хлорированных углеводородов, кетонов, сложных эфиров и концентрированной азотной кислоты. Большим преимуществом винипласта является то, что он легко сваривается, формуется и обрабатывается механически, это позволяет использовать его как для футеровки ванн, так и в качестве самое гоя- 12
тельного конструкционного материала. Прочность сварного шва достигает 80-85% прочности основного материала. Недостатками винипласта являются его невысокая теплостойкость и низкая ударопрочность. Винипласт хрупок. При нагревании он размягчается и может принимать любую форму. Температурный интервал применения от 0 до 60 °С, при температурах ниже нуля его хрупкость возрастает, при температурах выше 60°С винипласт размягчается. V' -п ..i/r. щи н'м1' V'1
Менее распространен, но зато на 10 °С более термостоек полихлор- виниловый пластикат. Он представляет собой неокрашенный пластифицированный эластичный поливинилхлорид. Пластикат устойчив во всех обычных гальванических электролитах, включая хромовый и травильный (сернокислый) при температурах до 70°С. Перспективным для футеровки гальванических ванн является пластикат ПХ-2, который обладает высокой химической стойкостью при температурах до 90 °С, в том числе в электролитах хромирования, блестящего кислого меднения и никелирования, электрохимического и химического обезжиривания, в серной, соляной и азотной кислотах, щелочах, окиси хрома и других средах. Пластикат ПХ-2 нестоек в растворах хлористого железа и азотнокислого натрия.
И винипласт, и полихлорвиниловый пластикат термопластичны, оба легко свариваются струей горячего воздуха (220-260 °С) винипла- стовым прутком.
Кроме несколько большей термостойкости и химической стойкости пластиката его существенным преимуществом по сравнению с винипластом является гибкость, благодаря которой устраняется нетеплопроводная воздушная прослойка футеровкой и ванной. Эта прослойка делает неприменимой винипластовую футеровку в ваннах с обогревом пароводяной рубашкой. Кроме того, гибкость, пластичность и хорошая стойкость к истиранию позволяют применять пластикат толщиной 2 мм (против 5-7 мм винипласта), что при одинаковой стоимости единицы массы дает существенную экономию.
Полипропилен обладает удовлетворительной механической прочностью, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, повышенной пластичностью, инертностью к большинству химических реагентов. Преимуществом полипропилена является возможность его применения при высокой температуре, что в сочетании с другими свойствами открывает широкие перспективы использования полипропилена не только
13
для футеровки ванн методом вкладыша, но и для изготовления другого оборудования гальванических цехов, бортовых отсосов, вентиляционных коробов, крышек к ваннам, барабанов. Полипропилен уступает по термостойкости и химической стойкости только фторопласту и пентапласту. Листовой полипропилен хорошо формуется, механически обрабатывается и сваривается. Стыки футеровки свариваются электрической горелкой при температуре 200-230 °С с помощью присадочного прутка диаметром 2-3 мм. Шов после сварки перекрывают полосой полипропилена шириной 10 мм и проваривают. Прочность шва при этом превышает прочность основного материала в 1,5-2 раза. Высокая химическая инертность полипропилена не позволяет приклеивать его непосредственно к защищаемой поверхности.л
Большей теплостойкостью и химической стойкостью обладает пентапласт. Этот химически стойкий "самозатухающий" полимер обладает комплексом ценных физико-механических, теплофизических и антикоррозионных свойств. Покрытия на его основе возможно использовать в весьма агрессивных средах при температуре до 120 °С. По химической стойкости в ряду термопластов пентапласт уступает только фторопластам. Пентапласт устойчив при воздействии растворов кислот и их смесей: фосфорной и плавиковой; соляной и азотной; серной, азотной и плавиковой; соляной и плавиковой. Однако пентапласт нестоек в сильных окислителях: в дымящейся азотной кислоте при температуре кипения, в олеуме, хлорсульфоновой кислоте и т.д.
Футеровку из пентапласта применяют для защиты ванн хромирования, химического никелирования, травления, пассивирования. На ряде предприятий для химического никелирования используют ванны, изготовленные из листового пентапласта толщиной 2-3 мм (ТУ 6-05-041- 707-79) и помещенные вместе с обрешеткой из полос нержавеющей стали в пароводяную рубашку. Я' ,' ЧГ< чп («IIIHt'jrr;1, 4 А1Мл,1
При футеровании ванн методом вкладыша используют листы пентапласта толщиной 2-4 мм. Листами пентапласта толщиной 1-2 мм футеруют ванны, приклеивая листы клеями 88Н, 88НП, СВ-88. Основные приёмы футерования листовым пентапластом во многом аналогичны приёмам футерования листовым винипластом и полипропиленом. Внедрение футеровок из пентапластовых листов ограничивается их высокой стоимостью. Кроме того, работа с ваннами из пентапласта требует большой аккуратности, так как тяжёлые детали при падении в ванну мо- 14
гут его разрушить.
Для футеровки ванн можно применять такой широко известный полимерный материал, как полиэтилен. В зависимости от метода промышленного производства различают полиэтилен высокого, низкого и среднего давления. В гальванотехнике нашел применение в основном полиэтилен высокого и низкого давления. Из полиэтилена высокого давления изготавливают трубы, фитинги, клеммные коробки, барботё- ры. При футеровке ванн и нанесении защитного покрытия на металлические поверхности подвесочных приспособлений предпочтение отдают полиэтилену низкого давления, так как он обладает более высокой химической стойкостью и теплостойкостью. Температура размягчения полиэтилена высокого давления 80-90°С, низкого давления 90-95 °С.
Ванны без слива достаточно просто и удобно футеровать полиэтиленовой пленкой, предварительно сварив из неё мешок по размеру ванны. Желательно полиэтиленовую футеровку делать многослойной.
Фторопласт (политетрафторэтилен) превосходит другие пластмассы по химическим, механическим свойствам, физическим, в том числе по теплостойкости. В последние годы масштабы его применения и качественные показатели значительно повысились за счёт освоения выпуска новых типов фторопластов, которые в отличие от фторопласта широко известной марки Ф-4 обладают свойствами плавких металлов: они могут экструдироваться, отливаться под давлением, подвергаться сварке плавлением. К таким фторопластам следует отнести Ф-4МБ, Ф- 10, Ф-2М, Ф-ЗМ, Ф-26, Ф-40ЛД и др.f>1„ Л'п
Для химического никелирования и электрополирования рекомендуется использовать фторопласты Ф-4МБ в виде плёночного вкладыша.
Листовой фторопласт Ф-2М целесообразно применять для футерования различных ёмкостей, гальванических и травильных ванн, а также для изготовления трубопроводов большого диаметра. Он обладае! хорошими формовочными свойствами, гибкостью, ударопрочностью, прочностью при растяжении, свариваемостью. Фторопласт Ф-2М выдерживает такие агрессивные среды, как минеральные кислоты (за исключением дымящей серной кислоты), окислители (концентрированную азотную кислоты), концентрированные щелочи, галогены, углеводороды при температуре от 20 до 130°С. Изделия из фторопласта Ф-2М могут эксплуатироваться при температурах от -70 до 140 °С. Листы из такого фторопласта сваривают воздушной горелкой с использованием
1,5
присадочного прутка диаметром 2-3 мм. Для приклеивания фторопласта к металлической поверхности используется клей ГИПК-113. Высокие химическая стойкость й термостойкость фторопластов позволяют изготавливать из них теплообменники для нагрева и охлаждения очень агрессивных растворов: травления нержавеющих сталей, электрополирования, электролитов хромирования, содержащих фториды, и т.д Футерование листовым фторопластом позволяет отказаться от применения нержавеющих сталей, дорогостоящих сплавов, а также от малотехнологичных футеровок из свинца и керамических плиток.
Гуммирование - защита внутренних поверхностей стенок ванны с помощью резины - осуществляется мягкой кислотощёлочестойкой резиной. Резиновая футеровка обладает высокой химической стойкостью в растворах серной (до 60%), соляной (до 10%) и практически любой концентрации уксусной и фосфорной кислот. Химическая стойкость резины в указанных растворах до температуры 100°С весьма высока. Стенки корпуса перед гумированием обрабатывают металлическим песком, обезжиривают бензином, промазывают двумя-тремя слоями клея 88Н. Время сушки каждого слоя 1,5 - 2 ч. Затем наносятся три слоя (по 1,5 мм) невулканизированной резины. В таком виде корпус ванны помещают в вулканизационный котёл, где острым насыщенным паром осуществляется вулканизация резины. Время вулканизации 1-3 ч. Такое покрытие выдерживает температуру растворов 70-90°С
Одним из недостатков гуммирования является необходимость применения клеёв, содержащих токсичные и огнеопасные растворители. Этого недостатка лишены гуммировочные эбонитовые составы ГЭС-1 и ЭС-100Т, которые не содержат каких-либо растворителей, не требуют применения клеёв и адгезивов и позволяют получать бесшовные эбонитовые покрытия, однородные по физико-механическим и антикоррозионным свойствам. Составы представляют собой различной вязкости композиции, которые можно наносить кистью, штапелем, обливом или окунанием. Срок их хранения при комнатной температуре практически не ограничен. Для обеспечения эффективной защиты наносят три- четыре слоя состава с промежуточной вулканизацией каждого из них горячим воздухом в течение 2 ч при 150°С (ГЭС-1) и 5 ч при 100°С (ЭС- 100Т). Покрытия гуммировочными эбонитовыми составами характеризуются низкой степенью набухания в кислотах и щелочах.
Для защиты наружных поверхностей корпусов ванн наибольшее
16
применение находит эмаль ХВ-785 следующих групп: 7/1 - для агрессивных паров, газов, жидкостей; 7/2 - для растворов кислот; 7/3 - для растворов щелочей. , ..•,^ г , ьи ч
1.4. Нагревательные устройства ' 1'''*1 ‘s ‘*
Теплоносители. В гальванических цехах для нагрева растворов в ваннах используют в качестве теплоносителя насыщенный и перегретый пар, электроэнергию, горячую воду.
При рабочих температурах растворов 80-90°С и ниже применение насыщенного пара является предпочтительным, так как такой способ нагрева является наиболее дешевым и безопасным. При отсутствии пара или его нехватке, а также при температуре раствора 100°С и выше применяют электронагрев. Электронагрев является достаточно эффективным способом нагрева, но менее удобным, так как использование напряжения свыше 36 В требует принятия дополнительных мер электробезопасности.
При наличии перегретого пара растворы в ваннах можно нагревать до температуры 100°С и выше, хотя применение его и неэкономично, но зато удобно и менее опасно, чем использование электронагрева. Дело в том, что в паровых змеевиках пар отдает 90 % своего тепла при конденсации в воду. При необходимости же нагрева раствора свыше 100 °С конденсацию пара допускать нельзя, его приходится выпускать наружу при температуре выше рабочей температуры раствора ванны. Следовательно, используется лишь незначительная часть (10 %) тепла пара. К этому основному недостатку использования перегретого пара добавляется еще и плохая по сравнению с насыщенным паром, теплопередача от перегретого пара к металлической стенке ванны. К тому же из-за неизбежных потерь при транспортировке до гальванического цеха перегретый пар, как правило, остывает с 210-240 до 160-180°С. В силу вышеуказанных причин обогрев перегретым паром с выпуском его в атмо- сферу без конденсации применяется чрезвычайно редко.
Независимо от теплоносителя нагрев гальванических ванн осуществляется двумя способами: нагревательным элементом, помещенным непосредственно в раствор, и нагревательным элементом, помещенным в водяную рубашку, которая тепло, полученное от нагревательного элемента, передаёт через металлическую стенку ванны рабочему раствору. В случае, если раствор нейтрален по отношению к материалу греющей
Г717
поверхности нагревательного элемента, применяют первый способ нагрева, если же агрессивен - используют второй способ.
Нагрев насыщенным паром. Самым распространённым нагревателем в гальванических цехах является паровой змеевик. Змеевики могут выполняться сварными из отдельных отрезков труб или гнуться из одной трубы.
Для изготовления змеевиков применяют различные материалы в зависимости от состава нагреваемых растворов: углеродистая сталь устойчива против коррозии в щелочных растворах и достаточно устойчива в водопроводной воде; коррозионностойкая хромоникелевая сталь устойчива против коррозии в щелочных растворах, в растворах крепких минеральных кислот при наличии в растворе некоторого количества азотной кислоты, но при отсутствии соляной или плавиковой кислоты; свинец подвергается коррозии в присутствии азотной и соляной кислот, титановые сплавы устойчивы против коррозии в большинстве гальванических растворов, но не годятся для ванн с фторсодержащими растворами, а также для ванн травления в горячей серной кислоте с концентрацией 10-20%, в соляной кислоте разрушаются за 10-15 дней работы; латунь устойчива против коррозии в растворах фосфорнокислых солей.
Донный змеевик имеет более высокую теплоотдачу, чем змеевик, расположенный у боковых стенок ванны, однако в этом случае он затрудняет расположение на дне ванны барботёров, препятствует извлечению упавших деталей, ухудшает условия чистки дна ванны, поэтому располагать змеевик на дне ванн не рекомендуется. Кроме того, донный змеевик может выполнять роль биполярного электрода, когда ток будет проходить от нижнего края анода к донному змеевику, через змеевик и далее к деталям. В этом случае появляется подгар на их нижних концах
Змеевик, расположенный у боковой стенки ванны, лишён перечисленных выше недостатков, однако установка на ванне и снятие двух таких змеевиков вызывают дополнительные затруднения. Змеевики должны быть легкосъёмными для выполнения их ремонта или чистки и ремонта самой ванны. Концы труб змеевиков, выходящие из раствора, имеют вертикальные участки, огибающие борз ванны и крепящиеся к нему. Удаление конденсата из вертикальной трубы змеевика не вызывает затруднения: для этого при глубине ванны 1 м необходимо давление пара всего 10 кПа (0,1 атм).
18
Змеевики подключаются к линии пара и к линии конденсата черезвентили с тем, чтобы в случае демонтажа змеевика не требовалось от-ключать общецеховую сеть подачи пара. В электролитических ваннахзмеевики нагревателей должны быть изолированы от магистральныхтрубопроводов с целью предотвращения утечки тока через них, .иг t .ленОсновным достоинством способа нагрева ванн водяной рубашкой(рис. 1.10) является отсутствие непосредственного контакта с агрессив-ной средой материала греющей поверхности нагревателя. В этом случаегальванический раствор нагревается промежуточным теплоносителем -
водой, окружающей бо-ковые стенки и дно галь-ванической ванны. Вода,в свою очередь, нагрева-ется от змеевика 1, изго-товленного из углероди-стой стали (водогазопро-водной трубы). Водянаяоболочка (рубашка) раз-мещается в промежуткемежду стенками вспомо-гательной (внешней)ванны 2 и рабочей галь-ванической ванны 3, вы-полненной из коррози-онностойкого материала.
Зазор между боковыми стенками составляет 50-100 мм, между днищами- 75-150 мм. Для заполнения рубашки водой используют барботёр 4,вваренный в рубашку на высоте, несколько ниже уровня электролита.Уровень воды в рубашке должен быть несколько выше уровня гальва-нического раствора и поддерживается нижней кромкой сливного пат-рубка 5, из которого излишки воды короткой свободной струёй стекаютчерез воронку 6 в канализацию. По изменению цвета стекающей водыможно обнаружить течь в рабочей ванне. Рабочая ванна ножками 7 опи-рается на дно ванны рубашки. Верхнее соединение обеих ванн во избе-жание выброса горячей воды заваривается или герметизируется про-кладками. Доступ внутрь рубашки для ремонта трубопроводов не тре-буется в силу малой агрессивности нагреваемой воды. Слив содержимо-
19
а цхяэщра

Рис 1 10 Водяная рубашка- 1 - нагревательный змеевик, 2 - внешняя ванна, 3 - рабочая ванна, 4 - водяной барботёр, 5 - сливной патрубок, 6 - сливная воронка, 7 - опорные ножки, 8 - донный патрубок
го рубашки осуществляется через донный патрубок 8 Освобождениерабочей ванны от раствора производится, как правило, с помощью наcoca, выполненного из химически стойких материалов, или через патрубок донного слива, приваренный к дну или стенке ванны и проходящийчерез дно или стенку вспомогательной ванны через специальное уплотнение *1 Р<шг ) <,,J*** мгкч t on t t‘i ir t ,дг i н >
Разновидностью нагрева электролита водяной рубашкой являетсянагрев пароводяной рубашкой (рис 111) При таком нагреве пар и водапоступают в тройник I, смешиваются в нем и образовавшаяся горячаявода подается в трубу-барботер 4, проложенный по дну рубашки 3 Повсей длине трубы барботера по ее горизонтальному диаметру просвер
лены сквозные отверстияДиаметр отверстий по мереудаления от начала трубы кее заваренному наглухоконцу увеличивается от 2 до4 мм для малых ванн и от 3до 6 мм для больших ваннСумма площадей всех от-верстий должна быть при-мерно в 3 раза больше сече-ния трубы барботера По-ступившая в рубашку черезбарботер вода и сконденси-рованный пар удаляютсячерез сливную трубу 6, при-
варенную К противополож- Я Й'ЙМЙЛ,rt> „* 4 t и
ной входу барботера в рубашку стенке на высоте, несколько вышеуровня электролита Места входа и выхода труб в стенках рубашкидолжны быть герметично проварены Сечение сливной трубы принимается примерно в 4 раза больше сечения трубы барботера (диаметр -вдвое больше) Сливная труба не должна быть жестко соединена с канализационной трубой, что заменяет электрическую изоляцию и помогаетсвоевременно обнаружить течь рабочей ванны по изменению цвета сли-вающейся воды
Пароводяная рубашка греет несколько медленнее, чем паровойзмеевик, но при правильно выбранном объеме она несравненно устой20

Рис l 11 Пароводяная рубашка I - тройник, 2 - рабочая ванна 3 - рубашка 4 - труба-барботер 5 - ножки 6 - сливная труба
чивее и точнее поддерживает заданную температуру раствора в ваннеРекомендуется выбирать объем рубашки в пределах 40-60 % от объемарабочего раствора, а уровень воды в рубашке должен быть равным илинесколько выше уровня гальванического раствора При таком соотно-шении легко удается поддерживать температуру электролита хромиро-вания с точностью ±1°С, регулируя ее примерно каждые полчаса
Нагрев трубчатыми электронагревателями (ТЭН). Для проектирования блоков электронагревателей и правильной их установки вваннах необходимо знать требования к их монтажу и эксплуатацииТрубчатый электронагреватель (рис 1 12) состоит из тонкостенной ме-
таллической трубчатой оболочки 1, ко- * лiWji 4
торая может иметь различную конфигу-”
рацию Внутри оболочки помещаетсяспираль 2 из проволоки высокогоудельного электрического сопротивле-/
ния, концы которой соединены с кон- ммж>о
тактными стержнями 3, выступающимииз трубчатой оболочки Пространствомежду спиралью и оболочкой заполне-но наполнителем 4 с высокими диэлек-трическими характеристиками, как правило, периклазом (кристаллическойокисью магния) Контактные стержнизаделаны в изоляторы 5 Торцы элек-тронагревателей заполняются влагоза-щитным термостойким лаком (гермети-ком) 6 Герметик предохраняет напол-
нитель от проникновения влаги и сохраняет его электроизоляционныесвойства при температуре в зоне герметизации до 120 °С НекоторыеТЭНы имеют крепежные устройства 7 в виде штуцеров или планок, со-единенных с оболочкой различными способами сваркой, пайкой, прес-совкой Крепление ТЭНов, не имеющих крепежной арматуры, за кон-тактные стержни категорически запрещается.!: почат < жч, ею н Н
Для нагрева воды, слабых растворов щелочей и кислот оболочкиТЭНов изготавливают из меди, латуни, углеродистой или коррозионно-стойкой стали Для нагрева агрессивных сред ТЭНы выполняют с жаро-прочной коррозионностойкой оболочкой ТЭН должен обязательно со-
21
Рис 1 12 Трубчатый электронагреватель 1 - оболом ка 2 - спираль 3 - коп тактный стержень, 4 - на- ^„4 ! полнитель 5 - изолятор,
6 - герметик 7 - крепеж- ' ное устройствоТЫЩ
2836545222631000
ответствовать той среде, для работы в которой он предназначен В отсутствии ТЭНов с коррозионностойкой оболочкой лучше всего сделать ванну с водяной рубашкой, в которую опустить ТЭНы с обычной оболочкой, тщательно выполнив защитные козырьки над клеммами нагревателей.
Перед монтажом ТЭНов необходимо выполнить следующие подготовительные операции: удалить с металлической оболочки антикоррозионный смазочный материал; очистить поверхность изоляторов и наружные части контактных стержней; проверить сопротивление изоляции в холодном состоянии и, если оно окажется меньшим 1 МОм (но не ниже 0,1 МОм), нагреватель необходимо просушить при температуре 100-120°С в течение 4-6 ч.
Запрещается разгибать готовые нагреватели и сгибать с новым радиусом, приваривать или припаивать крепежную арматуру и производить обрезку контактных стержней, так как изменение конфигурации связано с обязательным отжигом оболочки при температуре 900-950 °С для стали 10 или 1050-1100 °С для стали 12Х18Н10Т. При таких температурах неизбежно произойдет нарушение узла герметизации, а при изгибании ТЭНа без предварительного отжига в его оболочке могут появиться трещины, вызывающие падение сопротивления изоляции и пробой.
При применении электрического тока с напряжением выше 36 В корпус ванны и оболочка электронагревателя должны быть заземлены. При подключении ТЭНов подтягивать контактные гайки следует осторожно, не допуская проворачивания контактных стержней. Попадание влаги на эти стержни не допускается, поэтому сверху блок электронагревателей герметично закрывается крышкой с уплотнительной прокладкой. При проектировании узлов крепления ТЭНов необходимо обеспечить температуру в зоне узла герметизации не более 120 °С. Для улучшения съёма тепла с поверхности ТЭНов они не должны соприкасаться друг с другом. Минимальное расстояние между оболочками должно быть 30-50 мм. ,>ч,и irvr .-.. r.r ,.f Ai
Нагрев джоулевой теплотой. Джоулева теплота - это количество теплоты (Дж), выделяющейся в твердом или жидком проводнике при прохождении через него тока, и равное
0.,Ы = U-I-T, -' !• • --
где U - напряжение, В; / - сила тока, А; г - время прохождения тока, с.
22
В ваннах, работающих при больших объёмных плотностях тока (сила тока в А на 1 л объёма ванны), величина джоулевой теплоты довольно значительна. Так, например, при объёмной плотности тока около 2 А на 1 л электролита хромирования в условиях работающей вентиляции и открытом зеркале раствора джоулева теплота уравновешивает потери теплоты ванны хромирования, и температура электролита устойчиво поддерживается около 55 °С. При меньших объёмных плотностях тока ванну приходится подогревать, а при больших - охлаждать. Джоулевой теплотой можно не только поддерживать рабочую температуру электролита, но и разогревать его. Для этого проводят электролиз на посторонних катодах (стальных листах, бракованных деталях) при высокой объёмной плотности тока.
Расчёт нагревателей начинается с определения количества теплоты, которое нужно подвести к ванне для её разогрева до рабочей температуры, затем - количества теплоты, необходимого для поддержания заданной температуры:,?эарс1ньн эжвд<га
Q — Qpaiorpcd Qnoooapw
При нагреве ванны тепло (йршо^,,) расходуется на нагрев электролита, анодов, на восполнение потерь тепла через зеркало раствора и через стенки и дно ванны:йс( Mifi iSfi'».tft аг.огьа
‘Qpuimped — Qn QwmOhl Q sepia m + QuilciihU
В процессе работы ванны тепло (Q„шкШрм) расходуется на нагрев деталей и подвесочных приспособлений, на восполнение потерь тепла через зеркало раствора, стенки и дно ванны, а в случае барботажа электролита- на восполнение потерь тепла с барботируемым воздухом. При этом учитывается джоулевое тепло:
Qntmdepж Qociiiam Qfupkato Qcnwfikit Qoapnotnaw -Qji ж г Для Оценки всех статей расхода тепла необходимо учитывать как теплотехнические характеристики растворов, материала ванн, окружающего воздуха, так и условия проведения процесса. В реальных гальванических цехах при подогреве ванн наиболее часто встречаются следующие условия:
температура воздуха в помещении цеха 20°С; ,н лщ:щ. Я аодонь
разогрев ведётся от начальной температуры раствора 20°С до рабочей температуры не выше 70°С;
принудительная вентиляция со скоростью протока воздуха над
зеркалом раствора порядка 6 м/с;цщ >'л ч, ьП ьоньдбг < -.’ч, i я
23
отсутствие какого-либо укрытия зеркала раствора (крышек, поплавков, пены и т.п.);
отсутствие тепловой изоляции стенок ванны.
Если фактические условия работы ванны существенно отличаются от вышеуказанных, то рекомендуется вести расчёт не по приведенным ниже упрощенным уравнениям, а составить полный тепловой баланс.
Гальванику очень редко приходится делать тепловые расчёты своих ванн с учётом всех статей расхода теплоты. Это объясняется двумя причинами.
Во-первых, в условиях производственного гальванического цеха затруднительно, а часто и невозможно, точно определить все параметры, необходимые для детального расчёта (например, редко можно рассчитывать на поступление пара или горячей воды с постоянной расчётной теплопроизводительностью, а также на одинаковые условия отвода тепла от ванн и т. д.).
Во-вторых, даже наиболее важные параметры практически колеблются в значительно больших пределах, чем расхождения, вызываемые предлагаемыми упрощениями при теоретических расчётах.
Поэтому цеховому инженеру проще и выгоднее рассчитать нагреватель только по главнейшим статьям расхода теплоты, но с небольшим запасом и в случае надобности прикрыть вентиль или выключить ток и даже, в крайнем случае, примириться с некоторым увеличением времени разогрева ванны. Такой небольшой запас мощности заложен в предлагаемые способы расчётов, позволяющие в большинстве случаев отклониться от принятых в начале условий нагрева ванны, например, при несколько большей температуре. Исключение могут представлять такие специальные случаи как расчёт многотысячелитровых ванн для конвейерных автоматов или ванн для обработки чрезвычайно массивных предметов, например, прокатных валов, но такие сложные установки обычно проектируются и рассчитываются не в цехе, а квалифицированными проектными институтами.
Для упрощения расчёта пренебрегаем потерями теплоты на нагрев анодов и деталей, а также потерями теплоты при перемешивании раствора сжатым воздухом, но зато пренебрегаем и поступлением джоуле- вой теплоты, полагая, что в подавляющем большинстве случаев эти величины малы по сравнению с приведёнными выше основными статьями теплового баланса. Тогда количество теплоты (кДж), которое следует 24
подводить каждый час к ванне, при наличии принудительной вентиляции составит:
Q = 270 — + 610S + 130 ООО — *0-1)
тт
а при отсутствии принудительной вентиляции
Q = 270—+ 610 S >0-2)
т
где т - масса раствора в ванне, кг; т- время разогрева ванны до рабочей температуры, ч (обычно г = 1+3 ч); 5 - площадь стенок и дна ванны, м2; F - площадь зеркала раствора, м2.
Расчёт парового нагревательного змеевика для нагрева раствора ванны с 20 до 70°С насыщенным паром под давлением 200 кПа (2 атм) можно произвести по следующим приближённым уравнениям:
длина (м) трубы змеевика
€ = 0,037д/е '0-3)
внутренний диаметр (мм) трубы змеевика
d = 0,044y[Q,(1.4)
где Q - количество теплоты (кДж), которое нужно подводить к ванне за каждый час разогрева, вычисляемое по уравнению (1.1) или (1.2).
Полученный из уравнения (1.4) расчётный внутренний диаметр трубы заменяют ближайшим большим из предусмотренных стандартами на трубы.
Формулами (1.3) и (1.4) можно пользоваться и при условиях, несколько отличающихся от вышеуказанных условий, но для нагрева ванны до 90-100°С следует увеличить длину трубы змеевика в полтора раза.
С учётом ранее высказанных рекомендаций о выборе объёма пароводяной рубашки в пределах 40-60 % от объёма рабочего раствора приводим приближённый расчёт трубы барботёра, достаточно точный для практических целей.
Сначала подсчитывают количество теплоты Q (кДж), которое нужно подводить к ванне ежечасно, чтобы разогреть её за г часов до рабочей температуры 70°С. Расчёт ведут по уравнению, аналогичному уравнению (1.1), но коэффициент при втором члене здесь будет больше из- за наличия пароводяной рубашки:
при наличии принудительной вентиляции
25
(1.5)
Q = 270— + 38100S + 130 ООО— >тт
при отсутствии принудительной вентиляции
Q = 270— + 38100 S'(1-6)
т
где т - масса раствора в рабочей ванне, кг, 5 - площадь поверхности стенок и дна рабочей ванны, м2, F - площадь поверхности зеркала раствора в рабочей ванне, м2, г - продолжительность разогрева ванны до рабочей температуры, ч.
Принимаем, что вода после смешивания с паром входит в барботёр при 100 °С, а выходит из рубашки при 80 °С, Температура выходящей воды должна быть несколько выше рабочей температуры технологического раствора. Тогда внутренний диаметр (мм) трубы барботёра, способной пропустить нужное часовое количество воды с паром, рассчитывается по формуле
d = 0,054-Jq ,(1.7)
где Q - количество теплоты (кДж), которое необходимо подвести к ванне за каждый час разогрева, вычисляемое по уравнению (1.5) или (1.6).
При подборе ТЭНов необходимо в первую очередь учесть соответствие их габаритов и формы геометрическим размерам ванн, после чего перевести рассчитанное по вышеприведенным формулам требуемое количество теплоты из кДж в кВт ч (1 кВт-ч = 3600 кДж) и подсчитать количество необходимых ТЭНов (мощность ТЭНов указана в кВт ч). Как правило, электрический нагреватель рассчитан на напряжение выше 36 В, поэтому ванну с таким нагревателем нужно установить в наиболее сухом месте, корпус её тщательно заземлить и выключать нагреватель (все питающие его провода) при загрузке и выгрузке деталей. Это отключение желательно автоматизировать - например, установить выключатель, срабатывающий при открывании крышки ванны (крышка и ручка её должны быть изолированы).
Конструктивные модули гальванических ваннК конструктивным модулям гальванических ванн относят различного рода перемешиватели растворов, электродные штанги, опоры- ловители электродных штанг, регуляторы уровня раствора в ваннах. Использование конструктивных модулей совместно с различными корпусами гальванических ванн позволяет формировать ванны, блоки ванн 26
и линии различного целевого назначения.
Перемешиватели растворов предназначены для перемешиваниятехнологических растворов с целью создания однородной среды повсему объёму гальванической ванны. Различаются гидравлические,пневматические и механические перемешиватели.
Гидравлическое перемешивание чаще всего совмещается с фильт-рованием электролитов и рабочих растворов.
В качестве пневматического перемешивателя применяется барбо-тёр - труба с отверстиями диаметром 1,1-1,5 мм с увеличением диамет-ра отверстий по мере приближения к её концу. Суммарная площадь от-верстий должна быть в 1,5-1,8 раза меньше площади сечения трубы. Надне ванны длиной более 2 м укладывают последовательно по её длинедва или три барботёра. В зависимости от состава электролита и его тем-пературы барботёры выполняются из углеродистой или нержавеющейстали, титана, винипласта, полиэтилена, полипропилена.
Механические перемешиватели снабжены крыльчаткой с электри-ческим или пневматическим приводом и применяются редко.
Электродные штанги (рис. 1.13) предназначены для крепления
подвесок с обрабатываемыми деталя-ми и анодов. Применяют штангикруглого и прямоугольного сечениядлиной не более 2 м. Плотность токапо сечению штанги 0,5 А/мм2 для ла-тунных штанг и 1,5-2,0 А/мм2 длямедных. Катодные штанги снабженытранспортными кронштейнами для ихпереноса с помощью манипуляторов.
Кронштейны должны быть изолиро-ваны от штанг. Диаметр штанг круг-
лого сечения 25-40 мм. Для механического крепления подвесок с дета-лями или анодов на штангах прямоугольного сечения с обеспечениемнадежного контакта служат устройства типа "ласточкин хвост". Приодинаковой площади поперечного сечения прямоугольная штанга имеетмомент сопротивления изгибу в несколько раз больший, чем штангакруглого сечения.
Опоры-ловители электродных штанг (рис. 1.14) служат дляобеспечения точной установки электродных штанг на ваннах и для соз-
27

дания надёжного электрического контакта со штангами. Устанавлива-ются непосредственно на бортах ванн или на специальных металло-
конструкциях, стоящих отдельноот ванн. Опоры электрохимиче-ских ванн (ванн, предназначен-ных для проведения электрохи-мических процессов) должныизолироваться от их корпусов.
Самозачищающаяся (с прижимным устройством) токовая опора
Рис. 1.14. Опоры-ловители электрод-
для штанг прямоугольного сеченых штанг
ния обеспечивает передачу на штангу тока до 2000 А.
Регуляторы уровня раствора в ваннах. Предназначены для поддержания уровня раствора гальванических ванн в заданных пределах. В поплавковом устройстве поплавок через рычаг управляет электрокон- тактным устройством, регулирующим подачу воды или раствора. В качестве устройств контроля уровня используют герконы, установленные возле стеклянной или винипластовой трубы с поплавком. Электрический регулятор-сигнализатор уровня (ЭРСУ-3) выполняется с погружным электродом из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т.
Подвесочные приспособления
Назначение подвесочных приспособлений заключается как в завешивании деталей в ванне, так и в подводе к ним тока. К подвесочным приспособлениям предъявляются ряд важных требований. Они должны:
позволять быстро монтировать и надёжно крепить детали, чтобы они не свалились с подвески при переносе и не теряли надёжного электрического контакта с ней при интенсивном перемешивании раствора, газовыделении, случайных толчках и т.п.;
обеспечивать возможно более равномерное распределение тока по поверхности деталей, что содействует получению более равномерного по толщине покрытия;
исключать экранирование деталей друг другом;
позволять загружать ванну возможно большим количеством деталей;

28
быть по возможности дешёвыми и простыми в изготовлении и ремонте;
быть удобными в работе, при переноске, при монтаже и демонтаже деталей, при хранении;
позволять обрабатывать детали по возможности на всех операциях гальванического процесса с минимальным количеством перемонти- ровок на другие приспособления.
Сконструировать приспособление, отвечающее всем этим требованиям, - дело нелёгкое. Следует считать вполне нормальным, если приходится сделать и опробовать в работе несколько вариантов, отбросить неудачные и остановиться на лучшем, особенно для сложных деталей. Очень немногие детали подвесочных приспособлений поддаются простому и точному расчёту. При конструировании приспособлений гальванику (ючти всегда приходится полагаться на свое чутьё, основанное на внимательном наблюдении за поведением деталей при их переноске и загрузке в ванну, а также при их обработке в ваннах, за устойчивостью ориентации деталей и надёжностью контактов. Конструирование подвесочных и защитных приспособлений - благодарное и нужное поле деятельности рационализатора.
2.1. Типы приспособлений для подвешивания деталей в ваннах
Самый старый и трудоёмкий способ подвешивания деталей - это навязывание их на проволоку, обычно по несколько штук "косичкой". Этот способ нарушает все требования, предъявляемые к подвешиванию, кроме, пожалуй, дешевизны материала приспособления (проволоки). Кроме того, он очёнь трудоёмок. В одном цехе с десятью ваннами по 800 л общей производительностью 30 м2/ч, в котором детали с площадью поверхности по 1-5 дм2 навязывали по 6-10 штук на тонкую медную проволоку, удалось после перевода на подвески высвободить по 12- 14 человек в смену, занимавшихся ранее навязыванием деталей на проволоку.
Подвешивание (индивидуальное) крупных деталей на проволоку можно допустить только при штучных, неповторяющихся работах. Во всех других случаях оправдывается изготовление иногда специальных, а часто относительно универсальных подвесочных приспособлений.
Наиболее универсальные и наиболее часто применяемые типы подвесочных приспособлений (подвесок) - это "ёлочка" и "рамка" (рис.
29
2.1).
"Ёлочка" представляет собой вертикальный стержень с подвеснымкрюком, которым она вешается на штангу ванны (рис. 2.1а). Контактыдля крепления деталей расположены на нескольких "этажах" в плоско-стях, перпендикулярных вертикальному стержню. Контакты для изде-лий на каждом "этаже" располагают симметрично по 2, 4 или 6 шт., ред-ко больше. Иногда их в каждом следующем "этаже" смещают на неко-торый угол по отношению к контактам предыдущего "этажа" во избе-жание возможного касания висящих на них деталей. Характернымиособенностями "ёлочки" являются, во-первых, то, что детали одного"этажа" расположены под разным углом к плоскости анода (или катода);во-вторых - ограниченность размеров деталей, висящих на боковыхконтактах. Достоинством "ёлочки" является благодаря её малому диа-метру возможность использовать практически всю длину катодной(анодной) штанги ванны без необходимости увязывать диаметр "ёлоч-
ки" с длиной штанги.
"Рамка" (рис. 2.16)представляет собой прямо-угольник, вертикальные бо-ковые стороны которого об-разованы стержнями под-весных крюков, а горизон-тальные стороны и несколь-ко горизонтальных попере-чин между ними несут насебе контакты для подве-шивания деталей. Самаяверхняя и самая нижняя по-перечины, близкие к зерка-лу раствора и ко дну ванны,иногда не имеют контактов.
Необязательно, чтобы боко-вые стороны рамки явля-
лись стержнями подвесных крюков. Крюки могут быть прикреплены ине по краям рамки, что иногда может быть даже выгодным с точки зре-ния распределения тока, хотя менее удобно конструктивно.

Рис. 2.1. Подвески "ёлочного" (а) и "рамочного" (б) типов
30
Главное достоинство "рамки" по сравнению с "ёлочкой" заключается в том, что все висящие на рамке детали одинаково ориентированы по отношению к анодам. Это очень важное условие для получения покрытия возможно более равномерного по качеству, толщине, механическим свойствам и внешнему виду. Второе достоинство "рамки" - "универсальность", т.е. конструктивная лёгкость превращения её в сложное подвесочное приспособление при монтаже на ней более или менее сложных дополнительных устройств (экранов, защитных катодов, вспомогательных анодов и т. п.). И третьим достоинством является возможность сделать её значительно более вместительной по количеству и площади умещающихся на ней деталей, чем "ёлочка", что существенно повышает производительность труда при монтаже деталей. Недостатком "рамки" можно считать необходимость увязывания её размеров с длиной штанг ванны, чтобы она умещалась во всех ваннах линии с возможно более полным использованием их длины. При разногабаритных ваннах в линии выбор размеров подвесок иногда бывает затруднительным (впрочем, особенно точной подгонки не требуется).
2.2. Конструирование подвесочных приспособлений
Размеры подвесочных приспособлений. Подвесочные приспособления, независимо от их типа, выбираются так, чтобы расстояние от дна ванны (или от металлического змеевика на дне) до нижнего края висящих на приспособлении деталей было не менее 100-200 мм, а расстояние от верхнего края деталей до зеркала раствора - не менее 50 мм. Необходимость зазора от низа подвесочного приспособления до дна вызвана опасностью взмучивания шлама со дна ванны. Кроме того в ваннах с горячими растворами при отсутствии перемешивания и из-за отсутствия теплоизоляции дна ванн часто наблюдается снижение температуры придонной части раствора. Зазор между уровнем электролита в ванне и верхом деталей нужен на случай понижения уровня за счёт испарения и иногда для устранения осаждения на деталях пыли или иных загрязнений, попадающих на поверхность электролита.
Расстояние между соседними подвесками типа "ёлочки" должно быть таким, чтобы зазор между деталями на соседних краях висящих рядом приспособлений был не меньше диаметра этажа "ёлочки". Подвески типа "рамки" можно вешать практически вплотную одну к другой при условии, если соблюдено нормальное расстояние между крайней
31
деталью и вертикальной стороной рамки. Между крайней подвескойлюбого типа и торцовой стенкой ванны зазор должен быть не менее 100мм при непроводящей футеровке стенки и не менее 200 мм при токо-проводящей стенке.
Подвесные крюки. Подвесные крюки подвесочного приспособле-ния должны иметь надёжный контакт подвески с токонесущей штангой,
обеспечивающей максимальнуюплощадь их соприкосновения соштангой. В противном случае под-весной крюк может перегреваться,а иногда(например, при хромиро-вании) накаляться докрасна, нару-шая тем самым токовые режимы ираспределение тока между подвес-ками. На рис. 2.2 показаны пра-вильная (а) и неправильная (б)формы крюков. Преимуществопрямоугольного крюка по сравне-
нию с загнутым по дуге круга состоит в том, что контакт со штангойосуществляется не по одной линии или точке, а по двум, что заметноулучшает условия прохождения тока. Этот же эффект удвоения местаконтакта достигается и при загибе крюка под углом 60°, но крюк подуглом 90° удобнее при завешивании и обеспечивает более устойчивоеположение приспособления, хотя изготовление его немного сложнее.
"Ручки". Для переноса, завешивания в ванну и выгрузки подвесоч:ного приспособления нужна ручка, за которую его удобно взять, не за-девая за висящие на подвеске детали, не окуная руку в электролит и необжигаясь о стержень подвески, который при больших токах можетвесьма существенно нагреться. Такая ручка может быть выполнена (рис.2.3) в виде приваренного к верхней части подвесного крюка 2 неболь-шого проволочного крючка 1, загнутого так, чтобы за него удобно быловзяться одним или двумя пальцами в толстой резиновой перчатке (такаяручка пригодна и для анодного крюка и для крюков «елочки» и «рам-ки»).
В качестве простой и удобной ручки у "рамки" может служить го-ризонтальный пруток 3, приваренный к стержням обоих подвесныхкрюков на таком расстоянии, чтобы он пришёлся выше уровня электро-32


Рис. 2.2. Форма подвесных крюков
лита при висящем в ванне подвесочном приспособлении, но и не слиш-ком близко к подвесному крюку 2 (чтобы штанга ванны не мешала
взяться за него рукой).
Оба типа ручек доста-точно удобны, оба (вособенности - пруток)практически не нагрева-ются, но первый тип не-много удобнее при заве-шивании, а второй - припереносе (можно нестиподвеску одной рукой).
Учитывая чрезвычайнуюпростоту изготовленияручек обоих типов, мож-но рекомендовать снаб-жать подвески-рамки
ручками обоих типов одновременно.
Контакты и их крепление. Контакты для крепления деталей наподвесках выполняются в виде крючков (рис. 2.3) и пружин (рис. 2.4 б,в). Контакты подвесочных приспособлений должны не только надёжноподводить ток к деталям, но и прочно удерживать их на подвеске, чтобыих не сбросило при газообразовании или перемешивании раствора ван-ны или от сотрясения при переноске. Контакты не могут быть изолиро-ваны, поэтому на них неизбежно нарастает металл, затрудняющий про-хождение тока между подвесочным приспособлением и деталью. Кон-такты вследствие своего выступающего положения при неосторожномобращении с подвесочными приспособлениями очень часто ломаются.Кроме того, во многих электролитах в результате наводороживаниястальные контакты становятся хрупкими. Поэтому контакты должны, содной стороны, быть прочно закреплены в стержне или в каркасе под-весочного приспособления, с другой - быть легко заменяемы при по-ломке или износе.
Крепление контактов - это наиболее сложная задача при конструи-ровании подвесочного приспособления. Практикующаяся иногда про-стая укладка контактных проволочек в отверстие в каркасе приспособ-ления абсолютно недопустима, она не обеспечивает надёжного электри-
33

Рис. 2.3. Форма ручек у подвесок: 1 - ручка,
2 - подвесной крюк, 3 - горизонтальный пруток, 4 - контакт
ческого контакта вследствие наличия плёнок, образующихся из продуктов коррозии и засохшего электролита. Неудобно и резьбовое крепление (винтом или непосредственным ввинчиванием нарезанного конца контактной проволочки в отверстие) вследствие "неразборности" такого соединения после неизбежной коррозии. Единственными надёжными средствами являются сварка (дуговая или точечная) и пайка твёрдым или мягким припоем. Впрочем пайка мягким припоем иногда оказывается недостаточно прочной.
Чтобы уменьшить изгибающий момент в месте приварки или припайки, ведущий к частому отлому контакта, следует приваривать или припаивать проволочки контакта не с лицевой стороны подвески, а с задней. Пропустив проволочку возможно плотнее через отверстие в каркасе приспособления, надо приварить или припаять её кончик на задней стороне каркаса (рис. 2.4а,б). При такой конструкции отрывающее усилие будет значительно ослаблено упором отогнутого кончика контакта в планку каркаса и упором его проволочки в стенку около отверстия в

Рис. 2.4. Способы крепления контактов: а - контакт из одной, б - контакт из двух, в - контакт из трёх проволочек
каркасе. Облом самой проволочки контакта на её свободном участке возможен, но происходит значительно реже, чем в месте сварки (пайки) или рядом с ним. Заслуживает внимания встречающееся в литературе предложение делать контакт из трёх проволочек одинакового диаметра, введённых в одно отверстие, задние концы которых загнуты и приварены или припаяны на задней стороне каркаса подвесочного приспособления (рис. 2.4в). Свободные (рабочие) концы проволочек контакта могут быть использованы как угодно: либо все, либо часть из них может быть загнута в крючки или использована как пружинящий контакт с натягом, каждая в своём отверстии детали или по две в одном - это уже зависит от назначения контакта и профиля детали. Кроме того, три проволочки более плотно и более устойчиво укладываются в отверстии в планке каркаса подвески, чем одна или две. Совершенно плотной ук- 34
ладки проволочек не требуется, хотя она и желательна.
Крепление деталей на контактах. Концы контактных проволочекмогут быть выполнены в виде простого крючка, если детали достаточнотяжёлые (чтобы их не подбрасывало выделяющимися при электролизегазами или при перемешивании электролита) и если сила тока, прихо-дящаяся на деталь, не очень велика. При легких деталях с большой по-верхностью надёжнее пружинящие контакты (рис. 2.5), обеспечиваю-щие и хороший подвод тока, и достаточно жёсткую и неизменную ори-ентацию детали на
подвеске. Пружиня-щие контакты могутсостоять из двух илиболее проволочек,концыкоторых
("усики") предвари-тельно несколькоразведены. Сжав, их
можно завести С не-Рис.2.5.Контакты-держатели деталей
которым натягом в
одно общее отверстие в детали или, наоборот предварительно сжатые -раздвинуть и завести под натягом в два разные отверстия в детали. Су-ществуют и могут быть дополнительно разработаны применительно кразным специфическим деталям многие другие типы пружинящих кон-тактов, примеры которых можно найти в большинстве руководств погальванотехнике, поэтому подробнее останавливаться на них нет надоб-ности.
Материалы для изготовления подвесочных приспособлений.
Для анодных процессов применяются подвесочные приспособления изтитана; они пригодны практически для всех операций анодной обработ-ки, за исключением редко применяемых электролитов с большим со-держанием фтор-иона. Чистые титановые сплавы являются идеальнымматериалом для подвесочных приспособлений по следующим причи-нам:
- тонкая непроводящая оксидная пленка, образующаяся на поверх-ности титана, способна существенно снижать своё электрическое со-противление в местах, подвергающихся относительно большому удель-ному давлению, например, в месте контакта с деталью;

35
титан имеет высокую коррозионную стойкость в растворах серной и хромовой кислот, благодаря чему подвески могут служить длительное время и исключается загрязнение электролита;
отпадает необходимость в травлении подвесок после каждой операции анодирования, как это требуется при изготовлении подвесок из алюминиевых сплавов.
В целях экономии титана его часто используют лишь для изготовления контактов, а все другие элементы подвесок изготавливают из алюминия, причем состав его также должен быть более высокой чистоты, чем состав материала детали, так как в противном случае возможно^ перераспределение тока, который повышается на элементах подвески. Для некоторых анодных процессов (анодное оксидирование и электрохимическое полирование алюминия) годятся подвесочные приспособления из алюминия, а лучше - из дюралюминия, поскольку контакты из чистого алюминия нежёстки и неупруги.
Изготавливать подвесочные приспособления для катодных процессов из меди или латуни не имеет смысла, разве что при очень больших токовых нагрузках, так как при изготовлении подвесок из медных сплавов применяется пайка мягким или твёрдым припоем, что сравнительно трудоёмко.
Наиболее удобным, экономичным и простым материалом для изготовления подвесочных приспособлений для катодных процессов является железо (малоуглеродистая сталь). Этот металл легко сваривается любым способом, вполне стоек в щелочных и хромовокислых растворах. Большую часть поверхности подвесок (кроме контактов) следует покрыть изоляцией для экономии тока. Оголённое железо на контактах вновь изготовленной или свежеочищенной подвески не более опасно для чистоты электролита ванны или для сохранности самой подвески, чем железо завешенной в ванну детали.
Существенным дефектом железа является его ржавление во влажном воздухе гальванического цеха. Вызванное коррозией во влажном воздухе повышение переходного сопротивления контактов легко устра^ няется предварительным покрытием всего подвесочного приспособлен ния и, в первую очередь, его подвесных крюков каким-нибудь гальванически осаждаемым металлом, лучше всего никелем или оловом. Для защиты контактов более чем достаточно слоя металла, который осаждается на них при эксплуатации подвески; периодически его необходимо 36
даже стравливать, так как его многослойные наросты обладают плохой электропроводностью из-за часто наблюдаемого образования между слоями покрываемого металла пассивных пленок с повышенным электросопротивлением. Не следует снимать наросты механическими способами - это трудоёмко и ведет к повреждению подвески.
Нанесение токонепроводящих защитных покрытий на конструктивные элементы подвесочных приспособлений производится как с целью защиты их от коррозии и предотвращения загрязнения электролитов и растворов, так и для предотвращения осаждения на них покрытий в катодных и окисления металлоконструкций в анодных процессах.
В практике гальванических производств нашли применение разные способы нанесения изоляционных покрытий: липкой лентой из поливинилхлорида или полиэтилена; порошковыми материалами - полиэтиленом, фторопластами, полиамидами и эпоксидными красками; пласти- зольными материалами.
Для подвесочных приспособлений сложной конструкции предпочтительней применять полимерные материалы жидкого и порошкового типа. Широкое использование для изоляции подвесок нашёл пластифицированный поливинилхлорид (пластизоль). Пластизоли поставляются в готовом для использования виде под общим названием "диплазоли".
Диплазоль марки Д-2А-ОС наносят по следующей технологии: на предварительно отдробеструенные, обезжиренные, промытые в теплой воде и высушенные подвески методом окунания наносят грунт марки АК-091. Загрунтованные подвески сушат в естественных условиях в течение 1 ч. Затем подвески прогревают до 180°С и окунают в ванну с диплозолем. В жидкой массе пластизоля подвески выдерживают до 4 мин, затем медленно извлекают и выдерживают над ванной в течение 2- 5 мин для стекания излишков массы. При температуре 180°С пластизоль желатинизируется в течение 0,5-1,0 ч. При необходимости таким же способом может наноситься следующий слой пластизоля. Толщина первого слоя обычно 0,5-1,0 мм, двух слоев 1,5-3,0 мм. Места контактов перед нанесением пластизоля смазывают кремнистым вазелином типа КВ-3 для облегчения удаления покрытия пластизолем механическим способом. Для удаления пластизоля при ремонте подвесок в качестве растворителя используют этилацетат, в котором в течение суток покрытие набухает и размягчается, что позволяет снимать его ножом. Облегчается отделение пластизоля также после прогрева в печи.
37
Полиэтилен по сравнению с пластизолем имеет несколько худшие эксплуатационные характеристики: низкую температуру эксплуатации (до 60°С), склонность к растрескиванию и другие недостатки. Полиэтиленовые покрытия наносят на подвесочное приспособление (предварительно нагрев его в печи до 250-300 °С) окунанием на 5 мин в ванну с псевдокипящим слоем полиэтиленового порошка и последующим прогревом в печи до оплавления. После этого подвески погружают в ванну с проточной водой для придания структуре полиэтилена большей аморфности, что повышает эластичность покрытия.
Эпоксидные покрытия малостойки при повышенной температуре в щелочных растворах.
Хорошие результаты даёт применение для покрытия лака ОНИЛХ- 3 (ТУ МХП 1250-48). Это раствор перхлорвиниловой смолы в смеси хлорбензола и дихлорэтана с добавкой хлорпарафина в качестве пластификатора. Лак хорошо держится на металле и в то же время легко отстаёт от него, если поддеть его плёнку с края ножом. Лак устойчив в электролите хромирования, не говоря уже о более холодных и менее агрессивных электролитах. Содранную с подвески плёнку, а также пролитый и подсохший лак (если он был пролит на достаточно чистую поверхность) можно растворить в ацетоне или в смеси хлорбензола и дихлорэтана и использовать два или даже три раза. Лак высыхает довольно быстро при комнатной температуре. Плёнка лака, хотя толстая и эластичная, но механически прочная.
Электрический расчёт подвесочных приспособлений. Для расчета допустимой электрической нагрузки током на поперечное сечение деталей подвески, находящихся выше уровня раствора, можно принять следующие ориентировочные величины: для меди 6-8 А/мм2; для алюминия 4-4,5 А/мм2; для латуни 3 А/мм2; для углеродистой стали 2 А/мм2; для титана 1 А/мм2;
для коррозионно-стойкой стали 0,5-0,6 А/мм2.
Цифры эти очень приближённы и могут существенно меняться как в меньшую, так и в большую сторону в зависимости от условий работы подвески, профиля сечения элементов подвески, от которого зависит
38
интенсивность охлаждения подвесочного приспособления окружающим1 воздухом, температуры ванны, интенсивности её вентиляции и т.п. Ниже уровня электролита допустимая электрическая нагрузка может быть* в три-четыре раза выше, чем для непогруженных в электролит участков’ подвески.
Грубая ошибка в расчёте сечения подвесочного приспособления маловероятна. Неизмеримо чаще гальванику приходится сталкиваться с затруднениями от перегрузки током подвесного крюка подвесочного приспособления, который в ваннах, работающих при большой плотности тока, например в хромировочных, часто раскаляется до красного каления. Сопротивление нагревшегося металла увеличивается, а вследствие этого увеличивается и его дальнейший нагрев, иногда вплоть до сгорания. В таких случаях подвесной крюк обычно охлаждают струёй воды, что снижает сопротивление контакта и позволяет (часто на продолжительный срок) прекратить его разогрев. Правильным решением задачи будет увеличение площади контакта между подвесным крюком и штангой. Если крюк выполнен из круглого прутка, то желательно снять фаску на внутренней поверхности крюка (в месте его контакта со штангой). Крюки выгоднее делать из металлической полосы. Размеры крюка не поддаются точному расчёту, поэтому практически приходится полю зоваться старым эмпирическим способом - если крюк сильно нагревается, его надо сделать шире.
2.3. Принципы рационального размещения деталей на подвесках
Расположение деталей на подвесках. При определении оптимального размещения деталей на подвеске необходимо руководствоваться следующими соображениями.
Детали должны быть расположены на подвеске так, чтобы обеспечить наиболее равномерное распределение тока по их поверхности. Все острия и резкие выступы должны быть направлены вверх или в сторону промежутка между двумя висящими напротив подвески анодами. Такие склонные к подгару места могут быть защищены соседней деталью или близко расположенным неизолированным участком подвески, которые будут отвлекать на себя часть тока, идущего к защищаемым местам детали. В тех случаях, когда все эти средства оказываются недостаточными или неприменимыми, применяют дополнительные аноды, биполярные электроды, токопроводящие и токонепроводящие экра
39
ны.
Детали на подвеске не должны экранировать друг друга. При завешивании деталей на подвеске в двух плоскостях детали одной плоскости, должны располагаться напротив зазора между деталями в другой плоскости. Зазор между плоскостями делать как можно большим. Такой способ завешивания можно применять в том случае, когда габариты деталей невелики по сравнению с зазорами между ними (например, изделия из прутка) или когда качество покрытия оборотной стороны детали не регламентируется. В большинстве случаев предпочтительно навешивание деталей в одной плоскости.
Расстояния между плоскими деталями могут быть небольшими,- порядка 15-30 мм. Детали цилиндрической формы должны находиться друг от друга на расстоянии:
одного-двух радиусов деталей при защитных покрытиях;
одного-двух диаметров деталей при декоративном хромировании;
двух-трех диаметров деталей при твёрдом хромировании.
Детали должны быть хорошо закреплены на подвеске, для чего в большинстве случаев детали крепятся на двух контактных крючках или на одном, но широком крючке.
При стремлении обеспечить максимальное заполнение подвески деталями не следует допускать перегрузки её как по прочности подвесочной конструкции, так и по величине токовой нагрузки на токоподводящие элементы подвески.
Для уменьшения выноса раствора из ванны детали следует располагать на подвеске так, чтобы стекание раствора в нижней части деталей происходило преимущественно с угла или ребра, что позволяет увеличить скорость стекания раствора на 10-20% и уменьшить остаточное (нестекаемое) количество раствора на деталях.
Детали, имеющие углубления или полости, в которых может скопиться и помешать покрытию выделяющийся газ, завешивают в таком положении, чтобы газ мог свободно выходить. Если такое положение придать детали невозможно, то приходится её периодически переворачивать. Для этого деталь закрепляют на шарнирный контакт подвесочного приспособления, который позволяет при помощи выступающей из раствора рукоятки наклонять деталь в нужную сторону на требующийся угол, не касаясь её руками и не прерывая процесса покрытия.
40
Следует принять меры против осаждения на детали шлама, приводящего к шероховатости покрытия.
При неполной загрузке подвесок или в случае обработки одной детали особое внимание необходимо уделить расположению деталей не только относительно анодов, но и стенок и дна ванны. У высоко подвешенной детали на её нижнем конце покрытие будет утолщаться, а то и подгорать (рис. 2.5а); у слишком низко подвешенной детали тоже самое будет происходить на верхнем крае детали. На детали, сдвинутой по длине ванны к одной торцевой стенке, такое же ухудшение качества покрытия будет происходить на конце детали, обращённом к более дальней торцевой стенке (рис. 2.56).

б
ш v v Ч"-х
m
Рис. 2.5. Несимметричное расположение детали в ванне: а -деталь высоко подвешена, б (вид сверху ванны) - деталь сдвинута к торцевой стенке ванны
Рис. 2.6. Расположение силовыхлиний без экранов
Защитные приспособления. Назначение всякого экрана состоит в том, чтобы затруднить доступ тока к определённым участкам детали и тем самым снизить плотность тока на них во избежание подгара покрытия или его излишней толщины на выступающих частях детали или на её краях (рис. 2.6) и появления других дефектов покрытия.
Материал непроводящего экрана может быть любым, лишь бы он не был электропроводным, не взаимодействовал с электролитом и был достаточно жёстким, чтобы его удобно было закрепить в устойчивом положении по отношению к защищаемому месту детали (рис. 2.7). Чем ближе он будет к детали, тем сильнее будет его экранирующее дейст
41
вие, ибо тем меньше тока будет проникать в зазор между экраном и деталью, тем меньше будут отли-

Рис. 2.7. Расположение силовых линий с непроводящими экранами
чаться площадь и зона действияэкрана от его фактической площа-ди и профиля.
Проводящие экраны (защит-ные катоды) применяются в ос-новном для защиты края детали отподгара. Это достигается тем, чтоплотно прилегающий к краю дета-ли металлический экран служиткак бы продолжением детали (рис.
2.8), образуя конечное ребро этой поверхности, на котором и получает-ся такой подгар, который иначе оказался бы на ребре детали .
В качестве материала для изготовления проводящего экрана можетбыть использован любой металл, не растворяющийся в электролите прикатодной поляризации, или любая деталь из такого металла требуемойформы и размера. Например, при
хромировании поршневых колецсверху и снизу стопки годных колецкладут по 1-2 бракованных кольца,выполняющих роль защитных экра-нов для верхнего и нижнего годныхколец. Однако наиболее подходящимдля этой цели является свинец: онлегко режется, его можно легко под-ровнять обыкновенным ножом и под-колотить молотком для плотного при-
легания, в результате чего экран становится геометрическим и электри-ческим продолжением детали. При работе на групповом подвесочномприспособлении проводящие экраны могут составлять часть подвесоч-ного приспособления.
Для защиты ребер разного профиля, острых выступов и тому по-добных элементов поверхности деталей, особенно подверженных опас-ности подгара, очень удобны проволочные экраны (рис. 2.9). Эти экраныпредставляют собой тонкую (диаметром 0,1-1 мм) проволоку из любогоподходящего металла (медь, сталь), согнутую по профилю защищаемо-42

Рис. 2.8. Расположение силовых линий с проводящими экранами
проволока Q
го ребра и расположенную вдоль ребра на очень близком от него рас-
стоянии (от 1 до 5 мм). Для защи-ты острия на детали проволочкузащитного катода просто загибаютв сторону острия. Чем меньшедиаметр проволоки защитного ка-тода и чем ближе он расположен кзащищаемому элементу профилядетали, тем сильнее его защитноедействие. Проволока защитногокатода соединена такой же, но ужеизолированной, проволокой с
удобным местом детали или подвески для подвода тока к защитномукатоду.

Рис. 2.9. Расположение силовых линий с проволочными экранами
Дополнительные (вспомогательные) аноды применяются в техслучаях, когда на поверхности какого-нибудь углубления или полостидетали локальная плотность тока имеет очень маленькую величину ипокрытие либо осаждается с малой толщиной, либо не осаждается со-
всем (рис. 2.10).
В связи с тем, что вспомога-тельный анод располагается близ-ко к детали, большое значениеимеет точность его ориентации поотношению к участку детали, дляулучшения покрытия которого онпредназначен. Поэтому во избежа-ние сдвига вспомогательного ано-да под действием газовыделения,перемешивания или случайноготолчка предпочтительно жёстко
монтировать его на подвеске детали, иногда даже на самой детали, при-меняя в обоих случаях надёжную изоляцию анода и его крепления иподводя к нему ток гибким проводом от анодной штанги.
Иногда вместо вспомогательного анода удобно использовать бипо-лярный электрод, представляющий собой кусок анодного металла (рас-творимого или нерастворимого), изолированно закреплённого на под-веске и не имеющего подвода тока от анодной штанги. Одним концом
43

Рис. 2.10. Расположение силовых линий с вспомогательным анодом
биполярный электрод направлен в сторону основного анода, а другим -в сторону углубления детали, требующего усиления покрытия (рис.2.11). Ток будет проходить (по пути наименьшего сопротивления - по
металлу, а не по электролиту) от ос-новного анода к ближнему концу би-полярного электрода, через биполяр-ный электрод и далее с другого егоконца - ко дну углубления на детали.
Таким образом, один конецбиполярного электрода, располо-женный ближе к аноду, будет выпол-нять роль катода, а другой его конец -роль анода. Поэтому такой электрод иназывается биполярным.
Желательно, чтобы длина биполярного электрода равнялась разни-це между расстояниями от анода до ближнего участка детали и от анодадо дна углубления. Никакой особой точности при этом расчёте не тре-буется. Боковую поверхность биполярного электрода, кроме переднегои заднего торцов, желательно заизолировать во избежание излишнегоперехода тока на близлежащие участки наружной поверхности покры-ваемой детали.
Способ завешивания плоских пластинок. При необходимостизавешивания в ванну плоской пластинки, не имеющей отверстия, при-ходится обвязывать пластинку проволокой по периметру. Задача состо-ит в том, чтобы проволока плотно прилегала по всему периметру пла-стинки и не соскакивала с него. Для того чтобы это крепление выпол-нить просто и удобно, не опасаясь соскакивания проволоки с ребра (пе-риметра) пластинки, надо положить пластинку на плоскую поверхностьи покрыть её сверху каким-нибудь тяжёлым предметом с ровной ниж-ней поверхностью. Ширина и длина предмета, прижимающего деталь,должны быть больше, чем у пластинки. Затем можно обернуть проволо-кой пластинку по периметру и туго скрутить концы проволоки, всё вре-мя несколько оттягивая её в сторону от пластинки. Поверхность верста-ка и выступающие края верхнего предмета не дают проволоке соскольз-нуть с периметра пластинки и её плотный контакт с пластинкой дости-гается просто и быстро. Скручивание может быть в любом месте про-филя пластинки, легче это делать на углу пластинки.
44
Ф ©
Ф
Рис. 2.11. Расположение силовых линий с биполярным электродом

Хранение подвесочных приспособленийВопрос хранения подвесочных приспособлений очень важен. При неаккуратном хранении приспособления сцепляются подвесными крюками и, особенно, контактами. Контакты и даже сами приспособления ломаются, извлечение нужного приспособления — длительный и трудоёмкий процесс. Сложность заключается в необходимости иметь достаточно места для склада подвесок, ибо, во избежание перечисленных выше неполадок, нельзя подвешивать, а тем более класть приспособления вплотную одно на другое.
Хорошим решением является крепление на стене на небольшом расстоянии от неё прутков (типа шторных багетов или вешалок для полотенец), укреплённых один под другим на расстоянии высоты подвески. За эти прутки подвески цепляют подвесными крюками. Под такие вешалки могут быть использованы все свободные участки стен цеха илй специальной кладовой по всей высоте помещения (при пользовании стремянкой). Если условия позволяют, то делают вдоль стен не один ряд прутков, а несколько (аналогично сушке белья не на одной верёвке, а на нескольких рядах верёвок). Расстояние между рядами прутков и высота их расположения на стенах выбираются такими, чтобы можно- было добраться рукой до любой нужной подвески, снять её или повесить-.
Анодные корзиныВследствие того, что аноды в раствор погружены не полностью (анод должен выступать из электролита на высоту не менее 50 мм), а также из-за неравномерного растворения анода по периметру (наибольшее растворение анодов происходит с боков в верхней половине погруженной части анодов) образуются анодные отходы. Отходы, как правило, переплавляют в новые аноды. Однако не на всех предприятиях возможна переплавка, да и литые аноды в большинстве случаев работают хуже анодов, изготовленных методом прокатки. Более рационально использование анодных сетчатых корзин, в которые загружают отходы, предварительно нарубленные на кусочки размером от 25x25 до 50x50 мм. Для цианистых и щелочных ванн корзины делают из углеродистой стали, для кислых - из пластмассы или стали, покрытой пластмассой. В пластмассовые корзины для подвода тока к отходам опускают пластинку из анодного металла.
45
Значительно более удобны титановые корзины. На титане в присутствии ничтожных следов кислорода или иных окислителей образуется тонкая (0,005 мкм) непроводящая окисная плёнка. В тех местах плёнки, которые подвергаются относительно большому удельному давлению, например, под краем лежащего в корзине анодного обрезка, существенно снижается её сопротивление. В других местах электрические свойства изолирующей плёнки сохраняются. Её пробивное напряжение в растворе сульфатов или серной кислоты доходит до 80 В, в солянокислой среде оно падает до 7-8 В, а в сернокислых электролитах никелирования с добавками хлоридов имеет какую-то промежуточную величину. Учитывая величину напряжения (см. § 5.4), необходимого для проведения большинства процессов, проводимых в вышеперечисленных растворах, можно с уверенностью рекомендовать для использования титановых анодные корзины. Плёнка разрушается только в присутствии ионов фтора. Такая корзина в электролите никелирования требует напряжения лишь на 0,1 В больше, чем обычный плоский никелевый анод - это в пять раз меньше экономически допустимой разницы.
При пользовании титановыми корзинами нужно, чтобы корзина была всегда наполнена анодными обрезками выше верхнего края деталей. В случае, если какая-либо выступающая точка детали окажется вблизи пустой части корзины, против неё на стенке корзины возможно повышение напряжения, приводящее к пробою окисной плёнки и коррозии титана. При нахождении под током совершенно пустой корзины её потенциал может подняться до потенциала анодного окисления, что, наоборот, сильно утолщит анодную плёнку и корзину придётся про-* травливать для восстановления электрического контакта с обрезками анодного металла. Без тока в неработающей ванне корзина может находиться как пустой, так и полной. На корзину надевают чехол, как на обычный анод.
Сечение корзины, как правило, прямоугольное, толщиной 50-100 мм (в более узких корзинах анодные обрезки могут заклинивать и зави» сать), шириной 100-300 мм. Высота корзины обычно равна высоте анода. Верхний край корзины должен быть выше зеркала электролита на 50-70 мм для возможности её загружать, не вынимая из ванны. Торцо-1 вые стенки корзины делают сплошными. Стенки, обращённые к дета-’* лям, изготавливают из титановой сетки или из горизонтальных титано-. вых прутков с интервалами порядка 20 мм и вертикальных с интервалом 46
70-100 мм, а дио - в виде сплошного поддона с бортиками высотой 20-30 мм (рис. 2.12). Действующая площадь анодной корзины примерно »полтора раза больше площади её проекционной поверхности. На 1 дмгплощади проекционной поверхности можно подавать ток до 6,5 А
Корзину подвешивают на аноднуюштангу двумя крюками, приваренными кторцевым стенкам корзины. Крюки выгод-нее делать из титановой полосы (отноше-ние сторон от 1:2 до 1:4), располагая узкоеребро в сторону анодной штанги. Такойкрюк, лучше охлаждается и создает боль-шее удельное давление в зоне контакта.

Рис. 2 12. Анодная корзина
Для улучшения контакта при больших то-ках к контактирующему ребру приклёпы-вают медную или никелевую накладку.
Электропроводность титана в 28 раз хуже, чем меди, поэтому сечение токонесущих титановых деталей корзины, расположенных выше- зеркала электролита, берут из расчёта 1 А/мм2, а погруженных в элек^ тролит - до 5 А/мм2. При полной нагрузке ванны потери в крюках со-"* ставляют менее 1 % от общего расхода электроэнергии.
1
Оборудование для гальванической обработки мелких деталей,Мелкие и обычно легкие детали массового производства, которые сложно индивидуально навешивать на подвесочные приспособления* обеспечивая при этом надёжный электрический контакт, обрабатывают) с помощью специального оборудования. Обработку деталей в этом обо-) рудовании проводят насыпью (кучей). Электрический контакт между| деталями осуществляется за счёт давления верхних слоёв деталей на нижние, а равномерность гальванической обработки обеспечивается пе-) ремешиванием при вращении ёмкости с раствором (расположение аног-j дов рассмотрено ниже).
Оборудование для обработки мелких деталей делится на пять основных типа:
- наливные колокола, в которых изделия засыпаются в кониче-i скую или пирамидальную ёмкость со сплошными стенками, залитую н$ некоторую высоту электролитом и вращающуюся вокруг своей оси, ная клоненной к вертикали под некоторым углом;
41
погружные колокола, емкость которых имеет такую же коническую форму, как у наливных колоколов, и вращается в наклонном положении, но стенки её перфорированы и не электролит заливается в колокол, а колокол погружен в ванну с электролитом;
барабаны, обычно призматические, реже цилиндрические, с перфорированными стенками, вращающиеся вокруг своей горизонтальной оси при полном (реже частичном) погружении в ванну с электролитом;
корзины-качалки с перфорированными стенками, поворачивающиеся на неполный оборот (назад и вперед) при полном погружении в ванну с электролитом.
сетки или сетчатые корзины используются главным образом для химической обработки. Перемешивание деталей в них производится путем периодического встряхивания. Так как встряхиванием обеспечивается перемешивание кучи деталей лишь небольшой величины, поэтому для электрохимической обработки сетки используются редко и только с равномерно (в один слой) рассыпанными на них деталями. Встряхивание катодной штанги с подвешенными на ней сетками осуществляется либо с помощью вращения асимметричного кулачка типа "собачки", либо вибратора.
Специфические особенности работы всех перечисленных типов оборудования, вызванные тем, что детали загружены в них насыпью (кучей), резко отличают их от стационарных ванн:
внутренние слои кучи деталей сильно экранированы внешними от силовых линий тока, поэтому в каждый данный момент покрытие происходит только на деталях, лежащих в наружных слоях кучи; в связи с этим фактическая плотность тока значительно больше плотности тока, рассчитанной по поверхности всей загрузки;
величина плотности тока при обработке деталей насыпью обычно составляет 1/3 от величины плотности тока при обработке деталей на подвесках;
ток от токоподводящих контактов (донный, плавающий и т.п. катоды), имеющих ограниченную поверхность, протекает дальше от детали к детали через не очень надёжные контакты между ними; падение напряжения на этих плохих контактах весьма значительно, поэтому к такому оборудованию требуется подводить более высокое напряжение, чем к стационарным ваннам;
перфорированные стенки погружных колоколов, барабанов кор
48
зин-качалок и сеток способствуют заметному увеличению электрического сопротивления и также вызывают потребность в подводе к оборудованию повышенного напряжения.
в наливных колоколах причиной повышенного электрического сопротивления является ограниченная поверхность анода - достаточно большой анод невозможно уместить внутри колокола; но и в прочих типах оборудования для покрытия мелких деталей аноды недостаточно велики, хотя и расположены вне сосуда;
объём электролита в наливном колоколе, приходящийся на еди
ницу площади поверхности деталей и на 1 А тока, значительно меньше, чем в стационарной ванне. Это приводит к быстрому нарушению состава электролита, перегреву, а иногда и к некоторым другим осложнениям;,
- в результате непрерывного перемешивания (пересыпания) деталей довольно большая часть осевшего на них металла успевает за время процесса нанесения покрытия стереться, химически раствориться (20-40 % для твёрдых металлов типа никеля, до 40-60 % для мягких металлов типа цинка), что существенно уменьшает скорость наращивания покрытия по сравнению со скоростью осаждения покрытия в стационарных ваннах.
Таким образом, оборудование для покрытия мелких деталей требует более высокого напряжения питающего тока и большего времени для нанесения покрытия, чем в стационарных ваннах, но это окупается возможностью большей загрузки оборудования на единицу площади цеха и, главным образом, несравнимо меньшей трудоёмкостью загрузки и выгрузки деталей.
3.1. Колокола
Колокольные ванны подразделяются на два вида: колокол наливного типа и колокольная ванна погружного типа (или погружной колокол).
Колокол наливного типа (рис. 3.1). Колокол 1 представляет собой усечённую шести- или восьмигранную пирамиду, дном служит большее основание, а загрузочным отверстием - меньшее. Наливной колокол изготавливают из различных неметаллических материалов или из металла, но с футеровкой внутри. Наиболее распространёнными и удобными соотношениями размеров являются следующие: отношение
49
верхнего диаметра к нижнему, равное 2 : 3, и высота, равная нижнемудиаметру. Угол конуса при этом получается 71°. Стенки и дно наливно-го колокола сплошные. Сам колокол установлен на специальной стани-не 4 и вращается с помощью мотора 2 через редуктор 3. Через верхнююоткрытую часть колокола заливается электролит, загружаются детали11 и в электролит вводится анод 5.
Катодные контактывнутри колокола выпол-няются либо донными,либо плавающими. Дон-ный катодный контакт 10представляет собой диск скруговыми выступами,укреплённый на дне ко-локола по его центру. Токподаётся от катодного то-коподвода 8 на катодныйдиск через дно колоколаот наружного кольца 9', покоторому скользят уста-новленные на неподвиж-ной части станины токо-съёмные щетки. Донные
контакты очень быстро зарастают, что требует регулярной, не реже разав неделю, очистки (травление кислотой или сбивание их молотком изубилом). Эти операции очень неприятны, вызывают длительный про-стой оборудования и катастрофически сказываются на его целости.Донные контакты постепенно вытесняются из практики плавающимикатодными контактами. Плавающий контакт представляет собой не-большой кусок металла с площадью поверхности, равной 0,2-0,5 дм .Форма его безразлична, но предпочтителен небольшой цилиндр диа-метром 1-2 см, длиной 5-8 см, закреплённый на конце гибкого (много-жильного) изолированного медного провода. Контактный цилиндрдолжен лежать на верху кучки деталей. При недостаточно гибком илислишком длинном проводе он при вращении колокола может запутать-ся вокруг анода или цилиндр отодвинется в сторону от деталей и кон-такт нарушится. Не обязательно добиваться, чтобы цилиндр утонул в50

Рис. 3.1. Колокол наливного типа: 1 - колокол, 2 - мотор, 3 - редуктор, 4 - станина, 5 - анод, 6 - анодная штанга, 7 - анодный токоподвод,
8 - катодный токоподвод, 9 - наружное кольцо, 10 - катодный контакт, 11 - детали
куче деталей - это Не нужно и практически редко достижимо - только в случае, когда детали по размеру превышают катодный цилиндр. Плавающий контакт удобен, прост конструктивно и электрически надёжен; от него не образуются наросты по дну; в нём не застревают мелкие детали. Контакт несложно снять и заменить новым, а старый либо протравить, либо переплавить, если он был изготовлен из анодного металла. Он дёшев (если изготовлен не из драгоценного металла) и прост в изготовлении. Провод можно привязать к анодной штанге или пропустить его через штангу (если она полая) и через отверстие в аноде. Важно, чтобы провод не касался верхнего края колокола, иначе его изоляция будет быстро перетёрта._
В наливном колоколе нет места, чтобы разместить аноды с доста-, точной площадью поверхности. Подвешенный в колокол на анодной штанге 6 кусок обычного плоского анода 5 имеет ничтожную рабочую поверхность, что обусловливает нарушение рабочего режима растворения анода и сильное повышение напряжения. Поэтому анод нужно де-, лать с развитой поверхностью. Аноды из легкоплавких металлов следует отливать в виде диска с рёбрами на его нижней поверхности. Из тугоплавких металлов (например, никеля) анод с развитой поверхностью изготавливают с помощью сварки. К горизонтальной пластине снизу приваривают несколько рёбер с зазором 10-20 мм.
Оптимальное расстояние от низа анода до деталей колеблется от 100 до 200 мм. Если оно меньше 100 мм, то возникает возможность короткого замыкания деталей с анодом.
Объём электролита составляет примерно 50-60 %, а объём деталей 10-20% от объёма колокола. Сила тока и напряжение могут колебаться в зависимости от состава электролита. Частота вращения небольших (до 10 л) колоколов 15 об/мин, больших (30-70 л) стационарных колоколов 10 об/мин.
Главными преимуществами колокола наливного типа являются возможность обработки очень мелких деталей вследствие отсутствия, перфорации, а также надёжность конструкции и компактность установки, которая легко может быть передвинута в другое место. Главные недостатки наливного колокола - малая вместимость по объёму деталей, небольшая одновременно покрываемая поверхность деталей (покрываются детали, находящиеся в данный момент на поверхности, параллельной зеркалу электролита), малый объем электролита, ограничен
51
ность анодной поверхности. Всё это обуславливает низкую объёмную икатодную плотности тока, а соответственно и низкую производитель-ность процесса.
Колокольная ванна погружного типа. Погружной колокол (рис.3.2) всегда изготавливается из неметаллического материала и обычнопредставляет собой усечённую шести- или восьмигранную пирамиду
(рис. 3.2а), дном служитбольшее основание, а за-грузочным отверстием -меньшее. Так же как и уналивного колокола от-ношение верхнего диа-метра к нижнему 2 : 3, авысота равна нижнемудиаметру, т.е. угол кону-са 71°. Более однород-ные покрытия получа-ются в колоколе, имею-
щем форму двух спаренных усечённых шести- или восьмигранных пи-рамид (рис. 3.26). В отличие от наливного у погружного колокола граниимеют перфорацию. Внутрь колокола засыпаются детали, а сам колоколпогружается в ванну, где содержатся электролит и аноды. Перфорацияобеспечивает прохождение тока от анодов, расположенных вне колоко-ла, до деталей. Расположение анодов вне колокола позволяет использо-вать аноды с большей площадью, чем в наливном колоколе, тем самымобеспечивается поддержание нормального режима их растворения, абблыпий объём электролита способствует уменьшению объёмной плот-ности тока и тем самым обеспечивается большая стабильность составаэлектролита. Внутрь колокола через верхнее отверстие вводится гибкаяметаллическая изолированная шина с утолщением на конце - плаваю-щий катод, который как и для наливного колокола представляет собойнебольшой кусок металла предпочтительно цилиндрической формы сплощадью поверхности 0,2-0,5 дм2. Длина гибкого изолированного про-вода, к которому крепиться плавающий катод, подбирается эксперимен-тально: при недостаточно гибкой или слишком длинной шине плаваю-щий катод при вращении колокола может запутаться вокруг вала. Дета-ли загружаются и выгружаются через верхнюю открытую часть по лот-52

Рис. 3 2 Погружной колокол: а - в виде усеченной пирамиды, б - в виде двух спаренных усеченных пирамид
кам. Ванна может снабжаться вытяжной вентиляцией и устройством для нагрева или охлаждения.
Как для наливного, так и для погружного колоколов наиболее выгоден такой угол наклона, при котором детали при нормальной для данного размера колокола загрузке занимают от половины до одной трети площади дна. При этом они хорошо перемешиваются, а активная (покрываемая) поверхность деталей достаточно велика. В зависимости от сыпучести деталей оптимальный угол наклона колокола может несколько меняться, но для большинства деталей он составляет 35-40° от вертикали. Колокола, как наливные, так и погружные должны иметь возможность совершать два различных движения: вращение вокруг геометрической оси конуса (пирамиды) колокола (для перемешивания деталей), а также наклон в вертикальной плоскости (для загрузки и выгрузки) от 0° и до угла в 125-135° от вертикали. Колокол должен вращаться, находясь в любом положении в пределах его угла наклона, так как вращение помогает высыпанию мокрых деталей при разгрузке. Наклон совершается вручную при помощи зубчатой передачи. Для удобства манипулирования колокол обязательно должен быть уравновешен противовесом или мотором с редуктором: для наливного колокола противовес должен быть по весу несколько большим, чем полностью загруженный колокол (чтобы в случае поломки механизма подъема колокол перешёл в вертикальное положение); для погружного колокола противовес должен быть по весу несколько меньшим, чем пустой барабан (чтобы легко было осуществлять загрузку деталей).
3.2. Барабаны для нанесения покрытияБарабаны (рис. 3.3) представляют собой шести- или восьмигранную сварную или сборную призму 1, изготовленную из неметаллических, кислотощелочестойких материалов. Все боковые грани барабана перфорированы. В одной торцевой стенке барабана имеется зубчатое колесо 2, изготовленное, как правило, из того же материала, что и барабан, или другого неметаллического материала. Через систему зубчатых колёс вращение от мотора 3 с редуктором 4 передаётся барабану. Мотор с редуктором могут располагаться как вне ванны, так и на барабанной раме. В первом случае при подвешивании барабана на катодную штангу гальванической ванны зубчатое колесо барабана состыковывается с зубчатым колесом привода вращения, установленного вне ванны. Наи
53
более удобен и широко распространен переносной барабан, когда мотори редуктор установлены вместе с барабаном на одной П-образной раме6. В этом случае барабан может быть опущен в любую стационарнуюванну: Для переноски и подвешивания барабана на катодную штангуванны на верхней перекладине у рамы имеются крюки. Плавающие ка-тоды 7 вводятся внутрь барабана через две трубчатые полуоси 5.
После окончания про-цесса нанесения покрытиябарабан поднимается из ван-ны покрытия, переносится впромывочную ванну, затемразгружается на сито и за-гружается следующей парти-ей деталей. Загрузку и вы-грузку деталей осуществляютчерез открывающуюся граньбарабана, имеющую замок.
Если на барабане уста-новлен мотор постоянноготока, рассчитанный на 12 В,то он может питаться отштанг гальванической ванны.
(В качестве мотора можно
применить небольшой автомобильный генератор; никаких переделок онне потребует). В этом случае следует учесть, что амперметр на щитеванны покажет сумму токов электролиза и мотора. Мотор переменноготока нужно питать по гибкому проводу от штепсельной розетки, уста-новленной в удобном месте вблизи ванны, желательно также и околопромывочной ванны для вращения барабана при промывке
В современных конструкциях плавающие катоды выполняютсяточно так же, как и в колоколах, и пропускаются через полые, трубча-тые полуоси барабана. Полуоси барабана либо прочно закреплены наторцевых стенках барабана и вращаются в сквозных отверстиях верти-кальных стоек рамы, либо прочно закреплены в вертикальных стойкахрамы и вращаются в отверстиях торцевых стенок барабана. В первомслучае провод, на котором крепится плавающий катод, должен прохо-дить полость полуоси с очень большим зазором, чтобы полуось при54

Рис 3 3 Переносной барабан 1 - барабан. 2 - зубчатое колесо, 3 - мотор постоянного тока, 4 - редуктор, 5 - трубчатые полуоси, 6 - рама, 7 - плавающие катоды
своём вращении не увлекала за собой провод, не закручивала его и не истирала изоляцию. Такая конструкция имеет одно неудобство. При нормальной загрузке барабана (на одну треть его диаметра по высоте) барабан работает вполне удовлетворительно, но если барабан загружается до полуоси или выше, то мелкие детали могут высыпаться из барабана через большой (не менее 10 мм) зазор между проводом и внутрен-> ним отверстием полуоси.
Гораздо удобнее вторая более современная конструкция, когда провод плавающего катода пропущен через неподвижные трубчатые полуоси. В этом случае внутреннее отверстие полуоси может быть закрыто заглушкой, через отверстие в которой контактный провод, также неподвижный, можно пропустить так плотно, чтобы через зазор не могла проскочить даже самая маленькая деталь. В этой конструкции исключена и опасность закручивания провода.
В обеих конструкциях полуоси делают из винипластовой трубы с наружным диаметром 25-50 мм и толщиной стенки 3-5 мм. В таком упрощенном "подшипнике" трение практически отсутствует.
Провода с плавающими катодами заводят по одному с каждого торца барабана. Расстояние между контактными цилиндрами (плавающими катодами) внутри барабана должна быть от одной трети до половины длины барабана для более равномерного распределения тока по массе деталей. Независимо от конструкции полуосей барабана и от положения плавающих катодов (на поверхности детали или под ней) прот0 вода, подводимые к катодам, должны быть гибкими.(а
В ванны с барабанами обычно завешивают такие же аноды, как и в стационарные ванны. Подвешивают их с обеих сторон барабана параллельно его оси. Нижний конец анода не стоит опускать в ванну глубже, чем на 100 мм ниже нижней образующей барабана. Как правило, при обработке деталей в барабанах анодная плотность тока в 3-4 раза выше, чем в стационарных ваннах. Такая повышенная анодная плотность тока вызывает потребность в повышенном напряжении на ванне, что может привести к пассивированию анодов. Поэтому желательно использовать активированные (депассивированные) аноды (например, при никелировании), допускающие использование повышенной плотности тока, и аноды с развитой поверхностью, например цилиндрические, или анодные корзины. Аноды должны быть подвешены вплотную друг к другу и регулярно заменяться по мере износа.
55
Перфорация стенок барабанов, колоколов и корзин-качалок необ-ходима для циркуляции электролита и прохождения тока. Чем больше"живое" сечение перфорации (процентное отношение площади поверх-ности отверстий к общей площади стенки), тем меньше она мешает про-теканию раствора и тока. Однако делать большие отверстия невыгодно,ибо в таком оборудовании нельзя будет обрабатывать не только детали,по своим размерам меньшие отверстий, но и такие, у которых есть эле-менты профиля, могущие выступить из отверстия. На кончике этого вы-ступа плотность тока будет настолько велика, что на нём образуетсяшишковидный нарост металла, который зачастую даже не удаётся вы-тащить из отверстия и значительная часть перфорации окажется заку-поренной. С другой стороны, очень маленькие отверстия оказываютбольшое сопротивление протеканию раствора и тока, а если их делатьмного, то это достаточно трудоёмко, да и стенка становится ослаблен-ной. Поэтому приходится ограничиваться размером отверстия от 3 до 8мм и промежутками между ними 2,5-6 мм (расстояние между центрамиотверстий 5,5-14 мм).
Отверстия в перфорированной стенке почти всегда делают в шах-матном порядке (рис. 3.46), так как теоретически при этом на единицеплощади стенки умещается большее количество отверстий и "живое"сечение перфорации будет на 15,5% больше, чем "живое" сечение прирядном (рис. 3.4а) расположении отверстий (при одинаковых диаметрах
отверстий и одинако-вых межцентровыхрасстояниях). Однакоограничения по проч-ности стенок диктуютприменение "живого"сечения для приведён-ных выше размеровперфорации - от 23,4до 25,7 % при рядномрасположении отвер-стий и от 27,0 до 29,6% - при шахматном.
Очевидно, что практически этой разницей можно пренебречь, еслиэлектропроводность электролита достаточно высока.
56
О О О О О 0-0 о
О См£> О О О О О
Рис. 3.4. Схема расчета "живого" сечения перфорации: а - рядное, б - шахматное расположение отверстий; с - межцентровое расстояние

Для расчета "живого" сечения мысленно выделяем из стенки с ряд-ным расположением отверстий (рис. 3.4а) квадрат, соединяющий цен-тры четырех соседних отверстий. Площадь этого квадрата будет с2. Внего войдут четыре сектора по 90°, вырезанные углами квадрата из че-тырёх отверстий. Эти четыре сектора в сумме составляют одно отвер-стие, а "живое" сечение будет равно отношению площади одного отвер-стия лс12/4 к площади квадрата с2, выраженному в процентах: 78,5 d2/c2(%)•
Точно так же при шахматном расположении отверстий (рис. 3.46)представим себе равносторонний треугольник, соединяющий центрытрёх соседних отверстий, лежащие в его вершинах. Площадь этого тре-угольника будет —,с. I— (где с - длина стороны треугольника, /22\4V 4
есть косинус угла в 30°). Стороны треугольника вырежут в каждом изтрех отверстий сектор в 60°, а все три сектора в сумме составят полови-ну площади отверстия. "Живое" сечение будет равно отношению поло-вины площади отверстия лс12/Н к площади треугольника, выраженному впроцентах: 90, 6 d2/c2 (%).
Для нанесения покрытия на мелкие детали изредка применяютсякорзины-качалки, не получившие у нас широкого распространения.Они делаются в виде полуцилиндра или половины многогранной приз-
мы, подвешенной на горизонталь-ном валу, вокруг которого корзинаможет качаться с амплитудой 60°.
Основным недостатком этих корзин,ограничивающим их применение,является их неудачная форма, не по-зволявшая более интенсивно качатькорзину из опасения высыпания де-талей через край.
В 70-е годы за рубежом появи-лась новая существенно улучшенная модель такой корзины, имеющаяформу почти замкнутого цилиндра. Вдоль образующей цилиндра настороне, противоположной середине загрузочного окна, расположеноребро в форме равностороннего треугольника, в одной модели входящеевнутрь корзины (рис. 3.5а), а в другой - наоборот, выступающее из днанаружу и придающее поперечному сечению корзины форму сердца
57
загрузочные окна


KJ-
Рис. 3.5. Корзины-качалки: а - с внутренним, б - с наружным треугольным ребром
(рис. 3.56). Ребро предназначено для улучшения перемешивания деталей. Однако основное достоинство новой модели заключается в том, что окружность корзины охватывает не 180°, как в старой модели, а 315°, что позволяет увеличить амплитуду качания в три раза (180° вместо 60°) без опасения просыпать детали. Это значительно улучшает перемешивание деталей.
3.3. Изготовление и эксплуатация оборудования для гальванической обработки мелких деталей
Материалы для изготовления колоколов, барабанов и корзин- качалок. Наиболее подходящим материалом для изготовления погружных колоколов, барабанов и корзин-качалок являются винипласт, оргстекло (плексиглас) и полипропилен. Учитывая, что при работе устройства для гальванической обработки мелких деталей испытывают существенные механические нагрузки, а также находятся в средах различной агрессивности и чувствительности ко всякого рода загрязнениям, материал должен обладать химической стойкостью в электролитах, где эти устройства эксплуатируются, высокой прочностью, износостойкостью и термостойкостью, не должен влиять на работоспособность растворов. Оптимальные показатели имеет полипропилен, из которого методом литья под давлением изготавливают отдельные элементы устройств. Срок службы сборной конструкции из полипропилена более чем в 25 раз превышает срок службы сварной конструкции из винипласта.
Наливные колокола обычно делаются из листового металла и футеруются. Иногда футеровку выполняют из фаолита или иных мягких резинообразных материалов. Однако применение мягких материалов нежелательно - в них втыкаются мельчайшие заусенцы, отломившиеся от изделий, или дендриты от покрытия, и вокруг этих заусенцев очень быстро нарастает металл, что вызывает весьма ощутимые потери тока. Жёсткую футеровку сварить внутри конуса колокола трудно, а ввести готовую футеровку в колокол через его верхнее, меньшее, отверстие вообще невозможно. Поэтому приваривают к металлическому конусу фланец, вставляют в конус готовую футеровку и крепят болтами фланец конуса к металлическому дну колокола. Это несложная и удобная конструкция.
Области применения колоколов, барабанов и качалок. К мелким деталям, которые могут обрабатываться в насыпном виде, относят
58
ся крепёжные детали (болты, гайки, шайбы и пр.) массой до 100-120 г, с длиной болтов до 100-120 мм и прочие детали с максимальными размерами до 50-60 мм и массой до 100 г.
В барабанах за счёт большого давления под более толстым слоем деталей и более интенсивного перемешивания возрастает опасность повреждения тонких рёбер, винтовой резьбы и других легко повреждаемых мест профиля детали, быстрее также происходит истирание осаждаемого металла. Такие детали нужно обрабатывать в колоколах. Плохо перемешивающиеся плоские детали, например шайбы, лучше покрывать в барабанах.
Наливные колокола, не имеющие перфорации, пригодны для покрытия самых мелких деталей, тогда как в погружных колоколах, барабанах и качалках для обработки таких деталей требуется мелкоячеистая перфорация, которую очень трудно изготовить и которая значительно затрудняет проток электролита. Очень большие затруднения возникают при обработке в перфорированном оборудовании деталей типа болтов, винтов, гвоздей, имеющих головку и очень тонкий стержень.
Область применения корзин-качалок занимает промежуточное положение между областями применения барабанов и колоколов.
Расчёт режима работы колоколов, барабанов и корзин- качалок. В отличие от стационарных ванн величина загрузки деталями и продолжительность нанесения покрытия в колоколах, барабанах и корзинах-качалках рассчитываются не по фактической плотности тока, которую в оборудовании для обработки мелких деталей определить затруднительно, а по количеству электричества, необходимого для покрытия поверхности всех деталей загрузки слоем металла требуемой толщины.
Величину загрузки определяют, исходя из объёмов колоколов и барабанов: насыпной объём деталей составляет 10-20% от объёма колокола или 25-35 % от объёма барабана. Величина загрузки корзин- качалок по массе и площади поверхности деталей близка к величине загрузки барабанов. Таким образом, сначала по объёму колокола или барабана определяют насыпной объём единовременной загрузки, а взвесив загрузку, определяют её массу. Площадь поверхности S загрузки определяют так: взвешивают одну деталь, делят вес загрузки М на вес одной детали т (определяют количество деталей в загрузке) и умножают на величину площади поверхности s одной детали:
59,
S = (M/m)s
Продолжительность нанесения покрытия на детали загрузки рассчитывают по следующей формуле, основанной на законах Фарадея:
_ тт-(100 +k) _S yd-(100 +к) _Ms yd (100 + к)
Т~ Jg-BT ~1 g - ВТ ~ mlg-BT
где т- продолжительность нанесения покрытия на одну загрузку, ч; тпК - масса покрытия, г; S - площадь поверхности загрузки, м2; s - площадь поверхности одной детали, м2; М- масса загрузки, кг; т - масса одной детали, кг; у- плотность осаждаемого металла, г/см3; d - заданная толщина покрытия, мкм; к - потери на истирание в % от d (к = 20-40 % - для твёрдых металлов, к = 40-60% - для мягких металлов); 100+к - коэффициент увеличения заданной толщины покрытия, %; / -сила тока на загрузку, A; g - электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/(А-ч); ВТ- выход металла по току, %.
Силу тока устанавливают, исходя из заданной плотности тока и величины площади загрузки: I = S i. Если в технологии не указана величина плотности тока для нанесения покрытия в колоколах и барабанах, то берут примерно 1/3 от величины плотности тока при обработке деталей на подвесках.
Автоматические гальванические линииОтличительная особенность гальванического производства в том, что оно необычайно широко распространено - имеется практически на любом предприятии, связанном с изготовлением металлических деталей и изделий. Широкое применение гальванических покрытий вызывает большое разнообразие гальванических цехов как по видам обработки деталей, так и по производительности оборудования. Если до начала перестройки особое внимание уделялось усилению специализации и интенсификации производства, то в настоящее время на первое место выходят гибкость и универсальность. Сейчас большинство гальванических производств с высокопроизводительными автоматами простаивает, а небольшие гальванические участки с механизированными линиями и линиями ручного обслуживания, составленными из стационарных ванн, всё больше и больше развиваются. Придёт время и начнёт оживать крупное автоматизированное гальваническое производство, но уже вряд
60
ли займет доминирующее положение-. Поэтому вкратце рассмотрим автоматические линии для нанесения гальванических покрытий. Конструкция механизированных линий аналогична конструкции автоматических линий.
Гальванические автоматические линии в общем виде включают в себя ванны, сушильную камеру, загрузочно-разгрузочные стойки или устройства, систему вентиляции, металлоконструкцию (каркас), систему трубопроводов, площадку обслуживания, устройства для перемещения подвесок и вспомогательное оборудование (насосы, теплообменники, фильтровальные установки, ёмкости и т.п.). Ванны, в которых одновременно располагаются несколько штанг с подвесками, называются многопозиционными.
Основной механической функцией автоматических линий является перенос подвесок с деталями, колоколов или барабанов из одной ванны в другую в строгом соответствии с выдержкой времени для каждой операции, заданной технологическим процессом. Можно выделить три вида переноса подвесок по ваннам:
непрерывное и одновременное поступательное перемещение (без возвратных перемещений) (аналог - разгрузка кирпичей из машины, перенос до стройки и укладывание их на поддон непрерывным ленточным конвейером);
периодическое одновременное или разновременное перемещение механизмами, связанными кинематически и установленными на стыках ванн (аналог - цепочка людей, выгружающих кирпичи из машины, передающих их от машины до поддона и укладывающих кирпичи на поддон);
перемещение подвесок по самостоятельным программам отдельными механизмами - автооператорами (аналог - один или несколько человек переносят кирпичи по всему маршруту).
Первые два фактически конвейерных вида перемещений реализуются в автоматических линиях с жёстким циклом, третий вид перемещения деталей реализуется на линиях с гибким циклом.
В линиях с жёстким циклом изменение последовательности или времени выдержки деталей в конкретной ванне влечёт за собой значительную и трудоёмкую перестройку металлоконструкции линии и механизмов перемещения деталей. Наиболее распространенным типом автоматических линий с жёстким циклом являются кареточные линии, в
61
которых реализуется периодическое одновременное перемещение дета-лей на всех позициях. В многопозиционных ваннах вертикально пере-мещаются только крайние штанги. Автоматические линии с неодновре-менным перемещением деталей по жёсткому циклу встречаются реже,они отличаются большой конструктивной сложностью, эксплуатация ихсложна.
Линии с гибким циклом называются автооператорными линиями.Кстати, в роли автооператора (манипулятора) может рассматриваться
человек, и в этом случаелиния обладает наиболь-шей гибкостью цикла об-работки деталей.
По схеме располо-жения ванн линии могутбыть прямолинейно-однорядные (а), много-рядные (б, в), в том чис-ле овальные (б), и кару-сельные (кольцевые) (г)'
(рис. 4.1).
Кареточные автоматические линии с жестким цикломКареточные автоматические линии предназначены для нанесенияпокрытий по одному технологическому процессу или нескольким не-значительно отличающимся техпроцессам. Например, на одной линиицинкования можно наносить цинковое покрытие на детали с осветлени-ем и пассивированием или без осветления и пассивирования. Кареточ-ные линии применяются при производительности до 80 м2/ч для нане-сения электрохимических покрытий и до 100 м2/ч для нанесения хими-ческих и анодно-окисных покрытий.
Принципиальными отличиями кареточных линий от автооператор-ных являются:
расположение ванн в порядке последовательности операций тех-нологического процесса, так как движение подвесок осуществляетсятолько в одном направлении;
одновременное горизонтальное перемещения всех подвесок;
одновременный подъём всех подвесок в однопозиционных ван-
<1
г-Oi
э ф 5®

Рис. 4.1. Схемы расположения ванн в линиях: а - прямолинейно-однорядная, б - овальная, в - многорядная, г - карусельная (кольцевая)
62
нах и подвесок, находящихся в крайних положениях многопозиционных ванн;
одновременное опускание всех поднятых подвесок;
расположение ванн длинной стороной вдоль оси гальванической линии.
Кареточные линии состоят из ванн, расположенных в порядке выполнения операций технологического процесса и, как правило, в два ряда по овалу (рис. 4.16), а также из сушильной камеры и нескольких свободных позиций для загрузки-выгрузки подвесок. Между рядами ванн на металлоконструкции расположены механизмы вертикального и горизонтального перемещения подвесок. Для вертикального перемещения служат каретки, для горизонтального - тележки. Каретка (рис. 4.2) представляет собой раму 1 с колесиками 2 и катодной штангой 3 (на рисунке показано упрощённое изображение каретки - отсутствуют токосъёмник и упоры для взаимодействия с механизмом подъёма и опускания).

Рис. 4.2. Каретка: 1 - рама, 2 - колёсики, 3 - катодная штанга
Рис. 4.3. Тележка: 1 - рама, 2 - колёсики, 3 - вертикальные направляющие

Тележка (рис. 4.3) представляет собой раму 1 с колёсиками 2 для горизонтального передвижения и вертикальными направляющими 3, по которым поднимается и опускается каретка (рис. 4.2). Вертикальное перемещение каретки производится путем подъёма и опускания подъёмного моста, а горизонтальное перемещение тележек с каретками - толкающими штангами или цепью механизма горизонтального перемещения.
63
Каретки с подвесками перемещаются дискретно с определенным темпом и одновременно, т.е. через строго определённое время (называемое ритмом выхода подвесок) поднимаются подъёмным мостом и на тележках передвигаются горизонтально на один шаг с одной позиции на другую, а затем опускаются и так далее. Шаг горизонтального перемещения строго определён программой и равен расстоянию между двумя соседними позициями. Время выдержки деталей в каждой ванне не одинаково. Поэтому ритм выхода подвесок задаётся равным наименьшему времени выдержки и, чтобы соблюсти времена выдержки деталей в ваннах с более продолжительной обработкой, такие ванны делают многопозиционными, т.е. более длинными. В этих ваннах с общим для всей линии ритмом выхода подвесок каретки с подвесками не поднимаются, а перемещаются только горизонтально и в нижнем положении. Количество позиций, а значит и длина ванны, определяется делением времени выдержки деталей в этой ванне на ритм выхода подвесок. Если количество позиций в ваннах с продолжительным временем выдержки деталей ограничено (например, при составлении линии из стандартных стационарных ванн), то ритм выхода подвесок определяют по максимальному времени выдержки деталей в ваннах по формулам 6.1 и 6.3. Однопозиционные ванны в автоматических линиях предназначены для подготовительных операций (промывка, травление, активация и т.д.), а также для заключительных операций (пассивирование, уплотнение и др.). Время выдержки деталей в этих ваннах не может превышать ритма выхода подвесок с деталями. В многопозиционных ваннах производятся операции обезжиривания и нанесения покрытий, продолжительность которых больше ритма выхода подвесок с деталями. Общее количество тележек с каретками соответствует общему количеству позиций, включая позиции загрузки-выгрузки.
Линия работает следующим образом. На позициях загрузки- выгрузки, где каретки с подвесками занимают нижнее положение, производятся демонтаж обработанных деталей с подвесок и монтаж на подвески деталей, подлежащих обработке. В этот момент подъёмный мост линии находится в нижнем положении, а механизм горизонтального перемещения выключен. По окончании загрузки-выгрузки мост вместе с каретками, находящимися в однопозиционных ваннах и на последней позиции в многопозиционных ваннах, поднимается в верхнее положение, после чего включается механизм горизонтального перемещений- 64
Все тележки как с поднятыми каретками, так и с каретками в нижнем положении передвигаются на один шаг, при этом сохраняется подвод тока к кареткам в нижнем положении. После окончания горизонтального перемещения и возврата механизма горизонтального перемещения в исходное положение происходит опускание моста и его выстой (выдержка), время которого задается темпом выхода подвески с деталями. После выстоя моста цикл работы автоматически повторяется. Привод механизмов линии гидравлический.
Исходя из особенностей технологической операции, конкретная ванна оснащается устройствами для перемешивания и нагрева, анодными или катодными штангами, фильтрующими устройствами, сливными карманами, а также выбирается определённая футеровка и теплоизоляция. Для сушки деталей в автоматической линии предусмотрена сушильная камера, в которой циркулирует горячий воздух, поступающий от калорифера.
В цехах электрохимических покрытий отечественных предприятий эксплуатируются два типа кареточных линий с подъёмным мостом: кареточные тележечные и кареточные бестележечные.
Характерными признаками кареточных тележечных линий (только что рассмотренных), отличающими их от других линий с подъёмным мостом, являются следующие:
наличие промежуточного звена (тележек) между мостом и каретками;
отсутствие постоянной связи между горизонтальной направляющей моста и каретками, благодаря чему возможен возвратный ход механизма горизонтального перемещения.
В кареточных бестележечных линиях промежуточное звено отсутствует - каретки навешиваются непосредственно на направляющую механизма горизонтального перемещения, закреплённого на подъёмном мосте. Эти линии имеют меньшую металлоёмкость, но занимают ббльшую площадь. Кроме того, частичное программирование таких линий (например, пропуск позиций, изменение длительности выдержки на позициях) затруднительно.
К гальваническим линиям жёсткого цикла с подъёмным мостом относятся также бескареточные. В бескареточных линиях отсутствуют и тележки, и каретки. Подвески навешиваются непосредственно на направляющую механизма горизонтального перемещения, закреплённого
65
на подъёмном мосте, ширина которого равна расстоянию между продольными осями рядов ванн (в кареточных линиях подъёмный мост по ширине не выходит за пределы пространства между рядами ванн). Такое исполнение накладывает определённые ограничения на загрузку подвесок по массе, которая значительно меньше, чем у кареточных линий, и усложняет конструкцию подъёмного моста.
Кареточные бестележечные и бескареточные линии в России не нашли широкого распространения.
Автоматические гальванические линии жёсткого цикла предназначены для работы в цехах с большой производственной программой в условиях массового и серийного производства при наличии стабильной продукции. Их основные недостатки:
сложность перехода с одной программы на другую при изменении вида покрытия, его толщины, времени выдержки деталей в ванне, связанная со значительными изменениями в конструкции линии;
необходимость установки промывочных ванн после каждой ванны химической или электрохимической обработки, так как подвески не могут совершать возвратно-поступательного движения;
наличие многопозиционных ванн, так как темп горизонтального движения для всех подвесок одинаков.
Однако высокая производительность (до 100 м2/ч и более) и надёжность в эксплуатации делает эти линии наиболее экономичными и достаточно перспективными..
Автооператорные автоматические линии с программным
управлением
Автооператорные линии получили наибольшее распространение благодаря их отличительным широким набором функций. В автооператорных линиях можно осуществлять:
как отдельные электрохимические или химические процессы, так и несколько процессов одновременно или поочерёдно;
изменение последовательности и длительности технологических операций;
нанесение покрытий с производительностью от 1 до 200 м'/ч;
обработку изделий как мельчайших, так и крупногабаритных длиной несколько метров;
обработку изделий на подвесках, в барабанах, корзинах или ком
66
бинированно.
Отличительными особенностями автооператорных линий являются:
движение деталей в процессе обработки как в прямом, так и в обратном направлениях;
-ванны и другие позиции обработки могут располагаться не в последовательности выполнения технологических операций;
возможность осуществления нескольких одноименных операций на одной технологической позиции;
наличие независимых транспортирующих органов с индивидуальными приводами перемещения и подъёма-опускания;
неодновременность переноса обрабатываемых изделий;
отсутствие жёсткой связи между грузозахватным элементом транспортирующего органа (автооператора) и подвеской с обрабатываемыми деталями;
наличие устройства программного управления.
Отсюда вытекает главное преимущество автооператорных линий - они многопроцессны, т.е. на них возможно обрабатывать детали по различным технологическим процессам и совмещать в одной автоматической линии несколько видов покрытий.
В автооператорных линиях маршрут переноса деталей и длительность их пребывания на каждой позиции задаются технологически, однако перемещение самого автооператора не совпадает с последовательностью технологических операций и носит челночный характер. Например, автооператор может перенести одну подвеску с деталями с позиции загрузки на позицию обезжиривания, затем выгрузить другую подвеску из ванны покрытия в ванну промывки, после чего вернуться к первой подвеске и перенести её в ванну активирования и т.д. В зависимости от требуемой производительности в составе линии может быть несколько автооператоров, имеющих свои зоны обслуживания. Зоны обслуживания автооператоров перекрываются на одну, реже на несколько позиций. Каждый автооператор обслуживает не более 7-8 ванн.
Перенос подвески с деталями производится по заданной технологической схеме в соответствии с программой при помощи сигналов, поступающих от системы управления. В большинстве автоматических линий с программным управлением предусмотрена система ручного управления процессом, в этом случае автоматическая линия превращается в механизированную линию.
67
Автооператоры делятся на расцепляемые и нерасцепляемые. При обработке деталей в ванне расцепляемый автооператор может отделиться от штанги, несущей подвеску, и переместиться для выполнения операций на других позициях, а может оставаться в нижнем положении на время обработки деталей в данной ванне.
Автоматические линии с нерасцепляемым автооператором целесообразно применять в тех случаях, когда технологией предусмотрена непродолжительная выдержка деталей в ванне на всех операциях процесса. Как правило, разница во времени выдержки на различных технологических позициях значительная, тогда целесообразно использовать линии с расцепляемыми автооператорами, так как за время выдержки деталей в данной ванне автооператор успевает произвести необходимые перемещения на других позициях автоматической линии, что значительно увеличивает производительность автомата.
Автоматические линии с расцепляемым автооператором по принципу захвата приспособлений с деталями на штанге делятся на линии с верхним и нижним холостым ходом автооператора.
При переносе подвески с деталями в линиях с верхним холостым ходом автооператора совершается следующий цикл движений: перемещение автооператора без подвески в верхнем положении на рабочую позицию (вспомогательный ход), опускание автооператора в нижнее положение и захват штанги с подвеской, подъём в верхнее положение, горизонтальное перемещение с деталями, опускание на позицию, разжим захватов и подъём в верхнее положение. При такой схеме автооператор оснащён специальным захватом для зажима штанг.
Расцепляемые автооператоры с нижним вспомогательном ходом совершают следующий цикл движений: горизонтальное перемещение на позицию автооператора без подвески в нижнем положении (вспомогательный ход), захват штанги с подвеской, подъём вместе с подвеской и деталями из ванны, горизонтальное перемещение в верхнем положении вместе с деталями до следующей технологической позиции, опускание подвески с деталями в ванну и освобождение захватов. В автооператорах с нижним вспомогательным ходом значительно упрощается конструкция захвата штанги с подвеской и уменьшается количество вспомогательных ходов.
Различают линии с тельферными, портальными и консольными автооператорами.
68
Линии с тельферными автооператорами. Тельферный (или под-
весной) автооператор (рис. 4.4) пред-ставляет собой тележку с электромеха-ническими приводами горизонтальногои вертикального перемещения. К те-лежке в качестве грузоподъёмного ме-ханизма крепится таль, при помощи ко-торой осуществляются вертикальныеперемещения подвески с деталями. Ос-нование тележки укрепляется на моно-рельсе, смонтированном на определён-ной высоте над ваннами. Монорельскрепится, как правило, к потолочномуперекрытию. Линии с тельферными ав-тооператорами пригодны для обслужи-вания ванн практически любой длины ивысоты. По сравнению с другими типа-
ми линий занимаемая ими площадь меньше на 20-30 %, а металлоём-кость - на 10-15%. В тех случаях, когда крепление монорельса к пото-лочному перекрытию цеха связано с определёнными трудностями, егомонтируют на вертикальных стойках, устанавливаемых на фундаментеили общей раме линии.
Для стабилизации движения тельферного автооператора с подвесками в некоторых конструкциях для перемещения тележки устанавливают два параллельных монорельса, а подвеска с деталями опускается и поднимается по жёстким направляющим.
Эти линии более стабильны в работе, чем линии с консольным автооператором (см. ниже), и имеют большую грузоподъёмность (от 200 до 2000 кг). Кроме того они удобны в эксплуатации, так как доступ к ваннам открыт с двух сторон.
К недостаткам автооператоров этого типа следует отнести незначительную жёсткость конструкции, неудобство монтажа и обслуживания, трудность позиционирования подвесок, громоздкость металлоконструкции.
Линии с автооператорами портального типа. Портальные автооператоры (рис. 4.5) применяют в линиях, расположенных в низких производственных помещениях, и в линиях с большими размерами ванн
69

Рис. 4.4. Тельферный автооператор
и массой транспортируемого груза более 2 т. Крепление путей для пе-ремещения автооператоров в этих линиях двояко - к металлическимстойкам (или железобетонным колоннам) или непосредственно к корпу-
сам ванн вдоль бортов ванн, путимогут быть размещены практиче-ски на любой высоте от края ван-ны.
Автооператор может иметьдва механизма подъёма с захвата-ми, направленными в противопо-ложные стороны, что позволяетодновременно обслуживать двегальванические ванны, убыстряятемпы работы автомата. При темпевыхода подвески более 4 мин при-меняют портальные автооперато-ры с одним механизмом подъёма.
Производительность отдель-ных линий составляет до 150 м2/ч,а единовременная площадь загру-
жаемых деталей на одну подвеску - до 8 mz. Такие линии наиболее ши-роко применяются в промышленности вследствие высокой надёжностив работе, наибольшей производительности и грузоподъёмности авто-операторов. Установка автооператоров портального типа не требуетбольшой высоты цехового помещения.
Линии с портальными автооператорами имеют ряд недостатков,сдерживающих их применение. Главными из них являются:
затрудненность обслуживания ванн;
необходимость частичного или полного демонтажа рельсовыхпутей при извлечении ванн для ремонта;
дополнительное усложнение конструкции линии из-за введенияустройств, обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала;
более быстрое коррозионное разрушение автооператоров вслед-ствие близости их к зеркалу растворов;
усложнение конструкций приводов горизонтального передвиже-ния автооператоров.
Линии с консольным автооператором. Консольные ("Г"-

Рис. 4.5. Автооператор портального типа
70
образные) автооператоры (рис. 4.6) перемещаются по направляющимпутям, установленным сбоку ванн. Грузозахватный орган автооперато-ров выполнен в виде консоли, проходящей над поверхностью ванн. Ли-нии с консольными автооператорами по предпочтительности их исполь-зования занимают промежуточное положение между линиями с тель-
ферными (подвесными) автооператора-ми и портальными автооператорами.
Автооператоры этих линий имеют бо-ковую направляющую, поэтому для ихразмещения не требуется большой вы-соты цеха. Потребителей привлекает ихкомпактность, особенно при малых га-баритах ванн и небольшой грузоподъ-ёмности автооператоров.
Недостатки таких линий:
свободное обслуживание ваннтолько с одной стороны;
нечёткая стабилизация груза приперемещении;
длина ванн не больше 1,6 м;
грузоподъёмность автооператоров не выше 200 кг.
Дуплекс-операторные линии. К существенным недостаткам ав-тооператорных линий прежде всего следует отнести сложность цикло-грамм, имеющих большое количество вспомогательных, возвратно-поступательных горизонтальных ходов автооператора, что значительноусложняет электрическую схему блока управления и увеличивает тех-нологическое время темпа выхода подвески. Оптимальный ритм работысуществующих автооператорных линий составляет 7-8 мин.
В некоторых автооператорных линиях предусматривается сокра-щение ритма работы автомата за счёт уменьшения времени вертикаль-ных перемещений и выдержки над ванной, что приводит к увеличениюуноса электролита из ванны, загрязнению последующих ванн и сточныхвод. Поэтому такой путь не всегда приемлем.
Наиболее целесообразно использование двухзахватных автомати-ческих дуплекс-операторных линий (дуплекс-операторов). Принцип ра-боты дуплекс-операторов основан на индивидуальной замене каждойобработанной подвески на необработанную последовательно во всех
71

Рис. 4.6. Автооператор консольного типа
ваннах, когда дуплекс-автооператор останавливается над ними. Для этого на консоли автооператора расположена тележка с двумя вертикальными направляющими, по которым могут опускаться и подниматься два захвата. Когда автооператор останавливается у какой-либо позиции, тележка на нём может совершать движение назад или вперед вдоль линии на один шаг, равный расстоянию между направляющими. Таким образом, у любой ванны один автооператор, находясь в неподвижном положении, может одним захватом зацепить, поднять и переместить в сторону подвеску, а другим захватом опустить в эту ванну другую подвеску, вынутую из предыдущей позиции. Далее дуплекс-оператор перемещается на следующую позицию, где вновь происходит замена подвесок. (Аналогия - человек, работающий двумя руками)
Таким образом, вследствие того, что движение дуплекс-оператора происходит только в одну сторону (возвратные движения производятся тележкой), значительно упрощается электрическая схема автомата и сокращается в 1,5-2 раза проходимый дуплекс-оператором путь по сравнению с длиной пути одноместных автооператоров. При этом, если среднее число обслуживаемых позиций для одноместной автооператорной линии в 1 мин составляет одну позицию, то для дуплекс- операторной линии - две-три позиции.
Помимо прочего дуплекс-операторы способствуют сокращению выноса деталями технологических растворов и, следовательно, уменьшению загрязнения сточных вод за счёт увеличения времени стекания раствора с деталей в ванну, так как в период погружения новой подвески только что извлечённая подвеска хоть и сдвинута от центра ванны, всё равно находится над ванной, куда и стекает раствор.
Дуплекс-автооператорные линии (типа ДАО) для разных видов покрытий в настоящее время успешно работают на ряде заводов. Производительность таких линий 10-100 м2/ч для гальванических покрытий и 20-200 м2/ч для химических покрытий. Производительность линий с барабанами составляет 200, 500 и 1000 кг/ч.
Шнековые линииОсобую группу составляют автоматические линии, в которых детали перемещаются путем пересыпания (шнековые, ковшовые).
Шнековые линии предназначены для химической обработки и консервации мелких деталей. Как правило, такая обработка является со
72
ставной частью общего технологического процесса. К конструктивным особенностям таких линий относится наличие шнековых барабанов по всей длине линии для непрерывного перемещения деталей в ходе обработки.
Линия имеет закрытые кожухами ванны, внутри которых расположены перфорированные барабаны со шнеками, привод вращения, сушильную камеру, механизм загрузки с наклонным лотком, загрузочный лоток. Между ваннами установлены передаточные лотки. Каждый шнековый барабан заканчивается кольцевым пластинчатым подъёмником, подающим обрабатываемые детали на передаточный лоток.
Работает шнековая линия следующим образом. Подаваемые загрузочным механизмом детали поступают в барабан ванны обезжиривания и его шнеком перемещаются по всей длине ванны. Затем изделия попадают на кольцевой пластинчатый подъёмник, поднимаются им и пересыпаются на промежуточный лоток, по которому скатываются в барабан следующей ванны. Так протекает весь цикл обработки деталей.
Преимущества шнековых линий:
простота механизации загрузочно-разгрузочных работ;
отсутствие сложных электронных систем управления транспортированием деталей;
полное укрытие ванн, что создаёт хорошие условия работы для обслуживающего персонала.
Вместе с тем шнековые линии обладают существенными недостатками, к которым относятся:
большая длина линий;
невозможность возврата деталей и использования ванн промывок для многократной обработки в них деталей в течение одного цикла;
большая материалоёмкость: по сравнению с автооператорной линией шнековая линия имеет вдвое большую удельную материалоёмкость (на единицу производительности) и в 1,5 раза меньший выход готовой продукции с 1 м2 занимаемой площади.
Вспомогательное оборудованиеК вспомогательному оборудованию относятся фильтровальные установки, насосы для перекачки электролитов, различные ёмкости для хранения, транспортировки и корректировки растворов, а также сушильное оборудование и источники питания ванн.
73
5.1. Фильтровальные установки
Одним из требований, обусловливающих высокое качество осадка, является чистота электролита. Это особенно необходимо для электролитов никелирования и меднения. Очистить электролит от механических примесей можно с помощью фильтрации на фильтровальных установках. Для фильтрации электролитов применяют фильтры периодического действия, работающие под давлением: нутч-фильтры (направление силы тяжести и движения фильтрата совпадают) и фильтрпрессы (направление силы тяжести и движения фильтрата перпендикулярны).
Фильтровальные установки в основном имеют тканевую, бумажную или из других материалов фильтрующую поверхность. Примером фильтровальной установки с фильтровальными дисками является установка завода химического машиностроения "Прогресс" (г. Бердичев). Фильтрация происходит по системе: ванна-фильтр-ванна или ванна- фильтр-бак хранения-ванна. Установка смонтирована на тележке и состоит из насоса с электродвигателем, одним (чаще двумя) бачками с фильтровальными дисками и запорной арматуры. Фильтровальные диски перфорированы и изготовлены из полиэтилена по размеру внутреннего диаметра бачка. На дисках закреплено полотно из хлорина, полипропилена, бязи и т.п. Диски монтируют на центральный стержень в единый пакет, стягивают фиксирующей гайкой, устанавливают внутри корпуса бачка и плотно закрывают крышкой. Внутренняя поверхность бачка и арматуры гуммирована резиной, а все металлические части изготовлены из коррозионно-стойкой стали или другого материала. Эти установки применяют для фильтрации кислых и щелочных электроли тов с температурой до 60 °С. Электролит для фильтрации может забираться как из самой ванны, так и из вспомогательных ванн, например, из ванны селективной очистки при никелировании.
Для обеспечения надёжной фильтрации необходимо учитывать производительность фильтра так, чтобы за 1 ч работы весь объём ванны проходил через фильтр.
Очистку загрязненных дисков проводят вне корпуса фильтроваль ных бачков. Для этого пакет фильтрационных дисков извлекают из корпуса, промывают водой и, в зависимости от фильтруемого электролита, подвергают химической обработке. Например, при фильтрации электролита блестящего никелирования основное загрязнение - это гидро ксид железа, который легко растворяется в слабых растворах соляной 74
кислоты, после чего пакет фильтров промывают водой и используют в дальнейшей работе.
Кроме фильтров из ткани используют намывные фильтры, в которых на тканевую основу фильтровальных дисков намывается фильтрующая добавка (кизельгур, перлит, древесные опилки, активированный уголь и т.д.). Фильтры такого типа более сложны в обслуживании, занимают больше места, но обеспечивают лучшие результаты очистки. Примером такой фильтровальной установки является фильтр фирмы "Паркер" с производительностью 9-20 м’/ч. Она состоит из бака- фильтра, намывного бака, фильтра предварительной очистки, насоса, арматуры, манометра для контроля фильтрации и визира для контроля за качеством намывки фильтрующего слоя. Внутренние поверхности бака-фильтра и намывного бака футерованы эбонитом. Носителем фильтрующего материала, как и в установках завода "Прогресс", служат пластмассовые перфорированные диски, с двух сторон которых наклее^ на ткань (тергаль для кислых электролитов и нейлон для щелочных){ Сама ткань не обладает фильтрующей способностью, частота сетки тка-, ни - от 100 до 200 мкм. Фильтровальные диски размещены в баке» фильтре.
Перед пользованием фильтровальной установкой необходимо н^ ткань нанести слой фильтрующей добавки. Нанесение фильтрующей добавки на фильтр для непрерывной фильтрации медного и никелевого электролитов производят следующим образом. В намывной бак залива» ют раствор электролита или воду, засыпают необходимое количество* фильтрующей добавки и наносят её на ткань дисков с помощью насоса фильтровальной установки по схеме: намывной бак-бак-фильтр-на^ мывной бак, до тех пор пока раствор не будет полностью освобожден от фильтрующей добавки. Затем в случае необходимости на слой фильтрующей добавки тем же способом наносится поглощающий слой (например, активированный уголь) для адсорбирования органических примесей во время фильтрации. Контроль за качеством намывки фильтрующего слоя проводят визуально через визир.
Необходимость чистки фильтра определяют по манометру: как только давление достигнет максимального значения, указанного в паспорте, диски необходимо промыть и намыть на них новый фильтрующий слой. Материал дисков выдерживает температуру до 70°С.
Намывной бак и насос фильтра могут служить также для добавле
75
ния блескообразователей, серной кислоты в электролиты кислого мед-нения и никелирования. В этом случае бак-фильтр отключается от сис-темы.
Для очистки электролита от механических примесей, ускоренногопроцесса фильтрации электролитов цинкования и никелирования при-меняют пресс-фильтры с вертикальными камерами модели АПМ-112. На тележке смонтированы фильтр, редуктор, спаренный диафраг-менный насос, который приводится в движение электродвигателем.Конструкция тележки обеспечивает её устойчивость и малый радиусповорота. Передвижение тележки производится вручную с помощьюручки.
На рис. 5.1 показана схема камерного пресс-фильтра. Установкадействует следующим образом. Электролит из ванны 1 по всасывающейтрубе 2 насосом 3 подается по трубе 4 через открытый вентиль 5 в на-ружную полость пресс-фильтра 6. Преодолевая сопротивление суконно-го фильтра 7, электролит попадает во внутреннюю полость пресс-
фильтра, откуда потрубе 10 возвращает-ся в ванну. Прифильтрации электро-лита вентили 8 и 11перекрыты, а вентили5 и 9 открыты. Припромывке фильтратруба 2 опускается вёмкость с водой, вен-тили 5 и 9 перекры-ваются, а вентили 8 и11 открываются. Во-да насосом подается
во внутреннюю полость пресс-фильтра, вымывает из сукна механиче-ские частицы и шлам и через открытый вентиль 11 сбрасывается в кол-лектор.
Все детали пресс-фильтра, имеющие контакт с электролитом, вы-полнены из сталей 12Х18Н10Т и 1Х17Н2. Пресс-фильтр может исполь-зоваться для непрерывной и периодической фильтрации. Его произво-дительность около 10 л/мин, рабочее давление 0,2 МПа.
76

Рис. 5.1. Схема камерного пресс-фильтра:
- ванна, 2 - всасывающая труба, 3 - диафрагменный насос, 4 - нагнетательная труба, 5, 8, 9,
- вентили, 6 - наружная полость, 7 - суконный фильтр, 10 - подающая труба
Отечественная промышленность выпускает пресс-фильтры с горизонтальными камерами автоматизированные (ФПАКМ) с разной поверхностью фильтрования, в которых направления силы тяжести и движения фильтрата совпадают (рис. 5.2). Рабочее давление 0,2-1,6 МПа. Рассматриваемый пресс-фильтр предназначен для разделения тонкодисперсных суспензий при концентрации твёрдой фазы 10-50 г/л и температуре до 80 °С.
415 2 369

Рис. 5.2. Пресс-фильтр с горизонтальными камерами (ФПАКМ): 1 - верхняя часть плиты, 2 - перфорированный лист, 3 - пространство для приёма фильтрата, 4 - нижняя часть плиты в виде рамы, 5 - камера для суспензии и осадка, 6- эластичная водонепроницаемая диафрагма, 7 - фильтровальная ткань, 8 - коллектор для подачи суспензии, 9, 10, 13 - каналы, 11 - коллектор Для отвода фильтрата, 12 - пространство для воды, 14 - отжатый осадок
Пресс-фильтр состоит из набора горизонтальных прямоугольных плит - верхней и нижней поддерживающих и средних фильтровальных. Между плитами зигзагообразно протянута бесконечная лента из фильтровальной ткани. Фильтровальные плиты могут перемещаться вверх (сжатие) или вниз (открытие) по четырем направляющим за счет перемещения нижней поддерживающей плиты. Фильтровальные плиты показаны в разрезе на рис. 5.2. Верхняя часть 1 каждой плиты покрыта перфорированным листом 2, под которым находится пространство для приёма фильтрата 3. Нижняя часть, выполненная в виде рамы 4, образует при сжатии плит камеру 5 для суспензии и осадка. Между верхней и
77
нижней частями фильтровальных плит расположены эластичные водо- непроницаемые диафрагмы 6. Фильтровальная ткань 7 размещается на перфорированном листе 2.
.В период фильтрования в камеры 5 поступает из коллектора 8 по каналам 9 фильтруемая суспензия. При этом фильтрат отводится из фильтра по каналам 10 в коллектор 11. Затем осадок отжимается диафрагмой 6, для чего в пространство 12 по каналам 13 подаётся вода под давлением. После отжатая осадка плиты раздвигаются, образуя щели, через которые удаляется фильтровальная ткань вместе с осадком 14.
Основными преимуществами пресс-фильтров с горизонтальными камерами являются полная автоматизация, развитая поверхность фильтрования (до 25 м2), возможность при помощи диафрагмы регулировать толщину и влажность осадка, а также хорошие условия для регенерации ткани в процессе работы фильтра.
К недостаткам пресс-фильтров с горизонтальными камерами следует отнести сложность конструкции, периодичность работы, высокую стоимость оборудования.
5.2. НасосыКак для фильтрации, так и для перекачки растворов необходимы насосы.
Различают насосы двух основных типов: динамические и объёмные. В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объём жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него. Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкость, подразделяются на лопастные (центробежные и осевые) и насосы трения (вихревые и струйные). В объёмных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при изменении замкнутого объёма жидкости, который периодически сообщается со входом в насос и выходом из него. Группа объёмных насосов включает насосы, в которых жидкость вытесняется из замкнутого пространства телом, движущимся возвратно-поступательно (поршневые, плунжерные, диафрагменные насосы), или имеющие вращательное движение (шестерёнчатые, пластинчатые, винтовые насосы).
В зависимости от характера перекачиваемого электролита применяют кислотостойкие или щёлочестойкие насосы. Наиболее часто применяют насосы ХД - центробежные для химических производств с го
78
ризонтальным подводом жидкости по оси насоса, центробежные погружные насосы ХП, центробежные герметичные насосы ЦНГ, насосы- дозаторы НД.
Центробежные химические насосы ХД применяют для подачи кислот, щелочей и солей. Производительность таких насосов 5-100 м3/ч, допустимая высота всасывания 5-6 м водяного столба.
Насосы центробежные погружные ХП применяют для перекачивания химически активных чистых и загрязнённых жидкостей с температурой до 80°С. Содержание абразивных включений в перекачиваемой жидкости должно быть не более 0,2 % по массе и размером частиц до 0,2 мм. В частности, насосы ХП в цехах гальванопокрытий применяют для перекачивания из сборников кислых и щелочных промывных стоков, загрязнённых шламом и фильтрующими материалами, углём, асбе4 стом. Производительность таких насосов 5-25 м3/ч, напор не превышает 25 м водяного столба.
Насосы центробежные герметичные ЦНГ взрывозащищенного исполнения, применяют для перекачки электролитов хромирования и концентрированной серной кислоты. Производительность их 10 м3/ч» допустимый напор 21-55 м водяного столба.
Насосы-дозаторы НД - одноплунжерные горизонтальные насосы простого действия с подачей, регулируемой вручную при остановленном электродвигателе. Насосы-дозаторы применяют для объёмного напорного дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей, эмульсий и суспензий с концентрацией неабразивной твёрдой фазы до 10 % по массе при температуре до 200 °С. В гальванических цехах эти насосы применяют для выполнения корректировочных работ по подаче кислых и щелочных растворов. После окончания перекачки жидкостей, склонных к выделению солей и кристаллизации, необходимо промыть насос, что предупреждает преждевременный износ плунжера и уплотнения. Производительность таких насосов 0,6-2,5 м3/ч, максимальное давление! нагнетания 1 МПа.
Сушильное оборудование
Выбор сушильного оборудования определяется в основном массой, габаритными размерами и производительностью линии. Наиболее часто в механизированных и автоматических линиях используют сушильную камеру. При работе на стационарных ваннах сушку деталей производят
79
вне линии рабочих ванн, для чего используют сушильные шкафы.
Сушильные камеры представляют собой открытую сверху ванну, в которой детали обдуваются горячим воздухом, нагретым в калорифере с помощью пара или электрообогревателей. Корпус камеры имеет теплоизоляцию. Снизу камеры имеется съёмное сетчатое дно, с помощью которого можно быстро убрать упавшие с подвесок детали. Отсос воздуха осуществляется из верхней части сушильной камеры. Работа сушильной камеры происходит следующим образом: воздух вентилятором прогоняется через калорифер, нагнетается и через щели внизу и сбоку подаётся внутрь камеры, где обдувает и сушит детали. После чего, поднимаясь вверх, засасывается вентилятором и вновь проходит тот же путь. Таким образом осуществляется рециркуляция воздуха. Часть отсасываемого из камеры горячего влажного воздуха поступает в общую вытяжную вентиляционную систему линии. Количество его регулируется шибером. В подающем воздуховоде (после калорифера) установлен термометр, который поддерживает заданную температуру сушки, подавая сигнал на включение или отключение ТЭНов в калорифере. Мелкие детали, обрабатываемые в барабанах, колоколах и корзинах, высыпаются из них в сетчатый поворотный лоток на дне сушильной камеры, через который снизу продувается нагретый воздух. После окончания сушки лоток поворачивается пневмоцилиндром на некоторый угол и детали скатываются из лотка в подготовленную тару. Для изменения положения деталей и равномерного их высушивания в некоторых сушильных камерах предусмотрено либо встряхивание, либо поворачивание сетчатых лотков.
Сушильный шкаф представляет собой металлический каркас с теплоизоляцией, внутри которого располагаются лотки для деталей или перекладины для крепления подвесок. Загрузка деталей в шкаф осуществляется не сверху, как в сушильные камеры, а через боковую дверь. Обогрев осуществляется электронагревателями, расположенными в нижней части шкафа. Кроме того, шкаф снабжен вытяжной вентиляцией, имеющей регулирующую заслонку. Поддержание температуры сушки осуществляется автоматически.
При обработке мелких механически прочных деталей и массой менее 100 г сушку производят в центрифугах. Центрифуга состоит из корпуса, вращающегося перфорированного барабана, электродвигателя, устройства для подъёма барабана и крышки. На крышке монтируется 80
вентилятор, подающий воздух на детали, иногда с обогревом. Жидкость удаляется из барабана при его вращении через перфорацию за счёт центробежной силы, а затем через сливные отверстия корпуса в сток.
Источники питания ванн
Для питания гальванических ванн используется постоянный ток, получаемый от источников питания - полупроводниковых выпрямителей и в отдельных случаях - от электромашинных генераторов. От технических характеристик источников питания зависит эффективность технологического процесса: качество гальванопокрытий, производительность, экономические показатели.
Электромашинный генератор состоит из шунтовой динамомашины постоянного тока и трёхфазного электромотора, установленных на общей фундаментной плите. В настоящее время генераторы практически не выпускаются, но на некоторых предприятиях они еще работают.
Выпрямитель состоит из трансформатора, преобразующего ток высокого напряжения (220 или 380 В) и малой силы в ток низкого напряжения и большой силы, и электрических вентилей главным образом на основе тиристоров (селеновых, кремниевых или германиевых), преобразующих переменный ток в постоянный. Выпрямители с селеновыми вентилями имеют большие габариты, германиевые выпрямители - вдвое меньше и вдвое легче, но они боятся перегрузок, кремниевые - имеют малые размеры и меньше боятся перегрузок. Пробивное напряжение кремниевых вентилей 200-1000 В, тогда как селеновые пробиваются уже при 17 В. Поэтому не рекомендуется селеновые выпрямители нагружать слишком слабым током: у некоторых моделей напряжение трансформатора при малой нагрузке может подскочить выше пробивного напряжения вентиля. Так, например, в паспорте старых селеновых выпрямителей было указано на недопустимость эксплуатации их при нагрузке, меньшей половины номинальной. Кремниевым вентилям такая опасность практически не угрожает.
В зависимости от назначения и мощности применяемого оборудования в гальванотехнике используются различные схемы (рис. 5.3) выпрямления: однофазные (а - однополупериодный, б - двухполупериод- ный), 2-фазные (в), 3-фазные (г) и 6-фазные (б); нереверсивные и реверсивные; с отсечкой (е); асимметричные (ж) и т.п. Однофазные выпрямители предназначены для питания маломощных (в основном лабора
81
торных) потребителей. Многофазные выпрямители имеют ряд преиму-ществ перед однофазными: лучшие удельные технико-экономическиепоказатели, симметричную загрузку всех трёх фаз питающей сети,меньшие пульсации выпрямленного тока и т.п. Эти достоинства и определили широкое применение многофазных выпрямителей в гальвани-
ческих цехах.
Пульсации для многих гальвани-ческих процессов вредны. Между вели-чиной пульсаций тока и качествомгальванических покрытий имеется пря-мая взаимосвязь: например, при хроми-ровании заметное снижение блеска по-крытия начинается при коэффициентепульсации 20-25 %, при пульсации в 40% покрытие становится матовым, а за-тем матово-серым; твёрдость и износо-стойкость покрытия начинает снижать-ся при коэффициенте пульсации 20-25%. В некоторых случаях пульсации да-ют положительные результаты: окра-шивание оксидных плёнок алюминия,
оксидирование меди, анодирование металлов и т.п.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока до уровня, допустимого по условиям эксплуатации, применяются сглаживающие фильтры. К сглаживающим фильтрам предъявляются следующие требования: фильтр не должен существенно изменять режим работы само го выпрямителя; фильтр должен обеспечивать заданную степень сглаживания тока на нагрузке во всех оговоренных режимах работы выпрямителя. Кроме того, к фильтру предъявляются технико-экономические требования по массе, габаритам, стоимости, КПД и т.п.
Одним из эффективных способов улучшения качества гальванических покрытий является автоматическое реверсирование тока в ванне (изменение полярности). Осаждение металлов в случае реверсирования тока может осуществляться при более высокой рабочей плотности тока по сравнению с осаждением покрытия на постоянном токе. Это обусловлено прежде всего регулярным выравниванием концентрации катионов в прикатодном слое и во всём объёме электролита в период 82
г\ 7! ?я /~\/Л r'vTv^Y-V
■yyvvv p* Рис. 5.3. Формы токов, используемые для питания гальванических ванн
анодной поляризации покрываемых деталей, чему также способствует анодное растворение покрытия. Таким образом, при реверсировании тока достигается уменьшение пористости покрытия, увеличение адгезии, снижение внутренних напряжений, наводороживания основы, повышение твёрдости покрытия. Осаждающиеся при этом покрытия имеют мелкокристаллическую структуру с кристаллами правильной геометрической формы.
Периодичность перемены полярности реверсивного тока обычно составляет 5-10 раз в минуту, причём длительность катодного периода по отношению к длительности анодного периода составляет для различных видов покрытий от 5:1 до 10:1.
В некоторых гальванических цехах эксплуатируются селеновые выпрямители типа ВАС, ВСМР с номинальным напряжением 6-24 В и силой тока до 5000 А с воздушным и масляным охлаждением. Недостаток их - отсутствие плавного регулирования напряжения и плотности тока.
Выпрямительные агрегаты типа ВАКГ с кремниевыми вентилями имеют большие габариты и массу, плохо регулируются.
Наиболее распространены выпрямительные агрегаты серии ВАК и ВАКР (В — выпрямительный, А — агрегат, К — кремниевые вентили, Р — реверсивный). Агрегаты имеют ручное плавное регулирование выпрямленного напряжения; автоматическую стабилизацию выпрямленного напряжения и тока с точностью стабилизации ±5 %, плотности тока с точностью стабилизации ±10 %. Реверсивные агрегаты серии ВАКР, кроме того, могут работать в следующих режимах: ручное и автоматическое реверсирование выпрямленного тока, длительная работа с любой полярностью выпрямленного тока. Ориентировочный срок службы агрегатов 15-20 лет. Вероятность отказа при работы на протяжении 500 ч не ниже 0,75.
В связи с возросшими требованиями к качеству гальванопокрытий и с развитием новых комплектующих изделий (сильноточных тиристоров, микросхем и т.п.) была разработана и активно внедряется в производство новая серия преобразователей типов: ТЕ, ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ (Т - тиристорный, Е - естественное охлаждение, В - водяное охлаждение тиристоров, Р - реверсивный, И - импульсный). В выпрямителях этой серии существенно улучшены технические показатели: повышена точность стабилизации напряжения и тока до ±3 %, а плотности тока —
83
до ±6%, снижена пульсация выпрямленного тока, предусмотрено дистанционное и программное управление выпрямителями, повышен КПД на 1-1,5%, уменьшены габаритные размеры, унифицированы схемные и конструктивные решения агрегатов и их узлов, что в свою очередь улучшило их ремонтоспособность. Диапазон ручного регулирования тока и напряжения от 10 до 100%. Реверсивные агрегаты позволяют получать постоянный ток с автоматической и ручной сменой его полярности. В агрегатах предусмотрена раздельная установка значений постоянного тока и напряжения каждого направления с длительностью от 2 до 200 с (дискретность 2 с) прямого тока и от 0,2 до 20 с обратного тока (дискретность 0,2 с). Импульсные агрегаты ТВИ обеспечивают на выходе как импульсный ток, так и постоянный. Длительность импульсов тока от 0,01 до 0,1 си пауз между ними от 0,03 до 0,5 с. Импульсные агрегаты в зависимости от типа комплектуются дополнительными устройствами: пультом дистанционного управления, пультом программного управления, сглаживающим реактором.
Выпрямители можно устанавливать непосредственно около ванн прямо на пол; они не боятся влажности воздуха до 80%, но нуждаются в периодической просушке и возобновлении пропитки лаком обмоток трансформатора, дросселя и т.п. Недопустимо попадание брызг растворов и воды внутрь выпрямителя, опасны едкие газы - пары крепких дымящих кислот. Наличие в воздухе паров кислот и щелочей вызывает постепенное разрушение узлов выпрямителей; особенно интенсивно это происходит в нерабочее время, когда отключена вентиляция в цехе. На ряде предприятий ванны и выпрямители размещены в разных помещениях, иногда на разных этажах. Чаще всего агрегаты устанавливают в полуподвале, так называемом техническом этаже, расположенном непосредственно под помещением, где находятся гальванические ванны. Это максимально уменьшает расстояние между выпрямителями и гальваническими ваннами и исключает воздействие агрессивной среды на источники питания.
Желательно каждую гальваническую ванну подключают к одному выпрямителю. В случае параллельного питания нескольких ванн от одного источника, что случается довольно часто, на распределительном щите около каждой ванны необходима установка регуляторов силы тока, которые представляют собой секционный реостат, включённый последовательно с гальванической ванной. Его предпочтительно делать из 84
включаемых (при помощи однополюсных рубильников) параллельно секций, каждая из которых имеет омическое сопротивление, вдвое большее предыдущей. Количество таких секций достигает 5-7. Иногда к ним добавляют ещё один рубильник, закорачивающий реостат полностью или отключающий ванну. Нагрузочный реостат неэкономичен, так как требует повышения напряжения от выпрямителя и приводит к потери электроэнергии из-за нагрева.
Расчёт производства
Прежде, чем приступать к расчёту производства, необходимо ответить на вопросы: чем, что и сколько покрывать? Ответы на эти вопросы составляют исходные данные для расчёта гальванического производства. Схематично процесс расчёта представлен на рис. 6.1.
Вид и толщина покрытия определяются конструктором совместно с технологами, исходя из условий эксплуатации изделий и на основании свойств и назначения покрытий, и указываются на чертежах в виде шифра покрытия. В шифре указывается:
способ обработки: анодное оксидирование - Ан, химический - Хим (катодное восстановление не указывается);
наименование наносимого материала: алюминий - А, бор - Б, висмут - Ви, Вольфрам - В, железо - Ж, золото - 3, индий - Ин, иридий - Ир, кадмий - Кд, кобальт - Ко, кремний - Кр, марганец - Мц, медь - М, молибден - Мо, никель - Н, олово - О, палладий - Пд, платина - Пл, рений
Ре, родий - Рд, рутений - Ру, серебро - Ср, сурьма - Су, титан - Ти, хром
X, цинк - Ц, фосфор - Ф. В обозначениях сплавов указывают металлы в порядке убывания их содержания в сплаве, в скобках указывается их максимальное содержание в сплаве кроме последнего компонента;
наименование покрытия: оксидное - Оке, фосфатное - Фос, эматалевое - Эмт;
толщина покрытия (мкм) в соответствии с рядом толщин: для драгоценных металлов и их сплавов: 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; для серебра и его сплавов: 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12;
для других металлов и их сплавов: 0,25; 0,5; 1; 3; 6; 9; 12; 15; 18; 21; 24; 30; 35; 40; 45; 50; 60;
свойства покрытий: блестящее - бл, пористое - пор, "молочное"
мол, твёрдое - тв, износостойкое - изн, электропроводное - э, электроизоляционное - из;
85
• вид дополнительной обработки покрытия: фосфатирование - фос, хроматирование - хр, оксидирование - оке, гидрофобизирование - гфж, пропитка маслом - прм, наполнение водой - нв, наполнение органическими красителями - ч (чёрный, другие цвета указываются полностью), получение окрашенных покрытий анодированием - Аноцвет, нанесение лакокрасочных покрытий - лкп.
Технологический процесс, обеспечивающий нанесение покрытия по указанному на чертежах шифру покрытия (в том числе многослойных покрытий), как правило, осуществляется на одной гальванической линии.
Материал деталей определяет подготовку деталей под покрытие.

Рис 6 1 Схема расчета гальванического производства
Так, например, стальные и медные детали нельзя активировать (декапировать) в одной ванне, подготовка алюминиевых деталей кардинально отличается от подготовки черных металлов, поэтому детали из алюминиевых сплавов, как правило, обрабатываются на отдельных специально предназначенных для этой цели линиях.
Габариты деталей определяют возможность обработки в барабанах, колоколах или на подвесках. Как было отмечено ранее, к мелким деталям, которые могут обрабатываться в насыпном виде, относятся детали с максимальными размерами до 50-60 мм и узкие детали с длиной до 86
100-120 мм. Кроме габаритов необходимо учитывать и конфигурацию деталей: плохо покрываются в колоколах и барабанах детали, которые слипаются между собой (плоские), входят одна в другую (уголки, скобки и т.п.) или всплывают на поверхность (легкие полые детали). Тонкие пружины, которые при покрытии насыпью во вращающихся колоколах и барабанах могут скручиваться между собой, покрываются обычно на подвесках (мелкие пружины нанизывают на проволоку или надевают на специальные штыри). Если толстые пружины в процессе вращения не скручиваются между собой, их можно покрывать в барабанах, иногда при этом их нанизывают на проволоку. При защитном анодировании мелкие детали можно обрабатывать в плотно закрывающихся корзинах, обеспечивающих надёжное контактирование. Детали, подвергающиеся химическим видам покрытий (фосфатирование, оксидирование и пр.), независимо от их размеров обрабатывают в большинстве случаев в корзинах или в специальных кассетах, подвески применяют только в том случае, если это вызвано конфигурацией деталей. Мелкие детали покрывают в барабанах.
В зависимости от производственной программы в м2/год (м2/месяц) или объёма заказа выбирают оборудование и его количество в соответствии с его производительностью. Автоматические линии с жёстким циклом выбирать и проще и сложнее одновременно. Проще, так как в их технических характеристиках уже заложено выполнение конкретного технологического процесса со строго определенной производительностью, не требующей расчёта; сложнее, так как выбор линий по их производительности и набору операций достаточно узок и в очёнь редких случаях удаётся подобрать подходящую линию, чтобы коэффициент её использования (КПД) был бы максимальным. Автооператорные линии с гибким циклом, а также механизированные линии и линии из стационарных ванн в соответствии с операциями технологического процесса собирают из отдельных ванн, количество которых определяют расчётным путем, что и будет рассмотрено ниже.
Таким образом, характеристики деталей и условия их эксплуатации определяют перечень технологических операций, что является фактически компоновкой (набором и порядком расположения ванн) гальванической линии. Задача технологов производства состоит в том, чтобы выбрать на основе своих знаний и опыта наилучшие технологические рас-1 творы и электролиты и по их параметрам произвести расчёт производ
87
ства, т.е. рассчитать необходимое для выполнения производственной программы количество единиц оборудования и рабочих, а также потребность в материальных и энергетических ресурсах. После этого составляется планировка цеха на выделенных площадях. Выбор технологического процесса и составов растворов и электролитов не является предметом рассмотрения данного материала, основное внимание будет уделено расчёту оборудования, потребности в материалах, электроэнергии, паре, сжатом воздухе, промывной воде, а также расчёту объёма и состава сточных вод.
6.1. Определение фондов рабочего времени и режима работы цеха
При расчёте производства прежде всего необходимо определиться в режиме работы цеха металлопокрытий. Цеха и участки гальванопокрытий до недавнего времени в большинстве своём работали в две смены при пятидневной рабочей неделе с двумя выходными. Однако в сегодняшних условиях неполной занятости предприятий гальванические цеха работают, как правило, лишь в одну смену при пятидневной рабочей неделе. Если остановка гальванооборудования по условиям производства нежелательна или'недопустима (например, при покрытии проволоки и ленты на конвейерной установке или при применении очень длительного процесса), то работа в цехе может производиться непрерывно в течение 24 ч (за сутки). В этом случае применяется четырёхсменный режим.
Различают:
номинальный годовой фонд времени работы цеха (отделения, участка);
действительный годовой фонд времени работы оборудования;
действительный годовой фонд времени работы рабочих.
Номинальный годовой фонд времени работы цеха устанавливается
в зависимости от режима работы цеха. Продолжительность рабочей недели в одну смену с двумя выходными днями составляет 41 ч. В году 52 недели и 10 праздничных дней, поэтому для нормального по вредности производства номинальный годовой фонд времени с учетом сокращенного рабочего времени перед выходными (праздничными) днями будет составлять при работе: в одну смену 2070 ч, в две смены 4140 ч, в три смены 6210 ч, круглосуточно (без выходных дней) 8760 ч.
Действительный годовой фонд времени работы оборудования
88
меньше номинального годового фонда времени на величину потерь времени на неизбежные простои оборудования, вызванные его ремонтом и невыходом на работу рабочих по уважительным причинам.
Средние годовые потери времени в процентах от номинального фонда времени обычно составляют: для неавтоматизированного оборудования: 2% при работе в одну смену, 3 % - в две смены и 4 % - в три смены; для автоматизированного оборудования 8 % при работе в две смены и 10% при работе в три смены.
Таким образом, действительный годовой фонд времени работы оборудования, выраженный в часах, составит при работе: неавтоматизированного оборудования в 1 смену 2030 ч, в 2 смены 4015 ч, в 3 смены 5960 ч; автоматизированного оборудования в 2 смены - 3810 ч и в 3 смены - 5590 ч.
Действительный годовой фонд времени работы рабочих определяется в зависимости от характера работы и особых условий производства в соответствии с общими положениями об отпусках.
Продолжительность очередного отпуска предусматривается: для нормальных по вредности условий труда 15 рабочих дней в году (~5 %), для вредных условий труда 18 и 24 дня в зависимости от степени вредности (~7% и ~8%). Кроме очередных отпусков, при расчёте действительного годового фонда времени работы рабочих нужно учесть также потери времени, неизбежные в каждом производстве (неявки по болезни, вследствие выполнения государственных обязанностей и пр.)
Таким образом, действительный годовой фонд времени работы рабочих для машиностроительных предприятий составляет при продолжительности отпуска 15 дней - 1860 ч, 18 дней - 1840 ч, 24 дня - 1820 ч.
6.2. Требования к выбору технологического оборудованияи расчёт его количества
При выборе оборудования необходимо учитывать следующие факторы:
технологические параметры техпроцесса (продолжительность операций обработки, температурный режим работы растворов, токсичность выбросов в атмосферу);
тип производства (серийность);
технические характеристики оборудования (в первую очередь про из водител ьность);
89
- сложность изготовления, настройки, ремонта и обслуживания оборудования, а также его цену.
Производство по производительности условно делят на мелкосерийное (до 50 тыс. м2/год), серийное (50-150 тыс. м2/год), крупносерийное (150-300 тыс. м2/год), массовое (свыше 300 тыс. м2/год). Для мелкосерийного производства следует применять стационарные ванны и механизированные линии. Для серийного производства следует применять автоматы различных типов и механизированные линии. Для массового и крупносерийного производства с установившейся номенклатурой следует использовать автоматы с жёстким циклом. Автоматы и механизированные линии с программным управлением следует применять для производства с часто меняющимися номенклатурой и видами покрытий и на два-три покрытия (например, кадмирование и цинкование; цинкование и фосфатирование; меднение, никелирование и хромирование).
Так как в технических характеристиках автоматических линий с жёстким циклом уже заложено выполнение конкретного технологического процесса со строго определённой производительностью, не требующей расчёта, то рассмотрим расчёт автооператорных линий с гибким циклом, а также механизированных линий и линий, составленных из стационарных ванн.
При расчёте потребного количества ванн обычно задаются их размерами. Размеры ванн принимают по нормалям, стандартам, имеющимся рабочим чертежам или другим нормативным материалам. Размеры ванн выбирают в зависимости от производственной программы, а при покрытии крупногабаритных деталей - с учётом их максимальных раз
меров.
Количество ванн каждого вида нанесения покрытий и других ли-митирующих (по времени выдержки деталей в них) технологическихопераций определяется по формуле:
S-(t0+t3)
N = -
(6.1)
n-f-60ToK3
где N - количество ванн (округляется до целого числа в большуюсторону); 5 - годовая программа по рассчитываемому виду покрытия,м2; т0 - продолжительность процесса в ванне, мин; т3 - продолжитель-
ность загрузки-выгрузки ванны, мин; п - количество рядов катодных штанг в ванне при обработке деталей на подвесках, шт.;/- единовре
90
менная загрузка ванны (табл. 6.1 и 6.2), м2; Та — действительный годо
вой фонд времени работы оборудования, ч; К3 - коэффициент загрузки линии или ванны. Средний коэффициент загрузки для автоматов, механизированных линий и ванн с ручным обслуживанием (стационарных ванн) следует принимать 0,8-0,9.
Продолжительность процесса (т„) электролитического осаждения металлов рассчитывается в минутах по формуле:
dy-60= <к£вт
(6.2)
где d - толщина покрытия, мкм; у- удельный вес осаждаемого металла, г/см3; iK - плотность тока, А/дм2; g - электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/(А-ч); ВТ - выход металла току, %; 60 - коэффициент перевода часов в минуты.
Расчёт продолжительности процесса нанесения покрытия в колоколах и барабанах производят по средней плотности тока. Вследствие недостаточно равномерного пересыпания деталей и частичного истирания покрытия в процессе вращения продолжительность процесса в барабанах и колоколах должна быть увеличена по сравнению с расчётной на 20-40% для твёрдых металлов и на 40-60% для мягких металлов.
Продолжительность анодирования и химических процессов покрытий (фосфатирования, оксидирования и пр.) принимают по данным технологического процесса. Продолжительность обезжиривания и травления либо принимают по данным техпроцесса, либо устанавливают опытным путём в зависимости от загрязнённости деталей. Продолжительность загрузки и выгрузки деталей из ванн можно принять равной 1 мин.
Для технологических операций малой продолжительности (около 1 мин), таких, как активирование, осветление, пассивирование и др., необходимое количество ванн принимается по 1 шт. для каждой операции.
Количество ванн промывки определяется, не исходя из их производительности, а в зависимости от величины критерия промывки (см. ниже), наличия производственной площади и необходимого объёма и состава сточных вод. Выбор схемы и режима промывки будет рассмотрен в гл. 8.
При расчёте количества единиц оборудования необходимо учитывать затраты времени в начале первой (после перерыва в работе цеха)
91
смены на разогрев ванн, монтаж первой партии деталей на подвески и проведение предварительной (обезжиривание, активация, промывка) обработки первой партии деталей и заключительной (промывка, осветление, пассивация, сушка) обработки последней партии деталей перед следующим перерывом в работе цеха. Такое время в процентах от продолжительности работы цеха за сутки для стационарных ванн, колоколов и барабанов обычно составляет при работе в одну смену 6-10%, в две смены 3-5 % и в три смены 2-4 %. Если по условиям производства между каждой сменой требуется остановка оборудования, то затраты времени во всех случаях будет одинаковыми и равными 6-10% от продолжительности смены независимо от их количества за сутки.
Единовременная загрузка ванн определяется либо на основании размещения деталей на подвесках (при этом составляют специальную загрузочную ведомость), либо по укрупнённым нормам. Загрузочные ведомости с размещением деталей на подвесках составляют только в отдельных случаях, когда это бывает вызвано особой конфигурацией деталей при небольшом количестве наименований или другими специфическими особенностями процесса. Например, загрузочную ведомость обычно составляют при твёрдом хромировании и при покрытии крупногабаритных деталей, таких, как бампер, детали корпуса и крыльев самолетов и пр.
В практике проектирования цехов гальванопокрытий при расчёте оборудования единовременную загрузку ванн принимают обычно по укрупнённым нормам, представленным в табл. 6.1 и 6.2.
После определения количества ванн рассчитывают ритм R, работы по каждой 1-й лимитирующей операции (мин/загрузку):
,(6.3)
1 K3N
где т0 - продолжительность процесса в ванне, мин; т3 - продолжитель ность загрузки-выгрузки ванны, мин; К3 - коэффициент загрузки линии или ванны; N - количество ванн (округляется до целого числа в большую сторону).
92
Таблица 6.1
Укрупненные нормы загрузки ванн при обработке деталей на подвесках
Норма загрузки ванн, м2/погонный метр штанги
Вид покрытия Глубина ванны,м
0,6 0,8 1,0
Щелочные и цианистые электролиты:
Цинкование и кадмирование мелких деталей 0,5 0,6-0,7 0,7-0,8
средний деталей 0,7 0,8 0,9
крупных деталей 0,4 0,5 0,7
Меднение 0,5 0,6-0,7 0,7-0,8
Серебрение 0,4 0,5 0,6
Лужение 0,5 0,7 0,8
Кислые электролиты:
Никелирование, меднение 0,3-0,4 0,5-0,6 0,6-0,7
Цинкование и кадмирование (в том числе аммиакатные), лужение 0,4-0,6 0,5-0,7 0,6-0,8
Хромирование декоративное - 0,4-0,5 0,4-0,5
износостойкое - 0,2-0,3 0,2-0,3
Анодирование - 1,5 1,5-1,8
электроизоляционное и твёрдое - - 0,2-0,3
Электрополирование стали, меди, никеля, 0,2-0,3 алюминия Нанесение сплавов медь-цинк и олово-цинк - - 0,6-0,8
Нанесение сплава олово-висмут - 0,7 0,6-0,8
Нанесение сплава никель-кобальт - - 0,6-0,8
Химическая обработка:
Фосфатирование стали - - 1,2-1,5
Оксидное и оксидно-фосфатное покрытие - - 1,2-1,5
алюминия Оксидирование стали, меди насыпью - - 8,0-10,0
Оксидирование магниевого литья - - 0,6-0,8
93
Таблица 6.2
Укрупненные нормы загрузки ванн при обработке деталей насыпью
Норма загрузки ванн, м2
Вид покрытия Объём барабана, колокола, л
2,5 10 20 50 80
Щелочные, цианистые электролиты:
Цинкование в колоколах - - 1 1,5 2
в барабанах - - 1,5 3 4
Меднение в колоколах - - 1 1,5 2
Серебрение в колоколах 0,2 0,5 1 1,5 2
в барабанах - 1 1,5 3 4
Лужение в колоколах - 0,5 1 1,5 2
Кадмирование в колоколах - 0,5 1 1,5 2
в барабанах - 1 1,5 3 4
Кислые электролиты:
Никелирование, меднение, цинкование и лужение в колоколах - - 1 1,5 -
Никелирование, меднение, цинкование в барабанах - - 1,5 3 4
При химических покрытиях насыпью в корзинах норма загрузки ванн составляет 10-12 м2 (или ориентировочно 100-120 кг) на 1 м3 раствора.
Ритм работы всей линии (ритм выхода подвесок) будет равен максимальному значению из рассчитанных по формуле (6.3) величин ритма лимитирующих операций.
Исходя из ритма работы линии определяют производительность F линии (м2/ч):
F = 6tL ,(6.4)
^тах
где/- единовременная загрузка ванны, м2; Rm(n - максимальный ритм работы лимитирующих операций, мин/загрузку.
94
Если в процессе обработки деталей может появиться брак, допускающий переделку покрытия, то производительность линии по нанесению годных покрытий F,ж будет меньше производительности ванн на величину передела брака (м2/ч годных покрытий):
FnK=F-(l-0,01-a),(6.5)
где а - величина брака продукции, допускающего переделку, % . После этого определяют годовую производительность S линии (м2/год):
S—Fnx'To
(6.6)
Рассмотрим пример расчёта линии, составленной из стационарных ванн.
Дано: годовая программа 30000 м2 декоративного цинкования стальных деталей II группы сложности профиля; двухсменный режим работы; средняя толщина покрытия 9 мкм с хроматной пассивацией; максимальные габариты деталей 800x200x500 мм (обработка деталей на подвесках). Состояние поверхности деталей после механической обработки не требует предварительного химического обезжиривания и травления. Допустимое количество бракованных покрытий, допускающих переделку, составляет 2%. Удельный вес цинка 7,13 г/см3, электрохимический эквивалент цинка (Zn2+—>Zn) 1,22 г/(А ч).
Составляем последовательность технологических операций:
монтаж деталей - электрохимическое обезжиривание - тёплая промывка - активирование - холодная промывка - цинкование - холодная промывка - осветление - холодная промывка - пассивация - холодная промывка - тёплая промывка - сушка - демонтаж деталей.
Выбираем составы растворов и соответствующие технологические режимы:
электрохимическое обезжиривание — состав электролита (г/л): NaOH 15- 35; NajP04-12H20 15-35; CaCQ, 15-35; синтамид-5 2-3; рабочий режим, температура 50-70°С, анодная плотность тока 1-3 А/дм2, время обработки 5-10 мин,
активирование стали - состав раствора: НС1 50-100 г/л; время обработки 0,15-1,0 мин;
декоративное цинкование - состав электролита (г/л): ZnCl2 60-120; КС1 180-220; Н3В03 15-25; добавка ЦКН-3 35-50 мл/л; рабочий режим: катодная плотность тока 1-3 А/дм2 (оптимальная 2 А/дм2), температура раствора 18-25°С, pH 4,5-5,5, скорость осаждения до 40 мкм/ч (оптимальная 25 мкм/ч), выход металла по току 90-95%;
осветление цинкового покрытия - состав раствора: HNOj 10-30 г/л; время обработки 0,08-0,25 мин;
95
хроматирование цинкового покрытия - состав раствора (г/л):Na2Cr207'2H20 100-150; H2S04 8-10; время обработки 0,1-0,3 мин.
Рассчитываем продолжительность цинкования по формуле (6.2):
dy60 _9-7,13-60
Тп =
LgBT 2-1,22-93
— 17 мин.
Продолжительность остальных технологических операций (мин) принимаем максимальной: электрохимического обезжиривания - 10, активирования - 1. осветления - 0,25, пассивации - 0,3; промывки - 1, сушки - 5, монтажа и демонтажа деталей - 1.
Рассчитываем необходимое количество ванн по формуле (6.1).
Лимитирующими операциями в нашем случае являются цинкование и электрохимическое обезжиривание, поэтому расчёт количества ванн проводим только для этих операций, количество остальных ванн принимаем по одной для каждой операции. По ОСТ 2 П65-1-80 выбираем для электрохимического обезжиривания и цинкования ванны с одним рядом катодных штанг (л=1) и внутренними размерами 1250x710x800 мм.
Единовременную загрузку / для всех ванн принимаем равной единовременной загрузке лимитирующей операции, т.е. самой продолжительной, каковой является цинкование. Из табл. 6.1 определяем единовременную загрузку ванны аммиакатного цинкования, у которой глубина 0,8 м, а длина катодной штанги 1,25 м: 0,7x1,25=0,88 м2.
Действительный годовой фонд времени работы неавтоматизированного
оборудования Та при двухсменной работе составляет 4015 ч. Коэффициент за
грузки К3 ванн принимаем 0,8.
Подставляем принятые значения в формулу (6.1) и определяем количествованн обезжиривания и цинкования:
S-(r0+r3)_30000■( 10 +1) -igj принимаем N06ei = 2 шт.
^овезж.
n-f-60-To-K3 1-0,88-60-4015-0,8
^_ S-(t0+t3) _30000 (17 + 1)=jig принимаем Щинк = 4 шт.
цинк. - п J. 150.Тд,Кз - 1-0,88-60-4015-0,8'
Для всех остальных технологических операций в виду малой продолжительности обработки (менее 1 мин) принимаем необходимое количество ванн по 1 шт. Для операций промывки предварительно, до выбора оптимальной системы промывки, также принимаем количество ванн по 1 шт.
Рассчитываем производительность линии.
Ритм работы по операции электрохимического обезжиривания рассчитываем по формуле (6.3):
юбезж. ’
K3-N
10 + 1
0,8-2
= 6,88 мин
96
Ритм работы по операции цинкования рассчитываем аналогично:
D _Т„+Т3 _ 17+1 _ С/Г5
Л»ijjiiy—■ '— мин
4■ K3-N 0,8-4
Ритм работы линии цинкования равен ритму работы по операции электрохимического обезжиривания как максимальному (при этом ванны цинкования будут недогруженными, в противном случае для обеспечения максимальной производительности 4-х ванн цинкования необходимо добавить ещё одну ванну электрохимического обезжиривания, что для выполнения заданной годовой программы явно избыточно):
Riimuu = Кобезж = 6,88 мин
Производительность линии рассчитываем по формуле (6.4)-
60 /
F = -
60 0,88 _2
■:— = 7,67 лИ /ч
6,88Если в процессе цинкования может появиться брак, допускающий пере* делку покрытия, то производительность линии цинкования по нанесению год* ных покрытий будет меньше производительности ванн цинкования на величину передела брака:
F„K = F -(1 -0,01а) = 7,67 ■( 1-0,01 -2) = 7,5 м2 /ч годных покрытий
Проверяем годовую производительность по формуле (6.6): S=7,5-4015=30112 м2/год.
Таким образом, 4 ванны цинкования обеспечат выполнение заданной годовой программы 30000 м2.
Составляем компоновку линии в соответствии с технологическим процессом.
обезж

акт хал цинк цинк цинк цинк хол осв хол пас
Данная компоновка линии цинкования не является окончательной, так как количество ванн промывки не определяется соотношением продолжительности промывки и производительности линии, а зависит от требуемого качества промывки, принятой схемы промывки и технических условий очистки сточных вод. Поэтому по составленной компоновке линии рассчитывают потребность в электроэнергии, паре, химикатах и материалах; объём водопотребления рассчитывают после выбора оптимальной схемы промывки и уточнения компоновки линии.
Расчёт источников постоянного тока
Расчёт источников постоянного тока производят на основании силы тока, потребляемой ваннами, с учётом требуемого напряжения. Ве-
97
личину силы тока, подводимого к одной ванне, рассчитывают по величине единовременной загрузки ванны и плотности тока. Однако, при выборе источника постоянного тока для питания ванн ориентируются на величину силы тока, превышающей расчётную на 15-20%:
/=!•/ ■(!, 15+1,20).
Это необходимо потому, что подвески имеют неизолированные контакты, увеличивающие общую покрываемую поверхность, а также потому, что при расчёте оборудования по укрупнённым нормам отдельные загрузки на подвеску или в ванну могут быть несколько выше средних расчётных.
Помимо силы тока при выборе источников постоянного тока для питания гальванических ванн необходимо знать напряжение на ванне. Напряжение на ванне зависит от: вида покрытия и электролита, плотности тока, расстояний между анодом и деталями, температуры электролита.
Необходимое напряжение на ванне может быть принято на основании практических данных или определено расчетным путем. Напряжение на ванне Е складывается из падения напряжения на преодоление омического сопротивления электролита Еп , алгебраической разности электродных поляризаций Еа-Ек и падения напряжения в контактах и проводниках первого рода Е„р:
Е-Еп+ (Еа -Ек) + Епр(6.5)
Падение напряжения на преодоление омического сопротивления электролита Eq рассчитывают через катодную плотность тока ц (или, среднюю плотность тока, если катодная и анодная плотности различны),!
расстояние между анодом и катодом i и удельную электропроводность электролита %:
Еп(6-6)
Х100 хЮО
Величины анодной и катодной поляризации Еа и Ек определяются экспериментально или из расчёта равновесных потенциалов и значений анодной и катодной поляризации при данной плотности тока.
Падение напряжения в контактах и проводниках первого рода Епр (в штангах, деталях, анодах) не может быть определено расчётным путём, особенно потери в контактах, которые вследствие загрязнений и
98
коррозии достигают значительных размеров (до 50 % от общего напряжения на ванне).
Обычно принимают Епр= 5-И0% от суммы Eq + (Еа -Ек).
При анодировании и покрытии деталей насыпью в колоколах и барабанах напряжение на ванне не может быть определено расчётным путем из-за целого ряда факторов.
При проектировании напряжение, которое необходимо подвести к ванне, принимают обычно по практическим данным. Выпрямители выбирают по номинальному значению выпрямленного напряжения, рекомендованному для проведения различных электрохимических процессов, которое представлено в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Рекомендуемое номинальное напряжение выпрямителядля электрохимических процессов
Электрохимические процессы Номинальное
напряжение,
В
На подвесках:
Цинкование, кадмирование, лужение, свинцевание, мед- 6
нение цианистое; никелирование и меднение кислые без перемешивания и без нагрева
Электрохимическое обезжиривание, хромирование де- 9; 12
коративное и твердое, снятие покрытий (меди, никеля, хрома), никелирование и меднение кислые с перемешиванием и с нагревом Анодирование в серной кислоте 12; 18; 24
Электрополирование алюминия в кислом растворе 18; 24
Электрополирование алюминия в щелочном растворе 12; 18; 24
Для всех видов покрытий в колоколах и в барабанах 12; 18; 24
При выборе типов выпрямителей следует исходить из индивиду^ ального питания каждой ванны, т.е. на каждую ванну должен быть установлен отдельный выпрямитель. Один выпрямитель на две-три ванны устанавливают очень редко, только при небольшой силе тока и для ванн с одинаковыми процессами.
99
Рассмотрим пример расчёта источников постоянного тока для рассчитанной в §6.2 линии декоративного цинкования.
Сначала определим величину силы тока, подводимого к одной ванне электрохимического обезжиривания, при плотности тока 200 А/м2 и единовременной загрузке 0,88 м2:
/=1А -f-1,20 = 200 • 0,88 1,2 = 211 (А).
После этого по величинам силы тока и номинального напряжения 9 В (табл. 6.3) для 2-х ванн электрохимического обезжиривания выбираем один выпрямитель ТВ 1-800/12Т-ОУХЛ4.
Теперь определим величину силы тока, подводимого к одной ванне цинкования, при плотности тока 200 А/м2 и единовременной загрузке 0,88 м2:
I=iK f l,20 = 200 ■ 0,88 1,2 = 211 (А)
По величинам силы тока и номинального напряжения 6 В (табл. 6.3) для питания электрическим током 4-х ванн цинкования выбираем два выпрямителя ТВ 1 -800/12Т-ОУХЛ4.
Расчёт расхода пара и сжатого воздухаРасход пара определяют из расчёта потребного количества теплоты, необходимого для разогрева ванн до нужной температуры и теплоты для поддержания рабочей температуры ванн с учётом тепла, которое выделяется при прохождении через ванну электрического тока, т.е. джоулева тепла. Расчёт количества теплоты, которое следует подводить каждый час к ванне на её разогрев (при наличии или отсутствии принудительной вентиляции), можно проводить по ранее представленным упрощённым формулам (1.1 и 1.2).
Можно пользоваться примерными средними данными - показателями расхода пара в кг/ч для ванн ёмкостью 100 л без наружной теплоизоляции, приведенными в табл. 6.4. Эти показатели получены путем вычисления количества тепла, необходимого на разогрев ванны за 1 ч и на поддержание её температуры при установившемся режиме процесса. Для ванн ёмкостью более 100 л данные, приведенные в табл. 6.4, нужно соответственно увеличить.
Для электрохимических ванн при их работе расход пара уменьшается на величину QJ[X. (кг/ч), пропорциональную джоулевой теплоте, выделяемой при прохождении через раствор электрического тока, и рассчитываемую по упрощённой формуле:
О-Дж —
1-Ц-х f573
(6.7)
100
где /- сила тока, подаваемого на ванну, А; С/ — напряжение на ванне, В; т- время прохождения тока, ч.
Если полученное значение <2//*. больше величины расхода пара на поддержание температуры ванны, определенной по табл. 6.4, то раствор ванны необходимо охлаждать.
При расчёте годовой потребности пара следует количество пара, требуемое на разогрев раствора, умножить на количество рабочих дней в году (251 день) и прибавить к нему требуемое для поддержания необходимой температуры раствора количество пара, умноженное на действительный годовой фонд работы оборудования Т0. ■
Таблица 6.4
Примерные показатели расхода парана ванны ёмкостью 100 л при давлении пара 3 атм
Температура разогрева, °С Расход пара, кг/ч
для растворов при нагревании посредством для промывной воды при нагревании змеевиком
змеевика пароводяной рубашки на ра- зогрев на поддержание температуры
на
разо
грев на поддержание температуры на разогрев на поддержание температуры 1 раз в 2 ч 1 раз в 3 ч
30 4,3 0,27 10,0 0,86 - - -
35 5,3 0,37 11,1 0,92 - - -
40 6,4 0,49 12,2 0,98 - - -
45 7,4 0,62 13,3 1,07 - - -
50 8,5 0,78 14,4 1,18 8,5 4,64 3,36
55 9,6 0,97 15,5 1,32 - - -
60 10,7 1,18 16,6 1,49 10,7 6,0 4,39
70 13,5 1,72 - - 13,5 7,5 5,56
80 15,8 2,44 - - 15,8 9,2 6,95
90 18,1 3,44 - - 18,1 11,15 8,6
100 20,9 4,78 - - - - -
101
Рассмотрим пример расчёта расхода пара для рассчитанной в § 6.2 линии декоративного цинкования.
Для разогрева 2-х ванн электрохимического обезжиривания объёмом по 530 л с помощью змеевика до температуры 70 °С за 1 час требуется (по табл.
6.4)
13,5 -5,3-2 = 143,1 кг пара с давлением 3 атм.
Для разогрева 2-х ванн теплой промывки объёмом по 530 л с помощью змеевика до температуры 60°С за 1 час требуется (по табл. 6.4)
10,7 ■ 5,3 ■ 2 = 113,4 кг пара с давлением 3 атм.
Таким образом, в течение года на разогрев вышеперечисленных ванн требуется
(143,1 + 113,4)- 251(день) = 64381,5 кг/год пара с давлением 3 атм.
Для поддержания рабочей температуры раствора (70 °С) в 2-х ваннах электрохимического обезжиривания объёмом по 530 л с помощью змеевика за 1 час требуется (по табл. 6.4)
1,72 ■ 5,3 ■ 2 = 18,2 кг/час пара с давлением 3 атм.
Для поддержания рабочей температуры воды (60 °С) в 2-х ваннах теплой промывки объёмом по 530 л с помощью змеевика за 2 часа требуется (по табл.
6.4)
6,0 ■ 5,3 ■ 2 : 2 = 31,8 кг/час пара с давлением 3 атм.
Таким образом, в течение года на поддержание рабочей температуры в вышеперечисленных ваннах требуется
(18,2 + 31,8) ■ 4015 (ч) = 200750,0 кг/год пара с давлением 3 атм.
Для 2-х ванн электрохимического обезжиривания при их работе расход пара уменьшается на величину джоулевой теплоты. Сначала определим продолжительность работы 2-х ванн обезжиривания за год. При ритме работы линии 6,88 мин за один час обрабатываются 60:6,88=8,72 загрузок. Каждая загрузка линии обрабатывается в течение 0,17 ч (10 мин) и потребляет 211-2=422 А. Таким образом, за год обе ванны электрохимического обезжиривания будут работать 8,72-0,17-4015=5952 ч. Таким образом, величина джоулевой теплоты, выделившейся за год при работе 2-х ванн электрохимического обезжиривания, соответствует (по формуле 6.7)
_ I-U-T _ 422-9-5952 _5^/ ^ пара с давлением 3 атм.
УДж 573573
Следовательно, годовая потребность пара для линии цинкования составляет 64381,5 + 200750,0 - 39451,5 = 225680,0 кг/год пара с давлением 3 атм
102
Расход сжатого воздуха на барботаж определяют, исходя из нормы расхода 0,2ч-0,3 л/мин на 1 л раствора по формуле:
W = (0,2*0,3) ' Vванны ■60,(6.8)
где Vemd - расход воздуха, л/ч; Уванны - объем ванны, л; 60 - коэффициент перевода л/мин в л/ч.
Расход сжатого воздуха на обдув деталей для их сушки составляет приблизительно 10-20 м3/ч при диаметре сопла 3 мм и давлении 2-3 атм.
Расчёт расхода анодов и химикатов
Расход анодов. Для всех электрохимических процессов покрытия (за исключением процессов хромирования, анодирования и некоторых процессов нанесения покрытий из драгметаллов) применяют растворимые аноды.
Расход растворимых анодов определяется полезным расходом металла, идущего на покрытие деталей, технологически неизбежными потерями и технологическими отходами:
Ма = Sdy + ЛМ„+ АМи,(6.9)
где Ма - расход растворимых анодов, г; 5 - покрываемая поверхность с учётом брака, м2; d- толщина покрытия, мкм; у-удельный вес, анодного материала, г/см3; АМ„ - технологически неизбежные потери металла (кроме серебра и золота) из-за покрытия неизолированных частей подвесок или катодных контактов в колоколах и барабанах, шламо- образования анодов и угара при переплавке, г; АМ„ - технологические отходы, образующиеся в виде неиспользуемых остатков анодов (обсос- ков) и в виде стружки при сверления отверстий, г.
Технологически неизбежные потери и технологические отходы в сумме составляют ~ 6% от полезного расхода металла.
Расход нерастворимых анодов определяется их химическим и механическим разрушением в процессе работы, вследствие чего их приходится заменять. Аноды (свинцовые) при хромировании из-за их периодической механической чистки, а также при электрохимическом обезжиривании рекомендуется менять 2 раза в год, катоды рекомендуется менять при анодировании алюминия - 1 раз в 2 года, при электрополировании - 1 раз в год при непрерывной работе цеха.
Расход анодов на первоначальную загрузку оборудования в период пуска рассчитывают по количеству одновременно загружаемых анодов
103
и их массе, которые определяются требуемым соотношением катодной и анодной плотностей тока.
Рассмотрим пример расчёта расхода анодов для рассчитанной в § 6.2 линии декоративного цинкования.
Расход цинковых анодов составляет (по формуле 6.9):
Ма = S-d-y+ ЛМ„+ ЛМ„ = 30000 1,02 -9-7,13-1,06 = 2081418,1 г/годили 2081,4 кг/год
Расход стальных анодов (отношение анодной поверхности к катодной 1.1, толщина стального листа 2 мм, плотность стали ~7,86 г/см3, смена электродов 2 раза в год) при электрохимическом обезжиривании в 2-х ваннах составляет: 0,88-2-103-7,86-2-2 = 55334,4 г/год ши 55,3 кг/год
Расход химикатов. Расход химикатов обусловлен полезным их расходом на образование покрытия, технологически неизбежными потерями и технологическими отходами технологических растворов, содержащих химикаты.
Полезный расход химикатов на образование покрытия характерен для электрохимических процессов нанесения покрытий с нерастворимыми анодами и химических процессов осаждения покрытий. Полезный расход химиката пропорционален количеству активного элемента химиката, который остается в покрытии.
Технологически неизбежные потери включают в себя:
унос растворов деталями и приспособлениями при выгрузке их из ванн;
унос растворов в вентиляционные каналы для вентилируемых ванн;
потери при фильтрации растворов и чистке ванн;
потери при приготовлении и корректировании растворов;
потери при регенерации электролитов под током;
уменьшение содержания компонентов за счет химического взаимодействия с материалом деталей, продуктами коррозии и жировыми загрязнениями.
Технологические отходы химикатов возникают при замене отработанных растворов, которые хоть и потеряли работоспособность, но ещё содержат значительные количества годных химикатов.
Технологически неизбежные потери являются неотъемлемой частью норм расхода химикатов для всех процессов и зависят от сложно
104
сти профиля деталей и характеристики оборудования, поэтому технологически неизбежные потери установлены в л раствора на 1 м2 при обработке деталей И группы сложности на подвесках в стационарных ваннах (табл. 6.5), а в других случаях умножаются на поправочные коэффициенты:
при покрытии на подвесках в автоматических и полуавтоматических линиях-0,8;
при обработке деталей в барабанах и колоколах погружного типа -1,5;
при обработке деталей в колоколах наливного типа - 1,8;
при подпитке технологической ванны промывной водой из ванны улавливания - 0,5.
при обработке деталей других групп сложности профиля - по табл. 6.6.
Расчёт расхода химикатов в г/м2 производится путем умножения величины нормы потерь раствора на поправочные коэффициенты и на концентрацию в г/л каждого компонента в электролите.
Для электрохимических процессов с нерастворимыми анодами (хромирование, нанесение некоторых редких и благородных металлов) и химического осаждения металлов нормы расхода химикатов помимо технологически неизбежных потерь включают полезный расход химикатов, а для процессов осаждения металлов из цианистых электролитов - расход цианидов на анодное окисление и разложение углекислотой. В этих случаях нормы расхода химикатов установлены в г/м2 на 1 мкм толщины слоя покрытия.
Норматив расхода хромового ангидрида определяется по формуле: Нха = с-(П0 + Пк) + d (p + П„-с) ,(6.10)
где Нха - норматив расхода хромового ангидрида, г/м2; с - концентрация хромового ангидрида в электролите, г/л; d— средняя толщина покрытия, мкм; р- количество хромового ангидрида, необходимое для покрытия 1 м при толщине слоя 1 мкм, р- 14 г/(м -мкм); П„ - потери электролита за счёт уноса в вентиляцию (табл. 6.7), л/(м2-мкм); П0 - потери электролита за счёт уноса с деталями и приспособлениями (табл. 6.7), л/м2; Пк - потери электролита при его корректировании, чистке и анализе (табл. 6.7), л/м2.
Средняя толщина покрытия определяется как среднеарифметиче-
105
ское значение между минимальной толщиной, указанной в конструкторской документации на деталь, и максимальной, следующей в ряду толщин покрытий, если в конструкторской документации нет особых указаний.
Таблица 6.5
Технологически неизбежные потери растворов в процессах химическойи электрохимической обработки деталей II группы сложности
Наименование операции Обрабатываемый материал или вид покрытия Потери
растворов,
л/м2
1 2 3
Подготовительные операции
Обезжиривание органическими растворителями Все металлы, кроме титана, алюминия, меди и её сплавов; все полированные покрытия, кроме медных сплавов 0,84
Обезжиривание химическое Все металлы, сплавы, покрытия 0,66-1,2*
Обезжиривание элек- трохимическое Алюминий и его сплавы 0, 84
Сталь всех марок, ковар 0,94
Все металлы и сплавы, покрытия 0,94
Цинковые сплавы, в том числе ЦАМ 0,66
Травление химическое Сталь углеродистая, низко- и среднелегированная, чугун, ковар и т.д. 0,94
Коррозионно-стойкие стали, медь и её сплавы, алюминий и его сплавы 0, 84
Снятие травильного шлама Сталь; алюминий и его сплавы 0, 84
Активация химическая Сталь, медь и её сплавы, алюминий и его сплавы, цинковые и кадмиевые покрытия 0,66
Полирование химическое Медь и её сплавы, в том числе бе- риллиевые бронзы, алюминий высокой чистоты, сталь коррозионно- стойкая 0, 84
Полирование электрохимическое Сталь, алюминий и его сплавы 0,66
Медь и её сплавы 0,48
106
Окончание табл. 6.5
1 2 3
Получение металлических покрытий электрохимическим способом
Цинкование, кадмирование, оловянирование Сталь, чугун 0,2
Оловянирование контактное Алюминиевые сплавы 0,39
Никелирование матовое Медь, сталь, алюминий 0,33
Никелирование блестящее Медь, сталь, алюминий 0,36
Меднение, латунирование Медь, никелевые покрытия 0,25
Свинцевание Сталь, чугун, медь и её сплавы 0,2
Хромирование Сталь, медь и её сплавы 0,25
Получение химических покрытий
Химическое никелирование Сталь, алюминий, титан, медь и сплавы на их основе 0, 84
Фосфатирование холодное Сталь 1,2
Фосфатирование горячее Сталь, чугун 1,9
Фосфатирование Цинковые и кадмиевые покрытия, стали углеродистые, низко- и среднелегированные 0, 84
Химическое оксидирование Сталь, чугун 0,54
Анодное оксидирование Алюминий и его сплавы 0,48
Химическое оксидирование Алюминий и его сплавы 1,8
Дополнительная обработка покрытий .<
Осветление и пассивиро- вание Цинковые и кадмиевые покрытия 0,48
Медь и её сплавы, сталь коррозионно-стойкая 0,36
Осветление Алюминий и его сплавы 0,50
Пассивирование Оловянные покрытия 0,36
Наполнение хроматами, красителем Фосфатные и окисные покрытия 0,50
Нейтрализация Все металлы 0,38
Промасливание Фосфатные и окисные покрытия 0,53
Примечание: * - в зависимости от загрязнённости деталей.
107
Таблица 6.6
Классификация поверхности деталей по группам сложностии значения поправочных коэффициентов на сложность профиля деталей
Группа
слож
ности Характеристика поверхности деталей Коэффициент группы сложности
I Поверхности деталей простой формы без резьбы (пластины, планки фланцы, детали с рёбрами жёсткости, цилиндрические детали, валики, штифты) 0,84
II Поверхности деталей, не имеющие труд- нопромываемых участков, задерживающих стекание жидкости (крепёжные детали с резьбой, рельефные детали со сквозными отверстиями, штампованные детали без полостей: петли, крюки, витые пружины, винты, болты) 1,00
III Поверхности деталей, имеющие трудно- промываемые участки, в которых может задерживаться раствор (детали с глухими отверстиями, с внутренней резьбой типа стаканов, коробок, муфт, кожухов) 1,16
Таблица 6.7
Величины потерь электролита хромирования при работев стационарных ваннах
Г руппа сложности деталей Потери на унос в вентиляцию Пв, л/(м2-мкм) Потери на унос с деталями и приспособлениями Пд, л/м" Потери при корректировании, чистке и анализе электролита Пк, л/м2
Защитно-декоративное и твёрдое хромирование
I 0,05 0,155 0,05
II 0,05 0,180 0,05
III 0,05 0,220 0,05
Молочное хромирование
I 0,1 0,155 0,05
II 0,1 0,180 0,05
III 0,1 0,220 0,05
При хромировании с применением защитных средств (препарат пенохром или плавающие шарики) нормативы расхода хромового ан- 108
гидрида, полученные по формуле (6.10), необходимо умножить на коэффициент 0,85.
Норматив расхода цианистого натрия рассчитывается по формуле: Нцн = с (Пд + Пк) + й (Пр + П,.-с)(6.11)
где Нт - норматив расхода цианистого натрия, г/м2; с - концентрация цианистого натрия в электролите, г/л; d - средняя толщина покрытия, мкм; По - потери электролита за счёт уноса с деталями и приспособлениями (табл. 6.8), л/м2; Пк - потери электролита при его корректировании, фильтровании и анализе, л/м2, Пк = 0,05 л/м2; Пр - потери цианистого натрия за счёт разложения при нанесении покрытия 1 м2 толщиной 1 мкм (табл. 6.9), г/(м2-мкм); П, - потери электролита за счёт уноса в вентиляцию, л/(м2-мкм), Пв = 0,015 л/(м2-мкм).
Таблица 6.8
Величины потерь цианистых электролитов при уносе с деталямии приспособлениями при работе в стационарных ваннах
Вид покрытия Группа сложности ' ' "У '
Потери Пд, л/м
I 0,065
Цинкование и II 0,090
кадмирование III 0,115
I 0,095
Меднение и ла- II 0,120
тунирование III 0,145
Таблица 6.9
Величины потерь цианистого натрия за счёт разложенияпри работе в стационарных ваннах
Вид покрытия Потери при нанесения покрытия из электролита Пр, г/(м2-мкм)
без нагрева с нагревом
Цинкование 2,95 3,69
Меднение 2,16 2,70
Кадмирование 2,50 2,86
Нанесение сплава медь-цинк М-Ц (70) 2,37 3,0
Потери цианистого натрия из-за разложения для покрытий, не приведенных в табл. 6.9, определяют по формуле:
109
8-вт
где Пр - потери цианистого натрия из-за разложения, г/(м~-мкм); М„к - масса 1 м2 покрытия толщиной 1 мкм, г/(м2-мкм); Я/ - потери цианистого натрия из-за разложения, мг/(А-с): 0,11 мг/(А с) для электролитов без нагрева и 0,14 мг/(А-с) для электролитов с нагревом; g - электрохимический эквивалент металла или сплава, мг/(А с); ВТ - выход металла по току, %.
Норматив расхода висмута сернокислого при покрытии сплавом олово-висмут (без учета потерь из-за контактного выделения висмута на оловянных анодах) определяется по формуле:
Hec=pd+(nd + nK)c,(6.13)
где Нвс - норматив расхода висмута сернокислого, г/м2; р - полезный расход висмута сернокислого на 1 м2 покрытия толщиной 1 мкм при содержании висмута в покрытии 1 %, г/(м2 мкм) (р = 0,13 г/(м2 мкм); d - средняя толщина покрытия, мкм; с - концентрация висмута сернокислого в электролите, г/л; Пд - потери электролита за счёт уноса с деталями и приспособлениями, л/м2 (для I, II и III групп сложности деталей Пд = 0,125; 0,145 и 0,175 л/м2 соответственно); Пк - потери электролита при его корректировании, фильтровании и анализе, л/м2 (Пк = 0,05 л/м2).
Технологически неизбежные потери при нанесении серебра, палладия и родия составляет 1 %, а при нанесении золота - 0,5 % от теоретической массы покрытия; возвратные отходы при нанесении покрытий из перечисленных металлов составляют 2 % от теоретической массы покрытия.
При расчёте расхода химикатов и растворимых анодов следует учитывать расход на нанесение недоброкачественных покрытий, переделку и удаление дефектных покрытий. При нанесении покрытий широко применяемыми металлами выход годных деталей с покрытиями составляет не менее 98%, при нанесении покрытий на детали из алюминия, титана, магния и их сплавов, а также на детали, имеющие сварные и паяные соединения, и детали, имеющие точные размеры после покрытия, выход годных деталей составляет не менее 95%.
Расход химикатов на приготовление растворов при запуске оборудования определяют на основании рабочего объёма ванны и рецептурного содержания компонентов по формуле:
ПО
(6.14)
Plan = c V.-IOOO
где Рзап - расход химиката при запуске оборудования, кг; с - концентрация химиката в технологическом растворе, г/л; V - объём ванны, л.
Расход химикатов при смене отработанного раствора (Рс„, г/год) определяют по формуле:'
_ с-F■(! + 0,01 -а)(6.15)
СМу
где Рсм ~ расход химиката при смене раствора, кг/год; с - концентрация химиката в технологическом растворе, кг/л; F - годовая программа нанесения покрытия, м2/год; а - величина брака, %; Ксм - удельная нагрузка технологических растворов (по табл. 6.10), м2/л.
Таблица 6.10
Ориентировочные значения удельной нагрузки растворови электролитов, при которых требуется их замена (регенерация)
Наименование операции Удельная
нагрузка,
Кем, м2/л
Щелочное обезжиривание 1,0-1,5
Травление сталей, меди и медных сплавов 0,5-1,0
Активация стали 1,0-1,5
Нанесение металлических покрытий в щелочных и цианистых электролитах 50
Нанесение металлических покрытий в кислых, аммиа- катных, пирофосфатных и других электролитах 25
Хромирование 50
Осветление цинковых и кадмиевых покрытий 2-3
Пассивация цинковых и кадмиевых покрытий 0,5-1,0
Травление алюминия и его сплавов, титана 1,5-3,0
Осветление алюминия и его сплавов 2-4
Химическое оксидирование стали 3-4
Химическое оксидирование магниевых сплавов 1,5-2,0
Химическое оксидирование алюминия и его сплавов 0,8-1,5
Анодное оксидирование алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов 2-4
Фосфатирование 0,8-1,5
Электрополирование сталей 1-2
Химическое и электрохимическое полирование алюминия 1-2
Пассивация сталей 1,5-2,0
111
Рассмотрим пример расчёта расхода химикатов для рассчитанной в § 6.2 линии декоративного цинкования стальных деталей.
При электрохимическом обезжиривании: расход NaOH составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,94 (л/м2)-35 (г/л)-30000 (м2/год) -1,02 (учет брака) = 1006,7 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 35 (г/л)-530 (л) = 18,6 (кг) на замену ванны: 35(г/л)-30000(м2/год) 1,02(учет брака): 1,5= 714,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 1006,7+18,6+714,6 = 1739,3 (кг/год) расход Na3P04-l 2Н20 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,94 (л/м2)-35 (г/л)-30000 (м2/год) -1,02 (учет брака) = 1006,7 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 35 (г/л)-530 (л) = 18,6 (кг) на замену ванны: 35(г/л)■30000(м2/год) ■ 1,02(учет брака):1,5= 714,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 1006,7+18,6+714,6 = 1739,3 (кг/год) расход СаС03 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,94 (л/м2)-35 (г/л)-30000 (м2/год) -1,02 (учет брака) = 1006,7 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 35 (г/л)-530 (л) = 18,6 (кг) на замену ванны: 35(г/л)-30000(мг/год) -1,02(учет брака): 1,5= 714,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 1006,7+18,6+714,6 = 1739,3 (кг/год) расход синтамида-5 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,94 (л/м2) 3 (г/л) 30000 (м2/год) 1,02 (учет брака) = 86,3 (кг/год) на приготовление ванны при'запуске: 3 (г/л)-530 (л) = 1,6 (кг) на замену ванны: 3(г/л)-30000(м2/год) -1,02(учет брака): 1,5= 61,2 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 86,3+1,6+61,2 = 149,1 (кг/год)
При активировании стали: расход НС1 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,66 (л/м2)-100 (г/л)-30000 (м2/год) -1,02 (учет брака) = 2019,6 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 100 (г/л)-530 (л) = 53,0 (кг) на замену ванны: 100 (г/л)-30000(м2/год) -1,02(учет брака): 1,5= 2040,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 2019,6+53,0+2040,0 = 4112,6 (кг/год)
При декоративном цинковании: расход ZnCl2 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,2 (л/м2)-120 (г/л) 30000 (м2/год)-1,02 (учет брака) = 734,4 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 120 (г/л)-530 (л) = 63,6 (кг) на замену ванны: 120 (г/л)-30000(м2/год) -1,02(учет брака). 25= 146,9 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 734,4+63,6+146,9 = 944,9,0 (кг/год) расход КС1 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,2 (л/м2)-220 (г/л) 30000 (м2/год)-1,02 (учет брака) = 1346,4 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 220 (г/л)-530 (л) = 116,6 (кг) на замену ванны: 220 /г/л)■300001м2/год) -1,02(учет брака):25= 269,3 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 1346,4+116,6+269,3 = 1732,3 (кг/год) расход Н3В03 составляет (по табл. 6.5 и 6.10)
112
на работу: 0,2 (л/м2)-25 (г/л)-30000 (м2/год) ■1,02 (учет брака) = 153,0 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 25 (г/л)-530 (л) = 13,3 (кг) на замену ванны: 25 (г/л)-30000(м2/год) 1,02(учет брака) 25= 30,6 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 153,0+13,3+30,6 = 196,9 (кг/год) расход добавки ЦКН-3 составляет (по табл. 6.10) на работу: (по паспорту на добавку её удельный расход составляет 25 мл/м2):
25 (мл/м2)-30000 (м2/год) 1,02 (учет брака) = 765,0 (л/год) на приготовление ванны при запуске: 50 (мл/л)-530 (л) = 25,5 (л) на замену ванны: 50 (мл/л) 30000(м2/год) -1,02(учет брака) 25= 61,2 (л/год) суммарный расход 1-го года работы: 765,0+25,5+61,2 = 851,7 (л/год)
При осветлении цинкового покрытия: расход HN03 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,48 (л/м2)-30 (г/л)-30000 (мг/год) -1,02 (учет брака) = 440,6 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 30 (г/л)-530 (л) = 15,9 (кг) на замену ванны: 30 (г/л)-30000(м2/год) -1,02(учет брака):3= 306,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 440,6+15,9+306,0 = 762,5 (кг/год)
При хроматировании цинкового покрытия: расход Na2Cr207-2H20 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,48 (л/м2)-150 (г/л)-30000 (м2/год) 1,02 (учет брака) = 2203,2 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 150 (г/л)-530 (л) = 79,5 (кг) на замену ванны: 150 (г/л)■ 30000/м2/год)1,02(учет брака):1= 4590,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 2203,2 + 79,5+4590,0 = 6872,7 (кг/год) расход H2S04 составляет (по табл. 6.5 и 6.10) на работу: 0,48 (л/м2)-10 (г/л) 30000 (м2/год) 1,02 (учет брака) = 146,9 (кг/год) на приготовление ванны при запуске: 10 (г/л) 530 (л) =5,3 (кг) на замену ванны: 10 (г/л) 30000(м2/год) -1,02(учет брака): 1= 306,0 (кг/год) суммарный расход 1-го года работы: 146,9+5,3+306,0 = 458,2 (кг/год)
ВентиляцияЦеха металлопокрытий относятся к категории вредных производств, так как в процессах обработки поверхности и нанесения покрытий в воздух производственных помещений выделяется большое количество вредных веществ, опасных для человеческого организма. Для удаления вредных веществ и создания нормальных условий труда в цехах гальванопокрытий предусматривается приточно-вытяжная вентиляция. Гигиеническое назначение вентиляции состоит в том, чтобы удалять вредные выделения в местах их образования (местная вентиляция) или из всего объёма помещения (общеобменная вентиляция) и подавать в помещение чистый воздух. Помимо удаления вредных веществ вентиляция служит для удаления излишней влажности, нормализации темпе
113
ратурного режима, а также обеспечения взрывопожаробезопасности.
7.1. Воздушная среда помещений гальванических цехов
Процессы химической и электрохимической обработки поверхности металлов осуществляются в ваннах, заполненных различными растворами минеральных кислот, щелочей, солей и их смесями. При этом выделяются аэрозоли серной и соляной кислот, хромового ангидрида, едких щелочей; окислы азота; пары плавиковой, азотной и соляной кислот; молекулярный, цианистый и фтористый водород; пары воды; аэрозоли и капли растворов со всеми содержащимися в них химикатами, в частности, растворимые соли никеля.
Выделение вредных (опасных) веществ происходит различным образом: выделение водорода и других газов, образующихся при электролизе; выделение газов, образующихся при химических реакциях; вынос растворов пузырьками водорода, кислорода и других газов; испарение раствора.
При электролизе выделяется главным образом водород. Объём выделяющегося водорода, приведённый к нормальным условиям, определяется по формуле:
QH2=gH2-Es S-d-0,01BTH2 ,(7Л)
где - объём выделяющегося водорода, л/ч; о - электрохимиче-
Н 2*о ti 2
ский эквивалент водорода, g =0,418 л/(А-ч); Es - удельный расход
электричества, А-ч/(м2-мкм); 5 - площадь обрабатываемой поверхности за час, м"/ч; d- толщина покрытия, мкм; ВТ- выход водорода по току, %.
Удельный расход электричества (Es), рассчитанный при 100 %-м выходе по току, равен при осаждении: Си из цианистых электролитов 3,75; Си из кислых электролитов 7,5; Ni 7,95; Сг 21,9; Zn 5,82; Cd 4,1; Pb 2,92; Sn из кислых электролитов 3,3; Sn из щелочных электролитов 6,6; Ag 2,61; Au 2,63; Fe 7,58; латуни (70 % меди + 30 % цинка) 4,93.
Пример 1. В ванне на детали наносят покрытие хрома толщиной 10 мкм; часовая производительность 5 м2. Определить объём выделяющегося водорода, если выход водорода по току равен 83%.
Решение. Находим объём водорода, приведённый к нормальным условиям, по формуле (7.1): QH = 0,418- 21,9 -5 ■ 10 0,01 -83 = 380 л/ч
114
Если ванна предназначена для обработки деталей, для которых площадь поверхности и толщина покрытий не задана (электрохимические процессы обезжиривания, полирования и т.п.), расчёт можно вести, исходя из силы тока 1 (А), проходящего через ванну, и времени электролиза т(ч). В этом случае максимальный объём водорода QH^ (л/ч) определяется по формуле:
QH2=gH2-I-z0,01-BTH2(7.2)
Количество газов, выделяющихся при химической обработке металлов (травление меди в азотной кислоте, травление алюминия в щелочах, снятие цинкового, кадмиевого, хромового и других покрытий в соляной кислоте и т.д.), можно рассчитать по массе снимаемого металла:
mg=™merK —1- '(7-3)
м met
где mg - количество выделяющихся газов, кг/ч; т„„,, - масса снимаемого (стравливаемого) металла, кг/ч; К - количество молей выделяемого газа на 1 моль снимаемого металла по формуле химической реакции; Mg и Мте, - молярные массы выделяющегося газа и снимаемого металла соответственно, кг/кмоль.
Пример 2. Определить количество оксидов азота, которые выделяются при травлении медных деталей в азотной кислоте, если стравливается меди 0,127 кг/ч и химическая реакция происходит по схеме:
Си + 4HN03 —>Cu(N03)2 + 2N02T + 2Н20
Решение. Учитывая, что Мрю2 = 46 Mqu = 63,5 К = 2 , по
формуле (7.3) рассчитываем количество оксидов азота mNo2 = 0,127 ■ 2 ■ (46/63,5) = 0,184 кг/ч
Вынос раствора происходит за счет его разбрызгивания при разрыве всплывающих на поверхность раствора пузырьков выделяющихся газов. Масса вредных веществ, выносимых в воздух (г/ч) определяется по формуле:
т = S ■ q ■ d ■ с,(7.4)
где 5 - площадь обрабатываемой поверхности за час (часовая производительность), м2/ч; q - удельный унос раствора, отнесенный к 1 м2 площади обрабатываемой поверхности и к 1 мкм толщины покрытия,
115
л/(м2-мкм); d - толщина покрытия, мкм; с - концентрация вещества в растворе, г/л.
Удельный унос раствора в л/(м2-мкм) при декоративном и твёрдом хромировании равен 0,05; при молочном хромировании 0,1 (табл. 6.7); при нанесении покрытий в цианистых электролитах 0,015; при никелировании, кадмировании, меднении, свинцевании, лужении, цинковании в кислых электролитах 0-41,005 л/(м2мкм), а в щелочных электролитах 0,01-43,02 л/м2 без учёта толщины покрытия (верхний предел при нагревании и перемешивании электролитов).
Пример 3. На участке хромирования в стационарных ваннах на подвесках наносят на детали покрытие хрома толщиной 10 мкм; часовая производительность 5 м2. Определить количество хромового ангидрида, которое может быть вынесено в атмосферу, если концентрация его в растворе 300 г/л.
Решение. Количество хромового ангидрида рассчитываем по формуле (7.4):т = 5-0,05-10-300 = 750 г/ч
При парообразовании происходит процесс массопереноса от жидкости к окружающему воздуху. Испаряются, как правило, вода, аммиак, хлористый водород, азотная кислота, органические компоненты и другие вещества. Количество паров испаряющегося вещества (кг/ч) определяется по формуле:
т = (40,.35+30,.75-v)-р-4м-S-10'6,(7.5)
где v - скорость движения воздуха над зеркалом раствора, м/с; р - упругость паров жидкости, Па; М - молярная масса испаряющегося вещества, кг/кмоль; 5 - площадь поверхности испарения, м2.
Пример 4. Определить, сколько испаряется хлористого водорода при травлении деталей в соляной кислоте, содержащей 37% НС1 при температуре 25 °С, из ванны размерами 15x3 м, снабженной бортовыми отсосами и откидывающимися козырьками. Расстояние от поверхности жидкости до козырьков 0,4 м; от ванны отсасывается воздуха 43200 м3/ч; Мна = 36,46; рНа = 25170 Па.

116
Решение. Скорость движения воздуха над жидкостью равна часовому объёму отсасываемого воздуха, делённому на площадь щелей двух бортовых отсосов: v = 43200:(2-0,4-15) = 3600 м/ч = 1 м/с.
Масса испаряющегося хлористого водорода рассчитываем по формуле (7.5): т = (40,35 + 30,75 ■ 1) ■ 25170 ■ V36,46 ■ 15- 3-10~6 = 486 кг/ч
При технологических процессах, связанных с капельным уносом (например, хромирование, травление алюминия), происходит увеличение массы паров в воздухе, отсасываемом вытяжной вентиляцией, по сравнению с массой паров, испаряющихся со спокойного зеркала ванны. Это связано с увеличением площади поверхности испарения в результате появления пузырьков на поверхности раствора и наличия капель в отсасываемом воздухе, а также освобождения паров из объема пузырьков при их разрыве. Максимальное увеличение площади поверхности испарения может быть оценено коэффициентом 1,45.
7.2. Технологические мероприятия, уменьшающие выделение вредных веществВ гальванических цехах технологическими мероприятиями, благоприятно влияющими на состояние воздушной среды, являются: применение безвредных или менее вредных техпроцессов; замена вредных растворов и электролитов менее вредными; капсюлизация оборудования и его герметизация; применение укрытий, крышек, козырьков; укрытие поверхности жидкости в ваннах поплавками, пеной; применение оборудования со встроенными местными отсосами; применение наименьших значений плотности тока и температуры раствора без снижения производительности оборудования и качества покрытия; приготовление и корректирование растворов (в особенности высокотоксичных) централизованным способом в обособленных помещениях с перекачкой готовых растворов к ваннам насосами по трубопроводам; сигнализация при неисправности системы отсосов, автоматическое блокирование оборудования и сантехустройств; автоматическое регулирование режимов (температуры, плотности тока, кислотности растворов, постоянства уровня раствора, времени электролиза и т.п.).
Известны многочисленные примеры применения: электролитов и растворов, заменяющих цианистые и другие высокотоксичные растворы; технологических процессов нанесения блестящих покрытий, ис
ключающих последующее полирование; проточных и анодно-струйных способов обработки, уменьшающих число ванн с вредными выбросами за счет резкого повышения производительности процесса; альтернативных технологических процессов, заменяющих химические и электрохимические процессы (вакуумная, термодкффузионная, плазменная и др. виды металлизации) и резко уменьшающих выделение вредных веществ, а также примеры других рациональных технологических мероприятий.
Применение поплавков. Укрытие поверхности раствора пластмассовыми поплавками (шариками, двояковыпуклыми линзами) значительно снижает унос растворов и выделение вредных веществ. Расход отсасываемого воздуха можно уменьшить на 25% для обычных бортовых и на 10% для опрокинутых отсосов, расход химикатов - на 15%.
Поплавки делают диаметром 25-30 мм с учётом того, чтобы они не попадали в полости обрабатываемых деталей. Их не применяют, когда обрабатывают мелкие детали в корзинах, так как при этом вместе с деталями могут быть унесены и поплавки.
При интенсивном нагреве, перемешивании раствора, часто повторяющихся погружениях и извлечениях деталей поплавки скапливаются у стенок ванны и оставляют открытой её середину. В этих случаях следует применять двухслойную засыпку поплавков. Для растворов с температурой до 75 °С рекомендуются поплавки из пенополистирола, для растворов с температурой 75-100 °С - полиэтиленовые или полипропиленовые поплавки.
Применение пенообразователей. Для уменьшения выделения вредных веществ с поверхности ванн в состав электролитов вводят различные добавки: ингибиторы кислотной коррозии (уротропин, КПИ и др.), присадки, поверхностно-активные вещества (ПАВ), хромин и другие вещества.
Использование присадок в сернокислых растворах уменьшает выделение сернистого ангидрида в 5 раз, паров серной кислоты в 3-4 раза.
ПАВ-446 образует на поверхности кислотных растворов плотную и устойчивую пену высотой 20-30 см в течение всего срока службы растворов. Качество поверхности и механические свойства покрытия при этом хорошие. Последующие технологические операции - волочение, калибровка, цинкование, фосфатирование, лужение протекают нор-
щ
мально.
Пенозащитный слой рекомендуется также применять при щелочном травлении алюминия и его сплавов, сернокислом анодировании, анодном снятии олова в щелочном растворе, хромировании.
При нанесении хромовых покрытий толщиной до 100 мкм (кроме проточного хромирования и покрытия титановых сплавов) в состав электролита можно вводить 0,5-2 г/л хромина, который в сотни раз снижает выделение хромового ангидрида.
При выборе пенообразователей необходимо учесть их влияние на канализационные стоки. Например, наличие даже малого количества пенообразователей ОП-Ю, ОП-7, ОС-20, ДТ-7 в сточных водах неприемлемо вследствие губительного их воздействия на живые организмы как в установках биологической очистки, так и в природных водоёмах.
Применение пенообразователей требует соблюдения мер предосторожности. Напрймер, при использовании слоя пены в ваннах хроми рования нельзя снимать подвески со штанги, находящейся под током, так как в слое и под слоем пены накапливается водород, а при размыкании электрической цепи образуются искры, вызывающие сильные хлопки взрывного характера, выплескивающие из ванны раствор. Поэтому, сначала необходимо отключить ток, а затем снимать подвески со штанг.
Покрытие поверхности раствора пеной позволяет уменьшить количество отсасываемого воздуха на 50%, а расход химикатов на 10-15%.
Укрытие ванн. Согласно санитарным правилам водные поверхности с температурой воды выше 30 °С в рабочих помещениях подлежат полному укрытию с устройством местных отсосов.
Укрытие ванн локализует распространение вредных веществ и позволяет улавливать их бортовыми отсосами с большей эффективностью. Устройство укрытия ванн организуют, как правило, при обработке крупных деталей: на длинных бортах ванны устанавливают шарнирно закреплённые створки с противовесами, а для погружения детали в ванну предусматривают открывание створок с помощью системы рычагов. При больших габаритных размерах открывание и закрывание ванН должно быть механизировано. Выделяющиеся вредные вещества уда-> ляют через двубортные (двусторонние) отсосы.!
Створки могут быть как жёсткими, так и гибкими. Жёсткие створ
119"
ки и крышки изготавливают из винипластового листа, закрепленного листе из коррозионностойкой стали. Гибкие створки изготавливают из химически стойких материалов (например, полихлорвиниловой ткани) в редких случаях из ионообменного тканевого полотна. Полотно перемещается по направляющим, установленным своими концами на бортовых отсосах вентиляции.
Когда полное укрытие мешает технологическому процессу, применяют неполное укрытие с помощью откидывающихся козырьков. Откидывающимися козырьками оборудуются ванны с цианистыми растворами, ванны хромирования, ванны с длительным технологическим процессом, а также с высокой температурой растворов.
Местная вентиляцияВ гальванических цехах применяют четыре типа отсасывающих устройств: вытяжной шкаф, вытяжной колпак (зонт), вытяжные панели и бортовые отсосы. Характеристика отсасывающих устройств приведена в табл. 7.1.
Принцип работы наиболее универсального для гальванического оборудования местного вентиляционного отсоса - бортового, состоит в том, что всасываемый с большой скоростью через узкую заборную щель отсоса воздух образует над зеркалом раствора сильную горизонтальную струю ("факел"), которая сбивает с вертикального пути выбрасываемые из раствора газы и капли и этим заставляет основную массу капель упасть обратно в ванну, а газы и остальные капли увлекаются в отсос.
"Факел" бортового отсоса быстро ослабевает с удалением от заборной щели, поэтому односторонний отсос делают только при ширине ванны не более 600 мм. На более широких ваннах делают отсосы с двух противоположных сторон ванны. Не следует в погоне за "улучшением" вентиляции делать отсосы с трех или четырех сторон ванны; это только ухудшает вентиляцию, ибо в углах, где встречаются "факелы", идущие под углом один к другому, образуются завихрения, из-за которых значительная часть зеркала раствора вообще не вентилируется.
120;
Таблица 7.1
Характеристика отсасывающих устройств, используемых в гальванических цехах
Тип устройства Достоинства Недостатки Области применения
Вытяжной
шкаф Хорошо изолирует помещения от вредных выделений из оборудования, стоящего внутри шкафа Затрудненность доступа к оборудованию. При работе над оборудованием человек находится в зоне вредных выделений При травлении цветных металлов
Вытяжной
колпак
(зонт) Простота изготовления
\ При работе над оборудованием человек находится в струе вредных веществ. Расход воздуха очень велик, так как трудно избежать непроизводительного подсасывания воздуха с боков При работе наливных колоколов с электролитами с большим газо- выделением или при травлении наростов в колоколах
В
пг
\
X
\
X.
/,
7,
// ытяжная
шель Мало мешает работе, особенно если оборудование стоит у стены и панель не мешает проходу. Хорошо улавливает выделения легких газов: водяного пара, Н2 и т.д. Требует значительного расхода воздуха (м3/м2): если панель примыкает к стене или высокой перегородке - 3200, если панель удалена от стены - 5000-7000. Неудобен её монтаж при свободно стоящем оборудовании На промывочных ваннах с горячей водой при их одностороннем обслуживании. В гальванических цехах применяется редко
Бортовой
отсос Хорошо удаляет брызги и тяжёлые газы, а также в большинстве случаев легкие газы. Рабочий, наклоняющийся над оборудованием, находится вне зоны вредных выделений Увеличивает ширину оборудования, несколько затрудняя доступ к противоположному (от рабочего) краю ванны На всех видах гальванического оборудования, включая даже некоторые типы вращающихся колоколов и барабанов
В зависимости от типа ванн применяют местные отсосы с щелью
121
всасывания в горизонтальной плоскости (опрокинутые) (рис. 7.1, а, б, в,г) и в вертикальной плоскости (простые или обычные) (рис. 7.1, д, е).Кроме того используется передувка (рис. 7.1, в, г).
Бортовые отсосырасполагают по длин-ным сторонам ванн.
Щель бортовогоотсоса обязательнодолжна быть располо-жена вплотную к краюванны и ниже катод-ных и анодных штанг,чтобы штанги не за-брызгивало раствором.
Анодные пластиныдолжны висеть нижещели бортового отсоса,чтобы не мешать про-ходу "факела"; на пути"факела" могут нахо-диться только подвес-ные крюки анодов иподвесочных приспо-соблений.
Опрокинутые бор-товые отсосы уменьша-ют энергетические за-траты на вентиляцию за
счёт образования над зеркалом раствора более благоприятной зоны вса-сывания. Однако отсосы занимают внутри ванны по 100 мм ширинызеркала ванны с каждой стороны, что заставляет непроизводительноувеличить ширину и ёмкость ванны. Опрокинутые отсосы в настоящеевремя выходят из употребления.
Если две ванны, требующие местный отсос, примыкают друг к другу, то между ними устанавливают двусторонний бортовой отсос (рис. 7.2). Он имеет две противоположно направленные всасывающие щели и представляет собой два совмещённых в одном корпусе 4 одно- 122
без передует


без передует


Рис. 7.1. Схемы бортовых отсосов: опрокинутые: а, в - двубортные; б, г - однобортные; обычные: д - двубортный; е - однобортный
сторонних бортовых отсоса 1, разделённыхбортовой отсос накрыт двускатной крышкой 2ванны. В каждом из всасывающих верти-кальных каналов устанавливаются шиберы5, которые управляются независимо другот друга.
Материалом для изготовления борто-вых отсосов служат: для ванн с неагрес-сивными растворами (щелочными, циани-стыми и т.п.) - конструкционная углероди-стая сталь толщиной 1-2 мм; для ванн с аг-рессивными растворами кислот - вини-пласт толщиной 3-5 мм или полипропилен.
Количество воздуха (м3/ч), удаляемо-го бортовыми отсосами без передувки сщелью всасывания в горизонтальной иливертикальной плоскости, следует опреде-лять по формуле:
перегородкой 3. Сверху для стекания растворов в 32 1

Рис. 7.2. Двусторонний бортовой отсос: 1 - односторонний бортовой отсос, 2 - двускатная крышка, 3 - перегородка, 4 - корпус, 5 - шиберы
L = 1400y,53-j^ + Hj-KrK2-K3-K4 .(7-6)
где В - внутренняя ширина ванны, м; I - внутренняя длина ванны, м; Н - расстояние от зеркала раствора до борта ванны, м (для типовых серийных ванн Н = 0,2 м); Кл,- коэффициент, учитывающий разность температур раствора и воздуха в помещении (табл. 7.2); К7 - коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ (табл. 7.3); Kf - коэффициент, учитывающий тип отсоса (для двубортного К|=1, для однобортного К,=1,8); К2 - коэффициент, учитывающий воздушное перемешивание раствора (без перемешивания К2=1, при наличии барботажа К2=1,2); Aj - коэффициент, учитывающий укрытие зеркала раствора поплавками (в отсутствии укрытия К3=1, при укрытии шариками, линзами и т.п. К3=0,75); К4 - коэффициент, учитывающий укрытие зеркала раствора пенным слоем путём введения добавок поверхностно-активных веществ (в отсутствии пены IQ=1, при укрытии пенным слоем К4=0,5).
123
Таблица 7.2
Коэффициент учёта разности температур раствораи воздуха в помещении
Разность температур раствора и воздуха, °С Кл, Разность температур раствора и воздуха, °С Кл, Разность температур раствора и воздуха, °С КЛ1
0 1,0 30 1,47 60 1,94
5 1,03 35 1,55 65 2,02
10 1,16 40 1,63 70 2,10
15 1,24 45 1,71 75 2,18
20 1,31 50 1,79 80 2,26
25 1,39 55 1,86 Таблица 7.3
Коэффициент учёта токсичности и интенсивностивыделения вредных веществ
Группа ванн (табл. 7.4) 1 2 3 4 5 6
Кт 2 1,6 1,25 1 0,5 0
Рассмотрим пример расчёта количества отсасываемого воздуха для рассчитанной в § 6 2 линии декоративного цинкования.
Так как ширина ванн составляет более 600 мм, то на рассматриваемой линии устанавливаются двубортные бортовые отсосы на 2-х ваннах электрохимического обезжиривания, ванне активации, 4-х ваннах цинкования, ванне осветления и на ванне хроматирования цинкового покрытия.
Количество воздуха, удаляемого бортовыми отсосами без передувки с щелью всасывания в вертикальной плоскости, определим по формуле 7.6:
5=0,77 м, 1=1,25 м,Н=0,2 м от 2-х ваннах электрохимического обезжиривания:
Км=1,79, группа ванн 2, Кт=1,6, К,=1, К2-1, К,=1, К4=1
L = 2-1400-
0,53
0,71 1,250,71 + 1,25
+ 0,2Уз
0,71-1,25 ■ 1,79-1,6-1 ■ 1-1 -1 = 5409 м* / ч
124
от ванны активации стали:
Кд,=1,0, группа ванн 5, К,=0,5, К,=1, К2=1, К3=1, К4=1
L = 1-1400-
(
0,53-
0,71-1,25
+ 0,2'х/з• 0,71 ■ 1,25-1,0-0,5-1-1 ■ 1-1 = 472м3 / ч
0,71 + 1,25
от 4-х ванн цинкования:
КЛ1=1,0, группа ванн 5, К7=0,5, К,=1, К2=1, К}=1, К4=1
L-4-1400 ■
0,53-
0,71 1,25
. 1/
+ 0,2 \-0,71 1,25-1,0-0,5-1 1 ■ 1 ■ 1 = 1888 м3 / ч
0,71 +1,25
от ванны осветления цинкового покрытия.
КЛ1=1,0, группа ванн 5, К/=0,5, К7=1, К2=1, К3=1, К4=1
L = 1-1400] 0,53- 0’П:-1,25, +0,2
-0,71-1,25-1,0-0,5-1-1-1-1 = 472м3 /ч
0,71 + 1,25
от ванны хроматирования цинкового покрытия:
КмЧ,0, группа ванн 5, К/=0,5, К,=1, К2=1, К3=1, К4=1
L = 1-1400] 0,53- 0,7■ '1,25_ + 0,2
0,71 -1,25 -1,0 -0,5 -1-1 -1-1 = 472 м3 /ч
0,71 +1,25
Таким образом, суммарное количество воздуха, отсасываемого от рассматри-ваемой линии цинкования, составляет: 5409+472+1888+472+472 = 8713 м*/ч.
При проектировании и организации местной вентиляции необходимо учитывать следующие моменты:
неравномерность отсасывания воздуха бортовыми отсосами по длине ванны не должна превышать 10%;
объём удаляемого воздуха от круглых ванн кольцевыми отсосами определяется как для квадратных ванн со стороной, равной диаметру круглой, умноженному на 0,8;
вытяжные системы, обслуживающие ванны с цианистыми растворами, не должны быть совмещены с вентиляцией от кислых растворов и обычно выполняются в виде отдельных систем;
вытяжные системы, обслуживающие процессы обезжиривания органическими растворителями, должны быть самостоятельными и иметь взрывобезопасное исполнение; все металлические воздуховоды и оборудование следует заземлять;
магистральные воздуховоды (кроме воздуховодов от местных отсосов ванн с органическими растворителями) допускается прокладывать в нижележащем техническом этаже (подвале), а при его отсутствии -
125
под обслуживающими ваннами (линиями) или в каналах-воздуховодах, прокладываемых под полом;
каналы-воздуховоды, прокладываемые под полом, следует выполнять из бетона или кирпича, внутренняя поверхность каналов должна иметь противокоррозионную защиту, на всех поворотах, ответвлениях и через 30 м на прямых участках необходимо предусматривать смотровые люки диаметром 700 мм;
соединения элементов бортовых отсосов должны быть разъёмными, чтобы облегчить возможность их периодической чистки от осаждающихся солей, а при необходимости и их замены;
для обеспечения наименьшего сопротивления протеканию воздуха длина воздуховодов должна быть минимальной; они не должны иметь неоправданных изгибов и колен; отводы необходимо делать с наиболее возможным радиусом; в коленах желательно устанавливать направляющие лопатки;
каналы-воздуховоды прокладываются с уклоном 0,005-0,01 в сторону дренажных устройств;
у вентилятора со стороны нагнетания необходимо предусмотреть хорошо развитый диффузор с углом раскрытия, близким к 17°;
перед вентиляторами вытяжных установок в каналах- воздуховодах следует предусматривать приямки с люками для сбора конденсата;
вентиляторы должны применяться в антикоррозионном исполнении (из алюминиевых сплавов, коррозионностойкой стали, титановых сплавов и полимерных материалов);
местная вытяжная вентиляция в смотровых и загрузочных отверстиях емкостей в помещении очистки сточных вод должна обеспечивать скорость движения воздуха (м/с) при выделении: аэрозолей кислот - 1; аммиака - 0,8; хлора - 1,2; паров воды - 0,3; при барботировании воды - 0,6; цианистых стоков - 3. Независимо от выделяемого вредного вещества от одной ёмкости следует отсасывать не менее 300 м3/ч воздуха.
Общеобменная вентиляция помещений гальванических цеховВследствие отсутствия местных отсосов у некоторых ванн, а также недостаточной работы имеющихся отсосов в атмосферу помещений гальванических цехов постоянно выделяются вредные вещества, водяной пар и избыточное тепло. Кроме того, поднятые после обработки 126
детали находятся вне зоны действия местных отсосов и с них вредные вещества выделяются в окружающий воздух помещений. Для избежания накапливания вредных веществ выше ПДК и поддержания влажности и температуры окружающего воздуха в необходимых пределах устраивают общеобменную вентиляцию. Особенно важна роль общеобменной вентиляции в нерабочее время при отсутствии укрытия технологических ванн - в этом случае общеобменная вентиляция удаляет воздух из верхней зоны помещения.
Естественная вытяжка из верхней зоны помещений должна обеспечивать разбавление скапливающегося там водорода до 5% от нижнего предела взрываемости.
Для компенсации удаляемого местными отсосами воздуха предусматривают механический приток, при этом должен обеспечиваться не менее чем трехкратный воздухообмен в час. Приточный воздух следует подавать в верхнюю зону помещения, обеспечивая скорость движения воздуха в рабочей зоне не более 0,3 м/с при допускаемой неравномерности распределения скорости движения воздуха. В теплое время года допускается естественный приток через проемы в наружных ограждениях на высоте не менее 4 м от пола. В холодное время года подаваемый воздух необходимо подогревать.
При смежном расположении гальванических и травильных отделений с помещениями других производств, не имеющими вредных выделений и пыли, приточный воздух следует подавать в количестве 95% of расчётного объёма отсасываемого воздуха. Остальной воздух должен поступать из смежных помещений через дверные проёмы, для чего в этих помещениях предусматривают приток воздуха в количестве, достаточном для компенсации перетока воздуха в гальваническое отделение.
Общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию следует проектировать и для помещений, где расположены источники постоянного тока, для ассимиляции теплоизбытков от электрооборудования в течение круглого года и от солнечной радиации в тёплый период года.
В блоке помещений для работы с цианистыми солями должны быть предусмотрены две отдельные общеобменные вытяжки: одна для комнаты хранения и растворения или расфасовки цианистых солей, другая для комнаты спецодежды, душевой кабины и коридора.
В помещениях для оборудования очистки сточных вод вытяжную вентиляцию следует выполнять с местными отсосами, а также общеоб
127
менную с забором воздуха из верхней и нижней зон с кратностью воздухообмена: в помещении приготовления раствора извести 4 объёма в час, при выделении сернистого газа 8 объёмов в час, в насосной станции загрязненных вод и в помещении для обезвреживания цианистых стоков 10 объёмов в час.
Очистка отсасываемого воздуха от вредных веществ
Очистку отсасываемого воздуха от вредных веществ осуществляют различными способами. Очистку воздуха от пыли осуществляют в пылеуловителях различных конструкций. Для очистки воздуха от аэрозолей, паров и газов вредных веществ применяют разного рода аппараты - конденсаторы, абсорберы, волокнистые фильтры, ионитовые фильтры и
др.
При выборе очистного оборудования учитывают эффективность его очистки, капитальные затраты, эксплуатационные расходы, надёжность работы, удобство обслуживания, лёгкость контроля, доступность ремонта, занимаемую площадь, расходы электроэнергии, воды и реагентов.
Бесперебойность очистки выбросов достигается установкой в вытяжной системе не менее двух очистных аппаратов, причём при временном отключении одного из них остальные должны обеспечивать необходимую пропускную способность и эффективность. Количество вредных веществ, выделяющихся от ванн, можно рассчитать по формулам (7.1)—(7.5) или определить по данным, приведённым в табл. 7.4. В табл. 7.4 представлены также рекомендации по выбору метода и аппарата очистки вентиляционных выбросов.
Для вредных веществ, остающихся в выбросах при неполной очистке, предусматривают их рассеивание в атмосферном воздухе так, чтобы концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населённых мест не превышали максимальные разовые предельно допустимые значения, либо (при отсутствии этих значений) среднесуточных концентраций. При незначительном валовом количестве вредных веществ или малой концентрации их в выбрасываемом воздухе допускается не предусматривать его очистку, если путём рассеивания этих веществ в атмосферном воздухе при наиболее неблагоприятных для данной местности условиях будут обеспечены допустимые концентрации.
128
Таблица 7.4
Удельное количество вредных веществ, удаляемых местным отсосом от гальванических ванн, группы ванн и рекомендации по очистке
выбросов
Технологический процесс нанесения гальванических покрытий Опреде
ляющее
вещество Макси
мальное
количе
ство,
г/(м2-с) Труп-
па
ванн Способ
очистки
Ме
тод Ап
пара
ты
1 2 3 4 5 6
Электрохимическая обработка металлов в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 150-350 г/л, при силе тока более 1000 А (хромирование, анодное активирование, снятие меди и др.) Хромовый
ангидрид 10 1 2 1; 6
То же, в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 30-60 г/л (электрополирование алюминия, стали и др.) Хромовый
ангидрид 2 2 2 1; 6
То же, в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 30- 100 г/л, при силе тока менее 500 А (анодирование алюминия и магни- евЛх сплавов и др.), а также химическое оксидирование алюминия и магния Хромовый
ангидрид 1 3 2 1;6
Химическая обработка стали в растворах хромовой кислоты и её солей при г> 50°С (пассивирование, травление, снятие оксидной пленки, наполнение в хромпике и др ) Хромовый
ангидрид 5,5-10'3 4 2 1; 6
Химическая обработка металлов в растворах хромовой кислоты и её солей при t < 50 °С (осветление, пассивация и др.) Хромовый
ангидрид 0 5 - -
Электрохимическая обработка в растворах щелочи (анодное снятие шлама, обезжиривание, лужение, цинкование в щелочных электролитах, снятие олова, оксидирование меди, снятие хрома и др.) Щелочь 11 2 2 2; 6
129
Продолжение табл. 7.4
1 2 3 4 5 6
Химическая обработка металлов в растворах щелочи (оксидирование стали, химическое полирование алюминия, рыхление окалины на титане, травление алюминия, магния и их сплавов и др.) при температуре раствора:
> 100°С < 100°С Щелочь
Щелочь 55
55 2
3 2
2 2; 6 2; 6
Химическая обработка металлов, кроме алюминия и магния, в растворах щелочи (химическое обезжиривание, нейтрализация и др.) при температуре раствора > 50 °С < 50°С Щелочь
Щелочь 0
0 4
5 Кадмирование, серебрение, золочение и электрохимическое декапирование в цианистых растворах Цианистый
водород 5,5 2 1 4
Цинкование, меднение, латунирование, химическое декапирование, амальгамирование в цианистых растворах Цианистый
водород 1,5 2 1 4
Химическая обработка металлов в растворах, содержащих фтористоводородную кислоту и её соли Фтористый
водород 20 2 1 3
Химическая обработка металлов в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах, содержащих соляную кислоту (травление, снятие шлама и др.) Хлористый
водород 80 3 1 3
Химическая обработка металлов, кроме снятия цинкового и кадмиевого покрытия, в холодных растворах, содержащих соляную кислоту в концентрации до 200 г/л (травление, декапирование и др.) Хлористый
водород 3 10 ‘ 5 1 3
Электрохимическая обработка металлов в растворах, содержащих серную кислоту в концентрации 150-350 г/л, а также химическая обработка в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах (анодирование, электрополирование, травление, снятие никеля, серебра, гид- ридная обработка титана и др.) Серная кислота 7 2 2 1; 6
130
Окончание табл. 7.4
1 2 3 4 5 6
Меднение, лужение, цинкование и кадмирование в сернокислых растворах при t < 50 °С, а также химическая активация Серная кислота 0 5 - -
Химическая обработка металлов в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах, содержащих ортофосфорную кислоту (фосфатирование и др.) Фосфорная
кислота 6 10 1 3 2 1; 6
Химическая обработка металлов в концентрированных нагретых растворах и электрохимическая обработка в концентрированных холодных растворах, содержащих ортофосфорную кислоту (химическое полирование алюминия, электрополирование стали, меди и др ) Фосфорная
кислота 5 2 2 1; 6
Химическая обработка металлов в разбавленных растворах, содержащих азотную кислоту (осветление алюминия, химическое снятие никеля, травление, декапирование меди, пассивация и др.) при концентрации раствора:
> 100 г/л
< 100 г/л Азотная кислота и оксиды азота 3
0 3
5 1 5
Никелирование в хлоридных растворах при плотности тока свыше 1 А/дм2 Растворимые соли никеля 1,510'' 1 2 1; 6
Никелирование в сульфатных растворах при плотности тока свыше 1 А/дм2 Растворимые соли никеля 310'2 2 2 1; 6
Меднение в этилендиаминовом электролите Этилен-
диамин 0 4 - -
Кадмирование и лужение в кислых электролитах с добавкой фенола Фенол 0 4 - -
Крашение в анилиновом красителе Анилин 0 4 - -
Промывка в горячей воде Вода 0 5 - -
Безвредные технологические процессы при наличии неприятных запахов, например, аммиака, клея идр. 0 4-5 - -
Обозначения. Методы очистки: 1 - абсорбционный; 2 - фильтрация. Типы аппаратов очистки: 1 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т (корпус из титана); 2 - фильтры-туманоуловители ФВГ-С (корпус из
131
стали); 3 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т с орошаемой приставкой; 4 - фильтры-туманоуловители ФВГ-С-Ц; 5 - насадочный типа ВЦНИИОТ; 6 - сепараторы, встраиваемые в бортовой отсос.
Примечания: 1. Значения максимального количества вредных веществ, удаляемых местным отсосом, приведены для нормальной загрузки ванн для расчёта максимальных разовых концентраций. Для определения среднесуточных значений (для аэрозоля) следует учитывать коэффициент загрузки оборудования. При необходимости очистки вентиляционных выбросов и выборе очистных устройств следует учитывать выпадение аэрозоля на внутренних стенках отсосов и воздуховодов. Количество осевших вредных веществ определяется по графику, приведенному на рис. 7.3.
2. При наличии воздушного перемешивания раствора значение коэффициента учёта токсичности и интенсивности выделения вредных веществ (Кт) должно быть увеличено на 0,5 (табл. 7.3).
Для улавливания пыли из воздуха, отсасываемого из песко-, металлоструйных и дробеструйных камер, применяют двухступенчатую установку из циклона ЦН-11 и циклона с водяной пленкой ЦВН. Пыль, содержащаяся в воздухе, отсасываемом от шлифовальных и полировальных станков, пожароопасна, поэтому предпочтителен мокрый способ очистки от неё воздуха. Запылённый воздух поступает в цилиндрический резервуар, где он, проходя по спирали вдоль вала, омывается водой. В результате промывки воздуха водой, а также осаждения пыли на поверхности воды и смоченных стенках резервуара происходит очистка воздуха от пыли. Пыль оседает в нижней части аппарата, откуда удаляется ручным, механическим или гидравлическим способами. Желательно, чтобы очистные устройства располагались как можно ближе к шлифовальным и полировальным станкам.
Для очистки отсасываемого воздуха от аэрозолей используют фильтры различной конструкции. Фильтрующие перегородки, через которые происходит фильтрация воздуха, весьма разнообразны по своей структуре, но в основном они состоят из волокнистых или зернистых элементов - тканевых материалов из природных, синтетических или минеральных волокон; нетканых волокнистых материалов (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые ма-
132
ты); ячеистых листов (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).
Для очистки отсасываемого воздуха, содержащего туман, аэрозоль и брызги электролита, используют волокнистые фильтры типа ФВГ. Внутри корпуса фильтра размещена кассета с фильтрующим материалом, наложенным на каркас и прижатым прижимной решёткой из пруткового материала. Кассеты изготовлены в виде вертикально расположенных складок. Фильтр работает в режиме накопления уловленного продукта на поверхности фильтрующего материала с частичным стоком жидкости. По достижении максимального гидравлического сопротивления фильтр подвергается периодической промывке (обычно 1-2 раза в месяц) с помощью переносной форсунки, вводимой через монтажный люк. В качестве фильтрующего материала обычно используют иглопробивной войлок, состоящий из волокон диаметром 70 мкм. Степень очистки воздуха от аэрозоля электролита хромирования не ниже 96-99 %. При использовании в качестве фильтрующего материала нетканого иглопробивного волокнистого лавсана для очистки воздуха, отсасываемого от травильных сернокислых ванн, достигается степень очистки 90-99
Волокнистые фильтры ти-па ФВГ устанавливают, какправило, на значительном рас-стоянии от ванн и чаще всегопосле вентилятора. Однако, напути от борта ванны до венти-лятора часть вредных веществ,выделяющихся в виде аэрозо-лей, тумана и брызг, оседает надно и стенки воздуховода. До-лю оставшихся аэрозолейвредных веществ можно опре-делять по графику, приведен-ному на рис. 7.3. Со временемвоздуховод засоряется, а ме-таллические стенки воздухово-да (даже из коррозионностой-кой стали) и элементы вентиля-
А

Рис. 7.3. График изменения концентраций аэрозолей вредных веществ в удаляемом воздухе по пути его движения в воздуховоде: А - доля вредных веществ, оставшихся в удаляемом воздухе, L - длина пути в воздуховоде от бортового отсоса
133
торов подвергаются коррозии. Для защиты вентиляционных систем используют фильтрующие элементы, встраиваемые непосредственно в местные отсосы. Фильтрующий элемент из слоя иглопробивного войлока илй полипропиленовых волокон, зажатый между винипластовыми сетками, имеет вид прямоугольной кассеты, которая встраивается в вертикальный жёлоб бортового отсоса под углом относительно вертикальной оси. Эффективность улавливания сернокислого тумана войлоком составляет величину порядка 100%, а винипластовыми сетками с полипропиленовыми волокнами - 79-99,7%; эффективность очистки воздуха от растворов хромирования составляет 98 %. Загрязненные кассеты вынимают из корпуса бортового отсоса и регенерируют путём промывки в промывной ванне. В табл. 7.5 приведены рекомендации по выбору фильтров.
Таблица 7.5
Рекомендации по выбору фильтров
Т ехнологический процесс Расход
воздуха,
м3/ч Состав аэрозоля Концентрация на входе, мг/м3 Тип фильтра; степень очистки, %
Хромирование чёрных металлов 4-10 Сь03 0,09-0,34 ФВГ-Т; 96-99
Молочное хромирование 8-16 Сг203 1,6-9,0 ФВГ-Т; 96-99
Травление чёрных металлов 1-13 НС1
H2S04 0,1-3,3 0,2-3,4 Встроенные элементы; 95-98
Осветление чёрных металлов 8-10 Сг20з 0,02-0,03 ФВГ-Т; 96-99
Электрохимическое обезжиривание металлов (кроме алюминия) 1-10 NaOH 0,01-4,2 ФВГ-Т с регенерацией паром; 96-98
Оксидирование стали щелочное 6-20 NaOH 0,1-0,55 ФВГ-Т с регенерацией паром; 96-98
Снятие старых покрытий с чёрных металлов 1,5-10 H2S04 0,4-65,6 Встроенные элементы; 95-98
134
Для очистки отсасываемого воздуха от газообразных и парообразных веществ используют методы абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.
Для физической абсорбции применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ. Адсорбционные методы основаны на поглощении примесей пористыми телами - адсорбентами. Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. В основе метода конденсации лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящимся под избыточным давлением, поэтому в гальваническом производстве не применяется.
Абсорбционная очистка основана на принципе поглощения паров и газов жидкими веществами - абсорбентами. Эффективность абсорбции зависит от коэффициента массопередачи, площади контакта поглощающих и поглощаемых веществ, времени контакта и величины движущей силы массопередачи. Последняя зависит в значительной степени от концентрации газов в очищаемом воздухе, состава абсорбента, температуры воздуха и жидкости.
Для улавливания хромового ангидрида, серной. Фосфорной и соляной кислот применяют воду или щелочной раствор.
В практической гальванотехнике при работах с азотной кислотой с отходящими газами выбрасываются, как правило, N0 и N02 при их одновременном присутствии. Основная сложность абсорбционных процессов связана с низкой химической активностью и растворимостью оксида азота N0. Поэтому применяют абсорбционное поглощение с одновременным окислением N0 в химически активные соединения. Эффективное улавливание оксидов азота достигают щелочным раствором перманганата калия, содержащего 4 % NaOH или КОН и 1-1,6 % КМп04; чем больше содержание КМп04, тем эффективнее очистка.
Газообразные цианистые соединения улавливают 5 %-м раствором
135
железного купороса.
Для очистки отсасываемого воздуха от паров фтористоводородной кислоты (HF) применяют раствор соды по реакции:
2HF + Na2C03 -» 2NaF + C03T + Н20
После насыщения поглотительного раствора фторид-ионы осаждают в виде фторида кальция по реакции:
2NaF + Са(ОН)2 -> CaF24 + 2NaOH
Отфильтрованный фторид кальция, являющийся ценным продуктом, может быть использован в промышленности, например, стекольной.
Для очистки отсасываемого воздуха методом абсорбции жидкой фазой используют пенные аппараты и абсорберы с подвижной насадкой.
Пенный аппарат представляет собой корпус, в котором установлены горизонтальная решётка с круглыми или щелевыми отверстиями и стабилизатор пены, закреплённый над решёткой. Стабилизатор пены представляет собой сотовую решётку из вертикально расположенных пластин. Поглощающий раствор подаётся сверху на решётку, а воздух подаётся снизу в подрешёточное пространство и, пройдя через решётку, при взаимодействии с жидкостью образует слой подвижной пены, которая удерживается стабилизатором пены. Далее воздух проходит через брызгоуловитель и выходит из аппарата через верхний патрубок, а отработанная жидкость протекает через отверстия решётки и отводится по сливному штуцеру. Эффективность улавливания хромового ангидрида и цианистых соединений составляет ~85 %.
Абсорбер с подвижной насадкой представляет собой колонку (круглую или прямоугольную), имеющую снизу опорнораспределительную решётку большого свободного сечения (40 %), предназначенную для поддержания насадки и распределения воздушного потока, а сверху удерживающую решётку со свободным сечением 90 %. Между решётками насыпана шарообразная насадка в виде пластмассовых шариков (полых или сплошных) или кольцевая насадка, состоящая из отрезков винипластовой или капроновой трубы; длина отрезка равна его диаметру. Расстояние между решётками соответствует 3-5 кратной высоте спокойного слоя насадки. Абсорбер работает следующим образом: при пуске сверху в него подают абсорбирующую жидкость, которая омывает насадку, неподвижно лежащую на решётке. За- 136
тем в нижнюю часть аппарата подают очищаемый воздух. При этом происходит взвешивание насадки и непрерывное хаотическое перемешивание с большой турбулентностью потоков очищаемого воздуха и жидкости, что повышает площадь и продолжительность их контакта Минимальная скорость потока воздуха обеспечивает начало взвешивания насадки, при максимальной скорости начинается прилипание насадки к удерживающей решётке. Для уменьшения уноса брызг в верхней части абсорбера установлен брызгоуловитель.
Достоинства абсорбера с подвижной насадкой: сильная турбулиза- ция потоков воздуха и жидкости, обеспечивающая высокие коэффициенты массообмена; подвижность насадки, предотвращающая засорение аппарата твёрдыми частицами; простота устройства; малые высота и масса; относительно небольшое сопротивление. Преимущества кольцевой насадки по сравнению с шаровой: высокая пропускная способность по воздуху и жидкости, так как пористость неподвижного слоя у кольцевой насадки больше, чем у шаровой; она менее трудоёмка в изготовлении, чем шаровая насадка, и значительно дешевле. Эффективность абсорбции кислых газов щелочным раствором в турбулентноконтактном абсорбере типа ТКА равна 97 % при начальном содержании газов не более 0,5 г/м1.'
Если в отсасываемом воздухе наряду с газообразными и парообразными примесями содержатся водорастворимые аэрозольные частицы, то для его очистки используют абсорбционные волокнистые фильтры типа ФАВ, в которых фактически объединены абсорбер с подвижной насадкой и фильтрующие элементы. Фильтр состоит из корпуса, изготовленного из титана, крышки, опорно-распределительной решетки свободным сечением 18-20 %, шаровой насадки из кислото- щёлочестойкой резины и фильтрующих элементов, работающих в режиме самоочищения. Фильтрующие элементы представляют собой каркасы цилиндрической формы с натянутым на них фильтрующим материалом из синтетического войлока А5. Фильтр работает следующим об-, разом. Загрязнённый воздух подается в нижнюю часть корпуса, проходит через опорно-распределительную решётку и, захватывая поглотительный раствор, образует газожидкостную среду, в которой свободно плавает шаровая насадка, и затем проходит через фильтрующий элемент. Периодичность промывки фильтра, смены поглотительного раствора и его нейтрализации устанавливается в процессе пуско
137
наладочных работ в зависимости от вида улавливаемого вещества. Степень очистки воздуха составляет 99,9%.
Адсорбционные методы в отличие от абсорбционных позволяют проводить очистку воздуха с небольшим содержанием газообразных и парообразных примесей.
В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Внутренняя структура наиболее распространенных на практике промышленных адсорбентов характеризуется наличием различных размеров и форм пустот или пор, среди которых различают макро-, переходные (мезо-) и микропоры. Суммарный объём последних к единице массы или объёма адсорбента определяет в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения загрязняющего компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым поглотителем этого компонента.
К основным типам промышленных абсорбентов относятся активированные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты и иониты.
Активированные угли характеризуются гидрофобностью (плохой сорбируемостью полярных веществ, к которым относится и вода). Угли АГ-2 предназначены для адсорбции газов, уголь СКТ - для улавливания паров органических веществ, угли АР, СКТ-3 и APT - для очистки воздуха от паров летучих органических растворителей (бензин, керосин, уайт-спирит и др.) из воздуха, отсасываемого от оборудования обезжиривания органическими растворителями. Скорость воздуха 0,2 м/с. После насыщения угля органическими растворителями его регенерируют продувкой острым паром с температурой 110-120 °С, после чего паровоздушную смесь охлаждают в конденсаторе и разделяют на воду (нижний слой) и растворитель (верхний слой), которые сливают в отдельные ёмкости.
Существенными недостатками активированных углей являются относительно невысокая механическая прочность и горючесть.
Значительный интерес в последнее время вызывают активированные углеродные волокна. Наряду с высокой термохимической стойкостью и хорошими поглотительными и фильтрующими свойствами волокнистые углеродные адсорбенты ввиду малых диаметров волокон, составляющих (06-1,0)-105 м, характеризуются повышенными скоростями адсорбционно-десорбционных процессов.
138
Силикагели по своей химической природе представляют собой гидратированные аморфные кремнеземы (Si02-nH20), являющиеся реакционноспособными соединениями переменного состава, превращения которых происходит по механизму поликонденсации.
Силикагели служат для поглощения полярных веществ, к которым относится и вода. Мелкопористые силикагели используют для адсорбции легкоконденсируемых паров и газов. Крупнопористые и частично среднепористые силикагели служат эффективными поглотителями паров органических соединений.
Силикагели негорючи и характеризуются низкой температурой регенерации (110-200 °С) и достаточно высокой механической прочностью. В то же время они разрушаются под действием капельной влаги.
Алюмогели (активный оксид алюминия А1203 пН20, где 0<п<0,6) в отличие от силикагелей стойки к воздействию капельной влаги. Их используют для улавливания полярных органических соединений и осушки газов.
Цеолиты представляют собой алюмосиликаты, содержащие в своём составе оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (Me2/n0 Al203-xSi02-yH20) и характеризующиеся регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами молекул. Катионы цеолитов в определенных условиях их обработки могут замещаться на соответствующие катионы контактируемых с ними растворов, что позволяет рассматривать цеолиты как катионообменники. Поглощение вещества происходит в основном в адсорбционных полостях цеолитов, соединяющихся друг с другом входными окнами строго определенных размеров. Проникать через окна могут лишь молекулы, диаметр которых меньше диаметра входного окна.
Цеолиты обладают наибольшей адсорбционной способностью по парам полярных соединений и веществ с кратными связями в молекулах.
Цеолит NaA может адсорбировать H2S, CS2, С02, NH3, низшие диеновые и ацетиленовые углеводороды, этан, этилен, органические соединения, содержащие в молекуле одну метильную группу. Пропан и органические соединения с числом атомов углерода в молекуле более трех этим цеолитом не адсорбируются.
Цеолиты типа X адсорбируют все типы углеводородов, органические сернистые, азотистые и кислородные соединения, галоидозаме
139
щенные углеводороды, пента- и декаборан.
Для очистки отсасываемого воздуха, содержащего до 200 мг/м3 аэ-розолей, газов и паров, от примесей вредных веществ применяют ад-сорбционные методы с использованием нетканых полотен, изготовлен-ных из ионитовых волокон. С этой целью используются волокна на ос-нове полиакрилонитрила типа ВИОН АС-1, ВИОН АН-1, ВИОН КН-1.
Поглощение веществ ионитами представляет собой процесс взаи-модействия газовой и парообразной среды с твердой фазой, обладаю-щей способностью обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другиеионы, присутствующие в газовой фазе.
Ионообменные волокнистые (иглопробивные) материалы позво-ляют производить регенерацию и могут многократно использоваться.Регенерацию полотен производят промывкой водой или растворами ки-слот или щелочей. Межрегенерационный период работы фильтров зави-сит от концентрации примесей в очищаемом воздухе и составляет от не-скольких часов до нескольких месяцев. Нетканые полотна имеют малуюплотность (менее 0,1 г/см3) и низкое аэродинамическое сопротивление.Они позволяют получать большую фильтровальную поверхность в еди-нице объёма аппарата (до 30 м2/м3), что обеспечивает большую пропу-скную способность фильтра при относительно низкой скорости фильт-рования (0,1-0,2 с). Изготавливаются ионитовые фильтры (рис. 7.4) дляочистки воздуха от сернистого ангидрида, фтористого водорода, хлори-стого водорода, аммиака, хлора, аэрозолей кислот и солей, в том числесолей никеля, при их содержании до 1 г/м3.
Фильтры представляютсобой колонну 1 прямоугольно-го сечения, внутри которой па-раллельно её оси расположеныфильтровальные элементы.
Фильтровальные элементы 2представляют собой располо-женные вертикально (парал-лельно потоку воздуха) несу-щие рамки из дерева или вини-пласта, в которых закрепленыармированные полимерной сет-кой полотна толщиной 10-20

Рис. 7.4. Схема ионитового фильтра:
1 - колонна, 2 - фильтровальный элемент, 3 - направление движения очищаемого воздуха, 4 - каналы
140
мм. Рамки разделены пустыми каналами 4 шириной 20-30 мм, которые попеременно перекрыты со стороны входа и выхода воздуха. Очищаемый воздух 3 поступает в каналы, открытые со стороны входа, фильтруется через полотна, образующие стенки каналов, и выходит через каналы, открытые со стороны выхода.
Для регенерации фильтров периодически или непрерывно к верхним кромкам полотна подводится вода или другой регенерирующий агент, которые, стекая по слою полотна, вымывают адсорбированные вещества, собираются в нижнем коллекторе, откуда периодически выводятся.
Для улавливания газов и аэрозолей HF. НС1. HoSO.i. HNCK применяют материал ВИОН АН-1 (анионит). Оптимальная скорость фильтрации 0,1 м/с. Температура очищаемого воздуха 20+10 °С. Степень очистки воздуха не менее 99 %.
Для улавливания газов и аэрозолей S02- СЬ. H^S, HNCh рекомендуется материал ВИОН КН-1 (катионит). Скорость фильтрации 0,02-0,1 м/с. Степень очистки воздуха не менее 95%.
Для улавливания примеси цианидов щелочных металлов и цианистого водорода из отсасываемого воздуха рекомендуют влажное (60 % ионообменное волокно марки АС-1. Регенерацию волокна после насыщения цианидами проводят 2 %-м раствором NaOH или 5 %-м раствором Na2C03.
Кислые примеси можно улавливать с применением насыпного слоя гранулированных ионитов в кипящем слое, который необходимо непрерывно орошать водой или раствором щёлочи. Скорость воздуха в аппарате 1-1,5 м/с. Размер гранул ионита менее 1 мм. Степень очистки воздуха достигает 98%. Во избежание канального проскока воздуха, образования воздушных пузырей в кипящем слое и снижения степени очистки воздуха отношение диаметра аппарата к слою сорбента принимают равным 2:1.
Перспективным является обезвреживание газовоздушных смесей, содержащих органические растворители, термокатализом, т.е. каталитическим окислением при повышенной температуре (250-400°С). Паровоздушная смесь направляется последовательно в электронагреватель и каталитический аппарат. В нагревателе паровоздушная смесь нагревается до температуры начала каталитического окисления паров растворителей (260-280°С). Допустимый разогрев не выше 650°С. В каталитиче-
141
ском аппарате происходит беспламенное сжигание паров растворителей, т.е. превращение их в углекислый газ и пары воды. Катализатор представляет собой смесь оксидов неблагородных металлов с добавками платины и палладия (0,01-0,001 %), нанесённых в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль. За счёт реакции окисления температура паровоздушной смеси возрастает пропорционально концентрации паров растворителей. Так, при исходном содержании паров растворителей 1 г/м3 и степени очистки 95% температура возрастает на 30°С.
Катализатор отличается способностью окислять различные компоненты выбросов, обладает высокой механической прочностью, прост в обслуживании. В случае оседания на нём пылевых частиц его периодически промывают. Регенерация катализатора заключается в повторном нанесении активной пленки на нихромовую проволоку.
Для очистки отсасываемого воздуха от парообразный веществ используют конденсаторы, в которых за счёт охлаждения проходящего через него воздуха происходит конденсация паров. Конденсатор представляет собой заключённые в кожух гладкие или оребрённые трубки, в которые подается вода или другая охлаждающая жидкость при температуре более низкой, чем температура насыщения пара. Паровоздушная смесь, обтекая трубки, охлаждается, часть пара сжижается, конденсат стекает в поддон и выводится из аппарата. Увеличение количества сжижаемого пара возможно за счёт увеличения рабочего объёма конденсатора, а при заданном объёме конденсатора - за счёт уменьшения диаметра трубок и увеличения их числа. При равных условиях чем ниже температура охлаждающей жидкости, тем большее количество пара может быть сконденсировано.
Гальванические цеха характеризуются незначительными удельными выделениями избытков теплоты, а работы, производимые в этих цехах, относятся к категории работ средней тяжести - На (работы, связанные с ходьбой, выполняемые стоя, не требующие перемещения тяжестей) или Пб (работы, требующие перемещения тяжестей до 10 кг). При этих условиях допустимы следующие параметры микроклимата (ГОСТ 12.1.005):
в холодный и переходный периоды года (температура наружного воздуха ниже 10°С):
142
температура для работ категории Па 17-23 °С, а для работ категории Пб 15-2 ГС,
относительная влажность - не более 75 %,
скорость движения воздуха - не более 0,3 м/с для работ категории Па или 0,4 м/с для работ категории Пб;
в тёплый период года:
температура должна быть не более, чем на 3 °С выше средней температуры наружного воздуха в 13 ч дня самого жаркого месяца, но не более 31 °С;
относительная влажность при 28-3 ГС - не более 55%, при 27°С не более 60%, при 26 °С — не более 65%, при 25°С - не более 70% и при 24 °С - не более 75%;
скорость движения воздуха должна бать 0,2-0,5 м/с (большая скорость соответствует максимальной температуре воздуха и наоборот).
Обеспечение теплового режима на рабочем месте обеспечивается применением вентиляции с отоплением.
Для обеспечения работы вентиляционных систем наибольшее распространение имеют вентиляторы низкого давления (80-100 кгс/м2). Вентиляторы Ц4-70 обладают высокими аэродинамическими качествами за счёт наличия такого входа воздуховода в колесо, который обеспечивает плавное течение воздуха с минимальными потерями. Благодаря этому вентиляторы типа Ц4-70 имеют высокий КПД, достигающий 80 %. Они малошумны в работе. При наличии агрессивных сред колесо вентилятора защищают асбовинилом или полиизобутиленом, либо изготавливают из кислотостойких сплавов.
Водное хозяйство
В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды.
Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, пользование душем и уборку помещений определяется в соответствии с требованиями СНиП 11-30-75 и СНиП 11-90-81. Расход воды на пожаротушение определяется в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84.
Технологические нужды включают в себя: приготовление технологических растворов, промывку деталей, охлаждение оборудования (выпрямителей) и растворов (ванны), прочие нужды (промывку фильтров,
143
вентилей, мойку оборудования). Расход воды на приготовление технологических растворов определяется объёмом ванн и составом растворов. Расход воды на охлаждение выпрямителей определяется их типом и мощностью и указывается в технической документации (паспорте). До 90-95 % воды в гальваническом производстве используется на промывочные операции, причём удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м3 на 1 м2 обрабатываемой поверхности.
Требования к качеству воды и промывки
В гальваническом производстве при нанесении покрытий детали обрабатываются поочерёдно в нескольких растворах, имеющих, как правило, отличающиеся друг от друга составы с чёткими границами интервалов концентраций веществ. При вынимании деталей из технологической ванны вместе с деталью на её поверхности выносится тонкая плёнка раствора ("нельзя выйти сухим из воды"), который (если бы не было промывки), попадая в следующую по ходу техпроцесса технологическую ванну, загрязняет её, что в большинстве случаев приводит к появлению брака. В то же время вынесенный деталями раствор из последней технологической ванны при их сушке образует тонкий налёт сухих веществ, которые при эксплуатации изделий растворяются в конденсирующейся на поверхности деталей влаге (обычное явление в реальных условиях эксплуатации) и образуют раствор, способствующий коррозии покрытия и основы и нарушению функциональных характеристик покрытий. Поэтому промывка деталей предназначена для предотвращения загрязнения технологических растворов и обеспечения чистоты поверхности готовых деталей. Следовательно, требования к составу промывной воды определяются предельной концентрацией примесей в технологических растворах и свойствами и назначением покрытий.
Эффективность работы электролитов и качество получаемых осадков в значительной степени определяется чистотой растворов с точки зрения наличия или отсутствия посторонних неорганических и органических загрязнений. Загрязнения растворов далеко не всегда вызывают видимые невооружённым глазом дефекты, часто брак оказывается "скрытым" и выявляется на последующих стадиях эксплуатации. Например, нередки случаи, когда никелевые покрытия, удовлетворяющие требованиям по внешнему виду, не обладают паяемостью, являются
144
хрупкими, не обеспечивают необходимой адгезии к ним последующих покрытий никеля, хрома, золота, серебра, палладия и других, имеют повышенное переходное сопротивление, не обеспечивают получение качественных сварных швов и т.п. Различные электролиты могут быть в большей или меньшей степени чувствительны к загрязнениям, но суть заключается в том, что во всех случаях загрязнения сказываются на свойствах покрытий. Для наиболее распространенных растворов и электролитов в табл. 8.1 приведены предельные концентрации вредных примесей, влияющих на качество обработки поверхности и наносимых покрытий.
В процессе эксплуатации растворов содержание в них примесей колеблется в очень широких пределах, различающихся на 3-4 порядка в зависимости от состава электролита, материала обрабатываемых деталей, условий электролиза, случайных факторов. Многие металлические примеси соосаждаются совместно с основным металлом, некоторые вещества разрушаются на электродах, поэтому их концентрация в растворе постоянно уменьшается. Если такие примеси поступают от какого-то постоянного источника в концентрации ниже допустимой, то можно считать такой источник загрязнений не существенным. Однако некоторые примеси не захватываются покрытием и не разрушаются на электродах; такие примеси, даже поступая в концентрации гораздо ниже допустимой, при длительной эксплуатации раствора постоянно накапливаются, их концентрация в растворе стремится к значению концентрации в источнике загрязнений. Одним из главных источников загрязнений, причём постоянным во времени, является промывная вода. Таким образом, концентрация вредных примесей в промывной воде должна быть ниже предельной концентраций вредных примесей в растворах и электролитах. Тогда легче предотвратить попадание в электролиты и накопление в них примесей, чем организовывать их удаление. При этом многие примеси удаляются с большим трудом (хлор-ионы), а есть практически не удаляемые, например примеси аммония и силикат-ионов.
145
Таблица 8.1
Предельные концентрации вредных неорганических примесейв технологических растворах и электролитах
Типы электролитов Вредные
примеси Предельная концентрация, г/л Типы электролитов Вредные
примеси Предельная концентрация, г/л
щелоч- медь 0,1 медь 0,01
ной свинец 0,03 цинк 0,01
амиша- железо 3,0 железо 0,05
1 катный медь 0,2 §
£
СО хром 0,001
ей
О медь 0,05 кальций 0,01
*
X
3 циани- олово 0,05 а.
X магний 0,01
стый алюминий 0,05 5
* алюминий 0,1
карбонаты 100 X
I свинец 0,001
о
§• медь 0,08 олово 0,001
и хлорид-
иый свинец 0,05 о
р. мышьяк 0,005
СП сурьма 0,05 Е нитраты 0,005
олово 0,8 п
О фосфаты 0,005
мышьяк 0,005 силикаты 0,3
свинец 0,02 сера (S2C>42\ 0,005
олово 0,02 SO,2, S2) а
£
СО
8.
X аммиа- сурьма • 0,02 Сернокислый железо 3
катный мышьяк 0,02 электролит хро- медь 5
железо 0,5 мирования нитраты 0,1
1 никель 0,5 Раствор фосфа- сульфаты 2
свинец 0,05 тирования хлориды 1
олово 0,05 хромовый алюминий 10
циани- сурьма 0,05 2
5
К хлор-иоиы 0,2
и стый серебро 0,05 алюминий 25
Й медь 0,05 х о S S медь 2
мышьяк 0,005 о 5
Си с сернокис- магний 5
железо 20 X о о £ лый железо 2
Е к серно
кислый мышьяк + 0,01 ± <и
РЗ Я оксиды азота 0,2
1 § сурьма г я хлор-ионы 0,1
И циани-
стый свинец - 5 *
П я
о € сульфоса- алюминий 2,5
СП сурьма - &■ лициловый мышьяк - и
п шавелево- алюминий 20
Электролит
серебрения медь 10 СП кислый железо 3 сульфат меди 0,01
Цианистый медь 0,1 хлорид цинка 1,0
электролит золочения железо 0,1 хлорид кадмия 0,1
медь 0,1 гастворы хими- ческого никели- рования хлорид железа 0,1
для осаждения сплава олово* олово (IV) 2,0 хлорид свинца 0,1
циик 0,3 сульфат натрия 20,0
свинец О-С кадмий 0,25 роданид калия 0,1
tpu; железо 0,6 циаиид калия 0,1
146
Из вышеизложенного вытекает главный принцип определения качества воды для промывки: качество промывной воды должно определяться не только и не столько составом раствора, после которого осуществляется промывка деталей, а составом раствора, перед которым проводится промывка. Например, зачем отмывать деталь от хлоридов перед хлоридным электролитом? Качество воды в последней промывной ванне перед сушкой готовых деталей должно определяться свойствами и назначением покрытия. Так, например, после фосфатиро- вания под окрашивание перед сушкой струей горячего воздуха промывку можно не проводить, в то же время детали с декоративными и функциональными покрытиями требуют перед сушкой тщательной промывки.
Используемая для промывки деталей вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении и химически инертной к покрытию.
В соответствии с ГОСТ 9.314-90 в гальваническом производстве может использоваться вода трёх категорий: вода 1-й категории по своим физико-химическими показателями соответствует питьевой воде, а вода 3-й категории - дистиллированной воде (табл. 8.2). Причём по данному ГОСТу перед многими операциями для промывки регламентируется применение воды только 3-й категории (табл. 8.3). Вполне естественно, что чем чище промывная вода, тем лучше промываются детали и тем качественнее получаются покрытия. Однако, учитывая экономические возможности заводов, а также практику работы гальванических цехов, можно с большой долей уверенности утверждать, что применение дистиллированной воды для промывки деталей желательно, но во многих случаях излишне.
Об этом говорит не только практика работы гальванических цехов. Действительно, зачем промывать детали в такой чистой воде (3-й категории) перед меднением и хромированием, не говоря уж о применении столь чистой воды для промывки перед осветлением и пассивированием коррозионностойких сталей? Непонятно также, почему вода 1-й категории (питьевая) может применяться лишь для промывки в операциях подготовки поверхности к покрытию, и то не всегда.
147
Таблица 8.2
Физико-химические показатели воды
Допустимые значения показателей качест-ва и ингредиентов по категориям:
Показатели качества воды, ингредиенты 1 кат. ГОСТ 9.314 питьевая
вода
СанПиН
2.1.4.107
4-01 2 кат. ГОСТ 9.314 3 кат. ГОСТ 9.314 дистил
лиро
ванная
вода
ГОСТ
6709
Сухой остаток, мг/л 1000 1000 400 5,0 5,0
Мутность, мг/л 2,0 1,5 1,5 - -
Жесткость, мг-экв/л 7,0 7,0 6,0 - -
pH 6,0-9,0 6,0-9,0 6,5-8,5 5,4-6,6 5,4-6,6
Удельная электрическая проводимость, См/м, (при 20 °С) 2-103 2-10 3 1-10 1 510'4 5 -10'4
Сульфаты, мг/л 500 500 50 0,5 0,5
Хлориды, мг/л 350 350 35 0,02 0,02
Нитраты, мг/л 45 45 15 0,2 0,2
Фосфаты, полифосфаты (по РОд3'), мг/л 30 3,5 3,5 1,0 -
Аммиак и аммонийные соли, мг/л 10 - 5,0 0,02 0,02
Нефтепродукты, мг/л 0,5 0,1 0,3 - ^ -
ПАВ (анионоактивные), мг/л 5,0 0,5 1,0 - -
ХПК, мг/л 150 - 50 - -
Окисляемость перманганатная, мг/л - 5,0 - - 0,08
Остаточный хлор (своб./связ.), мг/л 1,7 0,3-0,5 0,8-1,2 1,7 - -
Ионы тяжелых металлов суммарно, мг/л 15 - 5,0 0,4 -
Железо (Fe), мг/л 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05
Медь (Си, суммарно), мг/л 1.<Г 1,0 0,3 0,02 0,02
Цинк (Zn2+), мг/л 5,0 5,0 1,5 0,2 0,2
Кадмий (Cd, суммарно), мг/л - 0,001 - - -
Никель (Ni2+), мг/л 5,0 0,1 1,0 - -
Хром (Сг<’+), мг/л - 0,05 - - -
Хром (Сг3+), мг/л 5,0 0,5 0,5 - -
Свинец (РЬ, суммарно), мг/л - 0,03 - - 6,05
Алюминий (А13+), мг/л - 0,5 - - 0,05
Кремний (Si), мг/л - 10,0 - - -
148
Таблица 8,3
Области применения воды в соответствии с ГОСТ 9.314-90
Кате
гория
воды Область применения Дополнительные указания
1 Промывка деталей после операций подготовки поверхности к покрытию, кроме операций, где используется вода категорий 2 и 3. —
2 Приготовление электролитов и промывка во всех случаях, кроме перечисленных для воды 3-й категории. Вода, использованная на промывку, может быть применена повторно как вода 1-й категории
3 Приготовление электролитов и промывка перед обработкой в электролитах, составленных на воде 3-й категории*, а также при специальных требованиях к качеству и внешнему виду, для особо ответственных деталей. Вода, использованная на промывку, может быть применена повторно как вода 1 и 2-й категорий
Учитывая, что назначение промывки заключается в предупреждении загрязнения раствора следующей ванны, а также то, что реально в гальванические цеха подаётся только питьевая водопроводная вода, можно предложить следующие рекомендации по использованию воды различного качества:
Для приготовления технологических растворов необходимо использовать дистиллированную воду в тех случаях, когда на это указано в технологической документации; в остальных случаях следует использовать конденсат или питьевую водопроводную воду.
Для промывки в проточных ваннах перед всеми технологическими ваннами можно использовать обычную питьевую водопроводную воду. Когда предельная концентрация какого-либо вещества в технологическом растворе меньше, чем нормируемая концентрация данного вещества в питьевой воде, то в этом случае потребляемая водопроводная вода подвергается анализу на содержание в ней этого вещества и, в случае необходимости, очистке именно от этого вещества. Одним из наиболее часто встречающихся случаев в практике работы гальванических цехов является высокое содержание в водопроводной воде железа, что может негативно сказаться на качестве многих, особенно никелевых и хромовых, покрытий. В этом случае перед подачей воды на промывку
149
перед ванной нанесения покрытий необходимо подвергать воду очистке от железа любым из доступных методов, например, аэрацией с последующей фильтрацией. Для промывки в непроточных ваннах дистиллированную воду необходимо использовать лишь в том случае, когда промывная вода из этих ванн улавливания служит для подпитки технологической ванны, раствор в которой готовится на дистиллированной воде. Например, ванны улавливания после никелирования и хромирования заполняются дистиллированной водой, так как промывную воду из этих ванн улавливания постоянно подливают в ванны соответственно никелирования и хромирования для компенсации потерь растворов на испарение и унос в вентиляцию. Вместо дистиллированной воды можно использовать конденсат, образующийся в системе подогрева растворов насыщенным или перегретым паром.
3. Дистиллированную или обессоленную воду для промывки используют в технологических процессах, в которых это особо оговаривается (микроэлектроника, радиотехника и т.п.).
Что касается качества промывки, то и здесь главным требованием является исключение критического (свыше допустимого) загрязнения технологических растворов и обеспечение надлежащего качества поверхности готовых деталей. Однако здесь рассматривается вклад в загрязнение последующего технологического раствора не только компонентами, содержащимися в исходной воде, применяемой для промывки, но и компонентами, вынесенными поверхностью деталей из предыдущей технологической ванны. При промывке в ванне непроточной промывки раствор, вынесенный из технологической ванны с деталями, и растворённые в нем вещества полностью с поверхности деталей не удаляются, а лишь снижается их концентрация путем разбавления промывной водой. Первая партия деталей промывается чистой водой, а последующие - водой, загрязнённой веществами, смытыми с поверхности предыдущих деталей. Таким образом, в промывной воде постоянно увеличивается концентрация компонентов раствора из предыдущей ванны. При отсутствии постоянного или периодического обмена загрязнённой промывной воды на чистую может наступить такой момент, когда состав раствора в промывной ванне сравняется с составом раствора предыдущей технологической ванны и промывная ванна полностью прекратит выполнять свое назначение. Поэтому загрязненная промывная вода должна частично или полностью обмениваться на чистую. Ско- 150
рость обмена промывной воды должна быть такой, чтобы вынесенное поверхностью деталей количество компонентов предыдущего технологического раствора не повлияло на работу последующего технологического раствора, т.е. в промывной ванне необходимо поддерживать концентрацию компонентов предыдущего технологического раствора меньше допустимой. Для окончательной промывки готовых деталей допустимая концентрация компонентов раствора в последней ступени промывки определяется назначением и свойствами покрытия.
В табл. 8.4 представлены допустимые концентрации отмываемого вещества (компонента предыдущего технологического раствора) в промывной воде в последней по ходу движения деталей ступени промывки для большинства встречающихся на практике случаев.
На качество промывки после некоторых операций влияет температура воды. Так, например, щелочные растворы плохо смываются с деталей, и поэтому после химического и электрохимического обезжиривания, травления алюминия и т.п. промывку ведут в горячей воде (70-90 °С). В тоже время после обработки в горячем растворе щелочного оксидирования стальные детали нежелательно промывать в горячей воде, так как промывная вода может вскипеть вследствие опускания в неё горячих деталей (нагретых до 140°С). Если после горячей промывки следует активация, то перед этой операцией необходимо предусмотреть промывку в холодной воде, что исключает быстрое высыхание деталей после промывки в горячей воде и окисления, а также перетравливания горячей поверхности деталей в ванне активации. В соответствие с ГОСТ 9.314-90 горячая вода (выше 59 °С) применяется после операций обезжиривания, травления и снятия травильного шлама в щелочных растворах, при наличии на поверхности значительного количества масел или смазок, перед химическим обезжириванием или перед одновременным обезжириванием-травлением, перед нанесением покрытий в теплых и горячих растворах, перед сушкой. Горячая вода не рекомендуется к применению после операций хроматирования по цинковому и кадмиевому покрытиям и химического оксидирования стали, алюминия и его сплавов. Теплая вода (40-59°С) применяется после операций обезжиривания, хроматирования, травления легких сплавов, снятия шлама, анодного окисления, перед и после химического оксидирования черных и цветных металлов. В остальных случаях рекомендуется применять для промывки деталей холодную воду.
151,
Таблица 8.4
Предельно допустимые концентрации отмываемых веществв промывной воде
Наименование операции или тип электролита, используемого в этой операции, после которой производится промывка Отмы
ваемое
вещест
во Наименование операции или тип электролита, используемого в этой операции, перед которой производится промывка Предельно допустимая концентрация отмываемого вещества в последней ступени промывки, Сп, г/л
Анодное окисление H2S04 Наполнение, сушка 0,010
Активирование
(декапирование) в пересчете на H2S04 Кислые электролиты Щелочные электролиты Цианистые электролиты 0,100 0,050 ‘ 0,010
Цианистые' кадмирование, цинкование и меднение СРГ Заключительные операции, сушка 0,010
Цинкование кислое Zn2+ Осветление 0,010
Кадмирование кислое Cd2+ Заключительные операции, сушка 0,015
Меднение кислое Cu2+,
Cu+ Никелирование Другие операции, сушка. 0,002
0,010"
Наполнение хромпиком Cr6+ Сушка 0,010
Наполнение красителем краси
тель Сушка 0,005
Никелирование Ni2+ Меднение
Хромирование, сушка 0,020
0,010
Обезжиривание NaOH Щелочной электролит
Кислый или цианистый электролит
Анодирование алюминия Сушка 0,800
0,100
0,050
0,100
Химическое окисление NaOH Промывка в мыльной воде, сушка 0,200
Оловянирование Sn2\
Sn4+ Заключительные операции, сушка 0,010
Осветление кадмиевого или цинкового покрытия HNO, Заключительные операции, сушка 0,200
Пассивирование меди и медных сплавов Cr6+ Заключительные операции, сушка 0,010
Химическое и электрохимическое полирование Cr6+ Заключительные операции, активирование 0,010
152
Окончание табл. 8.4
Наименование операции или тип электролита, используемого в этой операции, после которой производится промывка Отмы
ваемое
вещество Наименование операции или тип электролита, используемого в этой операции, перед которой производится промывка Предельно допустимая концентрация отмываемого вещества в последней ступени промывки, Сп, г/л
Травление: алюминия цветных металлов
черных металлов NaOH
HN03
H2S04)HC1 Последующие операции, сушка 0,100
0,150
0,050
Фосфатирование "Мажеф" Заключительные операции, сушка, промасли- вание 0,020
Хромирование Сг6+ Промывка в растворе соды, сушка 0,010
Железнение Fe2+ Сушка 0,030
Серебрение, золочение, платинирование, роди- рование Ag, Au, Pt, Rh Сушка 0,001
Характеристика систем промывки Как было ранее отмечено, основное назначение промывки - предотвращение загрязнения технологических растворов посторонними веществами, переносимыми поверхностью деталей. При промывке тонкий слой вынесенного поверхностью деталей раствора разбавляется промывной водой как за счет конвекции, так и за счет диффузии, в результате чего происходит снижение концентрации веществ в поверхностном слое жидкости. Этот разбавленный раствор поверхностью деталей переносится в следующую технологическую ванну. Поэтому целью промывки является снижение концентрации ранее вынесенных веществ в поверхностном слое жидкости до такой концентрации, которая не мешала бы работе последующей технологической ванны, или (если промывка осуществляется перед сушкой) не снижала бы качество готовых деталей. Таким образом, при промывке концентрация раствора на поверхности обрабатываемых деталей должна быть снижена до величины ниже допустимой, не оказывающей влияния на работоспособность последующей технологической ванны и не сказывающейся на качестве изделий.
153
Основными способами промывки изделий являются погружной и струйный. Струйные промывки более экономичны по сравнению с npo-J мывкой погружным способом, так как при струйной промывке на поверхности деталей происходит не только процесс разбавления выносимого раствора, но и процесс удаления и замещения пленки раствора чистой водой за счет гидродинамического воздействия струи воды. Однако воздействие струи имеет явно выраженную направленность, поэтому струйная промывка применима только для промывки деталей простой конфигурации (листы, проволока) и с обязательной предварительной экспериментальной проверкой достигаемой полноты промывки. Струйная промывка может быть применена в качестве дополнительной! промывки изделий, имеющих глухие или глубокие отверстия (трубки, втулки, калибры, пружины и т.п.). При этом детали сначала погружают в ванны промывки с проточной водой, а затем, при извлечении из ванны, промывают направленными струями воды. Основной областью применения струйной промывки является производство печатных плат. В гальванических цехах вследствие большого разнообразия форм и конфигурации обрабатываемых деталей имеются единичные случаи применения струйной промывки (для деталей простой формы или с использованием модифицированных струй - капельно-аэрозольных), поэтому в дальнейшем она не рассматривается.
Наиболее распространенным является погружной способ промывки, который может осуществляться в непроточных и проточных условиях.
При промывке в проточной воде после технологической ванны применяют три основные схемы (рис.8.1): одноступенчатая промывка в одной (одинарной) ванне (а); многоступенчатая прямоточная промывка в нескольких последовательно устанавливаемых ваннах (ступенях) промывки, оборудованных самостоятельной системой подачи и слива воды (б); многоступенчатая противоточная (многокаскадная) промывка (в, г), при которой направление потока воды противоположно направлению движения деталей. Многокаскадная промывка, при прочих равных условиях, обеспечивает в несколько раз меньший расход воды, но большие концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку.
Промывка в непроточной ванне с периодическим сливом промывной воды (периодически непроточный режим промывки) осуществляет- 154
ся при мелкосерийном производстве, в случае малых (менее 50 л/ч), нерегулируемых расходах воды, а также для улавливания ценных или высокотоксичных компонентов (драгметаллов, соединений хрома и т.п.). В большинстве случаев (кроме нанесения драгметаллов) применяется одна ванна непроточной промывки - ванна улавливания. После ванны

Рис. 8.1. Схемы промывок: а - одноступенчатая (одинарная), б - двухступенчатая прямоточная, в - двухступенчатая противоточная (двухкаскадная), г- трёхступенчатая противоточная (трёхкаскадная), Т - технологическая ванна
улавливания устанавливаются ванны проточной промывки. Без последующей ванны проточной промывки одна ванна улавливания в качестве самостоятельной схемы промывки не применяется, так как в ней очень быстро накапливается предельная концентрация отмываемого компонента с„ и промывная вода подлежит довольно частой смене - продолжительность непроточного режима соответствует времени обработки нескольких загрузок, т.е. порядка нескольких часов. При работе ванны улавливания совместно с ваннами проточной промывки концентрация отмываемых компонентов в уловителе не ограничивается предельно допустимой концентрацией отмываемого компонента с„ (табл.8.3), а может достигать в несколько сотен раз больших значений, поэтому вода в ванне улавливания меняется значительно реже - продолжительность непроточного режима может составить несколько месяцев и зависит от назначения ванны улавливания.
Последовательная промывка в нескольких непроточных ваннах может использоваться в качестве самостоятельной схемы, так как продолжительность непроточного периода (время работы между сменой воды) в этом случае значительно увеличивается: при промывке в двух
155
ваннах улавливания - до нескольких суток, при промывке в трёх ваннах улавливания - до нескольких недель, а при промывке в четырёх ваннах улавливания - до нескольких месяцев. В связи с этим, перевод нескольких проточных ванн в периодически непроточный режим промывки значительно облегчает регулирование расхода воды, так как в этом случае расход воды определяется объёмом ванн улавливания и частотой смены промывной воды. Кроме того, при постоянном протоке промывная вода нерационально расходуется, в то время как детали обрабатываются в предыдущих ваннах и, что довольно часто происходит, во время производственных перерывов. Работа нескольких ванн промывок в периодически непроточном режиме за счёт исключения нерационального использования воды позволяет дополнительно сократить расход воды на 20-30%.
Расчёт расхода воды на промывку
Одним из главных факторов, определяющих расход воды, является удельный вынос раствора q (л/м2) из ванны поверхностью деталей, который зависит от сложности профиля детали, состояния поверхности и времени стекания раствора. При расчётах принимают максимальные значения удельного выноса раствора, представленные в табл. 8.5.
Таблица 8.5
Максимальная норма удельного выноса раствора
Вид обработки Время стекания не менее, с Норма удельного выноса, л/м2
кислые растворы щелочные и хромсодержащие растворы
На подвесках 6 0,2 0,3
В колоколах 15 0,4 0,6
В барабанах 15 0,4 0,6
В корзинах и сетках 15 0,5 0,75
Кроме того, расход воды на промывку зависит от требуемого качества промывки, которое определяется кратностью разбавления вынесенных с поверхностью деталей компонентов растворов
К=с0/сп,
где с0 - концентрация отмываемого компонента в технологической ванне, с„ - предельно допустимая концентрация отмываемого компонента в 156
последней (по ходу движения деталей) ступени промывки (табл. 8.4).
В общем виде расход воды на промывку определяется по формуле:
Q = n-q-F NJaK,(8.1)
где Q - расход воды на промывку, л/ч; п - количество промывных ванн с самостоятельной подачей воды; q - удельный вынос (унос) раствора, л/м2; F - площадь обрабатываемой поверхности в единицу времени (производительность линии или технологической ванны), м2/ч; а - коэффициент, учитывающий наличие ванн улавливания: 0,4 при одной, 0,15 при двух и 0,06 при трёх ваннах улавливания; К - кратность разбавления; N - количество ступеней проточной промывки.
При расчёте по формуле (8.1) за одну ванну принимается не только одинарная ванна промывки, но и каскадная ванна вне зависимости от количества каскадов (ступеней, ёмкостей и т.п.), так как в неё на все каскады имеется только один ввод воды.
Для конкретных, наиболее часто встречающихся схем промывки формула (8.1) приобретает более простой вид, представленный в табл. 8.6.
Расчётное значение расхода воды на промывку является минимальным значением, ниже которого не будет обеспечиваться необходимое качество промывки.
Таблица 8.6
Формулы расчёта расхода воды для часто встречающихся схем промывки
Схема промывки Формула для расчета расхода воды, Q
ШШ Q = ve тс6 (2.2)
шшш Q = Iye:Tc6 (2.3)
шиши Q = lVe-Tc6 (2.4)
ЕШ Q = q- F ■ К (2.5)
шии Q = 2 ■ q ■ F ■ y[K (2.6)
Ш0ШШ Q = 3qF-i[K (2.7)
157,
Окончание табл. 8.6
Схема промывки Формула для расчета расхода воды, Q
ГП12КП | Q = q ■ F ■ -J~K (2.8)
ГПГзкгП Q = qF-{[K (2.9)
|т|| 2КП 11 П1 Q-2-q-F-34к (2.10)
ШШИМИ Q = 2-q-F-3jK (2.11)
ШИШ] Q=0,4-qFK (2.12)
ШШШШ] Q = 2-qF^0,4K (2.13) ,
m in 1 гкп | Q = qF-Jo,4-K (2.14)
ГПГ711 2кп|| п| Q=2q-F-3jO,4K (2.15)
ШИШ Q=2qF^0,4K (2.16)
ШИШЕ Q = 0,15-q-F ■ К ' (2.17)
ШШШШШ] Q = 2qFjO,15K (2.18)
т[л[лг2кгп Q=q -FtJ(),15 - К (2.19)
где: Т - технологическая ванна, У - ванна улавливания, П - одинарная ванна
промывки, 2КП - двухкаскадная ванна промывки, ЗКП - трехкаскадная ван-
на промывки, V, - объем ванны промывки, Тс6 - время между сменой про-
мывной воды. Движение деталей слева направо. Чем больше ванн (ступеней) промывки, тем меньше требуемый расход воды (табл. 8.7). Причём ббльшее сокращение расхода воды на промывку (более чем в 10 раз) достигается при замене одноступенчатой промывки (одинарной ванны) на двухступенчатую (прямоточную или каскадную ванну). Дальнейшее увеличение ступеней промывки на одну приводит к менее значительному сокращению расхода воды - в 2-4 раза. При переходе же от трёхступенчатой к четырёхступенчатой промывке достигается сокращение во до потребления лишь на 30-50%. Дальнейшее
158
увеличение количества ступеней промывки не имеет практического смысла, так как незначительное уменьшение расхода воды сопровождается существенным увеличением занятой под промывными ванными производственной площади цеха. Кроме того, нормирование малого расхода воды (несколько литров в час) вызывает большие трудности, чем нормирование расхода воды в десятки и сотни литров в час.
Рассмотрим пример расчёта расхода воды на промывку для рассматриваемой линии декоративного цинкования. В § 6.2 было рассчитано количество только технологических ванн. Теперь определим количество и тип промывных ванн. Обычно после технологических ванн не устанавливают более трёх ступеней промывки, так как дальнейшее увеличение количества ступеней промывки не имеет практического смысла. Поэтому установим после ванны электрохимического обезжиривания одинарную ванну горячей и одну двухкаскадную ванну холодной промывки; после ванны активирования стали - двухкаскадную ванну промывки; после ванн цинкования - одну трехкаскадную ванну промывки; после ванны осветления - двухкаскадную ванну промывки; после ванны хромати- рования цинкового покрытия - одну ванну улавливания, одну двухкаскалиук} ванну промывки и одну одинарную ванну теплой промывки. Для удобства нормирования величина расхода воды округляется в большую сторону до значения, кратного 10.
Расход воды на промывку рассчитываем по формуле 8.1 (F-7,67 м2/ч): после обезжиривания (п =2; q=0,3 л/м2; N=3; а-1; с0=35 г/л; с„=0,1 г/л):
т.е. по 20 л/ч в одинарную ванну горячей и двухкаскадную ванну холодной промывки;
после активирования (п=1; q=0,2 л/м2; N=2; а=1; со=М0 г/л; с„=0,1 г/л):
<2 = 0,2-7,67■=48,5 л/ч,
т.е. 50 л/ч в двухкаскадную ванну холодной промывки;после цинкования (п=1; q=0,2 л/м2; N=3; а=1; с0=58 г/л; с„=0,01 г/л):
Q = 0,2-7,67-J — =27,6 л/ч,
У 0.01т.е. 30 л/ч в трёхкаскадную ванну холодной промывки; после осветления (п=1; q=0,2 л/м2; N=2; а=1; со=30 г/л; с„=0,2 г/л):
т.е. 20 л/ч в двухкаскадную ванну холодной промывки; после хроматирования (п=2; q=0,3л/м1; N=3; а=0,4; со=52 г/л; с„=0,01 г/л):
<2 = 2-0,3-7,67-= 32,5 л/ч,



159
0 = 2 0,3 7,67■ 30,4 — = 58,7л/ч,
*V 0,01
т.е. по 30 л/ч в двухкаскадную ванну холодной и одинарную ванну теплой промывки.
Суммарный расход воды на промывку составляет:
20 + 20 + 50 + 30 + 20 + 30 + 30 = 200 л/ч.
Мероприятия по сокращению расхода водыСистема промывки считается рациональной в том случае, если она обеспечивает достижение требуемого качества промывки с наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами при безопасных условиях труда и без экологического ущерба окружающей среде. Выше были описаны основные меры по рационализации систем промывок, заключающиеся в выборе наиболее оптимальной из одинарной, ступенчатых прямоточных и противоточных (каскадных) ванн промывки. Как было отмечено, наиболее эффективными являются каскадные ванны промывки, причём с повышением количества ступеней промывки раз-t ница в расходах воды для разных типов промывных ванн постепенна снижается. Это наглядно видно из данных по величинам расхода водь» для промывки после никелирования (F=l м2/ч, <7=0,2 л/м2, с„=60 г/л, с„=0,01 г/л) для различных промывных схем (первое значение при одной ступени для всех схем промывки соответствует расходу промывной воды в одинарной ванне), представленных в табл. 8.7.
Таблица 8.7
Расход воды для различных схем промывки после никелирования ((F=l м2/ч, <7=0,2 л/м2, с„=60 г/л, с„=0,01 г/л)
Режим
промывки Расход воды для различного количества ступеней промывки, л/ч
1 2 3 4 5 6 7
Прямоточный 1200 31 11 7 6 5,1 4,9
Противоточный 1200 16 4 2 1,1 0,9 0,7
Периодически
непроточный 1200 11 2 0,8 0,4 0,3 0,2
Однако на практике увеличение количества или замена типа ванн промывки требует дополнительной производственной площади, кроме того это часто бывает связано с работами по значительной переделке металлоконструкции гальванической линии, трубопроводов, а также ка- 160
нализационной и вентиляционной систем.
Кроме подбора соответствующих ванн промывки можно предложить ряд мероприятий, осуществление которых не требует значительных дополнительных капитальных затрат, но которые существенно рационализируют имеющиеся в цехе системы промывки. К таким мероприятиям относятся сокращение выноса раствора из технологических ванн, подпитка технологических ванн водой из ванн улавливания, повторное использование промывной воды на других операциях промывки, использование охлаждающей воды, интенсификация промывки.
Сокращение выноса раствора из технологических ванн осуществляется за счёт: выбора оптимальных конструкций подвесок и барабанов, устройства между технологическими и промывными ваннами козырьков, обеспечивающих стекание упавших капель растворов обратно в технологическую ванну; выдерживания деталей над поверхностью ванны максимально возможное время, а также применения обдува, встряхивания и т.п. Только увеличение времени выдержки деталей над ваннами с 4 до 16 с сокращает вынос раствора и расход воды на промывку в 3 раза.
Подпитка технологических ванн из ванн улавливания осуществляется по мере уменьшения объёма электролита в технологических ваннах вследствие испарения воды из нагретых электролитов. В табл. 8.8 представлены ориентировочные значения скоростей испарения воды из ванн в зависимости от температуры раствора. Эти данные можно использовать для расчётов водного баланса отдельных операций, так как ошибки в расчётах, возникающие из-за игнорирования влияния состава раствора на скорость испарения воды, на практике легко устранимы регулировкой скорости подачи воды, обеспечивающей поддержание постоянного уровня раствора в ванне.
Таблица 8.8
Ориентировочные значения скоростей испарения воды из ваннпри различных температурах раствора
Температура раствора, °С 30 40 50 60 70 80 90
Скорость испарения воды с 1 м2 зеркала раствора, л/ч 0,39 1,05 2,1 3,91 5,87 8,32 13,5
Подпитка осуществляете^ с помощью простейшего воздушного эрлифта, действие которого основано на захвате и подъёме воды сжатым
161
воздухом, подаваемым в нижний конец вертикального участка трубопровода, подающего воду в ванну.
Изменение последовательности промывочных операций позволяет фактически увеличить количество промывных ванн за счёт того, что после технологической операции детали дополнительно промывают в ваннах промывки после предыдущей (рис. 8.2а), либо после последующей технологической операции (рис. 8.26), либо и там и там (рис. 8.2в).
маршрут движения детален
маршрут движения деталей
а


маршрут движения деталей

Рис. 8.2. Изменение последовательности промывочных операций: а - дополнительная промывка в ванне промывки после предыдущей технологической ванны, б - дополнительная промывка в ванне промывки после последующей технологической ванны, в - дополнительная промывка в ваннах промывки после предыдущей и после последующей технологических ванн, Ti — предыдущая, Т2 - рассматриваемая, Т3 - последующая технологические ванны, П - ванна промывки
В первом и во втором случаях изменения последовательности промывки фактически увеличивается число прямоточных ступеней промывки на одну, в третьем - на две.
В первом случае в качестве рассматриваемой (Т2) технологической ванны могут служить ванны активирования (сокращение расхода воды в 20 раз), бесцианистого меднения и никелирования (расход воды снижается в 30 раз). Во втором случае в качестве рассматриваемой (Т2) технологической ванны могут служить ванны обезжиривания (расход воды снижается в 15 раз), активирования (расход воды снижается в 15-20 раз), цинкования и никелирования перед хромированием (расход воды снижается в 33 раза). Третий случай применим для ванны никелирова ния перед хромированием (расход воды снижается в 100 раз) и осветле- 162
17710152493010003023870247205500
ния цинковых и кадмиевых покрытий (расход воды снижается в 10 раз). Таким образом, без каких-либо затрат можно в десятки раз сократить водопотребление только за счет изменения маршрута движения деталей Многократное использование промывной воды заключается в том, что промывная вода после основных операций используется в ваннах промывки после подготовительных операций по схеме на рис. 8.3. Вода перекачивается из ванны в ванну либо с помощью воздушных эрлифтов (вариант "А"), либо переливается самотёком при объединении ванн по схеме сообщающихся сосудов с помощью обводного трубопровода из гибкого шланга (вариант "Б").

Рис. 8.3. Схема многократного использования промывной воды (частичный водооборот): А - перекачка воды с помощью воздушных эрлифтов, Б - перелив воды по обводному трубопроводу, Т, и Т2 - ванны подготовительных операций. Т3 - ванна нанесения покрытия
Вода подаётся в ванну промывки после основной ванны нанесения покрытия (цинкования, кадмирования, меднения, никелирования, оло- вянирования, нанесения сплавов олова, фосфатирования, оксидирования и анодирования), затем промывная вода последовательно проходит через ванны промывки после подготовительных операций (активирования, обезжиривания, осветления и травления алюминия), после чего сбрасывается на очистные сооружения. Общий расход воды определяется потреблением воды на промывку после ванн нанесения покрытий, экономия составляет сумму расходов промывной воды после обезжиривания и активирования для нанесения гальванических покрытий - 700 л/м7 и
163
после травления и осветления при анодировании алюминия - 1500 л/м2:
Представленная на рис. 8.3 схема фактически характеризует частичный водооборот: вода, использованная в одной промывной ванне, без очистки направляется на промывку в другую ванну и далее в третью, т.е. вода используется хотя всего три раза, но зато без очистки и без подпитки, что требуется для классического водооборота.
Многократное использование промывной воды на большинстве гальванических линий по приведенной схеме позволяет снизить расход воды в 1,5-2 раза. На практике, когда во все ванны вода льётся одинаково и без регулировки, сокращение расхода воды достигается ровно в 3 раза. При этом требуется проведение лишь незначительных работ по изменению обвязки трубопроводов на ваннах промывки.
Как при изменении последовательности промывок, так и при многократном использовании воды происходит смешение компонентов нескольких технологических ванн в одной промывной воде. В некоторых случаях это может привести к нежелательным последствиям. Например, осуществление дополнительной промывки деталей с цинковым покрытием в промывной ванне после активирования может привести к растравливанию цинкового покрытия; при объединении промывочных ванн после кислого активирования и щелочного обезжиривания с высоким содержанием силикатов на поверхности деталей может образовываться плёнка нерастворимой кремниевой кислоты, которая будет препятствовать дальнейшему нанесению покрытия; при смешении промывных вод после ванн с цианистым и кислым растворами в атмосферу выделяется сильно токсичное вещество - цианистый водород. Кроме того, если очистные сооружения предприятия рассчитаны на раздельную обработку хромсодержащих и кисло-щелочных стоков, то нельзя смешивать промывные воды после хромсодержащих и других технологических ванн.
Использование воды из систем охлаждения и нагревания. В случае отсутствия на предприятии оборотного водоснабжения в системах охлаждения и нагрева (парового или водяного) целесообразно использовать на промывочных операциях воду после охлаждения выпрямителей, ванн анодирования, хромирования и т.д. и горячую воду, использованную для нагревания ванн промывки, обезжиривания, хромирования, никелирования и т.д. При нагреве ванн паром образующийся конденсат лучше использовать для приготовления или корректировки технологи- 164
ческих растворов.
Интенсификация промывки. Продолжительность промывки деталей на подвесках в спокойной воде должна составлять порядка 100 с, что определяется скоростью диффузии отмываемых компонентов электролитов в воде. Продолжительность промывки барабанов при частоте вращения не менее 10 об/мин должна составлять не менее 60 с при глубине погружения барабана 62% и не менее 90 с при глубине погружения 82%.
Однако минимальная продолжительность операции промывки в соответствии с ГОСТ 9.305-84 составляет 20 с, что явно мало. При недостаточном времени промывки для обеспечения качественной промывки потребуется большая интенсивность подачи воды, чем это требуется по расчёту по формуле (8.1), т.е. возникнет перерасход промывной воды. Для исключения этого, т. е. фактически для сокращения потребного количества воды, рекомендуется интенсифицировать операцию промывки.
Ванны промывки деталей на подвесках с целью интенсификации процесса должны быть оборудованы перемешивающими устройствами, предпочтительно барботажного типа. Промывать барабаны рекомендуется путём не менее чем двукратного погружения вращающегося барабана в ванну промывки на 10-15 си выдержкой его над ванной до полного стекания жидкости.
Расчёт концентрации веществ в промывных и сточных водах
Концентрация веществ в промывных и сточных водах имеет значение для организации последующих систем очистки сбрасываемой воды. Промывными водами называют сбрасываемую из промывных ванн воду после какой-либо одной технологической ванны; сточные воды являются суммарным сбросом промывных вод из ванн промывки после нескольких технологических ванн, объединённых либо по месту расположения (линия, участок, отделение, цех), либо по типу содержащихся в них веществ (хромсодержащие, фторсодержащие, цианистые и прочие сточные воды). Состав промывных вод определяет тип и параметры локальных систем очистки, состав сточных вод - тип и параметры общих очистных сооружений. Особое значение имеет величина концентрации отмываемых веществ в непроточных ваннах промывки - она определяет периодичность замены воды.
165
Если промывка осуществляется только в ваннах проточной промывки (в отсутствии ванн улавливания), то в общем случае концентрация отмываемых веществ ск (г/л) определяется отношением скорости приноса компонентов раствора из технологических ванн т (г/ч) к расходу промывной воды Q (л/ч):
ск = tn/Q(8.2)
При определении концентрации какого-либо вещества в промывной воде с„р „ (г/л) после одинарной и после каскадной ванн промывки величина скорости приноса его пропорциональна удельному уносу раствора из предыдущей технологической ванны m=q F-c„ , а расход воды соответствует расходу воды на промывку после конкретной технологической ванны по формуле (8.1):
_ т _ q ■ F ■ са
= Q= Q
(8.3)
При определении концентрации какого-либо вещества в промывной воде с„рв (г/л) после каждой ступени прямоточной промывки используют следующие формулы:
после первой ступени,,_ Ч ' ^ со(8.4)
Спре 1~ г,,Г-
Ql+qFпосле второй ступенис^ Спрв 1(8.5),
пр Q2 + 4 Р
и так далее.
При определении концентрации какого-либо вещества в сточной воде в формулу (8.2) подставляют суммарный вынос этого вещества из всех технологических ванн, где это вещество присутствует, и суммарный расход воды на промывку для соответствующего участка (цеха) или типа растворов (кисло-щелочных, хромсодержащих, цианистых и т.п.):
Сет в = 1т,/Щ.Если промывка осуществляется только в ваннах непроточной промывки, то расход воды определяется частотой смены загрязнённой промывной воды на свежую. Момент самой смены воды определяется достижением в последней по ходу движения деталей ванне непроточной промывки предельно допустимой концентрации отмываемого компонента. Изменение концентрации ингредиентов в ваннах промывки в период её работы между сменой воды (непроточный режим работы) опи
166
сывается, как правило, экспоненциальной зависимостью, характери-зующей нестационарный режим работы ванны. Для непроточных ванн(улавливание с периодическим сбросом) концентрация веществ в про-мывной воде определяется по следующим формулам:
( qFt\
в первой ванне
Fс1=с0
1-е У
во второй ванн
в третьей ванне
сз = со
в “п”-й ванн
с 2 =с0
qFt
1-е~~-
( qFt Л qFt
■ е~ ~У~
1 У \ qFt qFt 2 яп
1-е v - qFt “T 1
e v — qFt ^ ■e У
1 { V J 2 У > qFl
1( qFt Л"
-1 4Ft
а V
(8.6)
(8.7)
(8.8)(8.9)
По формулам (8.6)-(8.9) можно определить время t, в течение которого в последней ванне непроточной промывки концентрация отмы-1 ваемого вещества достигнет предельной величины, т.е. определить продолжительность непроточного режима промывки, по прошествии кото-^ рого необходима смена воды.
Продолжительность непроточного режима повышается при увели-, чении числа ванн улавливания и их объёма и уменьшается с ростом ве-^ личины удельного выноса электролита (с усложнением профиля деталей) и производительности ванн. Например, при промывке деталей по-( еле блестящего никелирования на подвесках производительностью F=3 м2/ч (удельный вынос электролита q=0,2 л/м2, концентрация по Ni2+ с„=60 г/л или 270 г/л NiS04-7H20) в двух ваннах улавливания объёмом 800 л (предельно допустимая концентрация никеля в последней ванне улавливания составляет с„= 0,01 г/л) продолжительность непроточного режима составляет 24 ч (3 смены), а в случае промывки в семи ваннах улавливания продолжительность непроточного режима составляет 1492 ч, что соответствует 180 сменам или более чем 8 месяцам односменной работы (табл. 8.9).
167
Таблица 8.9
Параметры промывки в зависимостиот числа ванн непроточной промывки после никелирования
(F= 3 м2/ч, q=Q,2 л/м2, с,=60 г/л, с„= 0,01 г/л, Т=800л)
Количе
ство
ванн
улавли
вания Продолжительность непроточного режима работы ванн улавливания, ч Расход воды на промывку,
л/ч Конечная концентрация никеля в ваннах улавливания, г/л
2 24 33 с,=1,1 с2=0,01
3 136 5,9 С]=5,8 с2=0,3 сэ=0,01
4 353 2,3 С]—14 с2=1,76 Сз=0,15 с4=0,01
5 661 1,2 С]=23,4 с2=5,33 Сз=0,84 с4=0,1 0=0,01
6 1045 0,77 С]=32,6 с2= 11,1 Сз=2,7 с4=0,5 О=0,08с6=0,01
7 1492 0,54 0=40,4 с2=18,5 сз=6,2 с4=1,63 О=0,35 Сб=0,06 с7=0,01
Если снизить производительность никелирования до 2 м2/ч, то продолжительность непроточного режима работы семи непроточных ванн составит 2238 ч (273 смены или более года односменной работы), т.е. в последнем случае только через год (!) работы потребуется замена семи ванн промывки общим объёмом 5,6 м3. Применение периодически непроточного режима промывки позволяет точно нормировать (регулировать) водопотребление без применения контрольно-регулирующей аппаратуры.
Следует отметить, что если технологическая ванна, после которой осуществляется промывка только в непроточных ваннах, работает с подогревом электролита, то нормируемое водопотребление в нескольких непроточных ваннах промывки позволяет организовать бессточную операцию за счёт подбора такого количества ванн непроточной промывки, которое обеспечивало бы равенство объемов водопотребления и испарения жидкости из технологической ванны. В этом случае обеспечивается полный возврат промывной воды в технологическую ванну для восполнения потерь от испарения электролита. Например, промыв- 168
ка в четырёх ваннах улавливания обеспечивает бессточную операцию никелирования деталей на подвесках при температуре электролита никелирования 50 °С и производительности 3 м2/ч с параметрами, указанными выше. На рис. 8.4 представлен материальный баланс бессточной операции никелирования. Из рис. 8.4 видно, что через 353 ч (более 2-х месяцев односменной работы) промывная вода из первой ванны улавливания сливается в сборник для подкисления и последующей корректировки уровня электролита в технологической ванне, из второй ванны улавливания вода переливается в первую ванну, из третьей - во вторую и т.д., в последнюю ванну улавливания заливается дистиллированная вода или конденсат. Возможно использовать схему бессточной промывки без установки сборника: по мере уменьшения уровня электролита в технологической ванне в неё доливают воду из первой ванны улавливания, куда столько же воды доливают из второй ванны улавливания и т.д. Для того, чтобы в рассматриваемых условиях обеспечить бессточную промывку с помощью только трёх ванн улавливания, необходимо в одной ванне улавливания подогревать воду до 60 °С.
Испарение
Расход воды

Рис. 8.4. Материальный баланс бессточной операции никелирования: Ni - ванна никелирования, Ул - ванна улавливания, Сб - сборник промывной воды
Представленная схема бессточной операции не является универсальной - конкретное воплощение схемы зависит от производительно
169
сти технологической ванны, объёма ванн улавливания, площади зеркала раствора, концентрации и температуры электролита, сложности профиля обрабатываемых деталей, температуры и влажности окружающего воздуха, эффективности работы бортовых отсосов, времени выдержки деталей над технологической ванной, продолжительности и интенсивности промывки.
Таким образом, можно сделать следующий вывод о назначении ванн с периодически непроточным режимом работы (уловителей). Ванны улавливания предназначены для:
улавливания ценных и высокотоксичных компонентов (драгметаллы, соединения хрома (VI), никеля и т.п.) для их утилизации или обезвреживания;
подпитки ванн с технологическими растворами, работающими при повышенной температуре, что одновременно позволяет осуществлять частичный возврат компонентов растворов в технологическую ванну;
сокращения расхода воды на промывку за счёт уменьшения уноса компонентов технологических растворов в промывные воды;
-“Организации бессточных операций;
организации нормированного водопотребления, особенно при небольших расходах воды без применения контрольно-регулирующей аппаратуры.
Если промывка осуществляется в ваннах проточной промывки с одной ванной улавливания, то при определении концентрации какого- либо вещества в промывной воде по формуле (8.3) необходимо из количества вещества, уносимого из технологической ванны m=q Fc,„ вычесть количество вещества, накапливающегося в ванне улавливания (с учётом формулы (8.6)).
Для приближенного расчета концентрации компонентов электролита в промывной воде при устоявшейся работе ванны улавливания можно принять, что в ванне улавливания задерживается 60 %, а уносится в последующие проточные ванны промывки 40% от массы вынесенных из технологической ванны компонентов (как и в случае расчёта расхода воды на промывку при наличии ванны улавливания). Тогда формула примет упрощённый вид; с q-F-co0A(8Л0)
170
Следует отметить, что расчёты по приведённым в данной главе формулам (8.1)—(8.10) будут достаточно точными при следующих условиях: загрузки поступают ритмично, удельный вынос раствора с поверхностью деталей постоянен, расход воды на промывку деталей постоянен.
Рассмотрим пример расчёта концентраций веществ в сточных водах oi рассчитанной в § 6.2 линии декоративного цинкования.
Так как в составе линии имеется ванна с хромсодержащим раствором (ванна хроматирования цинкового покрытия), то от рассматриваемой линии должны формироваться два вида стоков: кисло-щелочной и хромсодержащий. Часовой объём кисло-щелочного стока составляет 140 л/ч, часовой объём хромсодержащего стока - 60 л/ч.
Концентрацию веществ в сточных водах рассчитываем по формуле 8.3.
Кисло-щелочной сток:
концентрация NaOH (q-0,3 л/м2; F=7,67 м2/ч; с0=35 г/л;Q=J40 л/ч)
0,3-7,67 35 лс„г ,
Сст.в.~—0,575 г/л
концентрация Na3P04-12Н20 (q=0,3 л/м2; F=7,67 м2/ч; с0=35 г/л;0-140 л/ч)
0,3 7,67-35
140
■ = 0,575 г/л
концентрация СаССК (q=0,3л/м2; F-7,67 м2/ч; с0=35 z/n;Q=l40 л/ч)
0,3-7,67-35
140
■ = 0,575 г / л
концентрация синтамида-5 (q=0,3 л/мt2; F=7,67 м2/ч; с0=3 г/п;О-140 п/ч)
0,3-7,67-3,
Сст в == 0,049 г / л
те.]4()
концентрация НС1 (q=0,2 л/м2; F-7,67 м2/ч; с,, -100 г/л;0=140 л'ч)
0,2 7,67 100
140
--1,096 г/л
концентрация ZnCl2 (q=0,2 л/м2; F=7,67 м2/ч; со=120 z/n;Q=l40 л'ч)0,2-7,67-120
сст== 1,315 г/л
m.e.]40
в т.ч. концентрация Zn2+ (q=0,2 л/м2; F=7,67 м2/ч; с0=58 г/л, Q=l40 л, ч)
0,2-7,67-58
140
- = 0,636 г/л
концентрация КС1 (q=0,2 л/м2; F=7,67 м2/ч; со=220 г/л;0=140 л/ч)
0,2 7,67 220,,,, ,
сст.в =-Q= 2,411 г/л
концентрация Н3ВО3 (q=0,2 л/м2; F=7,67 м2/ч; с0=25 г/л;()=140л 'ч)
171
0,2-7,67-25
Сст.в.—0,274 г/л
концентрация ЦКН-3 (с/=0,2 л/м2; F=7,67 м2/ч; со=50 m/n;Q=140 л/ч)
0,2 7,67 50
140
- = 0,548 мл/л
концентрация HN03 (с/=0,2 л/м2; F=7,67 м2/ч; со=30 г/л, Q=I40 л/ч)
0,2 7,67 30,
сств = 0,329 г/л
ст.в.]40
Хромсодержащий сток:
концентрация Na2Cr207-2H20 (q=0,3 л/м2; F=7,67 м2/ч; со=150 г/л;а=0,4;()=б0 '
л/ч)
0,3 7,67 150 0,4
60
= 2,301 г/л
в т.ч. концентрация Cr6+ (q=0,3 л/м2; F=7,67 м2/ч; с0=52 г/л, u=0,4;Q=6Q л/ч)
0,3 7,67-52-0,4
60
- = 0,798 г/л
концентрация H2S04 {q=0,3 л/м2; F=7,67 м2/ч; со=10 г 'л;а=0,4, <д=60л/ч)
_ 0,3 7,67 10 0,4
60
■ = 0,153 г/л
Организация производства и планировочные решенияОрганизация гальванического производства должна обеспечивать ритмичный выпуск продукции в запланированных объёмах и номенклатуре с заданными технико-экономическими показателями путём наиболее полного и рационального использования производственных фондов цеха, рационального и безопасного использования труда работающих, обеспечения рационального движения обрабатываемых деталей и рационального использования материально-энергетических ресурсов.
В состав цеха металлопокрытий входят основные производственные отделения, вспомогательные и технические участки и службы, количество которых зависит от характера и масштабов производства.
К основным относятся следующие подразделения цеха (участка): подготовки и нанесения покрытий в автоматах, механизированных линиях и стационарных ваннах; шлифования и полирования; дробеструйной или гидропескоструйной очистки; обезжиривания в органических растворителях и ультразвукового обезжиривания; нанесения покрытий
172
драгоценными металлами; обработки длинномерных труб (волноводов); химического никелирования, химического и электрохимического фре- зерования; монтажа и демонтажа деталей.
К вспомогательным относятся следующие подразделения цеха: приготовления растворов и электролитов; хранения цианистых соединений и приготовления цианистых растворов; аварийного слива и фильтрации растворов и электролитов; участок регенерации драгоценных металлов; помещения для ультразвуковых генераторов, выпрямителей и командоаппаратов; участок изготовления, ремонта и изоляции подвесок; вентиляционные камеры; насосная; кладовые кислот, химикатов, вспомогательных материалов, поступающих и готовых деталей; экспресс-лаборатория.
К техническим относят следующие подразделения: бюро технического нормирования; планово-диспетчерское бюро; отдел технического контроля (ОТК); технологическое бюро.
9.1. Требования к производственным помещениям цехаи размещение последних
В цеха металлопокрытий детали поступают из различных цехов завода: механообрабатывающих, прессовых, термических, литейных и др. На крупных предприятиях цеха металлопокрытий раньше организовывались при каждом корпусе, где в массовом количестве изготавливались детали, подлежащие покрытию. В настоящее время всю химическую и электрохимическую обработку деталей производят в большинстве случаев в одном цехе. В этом случае исключается дублирование инженерных сооружений и коммуникаций, что значительно сокращает эксплуатационные затраты и амортизационные отчисления и в конечном счете удешевляет выпускаемую продукцию.
Размещение цехов металлопокрытий в системе завода определяется главным образом грузопотоком деталей. Их располагают вблизи сборочных цехов или цехов-изготовителей основной части продукции (механических, прессовых, литейных и пр.). Цеха металлопокрытий с большой производственной программой по декоративным покрытиям не рекомендуется размещать вдали от основной сборки, так как транспортировка (особенно навалом) таких деталей на больше расстояния нежелательна.
Поскольку цеха металлопокрытий относятся к категории вредных
173
производств, их размещают, как правило, у наружных стен здания. Учитывая специфику производства, все крупные цеха металлопокрытий проектируют обязательно с подвалом или в два этажа. При размещении цеха металлопокрытий в два этажа первый этаж делают техническим, он заменяет фактически подвальное помещение, а на втором этаже размещают всё производственное оборудование. Подвал или технический этаж дают возможность значительно упростить разводку вентиляционных воздуховодов и всех трубопроводов, которые располагают обычно по потолку подвала или технического этажа, где они доступны для осмотра и ремонта. Кроме того, при наличии подвала или технического этажа упрощается слив растворов из основных ванн покрытий в запасные ёмкости, который в этом случае производится самотёком. Всё это дает возможность значительно облегчить строительство и монтаж цеха, а также его дальнейшую эксплуатацию.
С производственной и технологической точек зрения оба варианта размещения цехов металлопокрытий с подвалом или в два этажа являются равнозначными. Некоторое преимущество имеет двухэтажное расположение цеха, так как на первом этаже могут быть расположены вспомогательные участки и службы, требующие дневного освещения. При размещении цехов металлопокрытий в корпусе с высокими пролетами (12,6 м) двухэтажное расположение^ цехов следует считать наиболее целесообразным. При высоком уровне грунтовых вод строительство подвала трудно осуществимо, и, как правило, цеха металлопокрытий в этом случае располагают только в два этажа. Таким образом, выбирают тот или иной вариант в зависимости от конкретных условий и стоимости строительства.
В исключительных случаях при небольших объёмах производства отделения гальванопокрытий, имеющие в своём составе ванны с ручным обслуживанием или механизированные линии и в отдельных случаях автооператорные автоматы небольшой производительности, размещаются на одном этаже. В этом случае все коммуникации прокладывают под полом путём устройства специальных каналов для вытяжной вентиляции и канализации.
Выбор размеров пролётов обусловливается размещением цехов металлопокрытий в общем здании с другими производственными цехами завода. Ширина пролёта обычно составляет 18 и 24 м, шаг колонн - 6 и 12 м. Сетка колонн в подвале или на техническом этаже - 6 х 12 м.
174
Высота цехов металлопокрытий (при двухэтажном расположении - второго этажа) может быть 6, 7,2 и 8,4 м. Высоту цеха устанавливают в зависимости от высоты оборудования и высоты подъёма его над уровнем пола. При этом расстояние от верха автомата до фермы перекрытия должно быть не менее 1 м. Для размещения всех коммуникаций высота подвала или технического этажа должна быть не менее 6 м (от пола до низа несущих конструкций), только для небольших отделений металлопокрытий возможна меньшая высота подвала (до 4,5-4,8 м).
В зависимости от конкретных условий подвал может быть под всем цехом или только под частью цеха, но обязательно под всеми производственными помещениями.
Нагрузку на перекрытие определяют по максимальной массе оборудования, расположенного в цехе, и массе складируемых деталей. Для цехов металлопокрытий с автоматами, имеющими ванны высотой до 1,4 м, нагрузка на перекрытие составляет примерно 2,5 т/м2, при большей высоте ванн - около 3,5 т/м2. Для ванн с ручной обработкой и механизированных линий с загрузкой электротельфером при высоте ванн до 1 м нагрузка на перекрытие приблизительно равна 1,5 т/м2.
По взрывопожарной и пожарной опасности цеха металлопокрытий относятся к категории Д, по классу помещений по взрывоопасности являются не взрыво- и не пожароопасными. Исключением являются участки с применением горючих материалов, которые относятся к категории В, а по классу взрывоопасности - П-На, например, участки с применением бязевых кругов без пропитки огнестойким составом, горючих органических растворителей и пр. Участки твёрдой смазки фосфатных покрытий с применением бисульфита молибдена, ацетона и этилового спирта по взрывопожарной и пожарной опасности относятся к категории А, а по классу взрывоопасности - В-Ia. Поэтому обработку твёрдой смазкой обычно выносят на специальный участок, отгороженный от основного помещения.
Цеха металлопокрытий отгораживают от остальных цехов корпуса сплошными стенками до перекрытия, межферменное пространство не перекрывают. Участки, расположенные в технологическом потоке изготовления деталей, как правило, не выгораживают, но обеспечивают мощной вентиляцией, не допускающей загрязнения воздушной среды цеха.
К производственной площади следует относить:
175
площадь под производственным оборудованием, контрольной аппаратурой и напольным транспортным оборудованием (рольгангами, конвейерами и др.) с комплектом организационной оснастки;
площадь под неотгороженными складскими площадками;
площадь, занятую наземными электротехническими устройствами, обслуживающими технологическое оборудование цеха, установленное открыто (не огорожено) на производственных участках (выпрямители, трансформаторы, щиты, пульты управления);
площадь цеховых проходов и транспортных проездов между оборудованием и рядами оборудования (кроме магистральных проездов).
К вспомогательной площади следует относить площади отгороженных помещений:
отделения приготовления растворов и электролитов, аварийного слива и фильтрации растворов и электролитов;
участка регенерации драгоценных металлов;
отделения ультразвуковых генераторов, выпрямителей и автоматики;
участка изготовления, ремонта и изоляции подвесок;
вентиляционных камер;
насосной;
кладовых кислот, химикатов, вспомогательных материалов, поступающих и готовых деталей;
экспресс-лаборатории.
В состав общей площади цеха не следует включать;
отгороженные помещения для энергетических и санитарно-, технических установок;
площади технических этажей, предназначенные для размещения инженерных устройств и коммуникаций;
площади цеховых контор и бытовых помещений;
площади магистральных проездов.
При укрупнённых расчётах потребная производственная площадь может быть определена по нормам площади на единицу оборудования, приведённым в табл. 9.1.
Компоновка цеха
Компоновку цеха производят с учётом непрерывности производства, максимально возможного сокращения транспортных перевозок де
176
талей и материалов, а также сближения между собой взаимосвязанных производственных и вспомогательных помещений. Так, например, полировальное отделение размещают вблизи участков декоративных покрытий, централизованные участки монтажа детали на подвески - около склада деталей, участки накатки кругов рядом с шлифовальнополировальными отделениями и т. п.
Таблица 9.1
Нормы площадей на единицу оборудованияи на одно верстачное место для укрупнённых расчётов
Наименование оборудования Нормативы удельных площадей на единицу оборудования, м2
Производственная площадь Общая площадь
Автоматы и механизированные линии Площадь, занимаемая автоматом и механизированной линией, с коэффициентом 2,5-3,5 Производственная площадь, увеличенная на 45 %
Ванны с ручным обслуживанием (стационарные ванны) объёмом от 1,0 до 1,5 м3 6-7 9-10
Стационарные ванны длиной более 3 м 15-18 22-27
Сушильные и вытяжные шкафы 10-15 15-22
Верстаки 5-6 7-9
Станки шлифовальнополировальные 10-12 15-17
Мотор-генераторы 10-15 15-22
Выпрямители и прочее оборудование 5-6 7-9
Установка виброочистки 10-12 15-17
Примечание: Для предпроектных расчётов вспомогательную площадь следует принимать от 40 до 45% от производственной площади. Общую площадь цеха (отделения, участка) следует считать как сумму производственной и вспомогательной площадей.
177 s
Компоновка цеха должна преследовать основную цель - выделить производственную площадь в отдельное помещение, называемое технологическим залом. Как правило, в технологическом зале должно размещаться только технологическое и транспортное оборудование. Оборудование вентиляционное, электротехническое, автоматика, вспомогательное технологическое оборудование, службы ремонта, складские помещения для материалов и другие подразделения должны быть при компоновке цеха отделены от технологического зала стенами, обеспечивающими необходимую звукоизоляцию и пожаровзрывобезопас- ность. Экспресс-лаборатории следует располагать у наружной стены с окнами.
Производственные отделения цехов металлопокрытий при наличии подвала размещают на первом этаже, а при двухэтажном решении с техническим этажом - на втором, за исключением участков выпрямителей, которые могут быть расположены также в подвале или на техническом этаже.
В тех случаях, когда высота пролёта ниже 10,8 м, на^ нулевой отметке пролёта размещается технологический зал и предусматривается подвал с отметкой пола -6 м. Подвал должен иметь два выхода и грузовой лифт грузоподъёмностью 3 т. В подвале размещают вспомогательные участки и оборудование: участки приготовления растворов (в том числе цианистых), участки очистки или сбора сточных вод, кладовые химикатов и анодов, вентиляционные установки, оборудование для приготовления деминерализованной воды, воздуходувки и буферные ёмкости для обезвреживания растворов. Кроме того, в подвале могут быть также размещены теплообменники, маслонасосные станции к автоматам и кладовые подвесок. Из всех участков, расположенных в подвале, выделяют в отдельные помещения участки приготовления цианистых растворов, станции очистки сточных вод и кладовые химикатов и анодов. Кладовые химикатов и анодов допускается отгораживать сетчатыми перегородками. На участках приготовления цианистых растворов должно быть обязательно выделено помещение, где располагают душ, раковины для мытья рук и шкафы для спецодежды.
В пролетах высотой более 10,8 м целесообразно цех строить в два этажа. В этом случае нижний этаж предназначается для всех вспомогательных служб. В отличие от первого варианта (с подвалом) компоновки гальванического цеха на первом этаже можно разме- 178
щать службы, требующие естественного освещения и наружных выходов: участки ремонта и изоляции подвесок, участки изготовления и накатки шлифовальных кругов, приготовления паст, экспресс- лаборатории, мастерские электрика и механика, трансформаторные.
Размещение технологического зала на втором этаже требует установки грузовых и пассажирских лифтов, но несмотря на осложнения с транспортировкой деталей второй вариант (в два этажа) не требует проведения работ по гидроизоляции подвала и позволяет более рентабельно использовать площадь первого этажа.
Приточные вентиляционные камеры располагают у наружных стен для обеспечения возможности забора свежего воздуха. В небольших одноэтажных отделениях вентиляционные установки можно размещать на антресолях над проездами или вспомогательными помещениями, но с обязательным отгораживанием их звуконепроницаемыми перегородками. К такому размещению вентиляционных установок иногда прибегают и в крупных цехах. Однако чаще вентиляционные камеры располагают в подвале или на техническом этаже, причём при отсутствии там постоянных рабочих мест их можно не отгораживать. Возможны и другие варианты размещения вентиляционных установок, например, в специальных "вставках" между цехами.
Станции для очистки сточных вод могут быть размещены полностью или частично на территории цеха или вынесены в отдельно стоящее здание. Этот вопрос решается по-разному в зависимости от объёма сточных вод, принятого метода очистки стоков и пр. При проектировании крупных цехов металлопокрытий на территории гальванического цеха предусматривают только сбор всех видов стоков, а очистные сооружения располагают в отдельно стоящем здании. Во всех случаях независимо от того, предусмотрены ли в цехе очистные сооружения или сбор сточных вод, эти участки располагают только в подвале или на техническом этаже, причем желательно у наружных стен.
Участки приготовления растворов, оборудование которых непосредственно связано с автоматами металлопокрытий трубопроводами централизованной раздачи растворов, размещают в подвале по возможности ближе к потребителям. При большой протяжённости цеха иногда целесообразно организовать самостоятельные участки, каждый из которых обслуживает определённую группу автоматов.
179
Планировка цеха,Основное условие при планировке цехов металлопокрытий - со’-' блюдение непрерывности производства и организация надлежащих рабочих мест и проходов между оборудованием для его обслуживания и ремонта.
Оборудование в отделениях покрытий располагают параллельными рядами (рис. 9.1). Взаимно перпендикулярное расположение автоматов и рядов ванн допускается только в отдельных случаях как вынуж-1 денное решение, связанное со специфической конфигурацией помеще-’ ния и размерами автоматов.
Загрузку автоматов
производят, как правило, с 1 торцевой стороны за ис- ключением некоторых ти- пов автоматов импортного ■
производства, где детали за- гружают сбоку на прямоли- нейных участках автомата. Независимо от мест загру- ч
зочных устройств автоматы vv Г альванические автоматы
Место загрузки
Цеховой проезд
Рис. 9.1. Схема расположения гальванических линий
располагают в цехе перпен-дикулярно основному про-езду с загрузкой со стороныпроезда.
Ряды автоматов желательно располагать загрузочноеразгрузочными площадками в сторону проезда по одной линии. При!различной длине автоматов свободные площади за автоматами могут*быть использованы для складирования подвесок, комплектующего обо-рудования и пр. Варианты размещения автоматов выбирают в зависи-мости от их габаритов и размеров помещения с учётом соблюдения по-точности производства.
Автоматы могут быть установлены на полу или подняты над уров-*нем пола. При установке автоматов непосредственно на полу труднаразместить под подмостками все коммуникационные трубопроводы та-ким образом, чтобы они были легко доступны для осмотра и ремонта.Кроме того, в этом случае воздуховоды от каждого вентиляционного,кожуха должны быть опущены вниз, что вызывает увеличение количе-180
ства проёмов в перекрытии пола, а это усложняет строительные работы. Поэтому установку автоматов на полу производят только в отдельных случаях, когда это связано с особенностями их конструкций или другими конкретными требованиями.
В последнее время наиболее распространена установка автоматов на высоте 0,5-1 м над полом. Это даёт возможность удобного размещения всех трубопроводов под подмостками автоматов, свободного обслуживания их при осмотре и ремонте. При этом возможно сокращение проёмов в перекрытии путём прокладки сборных воздуховодов под ваннами. Автоматы устанавливают на специальные бетонные опоры. Высота подъёма над полом определяется конструкцией и размерами автоматов. На некоторых заводах автоматы установлены с подъёмом над полом более 1 м.
Перед автоматическими линиями или со стороны их загрузки предусматривают площадки для монтажа деталей на подвески и складирования поступающих и готовых деталей и подвесок. При централизованном монтаже предусматривают площади для возможности размещения конвейера или автоматического устройства для навески и снятия подвесок с автомата.
Выпрямители можно располагать как непосредственно в отделении покрытий, так и в подвале (или на техническом этаже). В отделениях покрытий их размещают на полу около автоматов или на уровне подмостков (обслуживающих настилов у автоматов) около электроли-, тических ванн. Выпрямители с силой тока выше 3200 А, имеющие отдельный трансформатор, на уровне подмостков автоматов не устанавливают. В подвале или на техническом этаже выпрямители размещают по возможности ближе к гальваническим линиям. Непосредственно под ваннами выпрямители не устанавливают, а сдвигают их несколько в сторону. Иногда выпрямители в подвалах или на техническом этаже размещают на антресолях. При этом, с одной стороны, уменьшается расход токоподводящих шин, с другой стороны, место под антресолями может быть использовано для вспомогательного оборудования. Установку выпрямителей на площадках производственного этажа следует считать менее удачным решением, так как при этом очень сильно загромождается помещение цеха.
Установки селективной очистки устанавливают в отделении покрытий около линий по возможности ближе к соответствующим техно
181
логическим ваннам. Фильтры для непрерывной фильтрации электролитов, буферные ёмкости и прочее комплектующее оборудование могут быть размещены в отделении покрытий около линий или в подвале (на техническом этаже). Пульты управления располагают в торце линий (со стороны загрузки) или между линиями на полу или на уровне настилов.
В механизированных линиях с обслуживанием электротельфером все ванны располагают длинной стороной поперёк оси линии, а при ручном обслуживании основные ванны и все ванны с вентиляцией устанавливают длинной стороной по оси линии, а ванны промывки и кратковременных операций - поперёк оси линии.
Нормы ширины проходов и цеховых проездов, а также расстояния между оборудованием, выпрямителями и элементами зданий приведены в табл. 9.2.
Таблица 9.2
Нормы расстановки оборудования и верстачных мест
Расположение оборудования
Расстояние
Размеры,
мм
Автоматизированная поточная линия покрытий (1 - загрузочное устройство)

I
Ширина основного цехо-вого проезда (а)
Проезд между рабочимисторонами автоматов (б)Проезд между тыльнымисторонами автоматов (<?)Расстояние от проезда дооси транспортного кон-вейера (г)
2500-3500
2000-2500
1200-1500
400 + 0,5 максимальной ширины деталей
Автоматы кареточного типа с жёстким циклом (1- площадка загрузки- выгрузки)
О о 1
£_ О
■щ ▼
Между колоннами и боковой стороной автомата с настилом (а)
Между настилами (б) Между колонной и тыльной стороной автомата (в) От проезда до рабочего места автомата (г)
Ог настилало выпрямителя (д)
Между выпрямителями (е)
1200-1300
1500-2000
1500-2000
2000-2500
1200-1500
250-300
182
Продолжение табл. 9.2
Автоматы автооператорного типа с настилом (1- площадка загрузки-выгрузки)

Между колонной и боковой стороной автомата (а) Между автоматами (б)
От колонны до автомата
(в)
От проезда до рабочего места автомата (г)
Между выпрямителем и автоматом (д)
Между выпрямителями (е) От колонны до выпрямителя (ж)
Между колонной и тыльной стороной выпрямите- ля (з)
1500-2000
1500-2000
1500-2000
2000-2500
800-1000
250-300
800-1000
600-800
7" "-Ш
р Ш етз “
|.
о £ о *

О «
Е
Между автоматом и выпрямителем (а)
Между тыльными сторонами выпрямителей (б)
1200-1500
800-1000

Между колонной и рабочей стороной автомата (а)
Между колонной и тыльной стороной автомата (б)
1200-
1500
не менее200
Автоматы кареточного и автооператорного типа с настилом
JrLоМежду боковой стороной автомата и задней стенкой выпрямителя (а)
Между боковой стороной автомата и лицевой стороной выпрямителя (б) Между выпрямителями (в)
100-200
800-900
250-300
183
Продолжение табл. 9.2
3
Автоматы автооператорного типа без настила
ж ®_©
а о
Между тыльной стороной 500-600
автомата и боковой стенкой выпрямителя (а) Между тыльной стороной 800-900
автомата и лицевой сторо- ной выпрямителя (б) Между рабочими сторонами 1200-1500
автомата и выпрямителя (в) Между рабочей стороной 1000-1200
автомата и боковой стенкой выпрямителя (г) Ванны с механизированной загрузкой электротельфером или автооператором
Между тыльными сторонами ванн (а)
От рабочей стороны ванны до колонны (б)
Между ваннами (в)
От боковой стороны ванны до колонны (г)
800-1000
1200-1500
100-200
800-1000

Между рабочими местами ванн (а)
Между колонной и тыльной стороной ванны (б)
От проезда до боковой стороны ванны (в)
1500-2000
800-1000
2000-2500
Г
г
fI Э Ь_
оМежду рабочими сторонами ванны и выпрямителя (а) Между тыльной стороной ванны и лицевой стороной выпрямителя (б)
Между боковыми сторонами выпрямителей (в)
Между тыльной и лицевой сторонами выпрямителей(г) Между тыльной стороной ванны и боковой стороной выпрямителя (д)
Между тыльными сторона- ми выпрямителей (е)
1200-1500
800-900
250-300
1000-1200
100-150
800-1000
184
Продолжение табл. 9.2
1 1 2 3
Ванны с ручным обслуживанием □
в в
WZZZZZZZZZZZ,.Основной цеховой проезд с учётом рабочих мест у оборудования, обращенных в сторону проезда (а)
4000
<*□
»□ <*□ 0Проход для работающих
(а)
Расстояние между боковыми сторонами оборудования с учетом прохода
(б)
1500
2000
О О
3 GE
в*•
От колонны до боковой стороны ванны (а) 500-600
Между ваннами, расположенными в ряд (б) 250-300
Между ванной и выпрямителем (в) 150-300
От колонны до рабочей стороны ванны (г) 1000-1200
От колонны до тыльной стороны ванны (д) 600-800
Щ► $ „
1 1 I
^ ''е'~ ®
Между тыльными сторонами ванн (а)
Между рабочими сторонами ванн (б)
От рабочей стороны ванны до тыльной стороны ванны (в)
От колонны до тыльной стороны ванны (г)
От боковой стороны ванны до проезда (д)
От ванны до верстака (е)
600-800
1500-2000
1200-1500
600-800
1500-2000
300-400
185
Окончание табл. 9.2
Колокольные установки
□ шП [иО а
О
ЛА
ооМежду колокольными ус-тановками (а)
От колонны до тыльнойстороны колокольной ус-тановки (б)
Между рабочими сторо-нами колокольных уста-новок (в)
200-250
600-800
1500-2000
Верстаки

О О
Для операций, требующих вентиляции
Между верстаками (а) Между рабочими местами
(б)
Между тыльными сторонами верстаков(в) 200-300
1500-1600
600-800
Для операций, не требующих вет иляции
Между верстаками (а) 50-100
Между рабочими местами
(б) 1500-1600
Между тыльными сторонами верстаков (в) 50-100
Цеховой
проезд
Рабочее
место
Участок стены с колонной
а
Выпрямитель
Примечание: Указанные расстояния до выпрямителей и между ними действительны только для случаев расположения выпрямителей на одной отметке с оборудованием. При расположении выпрямителей в подвале или в отдельном помещении расстановку их производить согласно норм технического проектирования.
Отделка и освещение помещений цехаКонструкция и химическая защита полов зависят от характера при-s меняемых растворов. Полы в отделениях покрытий и на других участках, где работы производятся с применением агрессивных растворов,
186
должны быть водонепроницаемыми и химически стойкими к воздействию агрессивных сред (кислот, щелочей и прочих химикатов). Обычно в качестве защитного покрытия применяется метлахская или керамическая плитка на битуминоле, при повышенном механическом воздействии на пол - кислотоупорный шамотный или клинкерный кирпич. На участках ванн хромирования и электрохимического никелирования, а также ванн с растворами серной кислоты при концентрации свыше 30% и азотной кислоты - свыше 10% вместо битуминоля используют кислотоупорный цемент. В качестве гидроизоляции рекомендуется использовать два слоя рубероида.>
Полы должны иметь уклон для стока до 2°. Пол по всей площади помещения необходимо перекрывать деревянными решётками обязательно на одном уровне. Если решётки лежат не по всей площади пола или их высота разная, то создаётся опасность падения работающих. Устройство плавных наклонных (под углом до 15°) подъёмов с пола на решётку должно быть сведено к минимуму. На неперекрытых решётками участках пола в местах скопления воды и растворов можно поскользнуться и получить травму. При высоком оборудовании либо делают второй пол во всем помещении на нормальном рабочем уровне (800-900 мм ниже верхнего края ванны), либо устраивают вдоль оборудования широкую ступень (мостки), огороженную перилами.
Стены и колонны всех производственных помещений цеха и участков приготовления растворов на высоту 2,8-3,2 м от пола облицовывают керамическими или стеклянными плитками на кислото- и щелочестойкой мастике, а верх стен и колонн окрашивают синтетической, по- лимерцементной или масляной краской светлого тона. Окраске подлежат также металлические конструкции ферм, воздуховоды и все трубопроводы. В остальных помещениях стены на всю высоту окрашивают синтетическими, масляными или полимерцементными красками.
Естественное освещение обеспечивается световыми проёмами в стенах и кровле верхних этажей. Для удобства очистки от пыли и грязи световые проёмы должны быть оборудованы приспособлениями (площадками).
При искусственном освещении гальванических цехов применяют систему либо общего, либо комбинированного (общее плюс местное) освещения. Система комбинированного освещения рекомендуется на участках шлифования и полирования, а также на местах контроля пока
187
заний измерительных приборов и проведения визуальных контрольных операций (рабочие места ОТК). Во всех остальных случаях, т.е. при освещении отделений покрытия, приготовления растворов, мойки и обезжиривания, следует использовать систему общего освещения.
При организации искусственного освещения рекомендуется использовать газоразрядные лампы: при высоте потолка до 6 м - люминесцентные, а при больших высотах - металлогалогенные либо дуговые ртутные люминесцентные. Применение ламп накаливания допустимо лишь в отдельных случаях, когда необходимые осветительные приборы отсутствуют. В зоне высокой концентрации кислот и щелочей целесообразно применять осветительные приборы из фарфора или стеклопластика. Применение осветительных приборов из алюминия в цехах, где > возможно выделение щелочных аэрозолей, недопустимо.
188
Список литературы
Оборудование цехов электрохимических покрытий: Справочник / В.М. Александров, Б.В. Антонов, Б.И. Гендлер и др.; Под ред. П.М. Вячеславова. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 309 с.
ОСТ2 П65-1-80. Ванны для подготовки поверхности и нанесения гальванических, химических и анодно-окисных покрытий. Типы и основные размеры.
Вольберг В.В., Волков А.Ю. Устройство и эксплуатация оборудования для металлопокрытий и окрашивания: Учебник для ПТУ -М.: Высш. школа, 1991.-336 с.
Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник / В.Л. Зубченко, В.М. Рогов и др.; Под общ. ред. В.Л. Зубченко. - М.: Машиностроение, 1989. - 672 с.: ил.
Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник: В 2-х т. / Под ред. М.А. Шлугера, Л.Д. Тока. - М.: Машиностроение, 1985. - Т.2. 248 с.
Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд- ние, 1981. - 269 с.
Гальванотехника: Справ, изд-ние / Ф.Ф. Ажогин, М.А. Беленький, И.Е. Галь и др. - М.: Металлургия, 1987. - 736 с.
Макарова Н.А., Лебедева М.А., Набокова В.Н. Металлопокрытия в автомобилестроении: Справ, пособие. - М.: Машиностроение, 1977. - 294 с.
Елинский И.И. Вентиляция и отопление гальванических цехов машиностроительных предприятий. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 152 с.
ГОСТ 9.314-90. Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования.
Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. / Под ред. В.Н. Кудрявцева. - М.: Глобус, 1998. - 302 с
ОСТ4 ГО.091.277. Физико-химическое производство. Организация цехов и участков производства металлических и неметаллических (неорганических) покрытий.
ОСТ4.091.234-83. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Организация гибкого автоматизированного производства.
Сивков В.П. Безопасность труда гальваника/Редколлегия.: С.В. Белов и др. - М.: Машиностроение, 1986. - 80 с.
189.
Содержание
Предисловие 3
Ванны 3Основные параметры и размеры ванн 4
Конструкция ванн и материалы для их изготовления5
Защита корпусов ванн 10Нагревательные устройства 17
Конструктивные модули гальванических ванн 27;Подвесочные приспособления 28
Типы приспособлений для завешивания деталей в ванны29
Конструирование подвесочных приспособлений 31
Принципы рационального размещения деталей на подвесках .39
Хранение подвесочных приспособлений 45Анодные корзины (конструкция, подвешивание, электрический расчет) 4^
Оборудование для гальванической обработки мелких деталей ...47Колокола 49
Барабаны для покрытия 53Изготовление и эксплуатация оборудования для гальванической обработки мелких деталей 58,
Гальванические линии 60
Кареточные автоматические линии с жестким циклом62Автооператорные линии с программным управлением66
Шнековые линии 72Вспомогательное оборудование 73Фильтровальные установки 74
Насосы 78Сушильное оборудование 79
Источники питания ванн 81
Расчёт производства 85,
Определение фондов рабочего времени и режима работы
цеха 88
Требования к выбору технологического оборудования и расчёт его количества 89
Расчёт источников постоянного тока 97
Расчёт расхода пара и сжатого воздуха 100Расчёт расхода анодов и химикатов 103'
Вентиляция 113Воздушная среда помещений гальванических цехов 114Технологические мероприятия, уменьшающие выделение
вредных веществ 117;
Местная вентиляция 120Общеобменная вентиляция помещений гальванических цехов 126
Очистка отсасываемого воздуха от вредных веществ 128
190
Водное хозяйство 143
Требования к качеству воды и промывки 144
Характеристика систем промывки 153
Расчёт расхода воды 156
Мероприятия по сокращению расхода воды 160Расчёт концентраций веществ в промывных и сточных водах 165
Организация производства и планировочные решения 172Требования к производственным помещениям цеха и разме- 173
щение последних
Компоновка цеха 176
Планировка цеха 180Отделка и освещение помещений цеха 186Список литературы 189

Приложенные файлы

  • docx 3689349
    Размер файла: 614 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий