Електролітичне цинкування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Звіт про виконання ДР: с., табл. і джерела інформації.

Ключові слова: ТЕХНОЛОГІЯ, ЦИНК, ЗАХИСНЕ ПОКРИТТЯ, ЕЛЕКТРОХІМІЧНА ВАННА, ПІДВІСКА, ГАЛЬВАНІЧНА ДІЛЬНИЦЯ, ОПЕРАЦІЇ, АВТООПЕРАТОРНА ЛІНІЯ.

В пояснювальній записці наведено технологічний процес нанесення цинкового покриття на деталі радіотехніки. Описані склади розчинів і режими обробки підготовчих та заключних операцій при обробці деталей. На основі розрахунків обрано обладнання: автоматична лінія, джерело постійного струму, допоміжне обладнання. Розраховано необхідну кількість матеріалів і хімікатів на запуск лінії, витрати хімікатів, матеріалів і енергоносіїв на виконання річної програми.

Проаналізовано небезпечні та шкідливі виробничі фактори під час реалізації технологічного процесу, визначені та обґрунтовані заходи і улаштування захисту обслуговуючого персоналу, які гарантують безпечні і нешкідливі умови та високу продуктивність праці. Також було розглянуто питання організації цивільної оборони на об'єкті господарської діяльності.

На підставі розрахованих питомих витрат матеріалів та хімікатів розроблено техніко-економічне обґрунтування даного проекту, розраховано економічний ефект від упровадження нової технології.

Реферат

Отчет про выполнение ДР: с., табл. и источника информации.

Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЯ, ЦИНК, ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ, ЕЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ВАННА, ПОДВЕСКА, ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ УЧАСТОК, ОПЕРАЦИИ, АВТООПЕРАТОРНАЯ ЛИНИЯ.

В пояснительной записке изложен технологический процесс нанесения цинкового покрытия на детали радиотехники. Описаны составы растворов и режимы обработки подготовительных и заключительных операций обработки деталей. На основании расчетов выбрано оборудование: автоматическая линия, источники постоянного тока, вспомогательное оборудование. Рассчитано необходимое количество материалов и химикатов на запуск линии, затраты химикатов, материалов и энергоносителей на выполнение годовой программы.

Проанализированы опасные и вредные производственные факторы во время реализации технологического процесса, определены и обоснованы меры по защите обслуживающего персонала, которые гарантируют безопасные и безвредные условия и высокую продуктивность работы. Также был рассмотрен вопрос об организации гражданской обороны на объекте хозяйственной деятельности.

На основании рассчитанных удельных затрат материалов и химикатов разработано технико-экономическое обоснование данного проекта, рассчитан экономический эффект от внедрения новой технологии.

The abstract

The explanatory note is stated on pages and contains tables and used sources of the literature.

Key words: TECHNOLOGY, SILVER PLATING, PROTECTIVE PLATING, ELECTROLYTE, DEGREASING, THE AUTOMATIC TRANSFER LIN.

In an explanatory note technological process of drawing of a silver covering on a detail of electrotechnical articles. Compositions of solutions and modes of processing of preparatory and final operations of processing of details are featured. On the basis of calculations the inventory is chosen: the automatic transfer line, radiance of a direct current, auxiliaries. The necessary quantity of materials and chemicals is calculated on start of a line, an expense of chemicals, materials and energy carriers on performance of the annual program.

Вступ

Цинк - метал світлосірого кольору з блакитним відтінком, має середню твердість, яка значною мірою залежить від способу його одержання. У хімічних сполуках цинк має ступінь окислення +2, виявляє амфотерний характер, легко реагує з кислотами і лугами.

Електролітичне цинкування є найбільш поширеним процесом в гальваностегії. Цинкові покриття застосовуються головним чином для захисту чорних металів від корозії. Це пов'язано з тим, що стандартний потенціал цинку Е0 = -0,76 В значноелектровід'ємніший, ніж стандартний потенціал заліза (Е0 = -0,44 В). Завдяки цьому цинкові покриття, нанесені на залізо, є анодними відносно основи й забезпечують її електрохімічний захист. Анодний характер цинкового покриття зумовлює захист основного металу від корозії навіть при малих товщинах шару цинку і наявності в покритті пор, подряпин, тріщин та ін.. Анодний характер захисної дії цинкового покриття зберігається до температури 70 0С. На повітрі цинк тьмяніє, вкривається білявим нальотом гідроксидів та карбонатів, який не тільки не знижує захисні властивості покриття, а навпаки - запобігає його подальшому руйнуванню. Значною мірою хімічна стійкість цинкових покрить знижується в присутності органічних продуктів - хлорованих вуглеводів, оліфи, синтетичної смоли. Особливо цинк кородує, якщо в повітрі чи воді знаходяться іони Cl-, тому для умов морського клімату цинкові покриття не рекомендуються.

Для захисту від корозії та надання товарного зовнішнього вигляду електролітичні цинкові покриття піддаються обробці хімічним або електрохімічним методом з метою отримання на їх поверхні тонких пасивних плівок. Пасивні плівки закривають пори, тріщини та інші дефекти покриття, знижуючи тим самим його хімічну активність. Найбільш поширенним способом завершальної обробки цинкових покрить є хроматування.

1. Розробка технологічного процесу одержання цинкового покриття

1.1 Характеристика деталей, вибір виду і товщини покриття

Проектом задається захисне покриття деталей радіотехніки.

Такі деталі виготовляють зі сталі марки Ст3. По складності конфігурації деталі відносяться до другої групи (кріплення, рельєфні і штамповані деталі, що не мають порожнин, у яких може затримуватися електроліт). Умови експлуатації відносять до легких, так як вони використовуються в приміщеннях з нормальною температурою та вологою.

Згідно з державними стандартами захисним покриттям таких деталей рекомендують використовувати цинкове покриття.

З метою підвищення корозійної стійкості цинкового покриття і надання товарного виду деталям застосовуємо хроматування в якості завершальної операції.

Враховуючи умови експлуатації деталей і згідно зі стандартом (ГОСТ 9.303-84 [1]) обираємо товщину покриття 9 мкм. Позначення нанесеного покриття Ц9хр.

1.2 Вибір та обґрунтування підготовчих операцій

Деталі, які потрапляють до дільниці нанесення покриття, мають на своїй поверхні різні забруднення, які потрапили на них внаслідок операції механічної обробки. До цих забруднень відносяться іржа, оксидні плівки, мастила. Для видалення жирових забруднень з поверхні деталей необхідно виконати операцію знежирення.

Тваринні і рослинні жири взаємодіють із лугом з утворенням колоїдного розчину натрієвих солей вищих жирових кислот і добре розчинного у воді гліцерину.

Мінеральні олії при взаємодії з лугом утворюють при підвищених температурах емульсію, і таким чином видаляються з поверхні деталей.

Для знежирення поверхні застосуємо електрохімічне знежирення. На даній операції на поверхні деталей виділяється кисень, або водень, які сприяють відриву жирових плівок з поверхні. Спочатку проводимо катодне знежирення, а після нього анодне знежирення.

Склад розчину для електрохімічного знежирення [2], г/дм3:

Таблиця

Натр їдкий технічний марки ТР Тринатрійфосфат Сода кальцинована технічна Силікат натрію розчинний Температура, 0С Густина струму, А/дм2 Час обробки, хвил.: на катоді на аноді	8-12 4-6 8-12 25-40 60-70 1-2 5 3

Температура 60-700С обрана тому, що при збільшенні температури реакція омилення прогресує, і її швидкість зростає. Критерієм якісного знежирення є суцільна плівка води на поверхні знежирених деталей при промивці.

Після знежирення здійснюється гаряча промивка для кращого видалення залишків забруднень. Під час такої промивки деталі прогріваються. Якщо гарячі деталі помістити в розчин травлення, то може виникнути перетравлювання поверхні, тому що швидкість травлення в гарячій кислоті значно вище, ніж у холодній. Тому після гарячої промивки здійснюється холодна промивка, а лише потім проводять травлення

Видалення з деталей значного прошарку окалини, продуктів корозії, сульфідних чи оксидних плівок, що утворюються внаслідок взаємодії з навколишнім середовищем і міцно зчеплені з металом, здійснюється хімічним шляхом - обробкою поверхні виробів у розчинах кислот. Під час травлення хімічний зв'язок цих сполук з основним металом порушується, і вони видаляються з його поверхні.

Поверхня чорних металів звичайно вкрита шаром окалини та іржі. До складу окалини входять такі оксиди: FeO, Fe2O3, Fe3O4; до складу іржі - FeO, Fe2O3. Причому шар оксидів неоднаковий як за товщиною, так і за складом: зовнішня частина містить вищі оксиди, а на межі з металом знаходяться нижчі оксиди - FeO. Травлення чорних металів проводять у розчинах сульфатної та хлоридної кислот або їх сумішей. Для травлення обираємо сульфатну кислоту. При травленні перебігають такі реакції:

FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe3O4 + 4H2SO4 = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Аналогічні реакції мають місце при травленні в розчинах соляної кислоти, але механізм травлення в цих кислотах неоднаковий. В сульфатній кислоті головним чином перебігають реакції 1.1 і 1.4, видалення ж оксидів Fe2O3 i Fe3O4 в значній мірі відбувається завдяки порушенню з'єднання з металом внаслідок підтравлення та розпушення воднем , який відриває їх від металевої поверхні. В хлоридній кислоті на відміну від сульфатної переважно розчиняються оксиди, а чистий метал не розчиняється.

З цієї точки зору більш небезпечним є травлення в сульфатній кислоті. При однакових концентраціях і температурах швидкість травлення в хлоридній кислоті вища, ніж в сульфатній, але при підвищенні температури швидкість травлення в сульфатній кислоті різко зростає ( в 10 - 15 разів), тоді як на травлення в хлоридній кислоті температура такого суттєвого впливу не має. До того ж розчини хлоридної кислоти не рекомендують підігрівати вище 40 оС через летючість хлористого водню.

З метою запобігання наводнювання, перетравлювання деталей, а також для зниження втрат металу і витрат кислоти в травильні розчини вводять інгібітори травлення, що захищають метал і від водневої крихкості. На оксидах і травильному шламі інгібітори не адсорбуються. Дія інгібіторів полягає в гальмуванні обох або однієї з супряжених реакцій анодного розчинення заліза:

Fe - 2e = Fe2+

чи катодного виділення водню

2H+ + 2e = H2.

Якщо втрати металів при травленні досягають 3 - 4 %, то при введенні в розчини інгібіторів вони зменшуються до 1 - 1,5 % .

Для хімічного травлення деталей доцільно використовувати розчин наступного складу [2], г/дм3:

Таблиця

Кислота сульфатна технічна	200-220
Інгібітор КІ-1	5-7
Температура t, 0C	15-30
Час обробки , хв.	2

Після ванни травлення ставиться ванна двокаскадної промивки.

1.3 Вибір і обґрунтування робочого електроліту для одержання покриття

Для цинкування використовуються електроліти як на основі простих гідратованих іонів цинку, так і комплексних іонів.

До електролітів на основі простих гідратованих іонів цинку відносять сульфатні, борфторидні, хлоридні електроліти.

Сульфатні кислі електроліти прості за складом, стабільні в роботі, не вимагають спеціальної вентиляції і підігрівання. Вихід за струмом в цих електролітах становить 96 - 98 %. Осади мають порівняно грубокристалічну структуру, їх розсіювальна здатність низька, тому в сульфатних електролітах покривають лише деталі простої форми.

З борфторидних електролітів цинк осаджується при високих густинах струму. З них отримують задовільні покриття на чавуні. Розсіювальна здатність борфторидного електроліту низька, як у сульфатного електроліту.

Хлоридний електроліт використовують для покриття деталей з середнім рел'єфом. Розсіювальна здатність цього електроліту вище, ніж у сульфатного. Покриття в цьому електроліті отримують напівблискучими.

Серед комплексних електролітів цинкування найбільш поширені ціаністі, пірофосфатні, цинкатні.

В ціаністих електролітах отримують дрібнокристалічні, рівномірні за товщиною плівки осади цинку. Їх використання потребує індивідуальної вентиляції, спеціальних заходів щодо скиду та знешкодження стічних вод, в яких промиваються деталі після покриття цинком, і особливої обережності в експлуатації. Розсіювальна здатність ціаністих електролітів висока, вона залежить від складу електроліту та режиму електролізу. Вона різко зростає з ростом концентрації вільного ціаністого натрію. З ростом концентрації цинку і підвищення температури розсіювальна здатність зменшується.

Аміакатні електроліти цинкування за величиною поляризації та полярізуємості при виділенні цинку ненабагато перевищують кислі електроліти, але поступаються лужним і ціаністим електролітам. Тому їх рекомендують для осадження цинкових покриттів на деталі 1-ї і 2-ї груп складності.

Полілігандний електроліт цинкування є альтернативою ціаністому електроліту. Покриття блискуче, дрібнокристаличне. Електроліт стабільний в експлуатації, нетоксичний, але є труднощі з придбанням пірофосфату калію, який на Україні не виготовляється.

У лужному електроліті цинкування без добавок ПАР компактні цинкові осадки не відновлюються, утворюються губчасті покриття навіть при густині струму набагато менших граничної густини. При введенні в електроліт невеличної кількості солей Sn, Рb, Sb, Аs покриття стають компактними, але в вузькому інтервалі густини струму.

Більш придатним для покриття деталей є цинкатний електроліт цинкування з добавками НБЦ-О і НБЦ-К. Цей електроліт не містить шкідливих речовин. Електроліт цинкування має високу розсіювальну здатність, стабільний у роботі, забезпечує осадження високоякісного покриття.

При роботі цинкатного електроліту перебігають такі реакції:

На аноді йде розчинення цинку з утворенням комплексних іонів Zn(OH)42-:

Zn + 4OH- = Zn(OH)42- + 2e

При утворенні оксидів або важкорозчинних сольових плівок метал може переходити в пасивний стан, при якому частково або цілком припиняється розчинення; тоді анодна реакція зводиться до виділення кисню:

4OH- = O2 + 2H2O +4e

На катоді йде реакція виділення цинку:

Zn(OH)42- + 2e = Zn + 4OH-.

Паралельно з виділенням цинку на катоді йде незначне утворення водню:

2H2O +2e = H2 + 2OH-

Склад електроліту для цинкування [2], г/дм3:

Таблиця

Оксид цинку Натр їдкий НБЦ-О НБЦ-К	10-17 90-120 4-6 4-6
Температура t, 0C	20-30
Густина струму, А/дм2	1-4

Оксид цинку і їдкий натр утворюють у розчині гідроксокомплекси цинку.

Обов'язковою умовою одержання якісних покрить є присутність у електроліті блискоутворювача (добавки НБЦ-О та НБЦ-К).

З метою зменшення виносів у стічні води коштовних хімікатів і зменшення забруднення навколишнього середовища після ванн для нанесення покрить установлюються ванни уловлювання, а потім йде промивка у холодній воді.

Приготування електроліту. Розчиняють у воді їдкий натр і додають кашоподібний оксид цинку. Після розчинення оксиду цинку вводять в розчин добавку НБЦ-О.

1.4 Вибір і обґрунтування завершальних операцій

При експлуатації в атмосфері підвищеної вологості і перемінної температури цинк досить швидко піддається корозійному руйнуванню, покриваючись оксидами і солями цинку. Для захисту від корозії та надання товарного зовнішнього вигляду електролітичні цинкові покриття піддають обробці хімічними або електрохімічними способами з метою отримання на їх поверхні тонких пасивних плівок, які мають оксидну, гідроксидну або сольову природу. Пасивні плівки закривають пори, тріщини та інші дефекти покриття, знижуючи тим самим його хімічну активність. Завдяки цьому забезпечується значне підвищення (на 15 - 30 %) терміну служби захисного покриття.

Найбільш поширеним способом завершальної обробки цинкових покрить є хроматування. Для хроматування на цей час застосовуються розчини, які містять сполуки шестивалентного хрому, такі як хромовий ангідрид, біхромати натрію чи калію.

До складу розчинів хроматування входять також сульфат-аніони у вигляді сульфатної кислоти або сульфату натрію, які виконують роль активаторів, сприяючи росту товщини плівки. Але ці розчини містять шестивалентний хром, який є дуже шкідливим для організму людини та потребує додаткових заходів безпеки. На зміну їм приходять нові композиції на основі тривалентного хрому, які є більш безпечними у використанні та мають кращі захисно-декоративні властивості.

Перед хроматуванням кадмієві покриття спочатку освітлюють у розчині азотної кислоти при кімнатній температурі протягом 0,1-0,3 хв. Освітлення можна сумістити с хроматуванням. У цьому випадку азотну кислоту додають до розчину хроматування. У розчині хромової кислоти, що містить крім сульфатної кислоти азотну.

У даній дипломній роботі застосовується розчин хроматування такого складу [2], г/дм3:

Таблиця

Кислота азотна	4-9
Натрій двохромовокислий	25-35
Сульфат натрія	10-15
Температура t,0C	15-30
Час обробки , сек.	30-60

Після промивки в холодній та теплій воді деталі сушать при температурі 40-50 0С повітрям, тому що при 70 0С плівка зневоднюється, а при 120 0С - руйнується.

1.5 Розрахунок середньої товщини покриття і часу обробки деталей

Середня товщина покриття розраховується за формулою:

cp = з . К + зм

де з - задана товщина покриття, мкм;

К - коефіцієнт нерівномірності товщини шару покриття, рівний 1,15;

зм - товщина шару, який знімається при хроматуванні, мкм.

cp = 9 . 1,15 + 1 = 11,4 мкм.

Необхідний час електролізу у ваннах покриття визначають за формулою:

,

де - час електролізу, хв.;

cp - середня товщина покриття, мкм;

- густина цинку, =7,13 г/см3;

q - електрохімічний еквівалент цинку, q = 1,22 г/А. ч;

jk - катодна густина струму, jk = 2,5 А/дм2;

ВС - вихід цинку за струмом, ВС = 85 %.

хв.

1.6 Карта технологічного процесу

Всі операції, перераховані в п.п. 1.2 - 1.4 зведені до табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Карта технологічного процесу захисного покриття цинком

Операція	Склад розчину і концентрація	Режим
	Найменування компонентів, хімічна формула	г/дм3	Час обробки, хв	Температура, оС	Густина струму, А/дм2
Монтаж деталей на підвіску
Ектрохімічне знежирення катодне	Натр їдкий технічний марки ТР Тринатрійфосфат Сода кальцинована технічна Силікат натрію розчинний	8-12 4-6 8-12 25-40	0,5-5,0	60-70	1-2
Ектрохімічне знежирення анодне	Натр їдкий технічний марки ТР Тринатрійфосфат Сода кальцинована технічна Силікат натрію розчинний	8-12 4-6 8-12 25-40	0,5-3,0	60-70	1-2
Промивка гаряча	Вода		1-2	60-70
Промивка холодна	Вода		1-2	15-30
Травлення	Кислота сульфатна технічна Інгібітор КІ-1	200-220 5-7	2-5	15-30
Каскадна промивка	Вода		1-2	15-30
Цинкування	Оксид цинку Натр їдкий НБЦ-О НБЦ-К	10-17 90-120 4-6 4-6	19	15-30	1-4
Уловлювання	Вода		1-2	15-30
Промивка холодна	Вода		1-2	15-30
Хроматування	Кислота азотна Натрій двохромовокислий Сульфат натрія	4-9 25-35 10-15	0,5-1,0	15-30
Промивка холодна	Вода		1-2	15-30
Промивка тепла	Вода		1-2	40-45
Сушка			5-10	45-55
Демонтаж деталей з підвіски

1.7 Контроль якості та товщини покриття

Якість електрохімічних покрить залежить від стану деталі, складу розчину, фізико-механічних властивостей покриття. Склад електролітів для нанесення покрить контролюється в лабораторних умовах на вміст усіх компонентів, кислотність, вміст домішок. Для визначення вмісту основного металу в електроліті використовують хімічний, фізико-хімічний, електрохімічний та фізичний методи аналізу. Аналіз інших компонентів проводять головним чином об'ємним титруванням з використанням індикаторів.

Фізико-механічні властивості цинкових покрить регламентуються і включають контроль їх товщини, міцності зчеплення, зовнішнього вигляду та захисних властивостей хроматної плівки [3].

Кількість деталей, що відбираються на контроль, установлюють згідно ГОСТ 9.301-86 [4].

Контроль якості покриття проводять на зовнішній поверхні деталі, на доступних ділянках, що не має накатки, віддалених від ребер, кутів, різьблення, отворів, місць контакту з монтажним пристосуванням, паяних і зварених швів.

Необхідність проведення контролю на внутрішніх і важкодоступних поверхнях деталі повинна бути застережена в технічній документації на виріб із зазначенням методу контролю й місця проведення виміру.

Перед проведенням контролю товщини, поруватості, захисних і функціональних властивостей покриттів деталі з покриттями витримують до температури приміщення, у якому проводять контроль, і знежирюють етиловим спиртом або пастою з окису магнію.

Після знежирення пастою деталі промивають дистильованою водою й висушують фільтрувальним папером або на повітрі.

При проведенні контролю якості покриттів безпосередньо після їхнього одержання підготовку допускається не проводити.

Після проведення контролю якості руйнуючими (хімічними) методами деталі (або частина деталі, на якій проводився контроль) промивають водою й висушують фільтрувальним папером або на повітрі.

Метод контролю зовнішнього вигляду покриття. Метод заснований на виявленні дефектів поверхні покриття зовнішнім оглядом і застосовується для деталей будь-якої форми й габаритних розмірів.

Контроль проводять оглядом деталей неозброєним оком на відстані 25 см від контрольованої поверхні при природному або штучному освітленні. Освітленість повинна бути не менш 300 лк при застосуванні ламп накалювання й не менш 500 лк при застосуванні люмінесцентних ламп.

Необхідність застосування оптичних приладів із вказівкою кратності збільшення повинна бути вказана в технічній документації на виріб.

Оцінку якості зовнішнього вигляду покриттів допускається проводити на відповідність зразкам-еталонам, форма, розмір й зовнішній вигляд яких повинні бути погоджені із замовником.

При оцінці зовнішнього вигляду покриття необхідно враховувати стан поверхні деталі перед нанесенням покриття.

Для визначення товщини покрить використовуються методи з застосуванням товщиномірів. Товщиноміри призначені для вимірювання товщини немагнітних струмопровідних та неструмопровідних покрить, нанесених на основу з феромагнитних (конструкційних, інструментальних та шарикопідшипникових) сталей.

У даному випадку обираємо товщиномір МТ - 4IНЦ - з діапазоном вимірювань товщини покриття від 0,004мм до 2,0мм. Границя допустимої основної похибки повинна бути не більш 0,05х + 1,0, де х - вимірююче значення.

Метод контролю міцності зчеплення покриття. Метод заснований на розходженні фізико-механічних властивостей металу покриття й основного металу.

Метод контролю вибирають залежно від виду покриття з урахуванням властивостей основного металу й металу покриття, типу й призначення деталі.

Контроль міцності зчеплення покриття визначається методом полірування.

Метод застосовують для твердих покриттів товщиною до 30 мкм.

Для полірування застосовують кола з бязі, фетру й інших матеріалів, пасту ПХВ типу ГОІ.

Час полірування не менш 15 с, швидкість полірування 20- 30 м/с.

Після полірування на контрольованій поверхні не повинне бути здуттів або відшаровування покриття.

Метод контролю захисних властивостей хроматних покрить на цинкових покриттях.

Захисні властивості хроматних покрить (отриманих з составів без солей Ликонда) на цинкових покриттях контролюють методом краплі зі застосуванням розчину оцтовокислого свинцю 50 г/дм3.

При проведенні контролю 3 - 5 крапель розчину наносять на контрольовану поверхню та витримують протягом 60 с. - для хроматованого цинкового покриття. Потім краплі видаляють фільтрувальним папером та проводять зовнішній огляд деталі.

Захисні властивості вважаються задовільними, якщо поява сполошнї темної плями настигає по закінченню вказаного часу.

Зняття недоброякісних цинкових покрить роблять у 5-10 %-ному розчині хлоридної або сульфатної кислоти. Для розчинення цинку можна використовувати 10-15%-ний розчин лугу.

2. Вибір і розрахунок устаткування

2.1 Розрахунок фонду робочого часу і програми дільниці

На дільниці нанесення цинкового покриття передбачається однозмінний режим роботи. Фонд робочого часу визначають за формулою [5]:

Т0 = Т1 - Т2- Т3,

де Т1- загальна кількість діб у році;

Т2- кількість вихідних днів;

Т3- кількість святкових днів.

Т0 = 365 - 106 - 8 = 251 днів.

Дійсний річний фонд часу менше номінального через неминучі простої. Тому дійсний річний фонд часу дорівнює:

Тд = 0,96 250 =241 днів.

Ефективний річний фонд часу роботи устаткування, год.:

Теф = Тд - Тк,

де Тк - укорочений час перед святами, год.

Теф = 241 8 2 - (8 2) = 3840 год.

Годинна програма ділянки визначається за формулою:

Fг = Fр / Tеф

де Fр - річна програма, м2;

Tеф - ефективний річний фонд часу роботи устаткування, години.

Річна програма дільниці складає 22000 м2/рік.

Враховуючи переробку браку, яка складає 3 % реальна програма дільниці дорівнює:

Fр = 1,03 22000 =22660 м2/рік

Реальна годинна програма по поверхні дорівнює:

Fг = 22660 / 3840 = 5,9 м2/ год.

2.2 Обґрунтування вибору устаткування та його розрахунки

Згідно з годинною програмою вибираємо автоматичні автооператорні однопроцесні лінії з жорсткою циклограмою. Тип автооператора - підвісний. Обираємо підвіску з розмірами 920х850х200мм. У ванні одночасно знаходиться одна підвіска.

Для розрахунку лінії необхідно розрахувати середнє завантаження на підвіску по її дзеркалу:

Sс = А В К,

де: А - висота підвіски, м;

В - довжина підвіски, м;

К - коефіцієнт завантаження.

Sс = 0,85 0,92 1,2 = 0,94м2 = 94 дм2.

Річна кількість завантажень складає:

Р = Fр/ (Sс . n) (2.5)

Р = 22660 / 0,94 = 24107 завантажень.

Розраховуємо такт роботи лінії за формулою:

де T - ефективний річний фонд часу роботи устаткування, год.;

P - річна програма по кількості підвісок.

tp = хв.

Розрахунок кількості ванн даної операції у лінії роблять за формулою:

де - тривалість технологічної операції, хв.;

tp - прийнятий такт роботи лінії, хв.

Приймаємо три ванни цинкування.

На всіх інших операціях обробка менше прийнятого темпу 8 хвилин, тому для цих операцій беремо по одній ванні.

Отже коефіцієнт завантаження складає:

К = n / n',

де n - розрахункове число ванн;

n' - прийняте число ванн.

К = 2,12 / 3 = 0,7.

Таким чином, для виконання програми необхідна 1 лінія.

Розрахунок габаритів ванн.

Планується у ванні одна катодна штанга. Довжина ванни:

L =n l1 + (n-1) l2 + 2l3 , (2.9)

де n - кількість підвісок, що завішується на одну анодну штангу;

l1 - довжина підвіски, мм;

l2 - відстань між підвісками, мм;

l3 - відстань між торцевої стінкою ванни та краєм підвіски, мм.

L =920 + 2 100 = 1120мм.

Приймаємо довжину ванни 1120мм.

Ширину ванни визначають за формулою:

W = nк W1 + 2 nк W2 + 2 W3 + nа , (2.10)

де nк - кількість катодних штанг;

W1 - розмір підвіски по ширині ванни, мм;

W2 - відстань між анодом та найближчим краєм підвіски, мм;

W3 - відстань між подовжньою стінкою ванни та анодом, мм;

nа - кількість анодних штанг;

- товщина анода, мм. (При використанні пластинчатих анодів товщиною 10-15мм не враховують).

W = 1 200 + 2 200 + 2 75 = 750мм.

Приймаймо ширину ванни 800мм.

Ширина ванн хімічної обробки менше за рахунок відсутності анодних штанг. Приймаємо ширину ванн хімічної обробки рівною 630мм.

Висоту ванни визначають за формулою :

H = hе + hб ,

де hе - висота рівня електроліту, мм;

hб - відстань від поверхні електроліту до борта ванни, мм.

hе = h1 + h2 + h3, (2.12)

де h1 - відстань від дна ванни до нижнього краю підвіски, мм;

h2 - висота підвіски без підвісного гака, мм;

h3 - відстань від верхнього краю підвіски до поверхні електроліту, мм.

hе = 150 +850 + 50 = 1050мм

H = 1050 + 200 = 1250мм.

Приймаємо висоту ванни 1250мм.

Таким чином приймаємо розміри ванн:

Електрохімічних ванн: 1120x800x1250мм.

Хімічних ванн: 1120x630x1250мм.

Робочий обсяг ванн визначаємо за формулою:

V = L W hе, (2.13)

де L, W, hе - відповідно довжина, ширина ванної та висота рівня електроліту, дм. Тоді:

Vех = 11,2 8 10,5 = 940дм3,

Vх = 11,2 6,3 10,5 = 740дм3.

Щільність завантаження ванн електрохімічної обробки:

,

U = 835 /94 = 8,88дм3/дм2.

Технічні характеристики ванн гальванічної лінії:

Таблиця 2.1 - Технічні характеристики ванн гальванічної лінії.

Найменування ванн	Розміри, мм	Кількість	Робочий об'єм, дм3	Примітки
Знежирення електрохімічне	1120x800x1250	2	940	Нагрів, вентиляція, ванна футерована, теплоізоляциія, стінки 4мм
Травлення	1120x630x1250	1	740	Вентиляція, ванна футерована, стінка 4мм
Цинкування	1120x800x1250	3	940	Вентиляція, ванни футеровані, стінка 4мм
Уловлювання	1120x630x1250	1	740	Ванни футеровані, стінка 4мм
Хроматування	1120x630x1250	1	740	Ванна футерована, вентиляція, нагрів, теплоізоляція, стінка 4мм
Промивка холодна	1120x630x1250	4	740	Ванна футерована, стінка 4мм
Промивка тепла	1120x630x1250	2	740	Нагрів, теплоізоляція, ванна футерована, вентиляція, стінка 4мм

2.3 Компоновка автооператорної гальванічної лінії

Після розрахунків і вибору ванн та іншого обладнання визначаємо вид компоновки гальванічної лінії і, користуючись вимогами до розташування ванн і іншого обладнання лінії, відстанями між окремими елементами лінії, складаємо компоновку.

При використанні автооператорних ліній вибираємо таке розміщення ванн, при якому кількість холостих пробігів автооператорів буде найменшою. На початку лінії розміщаємо підготовчу стійку, потім сушильну камеру, далі ванни підготовки, в кінці лінії ванни покрить і в зворотному порядку - ванни обробки після нанесення покрить. При цьому передбачаються ванни, в яких буде відбуватись передача підвісок від першого до другого автооператора і навпаки.

Згідно з компоновкою лінії обчислюємо розміри лінії: довжину, ширину і висоту.

Довжину автооператорної лінії визначаємо за формулою:

,

де N - кількість ванн одного типорозміру;

l - ширина ванн одного типорозміру;

lc - ширина сушильної камери (залежно від типу камери);

lз - ширина завантажувально-підготовчої стійки;

lз-с - зазор між стінкою сушильної камери і завантажувально-підготовчою cтійкою;

no - кількість спряжень без бортвідсмоктувачів;

lо - відстань між стінками ванн без бортвідсмоктувачів;

n1 - кількість спряжень з однобічними бортвідсмоктувачами;

l1 - відстань між стінками ванни з однобічними бортвідсмоктувачами;

n2 - кількість спряжень з двобічними бортвідсмоктувачами;

l2 - відстань між стінками ванни з двобічними бортвідсмоктувачами;

lб - ширина однобічного бортвідсмоктувача.

L= 5 800 + 10 630 + 1600 + 600 + 390 + 5 160 + 5 290 + 4 390 + 212=

= 16912мм = 16,9м.

Висота лінії при підвісному автооператорі і внутрішній висоті ванни 800мм дорівнює 4250мм. Ширину В автооператорної автоматичної лінії визначаємо як:

В = Lвн + В1 + В2,

де Lвн - внутрішня довжина ванни, мм;

В1 - відстань від внутрішньої частини стінки ванни до зовнішнього боку автооператора, мм; В1 = 655мм для підвісних автооператорів;

В2 - відстань від внутрішньої частини стінки ванни до зовнішньої боку площадки обслуговування 1165мм.

2.4 Розрахунок числа автооператорів

Розрахунок числа автооператорів для автооператорних автоматичних ліній виконують орієнтовно за формулою [5]:

T1 - сумарний час на горизонтальне переміщення за один підцикл (підцикл за часом дорівнює темпу виходу готових виробів), с;

T1 = T11.7(n1 -1)

де T11- середній час переміщення автооператора на крок між поруч розташованими ваннами;

n1 - число позицій обробки в лінії;

Т1 = 2,2 7(17-1) = 246с;

T11 =L/[( n1-1) v1],

де L - довжина лінії, м;

v1 - горизонтальна швидкість автооператора, м/с;

Т2 - сумарний час на підняття-опускання, с;

Т2 = 2 T2І (n2+2n3+3n4),

де T2І - час на підйом або опускання (визначається виходячи зі швидкості підйому-опускання v2 підвіски автооператором і висоти підйому h,м), с;

.

T2І = h /v2

n2 - кількість позицій з одноразовим обслуговуванням автооператором протягом підциклу.

Під одноразовим обслуговуванням розуміються одноразові опускання і підйом на позиції, або навпаки;

n3 - число позицій з дворазовим обслуговуванням автооператором протягом під циклу.

.

Т3 - сумарний час пауз перед початком руху автооператора без підвіски і після закінчення руху автооператора, с:

Т3 = Т3I[ (n1I - 1) + 3(nI3 -1)]

де Т3I - час паузи, c (для серійних ліній Т3I = 2 с);

n1I - число позицій з тривалістю операцій 60 c і менше;

nI3 - кількість позицій з тривалістю операцій більше 60 c;

.

Т4 - сумарний час вистою підвісок над позицією для стоку залишків електроліту, с:

Т4 = Т41 (n2 +2n3 +3n4)

де Т41 = 8 - 10 с для підвісок серійних ліній;

.

T5 - сумарний час вистою автооператора з опущеними на позицію підвісками (приймається за технічним завданням як сума часу тих операцій, тривалість яких дорівнює або менше 60 с.). T5 = .

.

Визначаємо число автооператорів, яке дорівнює:

.

Так як при розрахунку кількість автооператорів виходить дробовою, то вона округляється до найближчого більшого числа. У нашому випадку число автооператорів приймаємо два.

2.5 Підвісний монорейковий автооператор

В гальванічних лініях автооператори використовуються для транспортування виробів по технологічним позиціям лінії для хімічної та електрохімічної обробки деталей і одержання металевих і неметалевих покрить. На плакаті показано підвісний автооператор з переміщенням по монорейковій колії. Для колії використовується двотаври 18, 19, 20, які закріплюються на спеціальній металоконструкції. На корпусі 6 автооператора змонтовано два механізми горизонтального переміщення 13, вантажопідйомний механізм 14, каретка 1, яка зв'язана ланцюгом і зірочками 4 з вантажопідйомним механізмом, вертикальні напрямні 5 для утримання каретки, вантажозахоплю-вач 18 призматичного типу, буферні пристрої 7 для гасіння динамічних навантажень при аварійному зіткненні автооператорів, позиційні кінцеві вимикачі 16 для обмеження вертикального ходу каретки. Для запобігання поперечних коливань автооператора служить підтримуючий кронштейн 15 з роликами 11, що охоплюють з двох боків полку швелера 10, змонтованого паралельно двотавру 12, по якому переміщується автооператор. Для ручного керування на автооператорі є панель 19, яка використовується у випадку аварійної зупинки і для налагоджування робіт [6].

Вантажозахоплювач кріпиться до каретки автооператора. Два механізми горизонтального переміщення, що розташовані по обидва боки монорейкової колії, дають можливість використовувати автооператор і при дворядному компонуванні лінії.

2.6 Регулятор рівня

При нанесенні гальванічних покрить склад електроліту перетерплює значні зміни. При високих температурах відбувається випар води й внаслідок цього зміна об'єму електроліту.

Склад електроліту змінюється також через втрату частини його при вивантаженні виробів і іноді нерівність анодного й катодного виходів за струмом. Зміна складу електроліту може порушити нормальний хід процесу, тому доцільно автоматично підтримувати сталість складу й рівня електроліту. Вимірювальними елементами регуляторів рівня служать плаваючі або потопаючі поплавці, диференціальні манометри й т.п. У графічній частині проекту наведена схема регулятора рівня електроліту. У ванні на відстані, що відповідає мінімальним і максимальному рівням електроліту, закріплюють два контактних стрижні, на які подається напруга. Над ванною змонтований кран для автоматичної подачі води. При досягненні електролітом рівня АБ через контакти 1 починає протікати електричний струм. У результаті реле 3 розмикає ланцюг соленоїдного клапана 8 і подача води припиняється. Коли рівень електроліту стає нижче рівня АБ, ланцюг розривається й контакти реле 3 замикаються, через ланцюг соленоїдного клапана починає текти струм, і ванна наповнюється водою до досягнення розчином рівня АБ. Пропускний клапан 10 передбачений для запобігання вібрації клапана 9. Однак застосування його необов'язково, тому що головний водяний клапан можна відрегулювати так, що завжди буде невеликий надлишок води, внаслідок чого вібрації не виникнуть.

Щоб уникнути значних коливань температури відстань між максимальним і мінімальним рівнями електроліту повинна бути невеликою. Труба для подачі води повинна мати діаметр близько 6мм. Рекомендується встановлювати аварійні контакти із запасними клапанами, обладнані звуковою або світловою сигналізацією.

3. Розрахунок витрат матеріалів

3.1 Розрахунок витрат хімікатів та матеріалів на запуск лінії

Для введення в роботу гальванічної лінії необхідно провести розрахунки кількості хімікатів і води для приготування електролітів, анодів для ванн електрохімічної обробки, тканини для виготовлення анодних чохлів. Одночасно визначаємо розміри анодів та їх робочу площу.

Розрахунки виконуються на ЕОМ за програмою, написаною на «BASIC».

Для проведення розрахунків використовуються данні, що були одержані в попередніх розділах, в тому числі:

- розміри ванн (довжина L , висота H1), дм;

- процеси, в яких використовуються анодні чохли;

- кількість різних операцій електрохімічної обробки N1;

- кількість операцій, де використовуються хімікати Н ;

- кількість найменувань хімікатів T, що використовуються в лінії.

Для кожної електрохімічної операції визначаємо матеріал допоміжного електроду (анода або катода), розміри цих електродів (товщину H2, ширину L1 відповідно до існуючих стандартів, дм), а також густину матеріалу цих електродів F, кг/дм3.

Для технологічних операцій, де використовується декілька ванн, записуємо загальний об'єм електроліту.

Масу хімікатів для приготування розчину ванн визначають за формулою:

де Ci - концентрація хімікату, г/дм3;

Ак - об'єм електроліту в ванні, дм4.

Основні вихідні дані записуємо у вигляді табл.3.1.

Кількість анодного матеріалу на кожну електрохімічну операцію розраховуємо за формулою, кг:

де N2 - кількість штанг на одній ванні;

N4 - кількість ванн на технологічній операції;

N5 - кількість анодів на одній штанзі.

Кількість анодів на одній штанзі визначають за формулою і округляють до цілого [5]:

де L1 - ширина одного анода, дм,

коефіцієнт 0,6 - частка довжини анода від довжини ванни.

Одночасно доцільно визначити робочу поверхню анодів AS (дм2) в гальванічній ванні, необхідну для наступних розрахунків, за формулою:

. (3.4)

Коефіцієнт 2,6 враховує частку протилежної від катода робочої поверхні двох анодів, які прилягають до стінок ванни. Коефіцієнт 0,9 - частка зануреної частини анода в ванну. Коефіцієнт 0,8 - частка висоти анода від висоти ванни.

Загальна кількість води на приготування розчинів розраховується, м3:

де - сума концентрацій хімікатів в одній ванні, г/дм 3;

Gk - густина розчинів, г/дм3.

Деякі електрохімічні процеси вимагають обов'язкового використання анодних чохлів, виготовлених з хлоринової, пропіленової або бавовняної тканин. Витрати тканини для виготовлення чохлів по кожній операції розраховують за формулою, м2:

. (3.6)

3.2 Розрахунок витрат хімікатів та матеріалів на виконання річної програми

При виконанні річної програми гальванічним цехом (дільницею) хімікати, аноди та інші матеріали витрачаються на різні потреби. Частка кожної з них врахована в нормах витрат на одиницю поверхні деталей, а для анодного матеріалу також і на одиницю товщини покриття [5]. Для цього основні вихідні дані по розробленому процесу (табл.1.1) зводимо у вигляді табл. 3.2.

Для проведення розрахунків необхідні наступні данні:

- річна програма Р, м2;

- норма витрат розчинів для кожної операції, яка залежить від складності деталей і способу обробки деталей Ак;

- кількість операцій Н і хімікатів Т;

- норма виносу електроліту хромування підвіскою PD;

- кількість різних операцій електрохімічної обробки Н1;

- товщина покриття дср для кожного процесу D (для ванни електрохімічного знежирення необхідно ввести D =1), мкм;

- норми витрат розчинних та нерозчинних анодів МУ;

- кількість ванн на кожній операції N3;

- довжина L і висота ванн H1, м;

- число анодних штанг у ванні N4;

- число анодів на штанзі N5;

- ширина анодів L5 , м.

Витрати хімікатів Si на виконання річної програми розраховують за формулою, кг:

де Ак - норма витрати електроліту, дм3/м2;

Сі - концентрація хімікату в електроліті.

Річні витрати розчинних або нерозчинних анодів на кожну операцію, кг:

У випадку нерозчинних анодів товщина покриття D умовно приймається рівною 1.

Річні витрати тканини на виготовлення анодних чохлів для кожної операції, де вони використовуються, м2:

Всі розрахунки виконані на ЕОМ і додаються нижче.

3.3 Розрахунки витрат води на промивні операції

Економічні та екологічні проблеми вимагають раціонального використання водних ресурсів, а також уваги до якісних показників продукції. Використання в технології промивки ванн уловлювання, протитечійних каскадних ванн, ванн струминної та струминно-проточної промивки, їх комбінацій значно зменшує витрати води на технологічні потреби. При побудові компоновки гальванічної лінії все це враховується.

Остаточно відповідь на питання про тип ванни промивки (проста проточна чи каскадна) може дати розрахунок витрат води.

По кожній технологічній ванні, де містяться хімічні реагенти, вирішуємо, за яким компонентом слід оцінювати якість промивання деталей, а також перед якою операцією це виконується.

Розрахунок витрат води на відмивання з поверхні деталі проводять того компоненту, для якого критерій промивки К є найбільшим і дорівнює:

К = Co/Ск,

де Со і Ск - концентрація компонента відповідно в основній ванні і кінцева у ванні промивки.

При використанні комбінацій окремих ванн гарячої й холодної промивок, рекомендується брати для них однакові критерії промивки, що дорівнюють кореню квадратному з загального критерію промивки, а кінцева концентрація (після математичних перетворень) в першій ванні і початкова в другій ванні будуть дорівнювати кореню квадратному з добутку Со і Ск, тобто:

С1 = С2 =

Для виконання розрахунків на ЕОМ попередньо складаємо табл.3.3, де зазначаємо найменування ванн промивок, робочий об'єм води в них, початкову та кінцеву концентрації основного компонент, а також значення коефіцієнта, який враховує спосіб промивки деталей.

Необхідність в каскадній ванні буде визначено тільки в результаті проведення розрахунку. Тому розрахунок починається за умови, що на кожній промивній операції використовується одна проточна ванна.

Для проведення розрахунків необхідно знати:

- годинну продуктивність лінії при обробці деталей на підвісках F;

- норми виносу електроліту підвіскою G;

- кількість ванн промивок, занесених до таблиці;

- ефективний річний фонд роботи устаткування.

Таблиця 3.3 - Вихідні данні.

Промивання	Робочий об'єм води, дм3	Концентрація основного хімікату, г/дм3	Коефіцієнт промивки
		Початкова Со	кінцева Ск
Гаряча	740	51,45	2,27	1
Холодна	740	2,27	0,1	1
Холодна	740	220	0,05	1
Уловлювання	740	120	20	1
Холодна	740	20	0,1	1
Холодна	740	35	0,59	1
Тепла	740	0,59	0,01	1

При розрахунку витрат води використовують формулу для простої проточної ванни, дм3:

,

де К - критерій промивки, що дорівнює Со/Ск.

Одержану величину порівнюють з об'ємом ванни і, якщо вона більша, приймають рішення поставити двоступеневу каскадну ванну. Витрати води в цьому випадку перераховують за формулою:

Одержану величину помножують на коефіцієнт 1,5, яким враховується можливе падіння тиску води у водопровідній мережі. 3 урахуванням витрат води на приготування розчинів, випаровування, корегування, промивку устаткування загальні витрати води на промивні операції слід збільшити ще в 1,15 рази.

Якщо погодинні витрати промивної води на певній операції промивки менші 50 дм3/год при відсутності автоматизованого управління подачею води, тоді ці витрати приймають рівними 50 дм3/год.

Після обчислень витрат води по кожній промивці розраховуємо витрати води гальванічною лінією за 1 год, дм3:

Р1 = .

На виконання річної програми:

Р = Р1 . Тгл. 1.5 . 1.15 / 1000,

де Тгл - дійсний річний фонд робочого часу.

Всі розрахунки виконані на ЕОМ і додаються нижче.

3.4 Розрахунки витрат електроенергії на електрохімічні процеси та вибір джерел струму

Сила струму на ваннах електрохімічної обробки залежить від поверхні деталей на підвісці S1, неізольованої частини поверхні самої підвіски і від густини струму і визначається за рівнянням:

I = K1 . S1 . JK,

де K1 - коефіцієнт, який враховує неізольовану поверхню підвіски (K1 = 1,02 - 1,06).

Густина струму на анодах залежить від робочої поверхні анодів S2 і скла-дає:

JA = I/S2 = K1 . S1 . JK/S2

Напруга на ваннах електрохімічної обробки деталей складається з падіння напруги при проходженні струму через електроліт Е1, різниці потенціалів анода і катода Е2, падіння напруги в контактах Е3, шинопроводі Е4.

Для проведення розрахунків дані необхідно взяти з попередніх розрахунків і довідкових матеріалів:

- густину струму на катоді JK, А/дм2;

- поверхню деталей у ванні S1, дм2;

- поверхню анодів у ванні S2 , дм2;

- питомий електроопір електроліту RO, Ом.см;

- міжелектродну відстань (між підвіскою і анодом) L, см;

- коефіцієнт газонаповнення A;

- потенціал анода ЕА і катода ЕК, В;

- коефіцієнт, який враховує робочу (неізольовану) поверхню підвіски.

Падіння напруги в електроліті розраховують за формулою:

E1= (1+А),Jср, RO .L, (3.17)

де Jср - середня густина струму, яка дорівнює:

Jcp = = .

Падіння напруги на електродах як різницю потенціалів анода і катода дорівнює:

Падіння напруги в контактах складає:



Падіння напруги в шинопроводі складає:

Повна напруга на ванні при обробці деталей на підвісках складає:

Витрати електроенергії електролізними ваннами залежать від кількості завантажень (підвісок) N за рік, поверхні деталей на одній підвісці S1, густини струму JK, напруги на ванні Е, часу обробки деталей Т (год), коефіцієнту корисної дії джерела струму, який для більшості джерел складає 0,82.

Розрахунок ведуть за формулою:

де - витрати електроенергії електролізними ваннами, які визначаються окремо для кожної електрохімічної операції, кВт . год.

До інших споживачів електричної енергії відносяться:

сушильна камера з електронагрівачем і вентилятором, електродвигун загальної витяжної вентиляції.

Витрати електроенергії сушильною камерою:

QC = N. (Nнс + Nвс/ ККД) . Тс

Витрати електроенергії двигуном загальної вентиляції:

QB = Nзв. Т / ККД

де Т - ефективний фонд роботи устаткування,

Витрати електроенергії всіма споживачами складаємо і визначаємо її витрати на 1 м2 поверхні деталей.

Qл = У Qі = Qв + QС + QВ,

Qн = Qл,/ Fр ,

де Qл - кВт. год;

Qн - кВт. год/м2.

Ванни електрохімічної обробки повинні бути оснащені індивідуальними джерелами постійного струму. Для їх вибору необхідно користуватись значенням розрахованої напруги і максимальною величиною струму Іmax на ванні, для чого враховують можливі відхилення поверхні оброблюваних деталей в більший бік коефіцієнтом К2, який беруть рівним 1,15 - 1,2. Тому Іmax = К2. І

Всі розрахунки виконані на ЕОМ і додаються нижче.

Після вибору джерел постійного струму одержані результати зведені в таблицю 3.4.

Таблиця 3.4 - Джерела постійного струму гальванічної дільниці

Ванни (операція)	Напруга на ванні, В	Сила струму , А	Тип випрямляча	Номінальна напруга	Номінальний струм	Кількість випрямл.
Електрохім. знежирення	3,86	149,46	ТЕ1 - 400/12Т	12	400	2
Цинкування	3,88	249,1	ТЕ1 - 400/12Т	12	400	3

3.5 Розрахунок пристроїв для нагрівання електролітів і витрат енергоносіїв

Значна кількість ванн гальванічного цеху працює при високих температурах. Для нагріву електроліту до робочої температури найчастіше використовують водяну пару, нагрівальним пристроєм служить металевий змійовик.

Для визначення розмірів змійовика і необхідної кількості пари треба врахувати статті витрат та приходу тепла, необхідно скласти рівняння теплового балансу для розігріву ванни та її робочого стану.

Перед проведенням розрахунків слід визначити на підставі попередніх розрахунків і довідкових матеріалів:

- які ванни необхідно нагрівати і їх кількість на даній операції;

- чи має ванна футеровку, теплоізоляцію;

- довжину L, ширину B, висоту H ванни;

- робочу температуру ванни Т, оС;

- теплоємність електроліту CR, Дж/кг.град;

- об'єм електроліту V, дм3, його густину GR, кг/дм3;

- теплоємність матеріалу корпусу ванни СК (Дж/кг.град) та його густину GV (кг/дм3 );

- товщину стінок ванни D, мм;

- масу деталей одного завантаження ванни з підвіскою М1 та їх теплоємність CD;

- діаметр труби змійовика D1, мм;

- силу струму I і нагрівну напругу на ванні E з розрахунків напруги на ванні.

Данні підготовлені у вигляді таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 - Вихідні данні.

Найменування ванн	Теплоємність розчину, Дж/кг.К	Густина розчину, кг/см3	Температура ванни,оС	Ширина ванн,дм
Електрохімічне знежирення катодне	3885	1,08	60	8
Електрохімічне знежирення анодне	3885	1,08	60	8
Промивка гаряча	4190	1,0	60	6,3
Промивка тепла	4190	1,0	45	6,3

Кількість тепла на розігрів ванни:

,

де Q1 - тепло на розігрів корпусу ванни й розчину, кДж:

;

2 - тепло на компенсацію витрат до навколишнього середовища через стінки та поверхню розчину ванни, кДж:

,

де KS - коефіцієнт теплопередачі з урахуванням наявності теплоізоляції та футеровки.

Кількість тепла для підтримання робочої температури:

Q3 = CD . M1 . 60 . (T - 20)/R

де Q3 - тепло для розігріву підвіски з деталями, кДж;

Q4 - джоулево тепло, кДж;

R - прийнятий темп роботи лінії, год.

Кількість пари для розігріву ванни, кг:

де 2122 дж/кг - кількість тепла, що віддається парою при переході до конденсату з температурою 130 оС.

Витрати пари на роботу ванни ,кг:

Поверхню змійовика визначають за теплом для розігріву ванни,м2:

де К - коефіцієнт теплопередачі від змійовика до розчину, орієнтовно його

значення можна прийняти 950 Дж/м2. град.сек;

TS - середня температура:

Довжина труби змійовика залежить від діаметра D1:

)

Для виготовлення нагрівників гальванічних ванн використовують стальні труби з умовним проходом 32,38мм.

При цьому дуже важливим є те, що початкова швидкість пари UP не повинна перевищувати 30 м/с.

де 1,618 - густина пари, кг/м4.

Якщо швидкість пари буде більшою 30 м/с, необхідно збільшити діаметр змійовика.

Якщо кількість джоулевого тепла перевищує втрати його через стінки ванни і поверхню електроліту, ванну необхідно охолоджувати. Для цього використовують, як правило водопровідну або артезіанську воду. Температура водопровідної води залежить від пори року і коливається в межах 10 - 25оС. При розрахунках приймаємо її температуру 20оС.

Температура артезіанської води 10 - 12 оС і для розрахунків приймаємо верхню межу.

Обчислення витрат води за 1 год. на охолодження виконуємо за формулою:

P2 = 1,1 QA/ (4,19 (T5 - T2))

де Т5 і T2 - температура води після охолодження на виході і для охолодження на вході змійовика.

Погодинні витрати пари для нагріву ванн або води для охолодження перераховуються на річну

Всі розрахунки виконані на ЕОМ і додаються нижче.

3.6 Розрахунок скиду хімікатів і води на очисні споруди гальванічного виробництва

Гальванічне виробництво є основним забруднювачем промислових стічних вод у машинобудівній і приладобудівній промисловості іонами важких металів, а також кислотами, лугами і солями, які необхідно знешкоджувати і утилізувати, а очищену воду повертати назад у виробництво [5].