Проектирование гальванического участка

--PAGE_BREAK--Нитробензойная кислота40-75 г/л

H
2
SO
4
100 г/л

t= 900С
2.4.2 Основные неполадки в процессепокрытия сплавом олово-висмут представлены в таблице 2.2
Таблица 2.2 Основные неполадки в процессепокрытия сплавом олово-висмут, их причины и устранение



2.4.2.1 Снятие недоброкачественного покрытия сплавом олово-висмут производится электрохимическим методом в растворе едкого натра (120 г/л) при температуре от 20 до 800С и напряжении 6 В. Бракованные детали в специальном стальном каркасе завешивают на анодную штангу. При накоплении в электролите ионов олова, они начинают восстанавливаться на катоде. Роль катодов в процессе электролиза выполняют стальные пластины.

Губчатый осадок олова с катодов удаляют при помощи фильтр-пресса и сдают во вторсырьё [ ].
2.5 Рекомендации по малоотходной технологии
При осаждении гальванических покрытий много ценных продуктов и солей металлов попадает со сточными водами в очистные сооружения. Потери ценных материалов увеличивается пропорционально росту производства и достигают очень больших значений.

Исключение потерь ценных материалов со сточными водами, возврат их в производство является важнейшей задачей современной гальванотехники, задачей создания безотходный технологии.
2.5.1 Для уменьшения уноса электролита деталями необходимо при извлечении их из ванны производить выдержку деталей над ванной в течении 15 секунд. Этого времени достаточно для того, чтобы большая часть электролита стекла в ванну.
2.5.2 Для предотвращения попадания электролита на пол, при переносе деталей из ванны покрытия в последующую ванну промывки и снижения его потерь рекомендуется на борта смежных ванн устанавливать козырьки, по которым оставшийся на переносимых деталях электролит стекает в ванну.
2.5.3 Детали на подвесках необходимо располагать таким образом, чтобы обеспечить минимальную задержку растворов в глухих отверстиях, пазах.
2.5.4 Промывку деталей после гальванической обработке рекомендуется производить вначале в ваннах с непроточной водой (уловителях), а затем в ваннах с проточной водой. Применение ванн-сборников позволяет задержать в них значительную часть растворенных в электролитах материалов, снижая соответственно количество этих материалов в промывных водах и далее в сточных водах.
2.5.5 Часть растворов из ванн-сборников следует использовать для доливки основных ванн. При этом компенсируется убыль компонентов электролита из гальванической ванны.

2.5.6 Целесообразно стремиться к тому, чтобы применялись электролиты с минимальным количеством компонентов и с пониженными их концентрациями.
2.5.7 Для постоянства состава необходимо поддерживать отношение анодной поверхности к катодной 2:1.
2.5.8 Для рационального использования отходов растворимых анодов необходимо помещать их в виде обрезков в кассеты из титана и использовать до их полного растворения.
2.5.9 Не допускать падение деталей на дно ванны, т.к. упавшие детали, растворяясь, загрязняют электролит солями.
2.5.10 Не допускать погружения латунных крючков, к которым крепятся аноды, в электролит, т.к. их анодное растворение приведет к засорению электролита медью и цинком.
2.5.11 Тщательно обезжиривать и промывать детали.
2.5.12 С целью повышения эффективности использования ванн-сборников, рекомендуется несколько изменить маршрут движения подвесок с деталями по схеме, представленной на рисунке 2.1

Предварительно подготовленные и промытые детали вначале погружают в ванну-сборник, а затем переносят в ванну покрытия, а по окончании процесса покрытия снова погружают в ванну-сборник. При этом способе промывки в гальваническую ванну не вносится с деталями вода, электролит не разбавляется, а часть растворов из ванн-сборников возвращается в основную ванну.




Рисунок 2.1– Схема маршрута движения подвесок с деталями

1 – ванна промывки;

2 – ванна покрытия;

3 – ванна-сборник (уловитель);

4,5 – ванна каскадной промывки.




3. Оборудование участка
3.1 Обоснование выбора и описание оборудования
Выбор оборудования производится в соответствии с принятым технологическим процессом, габаритами покрываемых деталей и годовой программой участка.

На проектируемом участке покрытия сплавом олово-висмут в качестве основного оборудования предлагается механизированная линия, которая позволяет повысить производительность труда и улучшить культуру производства.

Механизированная линия представляет собой два параллельных ряда ванн, установленных в технологической последовательности торцевой стороной к фронту обслуживания. Такое расположение ванн позволяет сэкономить производственные площади. Обслуживание ванн – перемещение подвесок с деталями по механизированной линии, загрузка и выгрузка их из ванн осуществляется с помощью электротельфера. Электротельфер – грузоподъемный механизм, который перемещается по направляющим, закрепленным над ваннами под перекрытием здания. Он представляет собой тележку, на которой смонтированы реверсивный редуктор и трос для закрепления подвески. Подъем (опускание) подвески с деталями из ванны производится путем наматывания (разматывания) троса с помощью лебедки. Управление электротельфером производится с помощью подвижного пульта.

Ванны представляют собой прямоугольные ёмкости, изготовленные из листов малоуглеродистой конструкционной стали обыкновенного качества толщиной 3-5мм. Изготавливаются газовой или электросваркой.

Борта ванн изготавливаются из углового железа с шириной уголка 50мм. На бортах ванн, на подставках из электроизоляционного материала (эбонит, фарфор) – штангодержателях – устанавливают медные токоведущие штанги круглого сечения.

На дне корпуса ванны имеется сливной штуцер для полного слива отработанного раствора, соединенный полиэтиленовыми или винипластовыми трубами со станцией нейтрализации сточных вод. Дно ванны имеет уклон в сторону штуцера. Ванны с нагревом имеют теплоизоляцию стенок, выполненную из шлаковаты толщенной 50мм. Обогрев ванн осуществляется пропусканием пара в змеевике изготовленного из стали. Змеевик располагается вдоль вертикальной стенки, благодаря этому легко вынимать для очистки накипи. Ванны химических процессов устанавливаются на швеллерах, а ванны электрохимических процессов на швеллерах с резиновыми прокладками, т.к. они работают под током. В верхней части ванны на её бортах устанавливаются опоры-ловители и штангодержатели, на которых будут располагаться штанги. Опоры-ловители служат для подвода тока к катодным штангам и изготавливаются из фосфористой бронзы. Они изолируются от корпуса при помощи прокладок из резины. Штангодержатели для анодных штанг изготавливаются из эбонита. Вентиляция ванн, являющихся источниками вредных выделений и всех ванн, работающих с подогревом, в том числе и ванн горячей промывки, осуществляется односторонними или двухсторонними бортотсосами.
3.1.1 Устройство ванны никелирования сходно с устройством работы с кислыми электролитами, однако, имеет ряд особенностей: в ней находится устройство для качания катодных штанг, имеет змеевик и теплоизоляцию, ванна футеруется полихлорвиниловым пластикатом, вентиляция осуществляется бортовыми отсосами.
3.1.2 Ванна для покрытия сплавом олово-висмут устроена аналогично ванне никелирования, но не оборудована устройством для качания штанг, змеевиком и теплоизоляцией.


3.2 Расчет оборудования и подбор стандартного оборудования.
3.2.1 Расчет годовой производственной программы участка с учетом процента брака деталей, допускающего переделку, производится по формуле
, (3.1)
где P
зад– заданная программа участка, м2шт, т;

a– принятый процент брака деталей, допускающего переделку. В данном проекте принимается a
= 2%.

Результаты расчётов годовой производственной программы участка представлены в таблице 3.1
Таблица 3.1 Сводная программа участка покрытия



3.2.2 Для расчета оборудования составляется загрузочная ведомость для покрытия деталей на подвесках, таблица 3.2
Таблица 3.2 Загрузочная ведомость

3.2.3 Время, необходимое для операции нанесения покрытия определяется по формуле
, (3.2)
где τ1 — основное или технологическое время, мин.;

τ2— вспомогательное время на загрузку и выгрузку подвесок, мин.
При нанесении металлопокрытий основное время определяется по формуле
 (3.3)
где а – толщина покрытия, мм;

– средняя плотность тока, А/дм2;

ρ– плотность металлопокрытия, г/см3;

с– электрохимический эквивалент металла покрытия, г/А·ч;

η –выход металла по току, %.
При нанесении сплава рассчитывается плотность сплава и электрохимический эквивалент сплава, исходя из его процентного состава.

Для нанесения сплава олово-висмут с содержанием 99,8% олова и 0,02% висмута плотность сплава составит
ρ= 0,998 ·7,28+0,002 ·9,87=7,28 г/см3;
Электрохимический эквивалент сплава составит
c=0,998·1,107+0,002·2,6=1,109 г/А·ч;

Для никелирования τ1 составит
τ1 == 12,5мин;


Для нанесения сплава олово-висмут
12 мин


Так как обслуживание ванн осуществляется электротельфером, то

=0,5 мин для никелирования и =1мин для нанесения сплава.
Для никелирования

τ =12,5+0,5=13 мин;


Для нанесения сплава олово-висмут
τ=12+1=13 мин


3.2.4 Определяется суммарное время, необходимое для покрытия годовой программы по формуле
 (3.4)

где   — годовая программа участка по количеству подвесок (таблица 3.2)

τс == 53040 ч


3.2.5 Количество подвесок с деталями, загружаемых одновременно во все ванны определяется по формуле

 (3.5)
где  – действительный годовой фонд времени работы ванн, ч;

К– коэффициент, учитывающий затраты времени на подготовительно – заключительные операции; К=1,03.
уп == 13,7 подвесок;


В соответствии с габаритами подвесочных приспособлений и полученной величиной уп загрузка в одну ванну принимается 8 подвескам.


3.2.6 Количество одинаковых по виду покрытия и габаритам ванн определяется по формуле

, (3.6)
где у– принятая загрузка в ванны в подвесках с деталями принимается загрузка равной 8 подвесок на две катодных штанги.



 ванн,

Для никелирования принимаем количество ванн n
=2 ванны;

Для нанесения сплава олово-висмут принимаем количество ванн n
=2 ванны;


3.2.7 Определяется производительность рассчитанных ванн по формуле
 (3.7)
где y
– принятая загрузка в одну ванну, подвесок;

n
– принятое количество ванн.
P
’год =  подвесок;
3.2.8 Коэффициент загрузки рассчитанных ванн определяется по формуле
 (3.8)
где   — заданная годовая программа в подвесках.

;
3.2.9 Определяются внутренние габариты ванн
3.2.9.1 Внутренняя длинна ванны определяется по формуле
l
вн
=
l
1
∙
n
1
+
l
2
∙ (
n
1
-1) + 2
l
3
, (3.9)

где l
1 – длинна подвески, мм;

l
2 – расстояние между подвесками в ванне в зависимости от конфигурации деталей, мм.

l
3 – расстояние между торцевой стенкой ванны и краем подвески, мм.

n
1 – количество подвесок, завешиваемых на одну штангу.


l
вн
= 300·4+3·50+2·150= 1650 мм


3.2.9.2 Внутренняя ширина ванны рассчитывается по формуле
w
вн
=
w
1
∙
n
2
+2
w
2
∙
n
2
+ 2
w
3
+
n
3
∙
D
,(3.10)
где w
1 – ширина подвески, мм;

w
2 – Расстояние между анодом и ближайшим краем детали на подвеске, мм.

w
3 –Расстояние между внутренней стенкой ванны и анодом, мм.

n
2 – количество катодных штанг;

n
3 – количество анодных штанг (n
3
=
n
2
+1);

D
– толщина анодов, мм.
w
вн
= 10∙2+2·2∙100+2 ∙80+3∙10= 610 мм
3.2.9.3 Внутренняя высота ванны рассчитывается по формуле
h
вн
=
h
э
+
h
б
=
h
1
+
h
2
+
h
3
+
h
б
,(3.11)
где     продолжение
--PAGE_BREAK--h
э – высота уровня электролита, мм;

h
1 –высота подвески без подвесного крючка, мм;

h
2 –расстояние от дна до нижнего края подвески, мм.

h
3 –высота электролита над верхним краем детали на подвеске, мм;

h
б –расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края борта ванны, мм. h
б = 100 мм.


h
вн
= 400+150+ 30+ 250 = 830 мм

3.2.9.4 Подбор стационарного оборудования

Подбор стандартного оборудования производится на основании произведённых расчётов по ГОСТ 23738-85. Внутренние габариты ванн электрохимических процессов принимаются равными 2000х630х1000 мм.

Размеры стандартного оборудования представлены в таблице 3.3
3.2.9.5 Объём электролита стандартных ванн определяется по формуле
V
эл
=
l
вн ст
∙
w
вн ст
∙
h
эл
,(3.12)
где l
вн ст–внутренняя стандартная длинна ванны, дм;


w
вн ст –внутренняя стандартная ширина ванны, дм;

h
эл – высота столба электролита, дм.
Для всех процессов

V
эл
= 20 ∙6,3 ∙8,5= 1070 л


3.2.4.6 Наружная длина ванн больше внутренней длины на ширину размеров профиля ребер жесткости, привариваемого к верхним кромкам ванн.
h
нар
=
h
вн
+ 50 ∙2, (3.13)

3.2.4.7 Наружная ширина ванн зависит от наличия бортовых отсосов. Если бортовых отсосов нет, то наружная ширина больше только на ширину профиля ребер жесткости


w
нар
=
w
вн
+ 100(3.14)
Для ванн с односторонним бортотсосом


w
нар
=
w
вн
+ 300(3.15)
Для ванн с двусторонним бортотсосом
w
нар
=
w
вн
+ 500(3.16)
Результаты расчета стандартного оборудования сводятся в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 Ведомость стандартного оборудования




4. Расчётно-экономическая часть
4.1 Определение загрузки и тока для ванн электрохимических процессов, выбор источников тока
4.1.1 Расчёт поверхности и тока для ванн производится по формуле


Sy
= (
S
1
+
S
2
) ∙ у, (4.1)
где S
1 – рабочая поверхность, т.е. поверхность деталей на подвеске, дм2;

S
2 – нерабочая поверхность, т.е. поверхность изолированной части подвески, дм2. S
2
= 0,03
S
1;

у – количество подвесок в ванне.


Sy
= (7, 56+7, 56·0, 03) ·8= 62, 29 дм2.
4.1.2Ток на ванне рассчитывается по формуле
Yy
=
D
к
∙
Sy
,(4.2)
где D
к – максимально допустимая плотность тока для данного процесса,

А/ дм2;
Для электрохимического обезжиривания
Yy
= 62, 29 ∙ 10 = 623 А;


Для никелирования


Yy
= 62, 29 ∙2 = 125 А;

Для нанесения сплава олово-висмут
Yy
= 62, 29 ∙3 = 187 А.
В соответствии с рассчитанной силой тока и напряжением на ванне выбираются выпрямители для питания ванн, технические характеристики которых представлены в таблице 4.1
Таблица 4.1




4.2 Расчёт общего расхода электроэнергии на участке
4.2.1 Суточный расход технологической энергии на участке определяется по формуле

 (4.3)
где Z
– число часов работы оборудования в сутки, ч;

N
нагрев – мощность сушильной ванны;

Σ
N
эл дв – суммарная мощность электродвигателей, кВт;

Σ
I
– суммарная сила токов на ваннах, А;

N
кач – мощность устройства для качания штанг, кВт;

U
– среднее рабочее напряжение на ваннах, В;

η0 – КПД выпрямителя;

K
1
–коэффициент загрузки оборудования (K
1 =

K
з);

K
2– коэффициент загрузки источника тока, равный отношению потреблённого для электролиза тока к току, указанному в паспорте выпрямителя.
W
сут
= 16 · (3, 6 + 2, 36+) · 0, 85 · 0, 39 = 85, 52 кВт·ч


4.2.2 Годовой расход технологической электроэнергии на участке определяется по формуле
 (4.4)
где T
– число рабочих суток в году. T
= 260.
W
год
=85, 52 · 260 = 22235 кВт∙ч

4.3 Расчёт расхода анодов
4.3.1 Расчёт анодов на пуск участка, т.е. на первоначальную загрузку оборудования производится по формуле
кг (4.5)
где Q
п – расход анодов на пуск участка, кг;

l
– длинна анодов, м. Принимается равной высоте столба электролита, т.е. около 80% высоты ванны;

b
– суммарная ширина анодов, м. Составляет 60% длинны ванны;

c
– толщина анодов, м. c
= 0, 01 м;

ρ
– плотность металла анодов, кг/м3;

n
1
– количество анодных штанг в ванне;

n
2
– количество ванн.
Q
п
Ni
= 0, 8 ·1 ·0, 6 · 2· 0, 01 · 8900 · 3 ·2 = 513 кг;

Q
п
Sn

= 0, 8 · 1 · 0, 6 · 2· 0, 01 · 7280 · 3 ·2 = 420 кг;

Q
п сталь
= 0,8 · 1 · 0,6 · 2· 0,01 · 7800 · 3 ·2 = 450 кг.
4.3.2 Расчет анодов на выполнение программы

Расход растворимых анодов на выполнение годовой программы рассчитывается по формуле
Q
год
=
N

∙
P
год
∙
a

∙10-3, (4.6)
где   — годовой расход растворимых анодов, кг;

– норма расхода растворимых анодов, ;

P
год – производственная годовая программа с учетом брака, допускающего переделку, м2;

а – толщина покрытия, мкм.
Q
год
Ni
= 9, 4 · 18360 · 3 · 10-3 = 517, 75 кг

Q
год
Sn= 7, 7 · 18360 · 6 · 10-3 = 848, 23 кг
Расход нерастворимых анодов выражают в процентах от первоначального расхода анодов, т.е. расхода анодов на пуск участка.

Расход стальных нерастворимых анодов в ванне электрохимического обезжиривания составляет 100%.

Результаты расчётов расхода анодов представлены в таблице 4.2
Таблица 4.2 Ведомость расхода анодов




4.4 Расчёт расхода химикатов
4.4.1 Расчёт расхода химикатов на пуск участка производится по формуле
    продолжение
--PAGE_BREAK-- , (4.7)
где Q
п – расход химикатов на пуск участка, кг;

C
– рецептурное содержание компонента, г/л;

V
– объём ванны, л;

n
– количество однотипных ванн;

K
– массовая доля основного вещества в химикате.
4.4.2 Годовой расход химикатов определяется по формуле
Q
год
=
N

·
P
год
· 10-3;(4.8)
где Q
год – годовой расход химикатов, кг;

N
– норма расхода химиката на покрытие 1м2, г;

P
год – годовая программа с учётом % брака, м2.
Годовой расход химикатов для ванны снятия брака определяется исходя из её сменяемости (2-4 раза в год).

Результаты расчёта расхода химикатов предоставлены в таблице 4.3


Таблица 4.3 Ведомость расхода химикатов



4.5 Расчет расхода пара
4.5.1 Расчет расхода пара на разогрев ванны производится по формуле
, (4.9)
где   — расход пара на разогрев ванны, кг;

  — норма расхода пара на разогрев 100 л электролита в течение 1 часа, кг;

  — объем ванны, л;

  — время разогрева ванны, = 1 час;

  — количество ванн.


4.5.2 Расчет расхода пара на поддержание температуры производится по формуле
, (4.10)
где   — расход пара на разогрев ванны, кг;

  — норма расхода пара на поддержание рабочей температуры в течение 1 часа, кг;

  — время работы ванны.
4.5.3 Суточная потребность в паре определяется по формуле
, (4.12)
где   — суточная потребность в паре, т.
4.5.4 Годовой расход пара рассчитывается по формуле
, (4.13)
где Т – число рабочих суток в году (260 суток).

Результаты расчета расхода пара представлены в таблице 4.4
Таблица 4.4 Ведомость расхода пара
    продолжение
--PAGE_BREAK--