Материальные расчеты

3.5.1 Расход электродов и химикатов на первоначальный пуск

Для линии анодирования.

Расходсвинцовыхкатодовопределяютпоформуле [16]:

Gн= l× b× f× d

где Gн– расходнерастворимыхкатодов,кг; l–

суммарнаяширинакатодов,котораянедолжнабытьменьше60%длины

катодныхштангвванне;внутренняядлинаваннысоставляет2,1м,значит:l= 2,1

∙0,6=1,26м; b–

длинакатода,котораясоответствуетвнутреннейвысотеванныисоставляет 0,9м;

f– толщина катода,составляет10∙10-3 м;d–плотностьметалла катода,т.е.свинца–

11340кг/м3;3 – числоосновныхваннанодирования.

Так как катодырасполагаются вванне втриряда,то

Gн = 1,26× 0,9 × 0,01× 11340× 3= 385,78 кг

Расход химикатов на первоначальный пуск оборудования:

Gn =

𝐶 ∙𝑉 ∙𝐵

где Gn - расход каждого компонента;С - содержание каждого компонента в

растворе, г/л;V - рабочий объем ванны, л; В - количество ванн.

Анодирование:

G𝐻2𝑆𝑂4 =

200 ∙ 3402 ∙ 2

= 1360,8кг.

Химическое обезжиривание:

G𝑁𝑎3𝑃𝑂4=

50 ∙ 3402 ∙ 1

= 170кг,

GNaOH =

15 ∙ 3402 ∙1

= 51кг,

GДС – 10 =

4 ∙ 3402 ∙ 1

= 13,6кг.

Расход химикатов в ваннах осветления и наполнения

рассчитывается аналогично.

Результаты расчѐтов заносим в таб. 3.1 и 3.2.

Для линии никелирования.

Расход никелевых анодов определяется по формуле:

Gр= l× b× f× d,

где Gр – расход растворимых анодов, кг; l– суммарная ширина анодов,

которая не должна быть меньше 60 % длины катодных штанг в ванне;

внутренняя длина ванны составляет 1.26 м, значит l= 1.26 ∙0,6 = 0.756 м; b–

длина катода, которая соответствует внутренней высоте ванны и составляет 1

м; f– толщина анода, составляет 10∙10-3 м [8]; d– плотность металла анода, т.

е. никеля – 8900 кг/м3 [16] Так как аноды завешивают с обеих сторон ванны,

то:

Gр = 0.756×1× 0,01× 8930× 2= 135.02 кг.

Расходхимикатовнапервоначальныйпускоборудованиярассчитывается

поформуле [10]:

Gn =

𝐶 ∙𝑉 ∙𝐵

;

где Gn- расход каждого компонента; С - содержание каждого компонента в

растворе, г/л; V- рабочий объем ванны, л; В - количество ванн.

Никелирование:

G𝑁𝑎2𝑆𝑂4 =

100 ∙960 ∙5

= 480кг;

G𝐻3𝐵𝑂3 =

30 ∙960 ∙5

= 144 кг;

GNiSO 4 =

150 ∙ 960 ∙5

= 720кг;

GNaCl =

10 ∙960 ∙ 5

= 48кг.

Химическое обезжиривание:

𝐺𝑁𝑎3𝑃𝑂4 =

70 ∙ 960 ∙ 2

= 134,4 кг ;

𝐺𝑁𝑎2𝑆𝑖𝑂3 =

20 ∙ 960 ∙ 2

= 38,4 кг;

𝐺𝑁𝑎2𝐶𝑂3 =

25 ∙ 960 ∙ 2

= 48 кг;

𝐺𝑁𝑎𝑂𝐻 =

15 ∙960 ∙2

= 28,8 кг.

3.5.2 Расход электродов и химикатов на выполнение годовой

программы

Для линии анодирования.

При расчете расхода нерастворимых катодов на выполнение

годовой программы необходимо учитывать их норму расхода[17].

Расчет нормы расхода нерастворимых катодов производят по формуле:

𝑄н =

𝐾1 ∙𝑆 ∙ 𝑓 ∙𝑑 (𝑇1+ 𝑇2)

𝐾2 ∙ 𝑇𝜕 ∙60

;

где Qн- норматив нерастворимых катодов; К1 - коэффициент сменяемости

катодов в год, принимаем равным 0,5; S – отношение катодной поверхности к

анодной; f – толщина анода, составляет 10∙10-3 м [8]; d – плотность металла

катода, т. е. свинца – 11340 кг/м3 [16]; Т1 – продолжительность процесса

анодирования; Т2 – продолжительность загрузки и выгрузки; К2 –

коэффициент загрузки оборудования; Тд – годовой фонд времени работы

оборудования.

Норма расхода свинцовых катодов.

𝑄н =

0,5 ∙ 1

1 ∙10 ∙10−3 ∙11340 ∙(20+2)

1 ∙3754,4 ∙60

= 0,0055 кг/м2.

Общий расход нерастворимых катодов ведем по формуле:

𝐺г = 𝑄н ∙ 𝑃год.

где Gг – годовой расход катодов;Qн – норматив расхода нерастворимых

катодов; Ргод – годовая программа.

Расход свинцовых катодов:

𝐺г = 0,0055 ∙ 112750 = 650,125 кг.

Годовой расход химикатов рассчитываю по формуле:

Gпрог=

Δ𝑔 ∙𝐶 ∙(𝑆+𝑆𝑛 )

,

где Gпрогр- расход каждого химиката, кг; С - содержание каждого компонента

в растворе, г/л; S- годовая покрываемая поверхность изделий, м2; Sn-

площадь поверхности покрываемой части подвесок, м (не должна

превышать 15% площади обрабатываемой поверхности деталей); Δq -

суммарные потери раствора, л/м2, которые учитывают потери:

1. На унос раствора поверхностью деталей и подвесок; на унос раствора в

вентиляционные каналы;

2. При составлении и корректировании растворов;

3. При фильтрации и химическом взаимодействии с металлами.

Нормы расхода растворов и электролитов при обработке деталей

приведены в [10].

1. Для ванны анодирования принимаем равным 0,3 л/м2;

2. Для ванны химического обезжиривания принимаем равным 0,5 л/м2;

3. Для ванны осветления равным 0,39 л/м2;

4. Для ванны наполнения 0,39 л/м2.

Анодирование:

𝐺𝐻4𝑆𝑂4 =

0,3 ∙200 ∙( 112750+16912,5 )

= 7779,75 кг.

Химическое обезжиривание:

𝐺𝑁𝑎𝑂𝐻 =

0,5 ∙20 ∙( 112750+16912,5 )

= 1296,62 кг,

𝐺𝑁𝑎3𝑃𝑂4 =

0,5 ∙30 ∙( 112750+16912,5 )

= 1945 кг,

𝐺ДС−10 =

0,5 ∙4 ∙( 112750+16912,5 )

= 259,325 кг.

Расход химикатов в ваннах осветления и наполнения рассчитывается

аналогично.

Результаты расчѐтов заносим в таб. 3.1 и 3.2.

Для линии никелирования

Расход растворимых анодов на выполнение годовой программы

определяется:

Ga= Q1× Pгод,

где Pгод- годовая программа;Q1 – расход анодов на 1 м2 поверхности

покрываемых изделий.

Расход анодов на 1 м2 поверхности покрываемых изделий

определяется по формуле:

Q1 = d × d× (1+ Кшл+ Котх)

где d – плотность металла анода, т. е. никеля – 8900 кг/м3 [16]; δ- толщина

покрытия; Кшл – коэффициент шламообразования, который принят равным

0,03; Котх – коэффициент отходов за счет нерастворенных остатков,

который напрактике составляет 0,03-0,05.

Q1 = 0,000009× 8900× (1+ 0,03+ 0,04)= 0,085 кг/м2.

Тогда расход никелевых анодов на выполнение годовой программы

составит:

Ga= 0,085× 51250= 4392,5 кг.

Расход химикатов на выполнение годовой программы рассчитывается

по формуле [7]:

Gпрог =

Δ𝑔 ∙𝐶 ∙(𝑆+𝑆𝑛 )

,

где Gпрогр - расход каждого химиката, кг; С - содержание каждого компонента

в растворе, г/л; S - годовая покрываемая поверхность изделий, м2; Sn -

площадь поверхности покрываемой части подвесок, м (не должна превышать

15% площади обрабатываемой поверхности деталей); Δ𝑔 - суммарные потери

раствора, л/м2, которые учитывают потери:

1. На унос раствора поверхностью деталей и подвесок;

2. На унос раствора в вентиляционные каналы;

3. При составлении и корректировании растворов;

4. При фильтрации и химическом взаимодействии с металлами.

Нормы расхода растворов и электролитовпри обработке деталей

приведены в [10].

1. Для ванны никелирования принимаем равным 0,125 л/м2;

2. Для ванны химического обезжиривания принимаем равным 0,5 л/м2.

Никелирование:

𝐺𝑁𝑖𝑆𝑂4 =

0.125 ∙250 ∙(51250+7650)

= 1840,6 кг,

𝐺𝑁𝑎2𝑆𝑂4 =

0.125 ∙ 100 ∙ (51250+7650)

= 736,25 кг,

𝐺𝐻3𝐵𝑂3 =

0.125 ∙ 40 ∙ (51250+7650)

= 294,5 кг,

𝐺𝑁𝑎𝐶𝑙 =

0.125 ∙ 12 ∙ (51250+7650)

= 88,35 кг.

Химическое обезжиривание:

𝐺𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 =

0.5 ∙ 25 ∙(51250+7650)

= 736,25 кг,

𝐺𝑁𝑎2𝑆𝑖𝑂3 =

0.5 ∙ 15 ∙ (51250+7650)

= 441,75 кг,

𝐺𝑁𝑎3𝑃𝑂4 =

0.5 ∙ 60 ∙ (51250+7650)

= 1767 кг,

𝐺𝑁𝑎𝑂𝐻 =

0.5 ∙ 20 ∙ (51250+7650)

= 589 кг.

Результаты заношу в таблицу 3.1 и 3.3.

Таблица 3.1 - Расход электродов

Операция Маркаматериал ГОСТили

ТУ

Годовая

программа с

учетом брака,

м2

Расход электродов, кг.

На

пуск

На выполнение

годовой

программы

Анодирование Свинец ССУ1 1292-74 112750 385,78 650,125

Никелирование НПАН 2132-75 51250 135,02 4392,5

Таблица 3.2 - Расход химикатов на процесс анодирования

Операция

Состав

компонента

Концентрация, г/л

Годовая

программа

ГОСТ или ТУ

Расход химикатов, кг/год

На пуск

На годовую

программу

Химическое

обезжиривание

NaOH 20

ГОСТ 1292-74 51 1296,62

Na3PO4 60 ГОСТ 1292-74 170 1945

Синтанол ДС – 10 4 ГОСТ 1292-74 13,6 259,325

Осветление HNO3 270 ГОСТ 2292-77 918,54 13653,5

Анодирование H2SO4 200 ГОСТ 2184-77 1360,8 7779,75

Наполнение

пленки

K2Cr2O7 100

ГОСТ 2584-77

680,4 5056,8

Таблица 3.3 - Расход химикатов на процесс никелирования

Операция

Состав

компонента

Концентрация, г/л

Годовая

программа

ГОСТ или ТУ

Расход химикатов, кг/год

На пуск На годовую

программу

Химическое

обезжиривание

Na2CO3 25

ГОСТ 1292-74 48 736.25

Na2SiO3 20 ГОСТ 13078-67 38.4 441.75

Na3PO4 70 ГОСТ 1292-74 134.4 1767

NaOH 15 ГОСТ 2263-79 28.8 589

Никелирование

NiSO4 150 ГОСТ 429-77 720 1840.6

Na2SO4 100 ГОСТ 6318-77 480 736.25

H3BO3 30 ГОСТ 1382-69 144 294.5

NaCl 10 ГОСТ 10678-79 48 88.35

3.5.3 Расчет расхода воды

Расход воды на промывку определяется по формулам[7]:

при одноступенчатой 𝑄1 = 𝐾𝑛 ∙ 𝑔 ∙ 𝐾0 ∙ 𝐹, л/ч;

при двухступенчатой 𝑄2 = 𝐾𝑛 ∙ 𝑔 ∙ 𝐾0 ∙ 𝐹, л/ч

где Kn - поправочный коэффициент, учитывающий колебания расхода воды,

равный 1-1,5; g – удельный вынос электролита из ванны поверхностью

деталей, л/м2; К° - критерий окончательной промывки деталей; F -

промываемая поверхность деталей, м2/ч.

Критерий окончательной промывки К0 рассчитывается по формуле [7]:

𝐾0 =

𝐶0

𝐶𝑛

,

где С0 – концентрация основного компонента в электролите(растворе)

технологической ванны, после которой производится промывка, г/л; Сn-

допустимаяконцентрациятогожекомпонентавпоследнейванне промывной

операции, г/л. Сn приведены в [10].

Для линии анодирования:

Кобез

0 =

0,8

= 25;

Косветл

0 =

0,1

= 300;

Канодир

0 =

0,1

= 2000;

Кнаполн

0 =

0,01

= 10000.

Для линии никелирования:

Кобез

0 =

0,8

= 18,75;

Кобез

0 =

0,02

= 7500;

Т.к. перед промывкой проводят улавливание величину К0уменьшают

введением коэффициента 0,4 К0никелирравным 3000 [7].

Удельный вынос электролита (раствора) из ванны g принимаем равным

0,4 л/м2 [10].

Для линии анодирования:

𝑄тепл.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 25 ∙ 31,752 = 317,52л/ч,

𝑄хол.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 25 ∙ 31,752 = 317,52л/ч,

𝑄хол.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 300 ∙ 31,752 = 3810,24л/ч,

𝑄хол.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 2000 ∙ 31,752 = 25401,6л/ч,

𝑄тепл.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 2000 ∙ 31,752 = 25401,6л/ч,

𝑄тепл.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 10000 ∙ 31,752 = 127008л/ч.

Для линии никелирования:

𝑄тепл_____.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 18,75 ∙ 31,752 = 38,81л/ч,

𝑄хол.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 18,75 ∙ 31,752 = 38,81л/ч,

𝑄тепл.пром = 1 ∙ 0,4 ∙ 7500 ∙ 31,752 = 15525л/ч.

Полученные данные по расчету расхода воды сводим в таблицу 3.4

Таблица 3.4 - Ведомость расхода воды

Наименование

промывочной ванны

Промываемая

поверхность,м

2/ч

K0

g,

л/м2

Расход

воды на ванну,

л/ч.

Характер сточной

воды.

Линия анодирования

Теплая промывка 31,752 25 0,4 317,52 щелочная

Холодная промывка 31,752 25 0,4 317,52 щелочная

Холодная промывка 31,752 300 0,4 3810,24 кислотная

Холодная промывка 31,752 2000 0,4 25401,6 кислотная

Теплая промывка 31,752 2000 0,4 25401,6 кислотная

Теплая промывка 31,752 10000 0,4 127008 хромсодержащая

Линия никелирования

Теплая промывка 5,175 18,75 0,4 38,81 щелочная

Холодная промывка 5,175 18,75 0,4 38,81 щелочная

Теплая промывка

5,175 7500 0,4 15525 кислотно-

щелочная

3.5.4 Расчет расхода сжатого воздуха

Линия никелирования

Непрерывное перемешивание электролита никелирования сжатым

воздухом, является обязательным.

Расход сжатого воздуха давлением 0,5 МПа на перемешивание 1

м3раствора составляет 12 – 15 м3/час. Воздух должен быть чистым, не

загрязненным маслом и пылью.

Ведем расчет расхода воздуха для ванны никелирования по формуле

[9]:

𝑞 = 𝑉 ∙ 𝑛 ∙ 12,

где V – объем ванны; n – количество ванн.

𝑞 = 0.97 ∙ 1 ∙ 12 = 11.64 м3/час.

Расход сжатого воздуха для ванны никелирования за год:

𝑄год „{= 𝑞 ∙ 𝑇𝜕 ;

𝑄год = 11,64 ∙ 3754,4 = 43701,3

Расход воздуха на сушку определяют по формуле [10]:

𝑄год. суш = 10 ∙ 𝑇𝜕 ;

где 10 - расход сжатого воздуха на обдувку изделий, м3/ч; Тд -

действительный годовой фонд работы оборудования.

𝑄год. суш = 10 ∙ 3754,4 = 37544 м3/ч

Линия анодирования

Расход воздуха на сушку определяют по формуле [10]:

𝑄год. суш = 10 ∙ 𝑇𝜕 ;

где 10 - расход сжатого воздуха на обдувку изделий, м3/ч; Тд -

действительный годовой фонд работы оборудования.

𝑄год. суш = 10 ∙ 3754,4 = 37544 м3/ч

Данные по расходу сжатого воздуха сводим в таблицу 3.5

Таблица 3.5 – Ведомость расхода сжатого воздуха

№п/п Наименованиеоперации

Колич.

ванн

Давление,

мПа

Расходвоздуха

на ванну, м3/ч

Годовой

расход

воздуха,

м3

Никелирование

1 Никелирование 1 0,5 11,64 43701,3

2 Сушка 1 0,2 37544

Анодирование

3 Сушка 1 0,2 37544

Итого 118789,3

3.6Электрические расчѐты

3.6.1 Расчѐт поверхности загрузки и силы тока

Суммарная поверхность загрузки для одной ванны составит [4]:

𝑆𝑦 = 𝑆1 + 𝑆2;

где S1 – рабочая поверхность деталей единовременной загрузки, м2; S2 –

нерабочая поверхность материала приспособления в неизолированной части

(5 % от рабочей поверхности S1), м2.

Для анодирования:

𝑆𝑦 = 5,4 + 5,4 ∙ 0,05 = 5,67 м2.

Сила тока на одну ванну анодирования определяется по формуле [4]:

Iy = Sy ∙ ia = 5,67 ∙ 150 = 850,5 A.

гдеiа – анодная плотность тока, А/дм2.

Сила тока на три ванны одного типа:

𝐼𝑛 = 850,5 ∙ 3 = 2551,5 А.

Для никелирования:

Sy = 1,035 + 1,035 ∙ 0,05 = 1,087 А.

Сила тока на одну ванну никелирования определяется по формуле [4]:

Iy = Sy ∙ iк = 5,67 ∙ 300 = 325,8 A.

где iк – катодная плотность тока, А/дм2.

Сила тока на пять ванн одного типа:

𝐼𝑛 = 325,8 ∙ 5 = 1629 А.

3.6.2 Расчет напряжения на ванне

Полное уравнение баланса напряжений:

UВ = Еа

р − Ек

р + ηа − ηк + ΔUэл−да + ΔUэл−т + ΔUвнешн.цепи + ΔUконт.

где Еа

р

- Ек

р

- разность равновесных потенциалов анода и катода, В; ηа – ηк-

разность величины анодного и катодного перенапряжения, В; ΔUэл-т -

падение напряжения в электролите, В; ΔUконт. - падение напряжения в

контактах и проводниках первого рода, В;ΔUэл-да - падение напряжения на

электродах, В; ΔUвнешн .цепи - падение напряжения во внешней цепи, В. Для

линии никелирования:

Для электродных процессов, в которых анодная и катодная

реакциивзаимно противоположны, разность равновесных потенциалов равна

нулю.

Еа

р

–Ек

р

= 0 В.

Величины анодного и катодного перенапряжения могут быть

рассчитаны по эмпирической формуле Тафеля:

η = а + в ∙ lg i,

где а и в – константы, зависящие от материала электрода, состава

электролита, температуры и плотности тока, (а =0,5 В, b =0,1); i – плотность

тока, (iк = 0,015 А/см , iа = 2iк = 0,03 А/см , т.к. число анодовбольше числа

катодов в 2 раза.)

ηк = 0,5 + 0,1 lg 0,015 = 0,32 В,

ηа = 0,5 + 0,1 lg 0,03 = 0,35 В.

Падение напряжения на преодоление омического

сопротивленияэлектролита рассчитывают через среднюю плотность тока,

расстоянием между анодом и катодом и удельную электропроводность

электролита:

𝛥𝑈эл−та = К ∙ 𝑖𝑎 ∙ 𝑖𝑘 ∙𝑙

𝜒

.

где ik и ia - соответственно катодная и анодная плотности тока, А/м2;l –

расстояние между электродами, равное 0,10 м; χ – удельная

электропроводность электролита. Величина χ находится по таблицам или

кривым, приведенным для различных электролитовв соответствующих

справочниках. К – коэффициент, учитывающий газонаполнение электролита,

если используются нерастворимые катоды. В электролите никелирования

газонаполнение не большое и может не учитываться.

Δ𝑈эл−та = 0,03 ∙0,15 ∙10

𝜒

= 0,17 В.

Падение напряжения на электродах ΔUэл-да принимается 15 % от ΔUэл-ти(

ηа – ηк)

ΔUэл-да=0,15·(ΔUэл-т.+(ηа– ηк)),

ΔUэл-да=0,15·(0,17+0,67)= 0,126 В.

Падениенапряжениявконтактахпринимаем10%отсуммыпадений

напряжений на штангах:

ΔUконт.= 0,1·(0,67+0,17+0,126) =0,097В.

Падениенапряжениявовнешнейцепипринимаем1,6%отсуммыпаденийнапр

яжений на штангах:

ΔUвнешн.цепи=0,016·(0,67+0,17+0,126)=0,015 В.

Общее напряжениена ванне составляет:

UВ= 0,67+0,17+0,126 +0,097+0,015=1,078В.

Напряжениена источнике тока:

Uи.т= Uв+ Uшин.

гдеUшин–падениенапряжениявшинопроводе,равное10%отпадения

напряженияна ванне,В.

𝑈и.т. = 1,078 + 1,078 ∙ 0,1 = 1,2 В.

Полученные значения сводим втаблицу3.6

Приникелированиибезподслояпроцессникелированияначинаютс

увеличенияплотноститока(толчоктока)в1,5-2раза,выдерживаютприэтом

токе5мин,азатемплавнов течение15минснижаютдонормальной [8].

Таблица 3.6 – Баланс напряжений на ванне никелирования.

№ п/п Наименование Величина, В.

1 Величина катодного перенапряжения, ηк 0,32

2 Величина анодного перенапряжения, ηа 0,35

Падение напряжения на преодоление омического

сопротивления электролита, ΔUэл-т

0,17

4 Падение напряжения на электродах, ΔUэл-да 0,126

5 Падение напряжения в контактах, ΔUконт 0,097

6 Падение напряжения во внешней цепи, ΔUвнешн.цепи 0,15

7 Общее напряжение на ванне составляет, UВ 1,078

8 Падение напряжения в шинопроводе, Uшин 0,12

9 Напряжение на источнике тока, Uи.т. 1,2

Современными источниками питания электролизных установок

являются полупроводниковые выпрямители. Они компактны, экономичны,

надежны, имеют высокую удельную мощность, просты в управлении.

Наиболее распространенными среди них являются кремниевые

полупроводниковые выпрямительные агрегаты, в состав которых входят как

блоки управляемых полупроводниковых вентилей – кремниевых тиристоров,

так и управляющие и обслуживающие системы регулирования, охлаждения и

защиты.

Для питания ванны никелирования выбираем выпрямительный агрегат:

В – ТПВ –6300/12Т - 0УХЛ4. Номинальное напряжение 12 В, сила

выпрямленного тока 6300 А. Они имеют высокую точность стабилизации

параметров, возможно их дистанционное и программное управление. Также

возможно их ручное регулирование напряжения и силы тока от 0 до

номинального значения. Точность стабилизации напряжения и силы тока ±

3%, плотности тока ± 6%.

Для линии анодирования.

Общее напряжение на ванне анодирования:

𝑈в = ( 𝐸𝑎 − 𝐸к ) + 𝑈эл. + 𝑈конт.

где Ea ; Ek – рабочие потенциалы анодной и катодной реакций; ΔUэл –

падение напряжения в электролите, В; ΔUконт – падение напряжения в

контактах , В.

Падение напряжения на преодоление омического

сопротивленияэлектролита рассчитывают через среднюю плотность тока,

расстоянием между анодом и катодом и удельную электропроводность

электролита :

𝛥𝑈эл−та =

К ∙ 𝑖𝑎 ∙ 𝑖𝑘 ∙ 𝑙

𝜒

где К – коэффициент, учитывающий газонаполнение электролита, если

используются нерастворимые катоды; газонаполнение Г принимаем 5-15 %.

По формуле Машовца [5]. :

Κ =

1−1,78 ∙Г+ Г2 =

1−1,78 ∙0,1+0,12 = 1,2.

При условии чистых и надежно закрепленных контактов принимаем

падение напряжения в электродах и контактах примерно 5-10 % от общего

напряжения на ванне: U = 0,075 В [5].

При анодировании напряжение на ванне в начале процесса быстро

растет, затем следует небольшое падение напряжения вследствие

воздействия электролита на барьерный слой. Затем в течение некоторого

времени напряжение почти не увеличивается.

Поэтому общее напряжение на ванне можно принять среднее 15 В [9].

Напряжение на источнике тока:

Uи.т= Uв+ Uшин

гдеUшин–падениенапряжениявшинопроводе,равное10%отпадения

напряженияна ванне,В.

𝑈и.т. = 15 + 15 ∙ 0,1 = 16,5 В

По данным технологического процесса принимаем напряжение на

ванне анодирования 15-20 В.

Современными источниками питания электролизных установок

являются полупроводниковые выпрямители. Они компактны, экономичны,

надежны, имеют высокую удельную мощность, просты в управлении.

Наиболее распространенными среди них являются кремниевые

полупроводниковые выпрямительные агрегаты, в состав которых входят как

блоки управляемых полупроводниковых вентилей – кремниевых тиристоров,

так и управляющие и обслуживающие системы регулирования, охлаждения и

защиты.

Для питания ванны анодного оксидирования выбираем

выпрямительные агрегаты [6]: В – ТПВ – 25000 – 48 – 01УХЛ4. Номинальное

напряжение 48 В, сила выпрямленного тока 25000 А.

Выпрямительные агрегаты ТВ имеют высокую точность стабилизации

параметров, возможно их дистанционное и программное управление. Также

возможно их ручное регулирование напряжения и силы тока от 0 до

номинального значения. Точность стабилизации напряжения и силы тока ±

3%, плотности тока ± 6 %.

3.6.3 Выбор и расчет сечения шинопровода

Шины собираются из отдельных полос длинной 3,5 м или 5,5 м

соединенных внахлѐст, или при помощи болтов.

Расчет сечения шин рассчитывается по допускаемому падению

напряжения [9,10]:

𝑆 =

𝐼 ∙ 𝜌меди ∙ 2 ∙𝐿

Δ𝑈ошин.

,

где – I– сила тока на ванне, А;L – длина шин, принимаю 2 м;Δ𝑈ошин. –

падение напряжения в шинопроводе, В;

𝜌меди – удельное сопротивление меди, Ом ∙ мм2/год.

Для анодирования:

𝑆 =

850,5 ∙ 0,017 ∙2 ∙2

1,5

= 38,56 мм2,

Для никелирования:

𝑆 =

325,8 ∙ 0,017 ∙2 ∙2

0,11

= 201,4 мм2.

3.6.4 Суточный расход электроэнергии на электролиз

Суточный расход электроэнергии на ванны анодирования составляет

[4]:

𝑊 =

Σ𝐼 ∙ 𝑈и.т. ∙ 𝑘1 ∙ 𝑘2

1000 ∙ 𝜂𝑎

∙ 𝑕

где ΣI – суммарная сила тока ванн, А; Uи.т. – рабочее напряжение на

источнике тока; к1 – коэффициент загрузки оборудования; к2 – коэффициент

загрузки источника тока, который принимаем от 0,7 до 0,85 [6], принимаем

0,75; ηа – КПД выпрямителя, который берется из характеристик выпрямителя

и составляет 92 % [6]; h – количество часов работы в сутки, равное 16.

Для анодирования:

𝑊 =

3 ∙850,5 ∙16,5 ∙0,98 ∙0,7

1000 ∙ 0,92

∙ 16 = 502 кВт ∙ ч.

Для никелирования:

𝑊 =

5 ∙325,8 ∙1,2 ∙0,73 ∙0,7

1000 ∙ 0,92

∙ 16 = 17,38 кВт ∙ ч.