книги из ГПНТБ / Крылова И.А. Электроосаждение, как метод получения лакокрасочных покрытий

воды, емкости для приготовления рабочих и корректи­ рующих растворов лакокрасочных материалов, емкости для хранения материалов, емкости для приготовления технологических растворов для агрегата подготовки по­ верхности, установку для очистки промывных вод от лакокр асочных материалав.

Основное оборудование связано в линию единым кон­ вейером. В зависимости от типа используемого конвейера различают линии непрерывного и периодического дей­ ствия.

В линиях непрерывного действия окраска происходит при непрерывном перемещении изделия подвесным кон­ вейером в ванне электроосаждения. В линиях периоди­ ческого действия изделие в процессе окраски не пере­ мещается; .межоперационная транспортировка обычно осуществляется либо с помощью автооператоров, либо с помощью подвесных толкающих конвейеров с опускной секцией монорельса.

Линии непрерывного действия высокопроизводитель­ ны, полностью автоматизированы, надежны в работе и просты в техническом обслуживании, но требуют ван­ ны электроосаждения большого объема, зависящего как от габаритов деталей, так и от скорости конвейера. Как правило, линии непрерывного действия применяются при массовом и крупносерийном производстве изделий сред­ них и больших размеров.

Линии периодического действия менее производитель­ ны и имеют сложные транспортирующие устройства. Объ­ ем ванны электроосаждения и площадь, занимаемая ли­ нией, как правило, меньше чем в линиях непрерывного действия. Линии периодического действия применяют при сравнительно небольшой производственной програм­ ме, а также в массовом и крупносерийном производстве при окраске мелких изделий.

ЛИНИИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Основное оборудование

Агрегат подготовки поверхности

Большинство окрасочных линий включает семистадий­ ную подготовку поверхности: предварительное обезжи­ ривание, повторное обезжиривание, промывки, фосфати-

101

рование, промывки, пассивирование, промывки обессо­ ленной водой. В некоторых случаях отдельные зоны могут быть исключены. Большинство агрегатов является установками струпного типа.

Во всех зонах агрегата подготовки поверхности рас­ пылительные сопла (форсунки) располагают в шахмат­ ном порядке, при этом конструкция форсунок обеспечи­ вает образование струй с широким веерообразным фа­ келом. Расстояние между форсунками 300 мм, расстоя­ ние от сопел до поверхности изделий 250— 300 мм, число форсунок— 10— 14 на 1 м2 обрабатываемой поверхности. Для удобства наладки все форсунки в зонах струйной обработки изготовляют обычно с шарнирным креплени­ ем к раздаточному коллектору. Это дает возможность направлять струи под различными углами относительно обрабатываемого изделия. Над зонами обезжиривания, фосфатированпя и пассивирования устанавливают вен­ тиляционные отсосы.

Рабочие растворы нагревают в теплообменниках типа труба в трубе, вынесенных за пределы ванн.

Все ванны агрегата подготовки поверхности снабже­ ны стационарными фильтрами, установленными на вса­ сывающем патрубке насоса, подающего раствор на фор­ сунки.

При окраске электрооеажденнем качество покрытия находится в прямой зависимости от качества фосфатирования изделий перед окраской, поэтому к чистоте фосфатиругощего раствора предъявляют повышенные тре­ бования. Циркулирующий фосфатный раствор зоны струйной обработки непрерывно фильтруется в специаль­ ной установке, которая вынесена за пределы агрегата подготовки поверхности. Фильтровальная установка представляет собой ленточный транспортер, на который автоматически укладывается из рулона фильтровальная бумага. По мере накопления шлама на фильтровальной бумаге лента транспортера автоматически перемещается и переносит бумагу со шламом в бункер. Отфильтрован­ ный раствор насосом постоянно подается в зону струй­ ной обработки.

Кроме фосфатирующего раствора непрерывно очища­ ют обезжиривающий раствор непосредственно в ванне обезжиривания, куда частично погружена перемещаю­ щаяся замкнутая лента из тонкой металлической сетки

102

(фильтра). Она выносит из ванны части'.ы грязи и шла­

ма, которые смываются водой в лоток соединенный с ка­ нализацией.

Учитывая высокие требовании к качеству подготовки поверхности перед окраской электроосаждением, необхо­ димо максимально автоматизировать и контролировать все технологические процессы, протекающие в агрегате.

Для улучшения качества промывки воду на освеже­ ние подают на отдельно стоящие контуры с форсунками (последние в данной секции по ходу конвейера). Таким образом, выходящая из секции промывки деталь про­ мывается незагрязненной водой, т. е. фактически реали­ зуется принцип противотока. В связи с тем, что про­ мывная вода в секции промывки обессоленной водой, как правило, чище, чем промышленная вода, всю исполь­ зованную в этой секции воду обычно подают в предыду­ щую секцию мойки, что позволяет снизить общий рас­ ход воды на мойку деталей.

Необходимость сушки поверхности изделий перед окраской обсуждалась ранее в разделе «Подготовка по­ верхности под окраску».

Установка для окраски

Установка состоит из системы электропитания ван­ ны, секций мойки и обдувки горячим воздухом после окраски и ванны электроосаждения с системами, обеспе­ чивающими ее нормальное функционирование: переме­ шивающими устройствами, фильтрами, теплообменника­ ми, системами контроля и регулирования необходимых технологических показателей.

С ист ем а элект ропит ания в а н н ы

Эта система состоит из источника питания — выпря­ мителя переменного тока, регулятора напряжения, устройств защиты выпрямителя, токонесущей шины или нескольких элементов токонесущей шины и токосъемни­ ков.

При нанесении лакокрасочных материалов электро­ осаждением могут быть использованы три режима по­ дачи электрического тока: режим постоянной плотности

103

тока, режим постоянного напряжения и режим ступен­ чатого повышения напряжения.

Наиболее распространен в промышленности режим постоянного напряжения. Недостатком его является не­ обходимость применения источника постоянного тока по­ вышенной мощности вследствие больших токовых пере­ грузок в начале окраски. Выпрямление переменного то­ ка не представляет затруднений. Более сложная проблема — регулирование выпрямленного напряжения, которое можно осуществлять тремя способами:

1) изменением подведенного к выпрямителю пере­ менного напряжения, например переключением под на­ грузкой соответствующих отпаек трансформатора, пи­ тающего выпрямитель, или с помощью трансформаторов

сподвижными катушками;

2)использованием дросселей насыщения, подмагничиваемых постоянным током;

3)с помощью кремниевых управляемых вентилей. Первый способ самый простой, но требует примене­

ния громоздких трансформаторов с подвижными узла­ ми. Кроме того, регулирование происходит с большой инерционностью и низким коэффициентом мощности, что снижает экономичность выпрямительной установки.

Более прогрессивным является метод регулирования выпрямленного напряжения с помощью дросселя насы­ щения. В этом случае регулирование осуществляется плавно при малой инерционности системы. Вся система более надежна, обладает меньшим весом, габаритами и лучшими характеристиками, чем при регулировании

спомощью трансформаторов.

Внастоящее время освоен выпуск отечественных вы­ прямительных установок* с регулируемым напряжением на управляемых кремниевых вентилях — тиристорах. Управляемые вентили позволяют создать высокоэконо­ мичные регулируемые преобразователи электрической энергии.

Ток к деталям на конвейере подводится через токо­

в линиях электроосаждения, можно найти в сводном каталоге сило­ вых преобразователей («Информэлектро», 1970).

104

и имеющие скользящий контакт с токосъемной шиной в зоне окрасочной ванны.

Для обеспечения надежного контакта, повышения на­ дежности работы и уменьшения износа контактного эле­ мента обычно устанавливают две параллельные шины, между которыми вместе с рабочими каретками конвейе­ ра скользят контактные элементы.

Плотность тока, проходящего через токосъемник сгри окраске в режиме постоянной плотности тока, зависит от площади деталей на подвеске, напряжения и типа лако­ красочного материала. Кроме того, она меняется по ме­ ре прохождения подвески через ванну электроосаждения. Вначале плотность тока растет по мере погружения из­ делия в лакокрасочный материал, затем достигает мак­ симума и падает. При расчетах плотности тока, проте­ кающего через токосъемник, обычно исходят из плотно­ сти тока 50— 60 А/м2.

На установках большой мощности контактную шину во избежание большой нагрузки на выпрямители в на­ чальный период окраски разделяют на две (или более) части: шину низкого и высокого напряжения. Недопу­ стимо раскачивание изделий и соприкосновение их с ка­ тодом, что может привести к короткому замыканию. По­ гружаемую часть подвесок покрывают слоем лакокрасоч­ ного материала, который после сушки приобретает электроизоляционные свойства. Поэтому осажденное на подвесках покрытие в местах контакта с изделием долж­ но быть удалено перед последующим погружением. Для этого подвески пропускают через камеру горячего щелоч­ ного обезжиривания или обжигают. Иногда изделия на­ вешивают с применением легкосъемных промежуточных вставок. Ниже описаны также специальные типы подве­ сок, которые не окрашиваются в месте контакта с изде­ лием.

С ист ем ы п е р ем е ш и в а н и я р а б о ч е г о раст вора

В панне электроосаждения должна происходить по­ стоянная циркуляция лакокрасочного материала для устранения местных перегревов и поддержания однород­ ности лакокрасочного материала, залитого в ванну. Об­ разующаяся при перемешивании пена собирается в кар­ ман.

Обычно применяют постоянное перемешивание с чис­ лом обменов 30— 60 в час (для грунтовки ФЛ-093) во время работы и 3—5 обменов в час во время перерывов в окраске. В некоторых случаях, когда применяют лако­ красочные материалы, имеющие высокодисперсные пиг­ менты с низкой плотностью (например, сажа в эмалях ФЛ-149Э и МС-278), интенсивность перемешивания мо­ жет быть значительно снижена, а непрерывное переме­ шивание заменено периодическим.

пеллерными погружными мешалками и наружная — цир­ куляционными насосами (рис. 40). Двойная система оправдывает себя также с точки зрения удобства экс­ плуатации установки: обычно во время перерывов в ра­ боте перемешивание осуществляется только погружными мешалками. Перемешивание циркуляционными насоса­ ми происходит обычно по следующей схеме: жидкость за-

106

бирается из нижней части кармана ванны и подается в верхнюю часть рабочего объема параллельно зеркалу ванны. Поток лакокрасочного материала направляют при этом таким образом, чтобы обеспечить движение ра­ бочего раствора снизу вверх по всему объему. Скорость восходящего потока не должна быть ниже скорости па­ дения частиц. Пену с поверхности ванны смывают, пода­ вая часть лакокрасочного материала из внешней систе­ мы циркуляции вдоль зеркала ванны в сторону кармана.

Рис. 41. Схема ванны электроосаждения с одной системой пере­ мешивания:

/ — форсунки для сдува пены; 2 — тарельчатые насадки; 3 — датчик кондук­ тометра; А — датчик рН-метра; 5 — датчик температуры; 6 — фильтр; 7 — теп­ лообменник; 8 — насос.

Для разрушения пены рабочий раствор пропускают че­ рез фильтрующие перегородки, которые устанавливают

внижней половине кармана.

Вваннах объемом до 3 м3 обычно применяют одну систему перемешивания, работающую от циркуляцион­

ных насосов (рис. 41).

При конструировании системы перемешивания необ­ ходимо учитывать, что зона входа окрашиваемых изде­ лий должна быть свободной от лены. Не допускается подсос воздуха в систему перемешивания.

Следует иметь в виду, что показатель обмена рабоче­ го раствора в ванне недостаточен для полной характери­ стики системы перемешивания, так как число обменов может соответствовать требуемому, а распределение по­ токов будет неравномерным. При этом образуются по­ крытия низкого качества, а на дно ванны выпадает пиг­ мент. Для определения необходимых характеристик си­ стемы перемешивания можно применить метод модели­ рования.

Рис. 42. Расход жидкости (1) и давление (2) на выходе узла перемешивания в зависимости от высоты выходного отверстия.

Показано [241], что моделирование внутреннего кон­ тура системы перемешивания дает удовлетворительные результаты, если в сходственных точках потока модели и реальной системы числа Фруда равны. Поэтому для определения оптимальных параметров системы переме­ шивания модели ванн электроосаждения строят таким образом, чтобы соблюдались следующие соотношения между параметрами модели и реальной системы:

108

где , КМо — начальная скорость струй на выходе сопла в реаль­

ной системе и модели соответственно; DH, — расход жидкости через сопло в реальной системе и модели соответственно; Л,,, йм — высота сопла в реальной системе и модели; LH, Вн, — соответ­ ственно длина, ширина, высота рабочего объема ванны реальной системы; LM, Вм, — соответственно длина, ширина, высота ра­ бочего объема ванны модели; 6 — коэффициент масштабного преоб­ разования.

В результате проведения эксперимента на модели и пересчета данных на большие объемы по уравнениям (28— 30) получены кривые, изображенные на рис. 42. Пользуясь этими характеристиками, можно выбрать конкретные параметры системы перемешивания, задав­ шись определенным минимумом или давления, или рас-

Рнс. 43. Схема ванны электроосаждения с системами перемешива­ ния, разбитыми на два участка:

I — шибер: 2 — тарельчатые насадки; 3 — датчик рН-метра; 4 — датчик кондук­ тометра; 5 — теплообменник; 6 — насос; 7 — датчик температуры, 8 мешалка, 9 — фильтр,

109

хода, причем доводом в пользу той или другой предпо­ сылки может служить наличие уже разработанного устройства или конструктивные соображения.

Исходные параметры для внешнего контура переме­ шивания находят иным путем. Основное назначение это­ го контура-— вывести часть рабочего раствора за пре­ делы ванны для того, чтобы термостатировать его, очи­ стить и выполнить необходимые контрольные операции, такие, как измерение температуры, удельной электропро­ водности и pH. Поэтому расход жидкости через этот контур определяется в основном необходимым расходом жидкости через теплообменник, а давление на выходе из насоса должно обеспечить этот расход с преодолени­ ем сопротивления теплообменника, форсунок, через ко­ торые осуществляется подача жидкости в ванну электро­ осаждения (рис. 40 и 41) и других видов гидравлическо­ го сопротивления на пути этого потока.

Входящие во внешний контур форсунки способству­ ют формированию поверхностного потока жидкости, на­ правляемого в отстойник и уносящего пену с поверхно­ сти жидкости ванны электроосаждения.

Если ванна электроосаждения имеет большую длину, внутренний и внешний контур перемешивания разбивают на два самостоятельных участка (рис. 43).

Сист ем а т ерм ост ат ирования

В процессе электроосаждения с каждого квадратного метра окрашенной металлической поверхности выделя­ ется до 200 ккал тепла в зависимости от типа лакокра­ сочного материала. Количество тепла, выделяемого при окраске, должно задаваться разработчиком краски или заводом-изготовителем. При конструировании теплооб­ менники следует рассчитывать на охлаждение. Подогрев применяют сравнительно редко: при длительных переры­ вах в работе или при заполнении ванны свежим мате­ риалом. Лакокрасочный материал пропускают через теплообменники при помощи насосов внешней системы циркуляции. На установках малой и средней производи­ тельности (300— 500 тыс. м2 окрашиваемой поверхности в год) для охлаждения используют кожухотрубные теплообменники, в межтрубном пространстве которых циркулирует водопроводная вода с температурой 8—

110