Глава 4. Устаткування, що застосовується для підготовки поверхні

Вибір необхідного обладнання для підготовки поверхні є однією з найважливіших задач при отриманні покриттів на основі порошкових фарб.

При виборі обладнання враховують декілька аспектів:

• вигляд виробу (розмір, конфігурація, матеріал, з якого виготовлено виріб);
• характер виробництва (одиничне, дрібносерійне, масове);
• екологічні аспекти (наявність промислових стоків, викидів в атмосферу, твердих відходів, безпеку праці);
• вимоги до технологічного процесу (якість до фарбування і фарбування, стандарти якості).

В залежності від об'єму виробництва і характеру виробів найбільше застосування отримали наступні види устаткування:

• ручні розпилювальні установки,
• ванни,
• агрегати струменевого підготовки.

При одиничному і дрібносерійному виробництві знаходять застосування однопозиционные установки періодичної дії. Їх застосовують також у тих випадках, коли ступінь забруднення виробів мінімальна або потрібно провести мінімум технологічних операцій. У всіх інших випадках бажано використовувати багатопозиційні установки, що дозволяють проводити операції підготовки (знежирення, промивання, нанесення конверсійних покриттів та ін) незалежно один від одного. Це дозволяє домогтися високого ступеня чистоти поверхні, більш цілеспрямованого підходу до проведення операцій, досягти високої якості підготовки.

На рис. 3.3 приведена типова схема 5-позиційного агрегату. Вона придатна для підготовки поверхні виробів незалежно від того, який вид порошкової фарби на них буде завдано.

4.1. Ручні установки розпилювальні

Даний метод підготовки поверхні пов'язаний із застосуванням нескладних і недорогих установок ручного типу. До комплекту обладнання входять насос з електродвигуном, водопідігрівач змієвидного типу, шланг з ручним наконечником для подачі і розпилення розчинів. Нагрівання розчинів і води виробляється з допомогою продуктів горіння нафтопродуктів чи газу. Вода для приготування розчинів і промивання береться безпосередньо з водопроводу.

Першою стадією підготовки поверхні є знежирення водно-лужним розчином. Після його стікання оператор промиває вироби. Точно так само здійснюється і фосфатування. Розчин для фосфатування в нагрітому стані розпорошується на поверхню протягом встановленого часу. Завершальна операція - промивка свіжою чистою водою з наступною обробкою поверхні пасивує розчином.

В установках передбачена захист оператора від бризок розчинів. Відпрацьовані розчини і вода надходять у відповідні збірники, де перед сливанием в каналізацію вони піддаються очищенню від наявних забруднень.

Такі установки застосовують для підготовки одиничних виробів, а також великих виробів, насамперед для транспорту, суднобудування, будівництва, електричних машин, кранів, вантажопідйомного обладнання.

Переваги таких установок:

• відносно низькі капітальні витрати;
• придатність для обробки важко очищаються деталей і об'ємних виробів складної форми;
• зручність обробки невеликої партії виробів.

Недоліки установок:

• великі витрати ручної праці;
• непридатність для великосерійного і масового виробництва;
• невисока якість очищення;
• великі витрати хімічних речовин.

Вимоги до обладнання та технології проведення очищення:

• всі елементи установок, що мають контакт з кислотно-фосфатними розчинами, повинні бути виконані з нержавіючої сталі;
• усі розчини для знежирення, фосфатування і промивання подаються в нагрітому до 80 °С стані. Це полегшує очищення, фосфатування і прискорює сушіння поверхні виробів.

Подача розчину здійснюється тиском 6,9 МПа зі швидкістю 15-20 л/хв. Це дозволяє досягти необхідної якості очищення поверхні.

Обов'язковою умовою є висока кваліфікація операторів.

4.2. Ванни

Метод підготовки поверхні за допомогою ванн, часто званий резервуарної очищенням, заснований на використанні установок, що складаються з однієї або декількох ванн. Підлягають очищенню деталі занурюються в них партіями або по одній допомогою підйомника або підвісного конвеєра. Для занурення окремих деталей або кошики з деталями застосовують підйомники або талі. При використанні конвеєрних систем деталі розміщують на підвісках. Розміри ванн в цьому випадку набагато більше, ніж при використанні підйомних пристроїв. Ванни можуть бути непротічних або проточними, нагреваемыми або ненагреваемыми. Ванни, в яких забезпечується рух розчину, переважніше, оскільки при цьому прискорюється видалення забруднень і забезпечується можливість подачі свіжого розчину на поверхню деталі. Перемішування розчинів здійснюють з допомогою мішалок, рециркуляційного насоса або барботацией повітря.

Розчин підігрівається за допомогою газових і масляних пальників, електронагрівачами або водяною парою. Кожна ванна містить один розчин, необхідний для здійснення такої операції. Багатопозиційні агрегати вимагають наявності декількох ванн. В деяких випадках замість ванн промивання можуть бути використані ємності для струминної обробки свіжою водою.

Ванни застосовують для підготовки поверхні деталей при великих обсягах виробництва. Крім того, їх використовують, коли виникають різні вимоги до якості підготовки, особливо при нанесенні різних типів фосфатних покриттів.

Перевагами даного методу є:

• простота здійснення;
• відносно низькі капіталовкладення;
• можливість більш тривалого контакту з очисними розчинами, що важливо для деталей складної форми;
• можливість використання широкого асортименту хімічних речовин для обробки, при цьому піноутворення не є проблемою.

Недоліки методу:

• з-за відсутності механічного впливу на поверхню потрібні більший час контакту, підвищені температура і концентрація розчинів при обробці;
• метод більше підходить для серійного виробництва, ніж для масового (поточного).

4.3. Агрегати струминної обробки

Найбільш широко поширена й ефективна підготовка поверхні з застосуванням струменевих агрегатів. Застосовують багатопозиційних агрегати періодичної і безперервної дії; останні мають більш широке застосування.

Агрегат безперервної дії являє собою прохідну тунельну камеру, яка складається із зон струминної обробки (знежирення, фосфатування, промивання, пасивування), стоків, вхідного і вихідного тамбурів. У зонах струминної обробки з кроком 250-300мм розташовуються контури труб з насадками або форсунками, в які під тиском 0,15-0,20 МПа подаються розчини для обробки виробів. Відстань від сопла до виробу становить 0,3-0,5 м.

Деталі надходять в агрегат і виходять з нього через тамбури, сконструйовані таким чином, щоб перешкодити виходу бризок і пари зсередини. В кінці тамбура на виході виробів часто встановлюються піддони, щоб вловлювати стоки з виробу, якщо довжина тамбура виявляється недостатньою.

Кожній операції струминної обробки відповідає своя зона, яка має автономне обладнання: резервуар (ванну) для розчину, насоси, трубопроводи, водоспуски, сопла, шланги. Довжина зони є функцією часу обробки і лінійної швидкості конвеєра. Наприклад, при тривалості промивки 90 с для системи, що працює зі швидкістю 3 м/хв, зона промивання має довжину 4,5 м. Відстань між водоспусками залежить від швидкості конвеєра і варіює від 0,2 до 0,6 м (при швидкості конвеєра від 1,5 до 11 м/хв).

Існує ряд конструкцій сопел. Конічні (завіхряется) сопла використовуються для нанесення фосфатних покриттів, клиновидні (різальні) - при промиванні.

Матеріал резервуарів (ванн) вибирають з урахуванням агресивності знаходяться в них середовищ. Використовується як звичайна сталь, так і нержавіюча. Розмір резервуара повинен бути достатньо великим для того, щоб можна було підтримувати потрібну температуру розчину. Дно резервуара повинно мати нахил у бік спускного отвору для зручності розвантаження. Для всіх резервуарів передбачаються фільтри з дротяної сітки (з нержавіючої сталі) для захисту насосів. Необхідно забезпечити вільний доступ до таких фільтрів для щоденної їх очищення і обслуговування.

Розчини можуть підігріватися різними способами:

• за допомогою труби (змійовика), встановленого уздовж підлоги під нижньою частиною резервуара. Змійовик підігрівається пальником, встановленої на одному з кінців труби. Паливом служать природний газ, пропан, нафта;
• з допомогою трубчастого теплообмінника, зануреного в резервуар. Обігрів здійснюється за допомогою передачі теплоти від пари до розчину, який проходить в міжтрубному просторі;
• з допомогою пластинчастого теплообмінника, розміщеного за межами резервуара.

Переваги струменевих установок:

• висока ефективність очищення і нанесення конверсійного покриття;
• механічна дія розчину на оброблювану поверхню;
• короткий час обробки;
• знижені температури розчинів, що забезпечує енергозбереження;
• низькі концентрації хімічних речовин у розчинах і мінімальний їхня витрата;
• найкращий варіант для великомасштабного виробництва.

Недоліками установок є:

• високі капітальні витрати;
• необхідність використання хімічних речовин, що не викликають піноутворення;
• підвищені витрати на обслуговування;
• необхідність високої кваліфікації персоналу.

Схема багатопозиційного струминного агрегату для підготовки поверхні наведено на рис. 4.1. На рис. 4.2 показані варіанти розташування насадок в зоні розпилення розчинів.

Рис. 4.1. Багатопозиційний струменевий агрегат для підготовки поверхні: 1 - вентилятор; 2 - контур з насадками; 3 - зона стоку; 4 - діафрагма; 5 - лоток; 6 - тамбур 7 - знімні панелі; 8 - кришка ванни; 9 - ванна; 10 - насос; 11 - двері для обслуговуючи; 12 -люк; 13- подача розчину

 

Рис. 4.2. Варіанти розташування насадок в агрегатах струменевого підготовки поверхні: а - двосторонні; б - комбіновані; в-чотирибічні

4.4. Визначення числа зон в установках

Число зон у мийних агрегатах визначається вимогами до готового покриття. Насамперед, враховуються умови його експлуатації. Найбільш важливі показники - адгезія і стійкість до корозії.

Для випадків, коли адгезія фарби є єдиним аспектом уваги, використовують установки з невеликою кількістю зон (2-3). Якщо ж від покриття потрібна висока протикорозійний захист, до зон очищення додаються зони фосфатування. Загальне число зон агрегату становить 5 при нанесенні покриття із фосфату заліза та 6 і більше - при нанесенні покриття із фосфату цинку.

Дані табл. 4.1 можуть дати приблизні орієнтири по числу зон в залежності від вимог до якості покриттів щодо адгезії і стійкості до сольового туману. Останній показник може служити критерієм корозійної стійкості покриття.

Таблиця 4.1 Експлуатаційні характеристики покриттів при різних способах підготовки поверхні

Операції підготовки поверхні	Адгезія покриття	Стійкість покриття до сольового туману, год	Число зон установки
Тільки знежирення	Задовільна	50-500	2-3
Знежирення і фосфатування	Дуже хороша - відмінна	100-750	3-4
Нанесення покриття із фосфату заліза	Відмінна	100-1000	4-6
Нанесення покриття із фосфату цинку	Дуже хороша - від особиста	200-1200	5-8

У разі особливо сильно забруднених виробів, які важко очистити, може виникнути необхідність мати дві зони знежирення, що вимагатиме застосування шестипозиційний агрегату:

Зона	Операція	Застосовуваний склад
1	Знежирення	Лужний розчин при температурі 50-70 °С
2	Знежирення	Лужний розчин при температурі 50-70 °С
3	Промивка	Вода
4	Фосфатування	Фосфатуючий складу при температурі 50-70 °С
5	Промивка	Вода
6	Пасивування	Хромсодержащий або бесхроматный пасивуючий розчин

Використання двох ступенів очищення сприяє кращому видаленню забруднень. На другому етапі видаляються всі залишилися забруднення. Миючий розчин із зони 2 може бути перекачан в зону 1, а в зону 2 буде залитий новий очисний розчин. Таким чином, в зоні 2 використовується новий, свіжий очищуючий розчин. Така система гарантує високоякісну очистку.

Іншим варіантом установки, що складається з 6 зон, є наявність двох промивальних зон 2 і 3. У цьому випадку свіжа вода подається в зону 3, потім вона переливається або подається насосом в зону 2. Використовуючи таку систему, можна отримати певні переваги: більш ефективно використовується вода.

При використанні багатопозиційних установок промивання представляється можливим нанесення не одного, а двох різних видів конверсійних покриттів. Прикладом є наступна схема:

Зона	Операція	Застосовуваний склад
1	Знежирення	Лужний розчин, концентрація 15-30 г/л, температура 50-70 °С
2	Промивка	Проточна вода
3	Конверсионное	Фосфатуючий складу при температурі 50-70 °С
4	Промивка	Проточна вода
5	Конверсионное покриття	Хромово-алюмінієвий склад
6	Промивка	Вода
7	Пасивування	Хромсодержащий або бесхроматный пасивуючий розчин

Інший варіант системи - нанесення фосфату заліза в зоні 3 і фосфату цинку в зоні 5. Покриття фосфатом заліза дешевше, ніж фосфатом цинку. В сукупності виходить більш щільне покриття з підвищеними захисними властивостями.

4.5. Знежирення відходів

Існує дві категорії водоскидів: прямий скидання і непрямий. Якщо стік води скидається в річку, озеро і т. д. - це прямий водоскид. Непрямий водоскид має місце, якщо водостік виливається в стічні труби і спрямовується на водоочистку. Обмеженнями для водоскиду є вміст важких металів, ціанідів та інших забруднень (табл. 4.2).

Таблиця 4.2 Обмеження за непрямим водосбросу відпрацьованої води

Вид забруднення	Максимальний ліміт, мг/л
	Санкт - Петербург	Москва
Сухий залишок	0,003	0,01
SO*"	500	500
45zaZAСГ	1000	350
Мідь	0,02	0,5
Залізо	1,1	3,0
Цинк	0,07	2,0
Нікель	0,04	0,5
Хром	0,5	1,0
Свинець	0,3	0,1
Марганець	0,1	2,0

Державні органи кожної країни встановлюють власні нормативи по водосбросу для виробників, які знаходяться в межах їх юрисдикції, які можуть збігатися з нормативами, встановленими Агентством з охорони навколишнього середовища (США), або бути більш жорсткими. Очищення води від забруднень може здійснюватися різними способами. Найбільш поширений спосіб перетворення шестивалентного хрому в тривалентний хром з утворенням нерозчинного осаду наступний:

1. Довести рН до 2,5.
2. Додати метабісульфіт натрію.
3. Додати каустичну соду, щоб підвищити рівень рН до 8,5-9,0.
4. Додати хлорид кальцію.
5. Додати полімерний коагулянт.
6. Дати відстоятися.
7. Злити чисту рідину.
8. Відфільтрувати осад гідроксиду хрому(Ш).
9. Видалити осад.

Послідовність операцій очищення:

1. Довести рівень рН до 6,0-6,5 з допомогою сірчаної кислоти.
2. Додати хлорид кальцію для зв'язування фосфатів.
3. Підвищити рівень рН до 9,2-9,5.
4. Додати полімерний коагулянт.
5. Дати випасти осідання.
6. Злити чисту рідину.
7. Відфільтрувати осад гідроксиду цинку.
8. Видалити опади.

Зазвичай розчини, що містять фосфат заліза, легше піддаються очищенню, ніж розчини з фосфатом цинку. Велика частина цих розчинів функціонує при рівні рН 4,0-5,5. Достатньо підвищити рівень рН до 6,0-9,0 - і такий розчин багато муніципальні влади дозволяють зливати в міську каналізацію. Однак, якщо у розчині міститься цинк або якщо загальна передбачувана концентрація твердих речовин дуже велика, розчин повинен піддаватися попередньому очищенню як розчин, що містить тільки цинк.

4.6. Контроль якості підготовки поверхні

Вкрай важливо забезпечити адекватний контроль при підготовці поверхні. Існують як ручні, так і автоматизовані засоби для контролю якості підготовки поверхні. Ручний моніторинг розчинів, застосовуваних для підготовки поверхні, і відповідних водостоків необхідний практично на всіх стадіях процесу. Автоматизація подачі хімічних речовин дозволяє значно скоротити частоту ручного моніторингу

Таблиця 4.3 Контрольовані параметри розчину

Робочі розчини і стоки	Загальна кислот- ність	Свобод- ва кислот- ність	Загальна луги- ність	Свобод- ва луги-ність	Метал	Ставлення загальної кислотності /лужності до вільної	Вид контролю
							Провідність	рН
Лужний обезжиривающий розчин			+	+			+
Кислотний обезжиривающий розчин		+				+	+
Промивні води	+		+				+
Розчин для фосфатування	+	+	Активу- тор	Ускори- тель	Цинк	Активний інгредієнт	+	+
Фосфат заліза	+	+						+
Фосфат цинку.	+	+	+	+	+			+
Фосфатна покриття	+	+				+
Пасивування	+	+	Шести-вален- приватний хром	Ускори- тель	Загальний хром		+	+
Фосфат хрому	+	+	+	+	+		+

* Для розчинів, що містять велику кількість Алюмінію.
** Для розчинів, оброблювальних мінімальна кількість алюмінію або не містять алюміній.
В залежності від типу очисника.
Зворотне титрування вільної кислоти може бути використане замість pH

В табл. 4.3 перераховані види контролю вихідних розчинів і стоків, а також зазначено бажане обладнання для проведення автоматичного контролю.

Існує безліч комп'ютерних програм по збору даних, що стосуються контролю якості підготовки поверхні. Вони можуть допомогти у прискоренні процесу контролю і отримання більш об'єктивних даних.

4.7. Обладнання для сушки виробів від води

Вироби, які виходять з агрегатів підготовки поверхні, як правило, містять залишкову вологу. Оскільки для отримання бажаної якості покриттів порошкові фарби повинні наноситися на чисті сухі поверхні, потрібно видалення цієї вологи, тобто висушування виробів.

Кількість вологи, що залишається на поверхні виробів, залежить від ряду факторів: способу їх навішування на конвеєрі, наявності глухих місць і кишень та ін Деталь слід навішувати під таким кутом, щоб вода стікала не затримувалася в нерівностях її горизонтальних поверхонь. При наявності кишень слід передбачити дренажні отвори. Останні можуть служити для закріплення гачків.

Ці заходи можуть зменшити вміст вологи на поверхні, але не виключають її присутності зовсім. Тому потрібно примусове видалення води - сушка.

Для цієї мети на практиці застосовують два способи: охолодження і нагрівання в сушильних установках.

Спосіб охолодження частіше використовується для видалення надлишків води, що залишаються на поверхні деталі внаслідок її поганого стікання або затримки в нерівностях поверхні, однак він прийнятний і для повного висушування виробів. В цьому випадку для охолодження застосовують нагріте повітря.

У деяких випадках видалити надлишки води настільки важко, що на виході з агрегату мокрої очистки доводиться встановлювати пневмопушку. Оператор використовує її для здування води, яка залишається в нерівностях поверхні. Нерідко застосовується пристрій, встряхивающее підвіску з деталлю. Ефективність даного підходу залежить від того, наскільки міцно дана деталь утримується на гачку і скільки вологи на ній залишається.

Часто обладнання для обдування встановлюється у вихідному тамбурі промивної установки. У типовій конструкції використовуються нагнітальний вентилятор і труба, що має або щілини сопла для видування повітря. Його подають зі швидкістю більше 20 м/с. Ця схема застосовується в основному для видалення порівняно великих кількостей води, яка залишається в недоступних ділянках поверхні.

Слід мати на увазі, що демінералізована вода, часто застосовувана для остаточного промивання виробів, може викликати корозії вуглецевої сталі, тому в таких випадках обладнання для обдування повинно бути виконане з матеріалів, що не піддаються корозії.

Сушильні установки (печі) - найбільш поширений вид устаткування для висушування виробів від води. Температура в них не повинна набагато перевищувати температуру, достатню для випаровування вологи; найчастіше вибирається температура 120 °С. При установці робочої температури необхідно враховувати два фактори. Це швидкість нагрівання деталі і час перебування деталі в печі.

Під часом перебування в печі розуміється час, протягом якого деталь в ній знаходиться (виключається час проходження через вхідний і вихідний тамбури). Наприклад, час перебування в печі, необхідне для повного висушування деталі при заданій температурі, може бути недостатнім з-за обмежень, пов'язаних зі швидкістю конвеєра. Так, при швидкості конвеєра близько 0,1 м/с і часу сушіння 1 хв при 120 °С необхідна довжина печі складе 6 м. Якщо використовується піч меншої довжини, то при даній швидкості конвеєра повинна бути запропонована більш висока температура. Але і тут можуть бути обмеження: надлишкова теплота може призвести до зневоднення (дегідратації) фосфатного покриття (якщо воно є) і погіршення його якості.

Для висушування виробів застосовують сушильні установки (печі) конвективного і терморадиационного типів.

В конвективних печах для передачі теплоти до деталі використовується повітря. Швидкість повітря впливає на час сушіння. У більшої частини установок швидкість повітря низька, хоча при високій швидкості може бути зменшено час перебування виробів у печі (наприклад, у разі обмеженої площі цеху). Висока швидкість повітря може бути досягнута шляхом використання вентиляторів і повітроводів для розподілу нагрітого повітря нагрівається поверхні. На практиці продуктивність вентилятора, необхідну для підведення теплоти до деталі з використанням високої швидкості повітряного потоку, повинна забезпечувати як мінімум 15-кратний обмін за 1ч.

Ефективність сушильної печі може бути підвищена за рахунок безпосереднього охолодження деталі повітрям, що рухається з високою швидкістю. Це дає можливість сушильної печі працювати при більш низькій температурі, знижує споживання енергії і необхідну ступінь охолодження деталей перед нанесенням покриття.

Швидкість повітря - важливий конструктивний параметр при розробці конвективної сушильної печі. Збільшення швидкості повітря покращує передачу теплоти до деталі, полегшуючи таким чином, сушіння протягом заданого часу. Якщо сушка деталі особливо утруднена, то більш висока швидкість повітря повинна використовуватися в поєднанні з більш високою температурою.

Зазвичай швидкість повітря в печах приймають не менше 20 м/с. Статичний тиск в системі повітроводів для високої швидкості повітря повинна бути вище, ніж при низькій швидкості. Підвищена витрата енергії (велика потужність) для приводу припливного вентилятора у високошвидкісних системах компенсується підвищеною швидкістю сушіння.

У сушильних установках з інфрачервоним випромінюванням теплова енергія спрямовується безпосередньо на деталь. Використання ІЧ променів в сушильних печах найбільш ефективно для плоских деталей нескладної форми з мінімальною кількістю виступів і внутрішніх поверхонь. ІК печі досягають робочих температур за більш короткий час порівняно з конвективними. Як і для інших сушильних установок, належне обдування деталей повітрям є ключовим фактором прискорення процесу сушіння.

Перед направленням у фарбувальну камеру висушена деталь повинна бути охолоджена. Це важливо, оскільки оптимальна температура деталі при нанесенні порошку зазвичай нижче 38 °С.

Рис. 4.3. Охолоджуючий тунель.

Охолодження зазвичай проводять витримуванням деталі при температурі навколишнього середовища (кімнатній). Однак, якщо необхідне для цього час виявляється неприпустимо тривалим унаслідок великої теплоємності деталі, то потрібно примусове охолодження.

Расчет показывает, что если скорость конвейера составляет около 0,1 м/с и на охлаждение детали от температуры сушки до комнатной требуется 1 мин, то длина конвейерной линии между выходным тамбуром печи и камерой для нанесения порошковой краски должна быть не менее 6 м. Для предприятий, в которых отсутствует кондиционирование воздуха, естественное охлаждение в окружающей среде может оказаться неэффективным, особенно в летние месяцы, когда температура воздуха может достигать 38 °С.. В этом случае желательно устанавливать оборудование для принудительного охлаждения.

Охолоджувальне устаткування часто являє собою ряд вентиляторів, встановлених на підлозі. Якщо охолоджувані деталі дуже масивні або час для охолодження встановлено дуже коротким, то може використовуватися охолоджуючий тунель (рис. 4.3). У нього можна подавати кондиційоване, що пройшов через фільтр повітря.

В более распространенных установках принудительного охлаждения используется воздух извне или изнутри цеха, в зависимости от того его температура ниже. Этот воздух фильтруется, а в воздухозаборниках устанавливают поглотители влаги. Предусматриваются также вентиляторы для отвода воздуха из туннеля для предотвращения попадания переносимых воздухом загрязнений в туннель. При необходимости вытяжной вентилятор может автоматически переключаться на отвод воздуха внутрь производственного помещения или за его пределы.

У типовій конструкції охолоджуючого тунелю використовуються два вентилятори, що подають рівні об'єми повітря.