水性底漆热闪干设备设计调试总结

水性底漆热闪干设备设计调试总结1.概述近年以来，为执行逐渐严格的国家和地区环保法规，国内汽车公司逐步对现有的涂装生产线进行面漆线底色水性漆改造；新建的轿车涂装线上，则大力推行中涂采用水性涂料，面漆采用水性底色。目前，国内现有的采用水性漆工艺和设备的涂装生产线多为进口设备。上海汽车工业（集团）总公司临港新建油漆车间项目，由机械工业第四设计研究院设计承建，设计产能40JPH，现有产品为荣威550。该涂装线中涂采用水性涂料，面漆采用水性底色，现已投入生产并完成设计参数的验证。自2008年9月19日SOP以来，已经生产合格荣威550车身20000余台。以下仅对上汽临港项目面漆线热闪干设备进行总结，希望大家共同探讨完善这一汽车涂装新工艺，从而设计制作更加合理完备的配套设备，在节能和环保两个高端技术领域推动中国汽车行业的建设和发展。2.项目技术特点2.1技术难点由于汽车油漆生产线之水性漆应用仍处于新技术推广阶段，而国内现有汽车线多为进口，因此工艺的掌握、配套设备的适应性是该工程的关键技术，包括以下几部分工作：工艺要求和技术指标合理准确，各参数相互间关系及适应性。确定系统原理图，建立正确和准确的计算体系。重要技术指标的确定：各工作区工艺时间、空气量及其温度、湿度，系统换气率等参数。设备的气流平衡和端部气流密封。相对于水性漆，非标设备选材、结构，构件的功能性等问题。高温工况下设备各部件的选材和膨胀问题；燃料燃烧设备结构方面的安全防爆和自动化控制系统的安全联锁；安全严密的自动化控制系统建立等。2.2中涂水性漆预烘炉与面漆线热闪干设备的区别上汽临港项目中涂采用水性涂料，面漆采用水性底色，但其配套中涂预烘干炉与面漆线色漆和罩光漆之间的热闪干设备，由于工艺流程而功能不同。中涂线水性喷涂完成后，经过至少5min流平后进入预烘干炉，主要完成工件油漆的固化；在固化过程中，应按照油漆供应商提供的温度曲线，阶梯升温，防止油漆中的水汽化过快。工件在预烘干炉内，短时间内由室温升到低温，最后20min保温。在此过程中，水分是逐渐挥发出来的。这一过程是一个连续的烘干过程，需要严格注意的是不同阶段的时间和温度要求，定量排除烘干过程中产生的热空气（含水）（其由烘房的换气补新风系统更新，不需要设单独的除湿设备）。面漆线色漆和罩光漆之间的热闪干设备，目的是为后续的罩光漆喷涂提供条件（除水，防止流挂），而不是漆膜固化。采用冷冻水除湿（降低绝对湿度）和加热除湿相结合，以获得理想的脱水率[(漆中所含水分-漆烘烤后所含水份)/漆中所含水分]；然后经过强冷，以保证罩光漆的操作温度要求。2.3热闪干设备主要技术要求在传统使用有机溶剂型油漆烘干工艺中，采用湿碰湿的方法，即车身喷过面漆后，直接喷罩光漆，面漆和罩光漆一块儿进面漆烘干炉烘干。上汽项目面漆采用水性漆，罩光漆采用有机溶剂型漆，车身喷过面漆后，要先将水性面漆中的溶剂水分除掉，再喷罩光漆，最终进入面漆烘干炉烘干。为除去面漆中的水分而设置闪干段，是水性面漆和有机溶剂型面漆根本的不同。面漆线热闪干设备工艺布置：布置在面漆线色漆和罩光漆之间。车身水性底漆的烘干采用两区段，一区的温度始终低于二区温度。水性漆强制闪干的工艺时间是5分钟。1区2分钟，低速通风；2区3分钟高速通风。设备设计应能够去除工件表面的水分，使涂层表面残留水分含量应小于10%。供应的空气温度应在以下范围内可以控制：35～95℃±1.0℃。供应的空气相对含湿量不能超过：0.01Kg水/Kg干空气。规定每米最小空气供应量。水性漆强制闪干应能在一小时内从冷态达到工艺温度。水性漆强制闪干后的强冷应设计成使车身温度降低到35℃。3.技术目标与分析适应水性漆工艺，其配套设备建设的主要技术目标是获得理想的脱水率、车身表面温度。3.1影响脱水效果的因素：物理学上定义，蒸发是液体表面的汽化，蒸发在任何温度下都可以发生；影响蒸发速度的因素主要有三个方面：液体在空气中的表面积，温度，通风条件等。围绕这几方面，需要考虑以下几个环节及措施：补充新鲜干空气，排气换气。新鲜空气补充点、排气点位置设置：应合理，以保证新鲜空气能够均匀送到设备各部分，以便各部分充分换气后排出湿气重的空气，最终保证循环空气换气去水充分。工艺过程时间：时间越长，空气循环次数越多，相当于空气与车身表面接触面积大，蒸发效果好。设备内循环空气的温度：工艺时间长（即工件停留时间长），对流蒸发效果好，干空气裹水充分，换气也充分，则一二区设定温度可适当低一些；如果工艺时间较短，必须相应提高设定温度，改善脱水效果，但后续的强冷效果会受到影响。机械化在设备有效长度内的输送方式。3.2影响车身出强冷室后表面温度的因素：工件进入强冷室的温度，即闪干加热部分的设定温度。冷却时间。机械化在设备有效长度内的输送方式。3.3影响车身表面温度均匀性的因素闪干及强冷设备通道的断面结构：要保证车身各部位对流效果好，从而水分蒸发均匀，断面各点和车身前后温差小。空气通过喷嘴再循环：喷嘴有统一的间距分布在车身的两侧和顶部（间距300mm）。喷嘴最低出风速度。机械化输送速度均匀：应尽量在设备有效区域外完成变速滚床的动作，以免造成车身前后部位停留时间的差异。车身各部位在闪干段和强冷室的通过时间要一致。4.项目建设成果上汽临港项目自开始建设，由于生产纲领和环保标准的变化，在设计阶段经历过三次调整。第一版，产能27JPH，其中仅面漆采用水性漆，中涂烘干炉仅为中涂水性漆改造预留改造空间；第二版，产能由27JPH增加为40JPH，仍只有面漆采用水性漆，对所有烘干设备进行了扩能改造。第三版，中涂改用水性漆，中涂烘干炉按水性漆的要求进行改造。4.1设备配置闪干设备室体通道采用侧、顶仿形的内部风管；内风管采用双层结构，空气先经过内部过滤再通过喷嘴以一定风速吹出。工件与风管之间的间隙、空气风速均围绕最佳除湿效果设计。通道断面如下图1：定量补充的新鲜空气，采用独立系统，先进行除湿脱水，以达到绝对湿度要求；再进行加热以降低其相对湿度，这样获得的干空气吸水力强。控湿控温的新鲜空气送入闪干通道后，与循环空气混合，并通过排气更换湿度增大的定量空气，以保证设备内部空气的吸水能力。新鲜空气系统如下图2：作为主体的循环加热系统，将循环风机、燃烧器、换热器、过滤器集成安装成一个整体单元，其风量、温度设定均有相适应要求；所有关键部件均采用进口，如燃烧器、风机、自动阀门和检测元件。系统如图3：4.2调试和参数验证工件经过闪干工序后，要满足：脱水率、车身表面温度两个主要技术指标，即进入下一道喷漆工序前，车身必须脱水效果好，表面温度适宜而且均匀。设备建成使用后，目标测试主要是脱水率、温度曲线。该项目实测数据，现场检测结果表明：闪干段的脱水率完全满足工艺要求，油漆厂商要求不低于88%，实测的车身各部位的脱水率达到94～98%（如右图4），油漆供应商对于测试结果的评价为优秀（88～92%合格，＞92%优秀）。除了脱水率外，对于闪干段还有炉温曲线的要求。车身在闪干段温度如果较高，会使漆面失光，在保证脱水率的情况下车身温度越低越好。如图5，该炉温度曲线得到了油漆供应商和业主的认可（要求不低于60～90℃@3min，实际60～77℃@3.5～4.2min。水性漆由于其自身特点，要求供应商必须提供明确的工艺指标（温度，湿度和工艺时间等）。尤其是改造项目，由于前期条件的限制，无法满足常规的工艺要求，这种情况下必须对设备配置、最终目标有科学的认识和合格的修正。5.结语为减少涂装车间VOC的排放，我国近年来大力推行在汽车涂装线的中涂和面漆工艺中采用水性漆涂装。由于水性漆的溶剂中有机成分仅为溶剂总量的10%左右，使用水性漆替代有机溶剂型油漆，喷漆废气向大气中排放的VOC总量可降低85%以上。而与喷涂质量密切相关的水性漆配套设备，将影响这一涂装技术的应用和发展。我们经历了理论研究、设计计算、流场仿真、制作安装和调试，目前已拥有成套设备技术，并仍将持续这一技术的发展完善。