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改造强冷室解决车体烘干滴油问题,介绍了长城汽车制造事业二部涂装车间针对中涂漆和面漆烘干室滴油现象解决的全过程
2019年10月02日    阅读量:1311     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

0 引言

长城汽车制造事业二部涂装车间(以下简称二部涂装)生产的电泳漆、中涂漆、面漆车体上经常出现滴油现象,中涂漆、面漆尤为严重。一般从烘干室刚出来的车体温度较高,滴油污染后,油对漆膜有一定渗透作用,通过普通的擦拭不能完全去除油污及污染的影响。


对于面漆滴油污染,程度轻的需砂纸打磨后抛光处理;滴油污染程度重的(见图1)则需要重新喷涂中国机械网okmao.com。电泳漆和中涂漆上的滴油污染处理不净,则在喷涂下一道涂层时极易形成缩孔等漆膜缺陷。此问题长期影响产品质量,增加额外漆膜处理和强冷室油污清理的工作量,影响车间的综合效率。

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车体外表面面漆被滴油污染照片

1 烘干室及强冷室简介

一般从结构上区分,大型连续烘干室分为直通式、桥式和Π 式结构,二部涂装的电泳烘干室是Π式结构,中涂漆和面漆烘干室是直通式结构(见图2)。直通式烘干室的进出口分别设置风幕段,由两套整体式送排风装置实现对烘干室的气密封功能,防止烘干室的热量外泄。烘干室分四段加热:第一段是辐射段,由一台天然气直接加热装置用烟道气通过辐射板实现辐射加热。


第二段是喷流段,由一台天然气间接加热装置,采用三元体加热的循环风通过烘干室两侧中上部的喷嘴喷出,烘干室两侧下部回风实现热风循环加热。第三、四段是保温段,分别由两台天然气间接加热装置,采用三元体加热的循环风通过烘干室两侧中上部出风口,烘干室两侧下部回风实现热风循环加热。


烘干室的新风分别从对流段和保温段的间接加热装置上的新风口补充,排风则从对流段和保温段之间排风口通过排烟风机送到废气处理设备。强冷室,又称冷却室,一般紧靠烘干室的出口端放置,靠吹冷风强制给刚从烘干室出来的车体降温,以适应下道工序操作的需求和不影响车间内的气温。强冷的效果一般使被冷却工件不超过室温的10~15℃为准。强冷室由吹冷风箱的壳体、送排风机组、送排风风管等部件组成,有的供风系统设有过滤器。


冷却所用的冷空气从厂房外经进风管、过滤器吸入,靠风机压送到室体两侧的风道,分配到各个喷嘴,吹向被涂物(车身)实现降温。加热后的空气从强冷室的顶部吸出,通过风机及排风管排到车间外部,其排风部分在原理和结构上类似于家庭厨房用的抽油烟机。

直通式烘干室结构

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2 原因分析

2.1 油滴形成机理及其形成过程

湿漆膜中的一些小相对分子质量的物质,在160℃左右高温烘烤下挥发生成低分子混合物蒸气,俗称烘干废气,也称油烟废气。在正常生产情况下,产生的烘干废气定量排出烘干室,到RTO(有机废气蓄热焚烧炉)经高温焚烧净化处理,最终转化为二氧化碳和水,从而实现无害化。


与Π 式和桥式结构的烘干室相比,直通式烘干室存在热量密封效果不佳,结构局限,加之其直接与强冷室和晾干室连通,而晾干室有空调送风和排风机排风,所以一般烘干废气不会进入晾干室。


在烘干室的风平衡不稳定时,相对来讲烘干废气更容易穿过风幕进入强冷室,另外热的车体进入强冷室时车体本身也带入少量的烘干废气。烘干废气随排风经强冷室顶部排出时,由于风管的冷却作用,部分烘干废气遇冷由气态的蒸气凝结成为液态的油,油顺排风管倒流到强冷室顶部的排风口聚集,由于重力作用滴落在已涂漆车体的表面形成缺陷。强冷室油滴形成过程见图3。

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强冷室油滴形成过程示意图

冬季外界空气温度低,与排风的温差大,气态的烘干废气转换成液态的油量也大,而夏季因外界温度与排风的温差小,大部分烘干废气在冷却成液体前,以气态形式排至车间外部,形成的液态油量相对较小。

2.2 烘干过程中低分子挥发物分析

汽车涂装烘干废气组成比较复杂,主要成分是湿漆膜及密封胶,以及底涂胶、阻尼胶板在高温烘干过程中挥发的小分子物质,如有机溶剂、稀释剂、树脂单体、部分增塑剂、流平剂、漆膜交联固化生成的小分子物质、热分解生成物等。烘干废气的主要成分是芳烃类、酯类、醇类等物质,其沸点在140~170℃。

2.2.1 溶剂、单体、增塑剂挥发机理

一般湿涂膜进入烘干室时,仍然含有约5%~10%的溶剂、未挥发的水,进入烘干室后大部分可挥发物在烘干室的升温段挥发,湿膜中的溶剂在烘干炉内的挥发情况见图4。

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车体在烘干炉内的温度及溶剂挥发示意图


2.2.2 反应生成物挥发机理

(1) 中涂漆、面漆烘干室

中涂漆、面漆一般用聚酯或丙烯酸树脂为主要成膜物,氨基树脂为交联剂。氨基树脂一般为丁醇改性三聚氰胺甲醛树脂,即丁醚化三聚氰胺树脂。聚酯树脂、醇酸树脂、酰氨基热固性丙烯酸树脂中含有的羟基、羧基、酰氨基与氨基树脂在高温条件下进行共聚反应,在交联固化反应过程中释放出小分子的丁醇(C4H9OH),如反应式(1)、(2)、(3)所示。

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丁醇的熔点-88.9℃,沸点117.5℃。常用的热固性丙烯酸树脂单体,以甲基丙烯酸丁酯为例,其熔点-76℃,沸点163℃。从丁醇和甲基丙烯酸丁酯的物理特性中可看出,它们在常温下呈液态,而在烘干室的温度下呈气态。


(2) 电泳漆烘干室

与溶剂型中涂漆、面漆相比,水性电泳漆烘干废气的浓度要低一些,但电泳漆烘干室的废气中仍然含水和少量醇醚类溶剂,以及热分解物(如醛酮类小分子)。除上述挥发物外,还有电泳漆固化过程中封闭异氰酸酯固化剂在高温烘干条件下解封闭反应而挥发出的小分子封闭剂,如醇类、醚类、酚类、甲乙酮肟、丙二酸酯、己二酸酯等,一般在8% 左右。这些小分子封闭剂的释放,是在水分和溶剂挥发之后,电泳漆膜在交联固化过程中再次失重,即电泳漆加热减量的失重部分,也是电泳漆烘干室烘干废气的重要组分。


3 控制措施

3.1 防止烘干废气窜入强冷室

(1) 调整强冷室的送排风设备,使冷却进风和排风的比率保持平衡。

(2) 调整烘干室的送排风设备,使烘干室的送排风保持相对平衡,使烘烤过程中产生的烘干废气及时排到废气处理设备进行无害化处理;使烘干室与晾干室和强冷室保持相对的微负压,以防烘干废气窜入强冷室和晾干室。

3.2 防止油滴在强冷室顶部聚集和滴落到车体

(1) 生产时定期清除强冷室顶部和侧壁上的油滴,以防止油滴积累之后的滴落,必要时应增加清理次数。

(2) 在车顶与强冷室顶部之间加装一层滤棉,用于接收滴落的油滴,以防直接污染车体。

(3) 在设备设计上改变强冷室的结构,新型强冷室结构如图5 所示,将顶部的平面结构改为尖顶结构,可使聚集油滴流到两侧;将顶部排风改为两侧的上部排风,从结构上可避免油滴滴落到车体上,对于现有生产线改进可提供部分思路。

新型强冷室结构

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由于多种复杂原因很难控制烘干室的烘干废气不进入强冷室,防止油滴在强冷室滴落的弥补措施效果也不是很明显,滴油现象只是略有缓解,有待进一步改善。


4 改善措施

4.1 改善原则

经车间操作人员和技术人员对现场车体滴油现象的长期观察和思考,在充分了解烘干和强冷设备原理的基础上,提出了多种解决思路。经多方论证最终确定了风险最小的方案,首先确保强冷效果,即使改造失败也能很快恢复原来状态,不至于影响正常生产。

4.2 改善思路

将强冷室的排风由强冷室的顶部改为底部排风,这样即使油烟冷凝成液态也不会聚集在强冷室的顶部,而是聚集在底部排风管和侧壁板,则油污就不会滴落在车身上,从根本上避免滴油现象。

4.3 改造方案

通过改造强冷室两侧风道内部的结构,实现将强冷室顶部的排风口改为送风,强冷室底部的一排送风吹嘴改为排风。具体改造措施:将强冷室两侧壁底部一排吹嘴以上的送排风道间的隔板部分去除使其相互连通,实现顶部由排风改为送风的目的;将强冷室两侧壁底部一排吹嘴以下的排风道用不锈钢板封住,送风管用不锈钢管延长至底部吹嘴与侧面吹嘴交接的隔板处,实现侧面顶部送风与底部排风的隔离,最终实现强冷室排风由顶部改为底部的目的。改造前后送排风的变化如图6 所示。

强冷室改造前后侧壁风道结构及风向对比

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4.4 效果验证

通过几个月的实际生产验证,在保证车体冷却效果的前提下,基本上杜绝了车身上的滴油现象,同时通过调整送排风的平衡,未出现烘干废气外泄到车间的现象。强冷室顶部的积油量大为减少,对顶部积油的清理次数由原来的2 小时1 次,变为1 周1 次,减轻了劳动量。


5 结语

通过此次对强冷室室体内送排风风管的改造,实现了送排风方向的互换,从而使强冷室顶部的积油量大为减少,车体的滴油问题得到解决。当然,从环保角度出发毕竟烘干废气进入强冷室后的排放是直接低空排放,还存在一定大气污染。因此要尽可能保证烘干室内的风平衡,使烘烤过程中产生的烘干废气绝大部分进入废气处理设备(RTO)中,进行无害化处理后再行排放,以达到涂装清洁生产的要求。



改造强冷室解决车体烘干滴油问题

边春利 (长城汽车工程院涂装技术部,河北保定 071000)

白 龙 (长城汽车制造事业二部涂装车间,河北保定 071000)

李 强 (长城汽车制造设备部涂装科,河北保定 071000)


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