环保型涂装车间工艺设备的规划建设

【摘要】介绍了涂装车间规划采用的减少能耗、降低VOC排放的涂装材料、涂装工艺和设备，重点介绍了烘干工艺和设备，以及空调循环风技术

关键词：涂装车间；环保；涂装材料；涂装工艺中图分类号：TQ639.6文献标识码：B文章编号：1007－9548（2011）03-0057－02

1、引言

随着国家节能减排措施的日益加强，各汽车厂尤其是涂装车间的环保压力越来越大，如何在达到减排目标的同时，实现节能，从而取得最佳的经济效益，是每个涂装工艺技术人员必须思考的问题。

2、采用新工艺

2.1前处理、电泳采用集中加料前处理、电泳材料先在集中加料罐中稀释混合后再注入主槽，集中加料罐配备有搅拌器、隔膜泵、液位计、计量泵和自动补料装置。脱脂集中加料系统设1套集中加料罐，通过隔膜泵从包装桶加入自动加料罐，在搅拌混合的同时，根据通过槽液车身数量控制计量泵，对槽液实现自动补加。表调、磷化和电泳集中加料方式基本相同，如有固态化学品需设带搅拌器的溶解罐进行配液，然后由隔膜泵泵入集中加料罐内，再由计量泵向对应的槽液自动补液。该集中加料方式减轻了员工操作强度，且槽液加料导致的工艺参数波动更小，避免了材料浪费，产品质量一致性较好。

2.2采用大流量冲洗、悬液分离、磁性分离技术根据电泳车身的颗粒分析结果，焊渣、铁屑约占电泳车身颗粒总数的75%，所以要取得好的电泳质量，就必须将焊渣铁屑处理彻底。为有效去除槽液中的铁屑、焊渣等金属颗粒，需在表调工序前采用大流量冲洗、悬液分离、磁性分离技术。大流量冲洗即通过机械密封卧式离心泵输送预脱脂、脱脂槽的溢流液，采用大管径，对白车身进行通过式冲洗清除焊渣、铁屑。旋液分离器利用离心力使固体颗粒沉积到管壁，聚集到分离器底部，定期进行刮渣处理，清液从分离缸的中间回到分离器的出口。

磁性过滤器通过磁棒的吸附作用除去槽液中残留的细小铁屑。根据对同行业涂装车间的走访观察，对比发现，采用上述技术的电泳车身因焊渣、铁屑造成的颗粒明显少于未采用该技术的。

新工艺，取消了PVC密封胶烘干、强冷2道工序。该工艺不仅可节省PVC烘干设备的投资和占地面积，而且简化了涂装生产工序，节约了PVC密封胶预烘干的能源消耗。目前“湿碰湿”免烘烤工艺已经很成熟，大部分厂家的PVC材料和和中涂漆均能满足此工艺要求。中涂漆均能满足此工艺要求。

2.3PVC采用“湿碰湿”工艺降低烘干能耗目前一些汽车公司已在“底漆－中涂－面漆”的3涂层涂装体系中，采用了PVC密封胶与中涂“湿碰湿”涂料量，便于人员维护。

2.4采用循环风技术降低空调能耗空调的送排风系统是喷漆室重要能源消耗者，水性漆在喷涂施工过程中有机溶剂挥发极少，生产期间机器人喷涂区无操作人员，可以采用循环风技术达到节能降耗的目的。

机器人喷涂段大部分送入一次性的循环空气和补充小部分新鲜空气，手工喷涂段考虑到操作人员的健康，则全部送入经过空调装置调节的新鲜空气，综合来看，减少了空调装置中新鲜空气的吸入量，从而达到节能的目的。例如：从擦净间、手工喷涂段排出的大部分空气经中效过滤、表冷装置后，再送到机器人喷涂段动压室，另一小部分空气排出车间。从喷漆室检查段排出的空气或将晾干间大部分排出的空气经循环过滤、表冷装置，再送到晾干间，另一小部分空气排出车间。需要注意的是循环使用的空气与补充的新鲜空气比例需要经过计算，设备需保留二者风量的调整功能。

根据设备功率估算，年产量为40万辆的涂装车间如采用循环风技术，每月动能消耗费用下降约85万元。

2.5水性漆脱水烘干循环风补充采用除湿的新风水性中涂、水性色漆喷涂后，为了达到良好的湿膜固体分，必须进行80℃、5min的脱水烘烤，脱水烘干设备、输送设备应选用SUS304材质。水性漆在脱水烘干过程中，温度、湿度对脱水烘干的效果至关重要，湿度高将影响脱水效果。如果采用直接排放的方法，将消耗很多的热能，所以现工艺多采用脱水烘干室的循环风补充，配备表冷器对补充的新风进行冷却除湿，降低脱水烘干室内空气湿度，提高水性漆脱水效果。

2.6输调漆循环系统的一对多供应输调漆循环系统的一对多供应是指1个循环罐配备1台搅拌泵，连接2台输漆泵、2套过滤装置、2个稳压器、2个背压阀，调漆罐可选配，通过2套管路经换热后，分别向2条涂装生产线供应油漆。这种供漆方式相比较一对一的供应方式，主要优点是减少了设备和占地面积，以及输调漆间建造的投入，减少了在线循环自行葫芦输送及地面平车等输送方式。

均无法完全满足使用要求，经过多方调研，最终借鉴采用了汽车行业常用的积放链输送方式，成功开发了新型宽推杆重型积放链输送系统（输送工件可达12t/挂）。圆满解决了塔机工件多样化、重型化以及在线存贮量较大对生产线柔性的苛刻要求，实现了从结构件焊接车间到涂装车间全程自动化输送，可靠、实用的系统设计加上PLC自动化控制系统模式，辅以工件编码自动识别，最大限度地提高了产品质量，显著提升了生产效率，同时创造了符合现代化工厂要求的人性化操作环境。

采用积放链输送的塔机涂装生产线具有输送方便快捷、大小工件组合拆分自由、易于分线涂装提高生产效率的优势。使用积放链可实现各工序之间的快速高效对接，实现生产输送全过程PLC控制。上下件配合移动升降台的使用，可以极大减轻工人的劳动强度。

塔机涂装典型工艺路线为：上件→抛丸→清理→底漆→底漆流平→底漆烘干→面漆→面漆流平→面漆烘干（部分生产线也可采用晾干）→下件。

生产线设计时上下件及喷漆等人工操作工位，利用道岔分线运输，气动停止器按工位停止，烘干等工位自动积放；考虑到通过式抛丸室运行要求，通常抛丸段单独设置慢链驱动，链速0.8～2．0m/min变频调速；其它喷漆、流平、烘干等艺根据线路长短采用一条或多条快链驱动，链速4～8m/min变频调速。利用积放链布置的灵活性充分保证了不同工艺路线的衔接。

以年产3000套塔机为例，由于塔机结构件分别在车间不同跨下料焊接成形，涂装后又需要在不同跨下件检验发运，通过积放链灵活的布置方式有效串联起车间各上下件工位，形成合理的物流配送，最大限度减少了辅助时间。3000台的纲领折算后生产节拍需要达到3.5min/挂，一条生产线无论是喷抛丸还是喷漆工艺时间均无法保证，为此充分利用积放链道岔方便分线输送的特性，设计了并列的4条线，使单线生产节拍降低到17min/挂，满足了工艺要求。塔机结构件大小差异很大，通过积放链的承载小车组配合多功能吊具组挂合后运送工件，设计了巧妙的拆分机构。通过电动或者气动拨杆机构实现积放链两个车组之间的灵活拆分组合，实现了对零部件的有效组合，使按照最大件设计选型的喷抛丸室、喷漆室、烘干室等室体负荷均匀，能耗产出比提高，极大减少能源浪费。

3、引入水性漆，减少VOC排放

为促进汽车涂装的环保清洁生产，降低VOC排放，水性漆在汽车涂装材料中将逐步取代溶剂型涂料。水性漆与溶剂型涂料相比，水性漆中含有高于60％的纯水，溶剂型涂料中含有高于70％的VOC，水性漆的外观质量已达到溶剂型涂料的水平，目前上海通用、武汉本田和广州丰田等涂装车间都成功应用了水性中涂、水性色漆、1K型溶剂型清漆。

水分的挥发主要是通过喷漆室的温湿度来控制，不像溶剂型涂料通过调整稀释剂来调整挥发速率，所以施工环境较溶剂型更为严格。国内涂料厂家提供的主要参数为：涂料温度控制在（23.0±0.5）℃，喷漆室温度为（23±3）℃，相对湿度为（65±5）%。

水性漆具有优良的触变性，涂4#杯黏度一般在（55±5）s，对整个系统要求为低剪切设计，防止黏度的剧烈波动和气泡的产生。

水性中涂在漆膜固化前、水性色漆在喷清漆之前的湿膜固体分应控制在80%以上，否则会引起气泡、针孔等质量问题。所以水性中涂在喷涂晾干后需进行80℃、5min的脱水烘干，然后进入烘干室进行160℃、20min的烘烤，使漆膜完全固化；水性色漆在喷涂后脱水烘干与水性中涂相同，此外水性色漆在脱水烘干后必须经过2~3min的强冷，将车身温度降低至30℃以下，方可喷涂1K清漆，最后在烘干室进行140℃、20min的烘烤使漆膜完全固化。需要注意的是，脱水烘干室设备应尽可能采用不锈钢材料，防止锈蚀。

水性漆的表面张力大于溶剂型涂料的表面张力，导电率高，导电性大，易出现电蚀反应，导致输调漆设备的管路氧化、生锈，所以水性漆的输调漆系统管路采用SUS304及以上型材。喷涂机器人旋杯以前一般采用外部加电方式，但由于内部加电方式涂料利用率高于外部加电方式，随着安全问题的解决，内部加电方式将逐步取代外部加电旋杯。

水性色漆从包装桶打出即可直接喷涂，不需要进行黏度调整。如使用去离子水进行黏度调节需慎重，很小量的水就可使黏度明显下降。水性漆的pH是保持体系稳定的重要因素，作为重点管理，生产线应增设水性漆pH监控系统。

水性漆的清洗溶剂由纯水和助剂混合组成，清洗溶剂供料系统采用盲端式，由纯水供应管路、小混合罐、计量泵、隔膜泵、循环罐和稳压器组成，经过管中管温控后输送至各工位。组合清洗使清洗溶剂用量更低。清洗溶剂混合流程见图1。清洗流程一般分为4个步骤：

①纯水和助剂按照9∶1比例混合清洗；②使用压缩空气吹干；③使用纯水清洗；④使用压缩空气吹干。整个清洗过程溶剂含量约为7%，较溶剂型涂料清洗溶剂用量明显下降。

4、采用TAR利用废气节能减排，降低能耗

TAR燃烧炉是一种以天然气为热源，并与VOC废气净化燃烧装置合二为一的焚烧炉。从烘干室过来的约160℃含VOC的废气，经焚烧炉废气热交换器加热到500℃左右，再经过燃烧喷嘴与天然气一道喷燃，燃烧室内温度达760℃左右。此时废气中的VOC在760℃可完全净化，VOC和CO的含量降低。燃烧后的760℃烟道气经废气热交换器降温到450℃，供给烘干室的多个热交换器加热烘干室的循环空气。最后再经换热器加热供烘干室的新鲜空气，然后排出车间。

烘干室采用TAR后，与用电相比，它可以结合废气处理，将废气进行直接燃烧处理，不但利用了烘干炉废气，还节省了废气处理装置及运行费用。

5、结语

该输送方式已经在我院设计的多项工程中成功应用，取得了良好的社会经济效益，受到了客户的一致好评。工程实践证明，该技术安全可靠，工艺布置灵活，便于现代化管理，必将成为塔机涂装的发展潮流和趋势，为我国现代化建设作出贡献。（资料来源：网络，作者：张伦周 谢传勇）