工程机械节能环保低碳涂装技术的应用

    关键词：工程机械,节能，环保，低碳，涂装，前处理，电泳，喷粉，喷漆，烘干

    一、引言

    “十一五”期间，我国工程机械行业走过了极不平凡历史阶段，创造了我国工程机械行业发展史上最好的辉煌的五年，而且为国家的经济建设和世界工程机械的发展做出了积极的贡献。

    据统计2010年全行业销售收入达到4367亿元，其中出口金额103.4亿美金，全行业规模以上企业1400多家，其中主机厂710多家；根据预测，2015年国内销售规模将达到9000亿元，主机产品国际需求量将达到2100亿美金，中国工程机械产品出口将达到260亿美金，成为世界出口大国。

    工程机械行业规模总量已跃居世界首位，成为我国国民经济发展的重要支柱产业。

    工程机械行业发展从粗放型、模仿型、数量型向科技创新型、质量效益型、美观环保型转变。工程机械行业“十二五”科技发展目标是以科技先行，重点围绕低碳、绿色、高效、节能、信息化工程全面展开。而节能、降耗、减排的发展目标实现一方面是通过产品结构优化与轻量化设计、减低尾气排放；另一方面改造传统制造工艺，提高专业化生产规模，在生产过程中采用节能、环保、低碳工艺设备进行产品制造。而涂装工艺恰是制造过程的能耗大户、环保重点环节。因而在工程机械这样规模的行业进行节能、环保、低碳涂装技术应用势在必行。这也是我国“资源节约型”、“环境友好型”的两型社会建设需要。

    二、工程机械涂装特点

    近些年工程机械企业不断加大技改投入，提高产能，持续更新提高制造工艺水平，主要表现在制造质量水平的提高和表面涂装水平的提高。单从涂装工艺发展来看，摆地摊露天喷涂工艺已经淘汰，涂装工艺水平不断提高，涂装设备越来越先进，越来越自动化，效率越来越高，一些零部件涂装已经采用汽车行业先进的涂装工艺与设备，工艺更加完善，涂层更加美观耐候，防腐更加可靠，涂料及设备更加环保。但是工程机械作为一个规模行业它有别于汽车、家电、家具等其他行业，它有其自身特点，需认真加以研究.

    1．产品、工件种类复杂，工件大小不一，零部件长度从几百毫米到一、二十米，重量从几公斤到二、三十吨；整机从几米到五、六十米，重量从几吨到二、三百吨；板厚从一、二毫米到一、二百毫米。

    2．结构复杂，工件内腔多，单件作业时间长。

    3．工件加工面及加工孔多，屏蔽复杂。

    4．板材供应状况较差，大多采用热轧板与热轧型材，表面锈蚀严重，坑洼不平。

    5．零部件及整机涂装工艺复杂，工序多。零部件有底涂后加工或装配后再进行中涂、面涂的；有整机装配、整机试验中污损，甚至需要装配过程中的配焊损，整机重新打磨再做面涂；整机或零部件还需多次套色。

A硅烷表面处理技术

    硅烷表面处理技术是一种较成熟的新型金属表面处理技术，其防腐性能与锌系磷化相当，优于铁系磷化性能。

    工艺流程如下：

    上件→脱脂（50-60℃）→水洗→硅烷处理（常温）→纯水洗→沥水→电泳

    B金属表面纳米陶瓷化

    金属表面纳米陶瓷化是替代锌/铁磷化的新工艺，它在工件表面形成一层薄薄的“陶瓷”转化涂层，可用于浸渍和喷淋。

    工艺流程如下：

    上件→脱脂（50-60℃）→水洗→纯水洗→纳米陶瓷成膜（常温）→纯水洗→沥水→电泳

    (3)合理规划水流，水洗从后一级向前一级逆向补给溢流，减少水耗量，节约水资源，降低废水处理量及处理成本。

    (4)薄板件、覆盖件采用前处理电泳工艺，提高底涂质量，电泳涂料是水性涂料，基本杜绝了有机溶剂的排放。

    驾驶室、机罩等薄板件涂装典型工艺如下：

    上件→预脱脂（50-60℃）→脱脂（50-60℃）→水洗→表调→磷化（30-40℃）→水洗→纯水洗→沥水→电泳→一级超滤水洗→二级超滤水洗→纯水洗→沥水→电泳烘干（140-180℃30-40min）→冷却→打磨→刮腻子→腻子烘干或晾干→打磨→喷中涂→流平→喷面漆（湿碰湿）→流平→面漆烘干（60-80℃20-30min）→冷却→下件

    面漆还可以采用喷粉工艺，表面更加丰满有光泽。同时因为底面漆均无使用有机溶剂型涂料，整个涂装工艺没有有机溶剂排放，是个绿色、环保涂装生产工艺。

    其工艺如下：

    上件→预脱脂（50-60℃）→脱脂（50-60℃）→水洗→表调→磷化（30-40℃）→水洗→纯水洗→沥水→电泳→一级超滤水洗→二级超滤水洗→纯水洗→沥水→电泳烘干（140-180℃30-40min）→冷却→打磨→刮腻子→腻子烘干或晾干→喷粉→粉末固化（180-220℃30-40min）→冷却→下件

    但由于国内工程机械行业板材供应状况较差，大多采用热轧板与热轧型材，表面锈蚀严重，坑洼不平，薄板件全冲压成型工艺还没有完全采用，因而需要酸洗工序，以除去工件表面锈蚀。

    工艺流程如下：

    上件→预脱脂（50-60℃）→脱脂（50-60℃）→水洗→酸洗（15-20min，盐酸）→水洗→中和→水洗→表调→磷化（30-40℃）→水洗→纯水洗→沥水→电泳→一级超滤水洗→二级超滤水洗→纯水洗→沥水→电泳烘干（140-180℃30-40min）

    一般采用自行葫芦输送系统一条线，连续完成各工序。经过这几年应用来看，因工件锈蚀严重，多采用高浓度盐酸处理，酸洗时间较长。盐酸挥发性太强，对工艺设备及厂房腐蚀影响超出预计，基本上半年左右滑触线就会腐蚀坏，葫芦也会陆续出现故障，严重影响生产。设置酸洗工艺，须将酸洗工序单独设置，输送设备可根据生产纲领选择行车或程控行车，为了防腐，酸洗间宜采用钢筋耐酸混凝土结构，行车或程控行车可采用不锈钢防护。

工艺流程如下：

    上件→预脱脂（50-60℃）→脱脂（50-60℃）→水洗→酸洗（15-20min，盐酸）→水洗→中和→水洗→沥水→转挂（程控行车输送）

    上件→表调→磷化（30-40℃）→水洗→纯水洗→沥水→电泳→一级超滤水洗→二级超滤水洗→纯水洗→沥水→电泳烘干（140-180℃30-40min）→转面漆线（自行葫芦系统输送）

    随着产品技术性能更新换代，质量与附加值进一步提升，我国工程机械行业越来越多地会采用冷板及全冲压成型工艺，尽量少的采用酸洗工艺，就会更加环保、节能。

    (5)工程机械零部件前处理电泳设备不同于汽车整车及零部件的连续通过的船形槽设备，一般采用槽浸式设备，投资少，能耗低。

    (6)对于专用车辆底盘、车架也应推广采用电泳工艺，最近有生产厂提出挖掘机上下平台和装载机前后车架采用电泳涂装工艺，已经作了一些试验，效果很好。估计不久就会投入生产应用。

    典型工艺如下：

    上件→抛丸→清理补喷→脱脂（50-60℃）→水洗→磷化（30-40℃）→水洗→纯水洗→沥水→电泳→一级超滤水洗→二级超滤水洗→纯水洗→沥水→电泳烘干（140-180℃30-40min）→转面漆线（自行葫芦系统输送）

    相应要求板材最好经钢板预处理后再行拼焊，预处理不用作防锈底涂，这样一些后处理抛丸设备不易抛打清理到的部位可以保证一个无锈的工件表面，有利于后序的磷化及电泳工艺。

    3．电泳烘干工艺设备

    （1）电泳涂料的技术革新，一方面是提高了电泳涂料自身性能，另一方面开发低温烘烤电泳涂料，降低烘烤温度，可以降低能耗，目前已有120℃烘干的电泳涂料投入生产，对节能降耗很有意义。

    （2）采用远红外加热技术，热能通过不同波长的可见光直接辐射到工件表面，能量被工件直接接收，工件表面升温快速，节约能源。远红外加热特别适用于薄板件的升温加热。

    （3）电泳烘干设备由于烘干温度较高，一般不采用悬挂通过式结构，避免顶部开缝处大量热量损失。采用桥式结构，有效解决热量在两端外溢问题，减少热量损失。输送设备一般采用滑橇输送系统，可以地下返回，也可地面平行返回。使用效果良好。

    4．粉末喷涂工艺设备

    (1)对于结构相对简单的工程机械结构件，比如挖掘机的动臂、斗杆、铲斗，装载机的动臂、摇杆、铲斗，泵车布料杆、臂架，塔机标准节，脚手架钢管，叉车的性结构件等等，经过这些年的推广应用，使用粉末喷涂工艺可行、可靠，可以达到有机溶剂的零排放，节能降耗，绿色环保。

    主要工艺流程如下：

    上件→抛丸→清理补喷→脱脂（50-60℃）→水洗→磷化（30-40℃）→水洗→吹水→水分干燥（80-100℃20-30min）→冷却→喷底粉→固化（180-220℃30-40min）→冷却→喷面粉（180-220℃30-40min）→固化→冷却→下件

 (2)对于泵车类整机的喷涂作业，因为需要展臂，展开长度从30多米到60多米，并且展开后无法再进行整车移动，传统做法为车间内敞开喷漆作业，或采用超大型顶部开缝喷漆设备，设备投资大，运行能耗大。

    近两年移动喷漆室投入使用，将泵车主机部分放置在一个较小的水旋喷漆室内，展开部分的喷漆利用移动喷漆室，操作人员在移动喷漆室内对工件进行喷漆，方便实用，移动喷漆室也由最早的干式结构发展成文丘里型式，漆雾处理效果良好，能耗大大降低。

    (3)对于大吨位轮式起重机、履带吊、站房类整机设备，不易移动，整机屏蔽、刮灰、打磨工作量极大，宜设置抽屉式喷漆设备，并且最好设计为水旋喷漆烘干一体式设备，整机进入后，一次完成所有屏蔽、刮灰、打磨、喷漆、烘干工作，这样的布置形式相比较流水工序布置形式，占地较小，投资少，节约能源，类似在几个公司使用后，深受客户欢迎。

    (4)工程机械零部件面漆化工艺暨整机免喷漆工艺，各主机厂已经作了几年的探索与实践，目前在装载机行业、挖掘机行业应用较好。零部件完成面漆涂装后，整机仅对试验造成的破损部位进行修补和个性化装饰及贴标识等，大量减少了整机喷涂作业，节省了大量人力与物力，降低能耗与排放。但是整机免喷漆工艺的推广还需投入大量工装，做到涂装后的工件不落地，转运过程不损坏，还需实施文明装配，对人工踩踏和接触部位保护，严禁配焊。

    另外还要注意合理工艺布局，缩短物流距离。例如，某挖掘机公司，抛丸底漆工序布置在结构件焊接工序之后，底涂后进入加工，然后再分为上下平台面漆线、动臂斗杆面漆线、配重面漆线分别就近设置在装配线对应的分装工位附近，这样面漆后的工件经部装后直接进行装配，减少了运输距离，有效避免了运输磕碰及大量工装的配置与转运，有利于整机免喷涂工艺实施。当然，对装配车间布置带来挑战，装配车间环境较差。

    (5)机器人自动喷涂技术的采用，在工程机械行业的零部件、整机喷漆采用机器人自动喷涂，可以提高工效，节约能源，降低较差的作业环境对人员健康卫生伤害。

    采用机器人自动喷涂设备，喷漆室内截面风速可以减小，一般是人工操作喷漆室1/3-1/2，同时可以采用循环过滤风，风机功率消耗大为减少；冬季热能补充也极大将少，可以实现低耗、高效、高质量。

    7．流平工艺设备

    (1)工程机械行业涂装一般认为流平工序可有可无，很多线仅设置工位而无室体，无组织排放，既造成环境污染，又会带来流平过程中工件表面粘灰，影响表面涂装质量。

    (2)流平室废气需进行治理达标后方能排放。一般测算苯及二甲苯散发数据为：

    喷漆工序：流平工序：干燥工序=3：4：3，因而其废气治理不容忽视。

    一般采用蒸汽或电为热源的流平室、烘干室选用活性炭吸附装吸附处理后达标排放，以油或燃气为热源的可将流平室废气引入烘干燃烧装置燃烧处理后达标排放。这样既节能又环保。

    8．烘干工艺设备

 (1)对于低温通过式烘干设备，应设置自动大门。如果生产节拍太快，可以在控制或输送上采取适当措施，使多件一起进出，避免自动大门频繁开启，减少热量损失，降低大门故障。

    (2)不要采用风幕结构。工程机械产品尺寸较大，采用风幕结构难以阻挡热量外溢损失，某塔机厂面漆烘干设备曾采用热风幕结构，投入使用后，烘干室向外散热大，车间温度高，能耗太大，经多次改造，两端加设几米长过渡段，效果仍然不佳。

    (3)采用燃气热源时，宜选择直接加热方式。直接加热，热效率高，并可对循环空气中所含有机废气进行燃烧处理。为防止未燃烧充分的灰烬造成对工件表面二次污染，可在送风口设置高温过滤器。

    (4)对于高温烘干而言，宜采用桥式烘干设备。桥式烘干设备能有效阻挡热量外溢，节约能耗。设备施工时一定注意密封，严禁热桥，避免热量损失。

    (5)烘干室排放烟气，温度较高，宜回收利用，可用于喷漆室冬季送热风空调的预热或槽液前处理加热槽的热水加热，进一步节能降耗。

    (6)工艺及涂料选择上尽量采用低温烘烤涂料，从源头上节约能源。

    (7)采用远红外加热或辅助加热，有利于快速升温，节约能源。

    四、涂装生产过程中环境保护

    1．喷漆废水漆渣处理

    工程机械行业涂装喷漆设备主要选用水旋式喷漆室。喷漆室设备较大，循环水池也比较大，使用中漆渣清理费时费力，效果甚微；因为漆渣堵塞管道还影响设备使用寿命；同时水质差，有异味，需经常更换循环水，造成水资源浪费。

    这几年在生产实践中摸索与改进，有些新工艺及设备投入运行，可以改善循环水质，延长设备使用寿命，节约水资源，效果很好。

    (1)新型全有机聚合物漆雾凝聚剂的使用

    全有机聚合物漆雾凝聚剂产品具有以下优势：

    ▪破坏油漆是立即的

    ▪低pH依赖

    ▪使用容易

    ▪低使用成本

    ▪优良的脱水性

    ▪对多样变化的漆都有效

    ▪可以长期维持良好的水质

    ▪优良的漆渣品质

    ▪适用范围广

    去漆剂A剂为有机高分子化合物，带有较强之正电荷，水溶液呈酸性。可与水混溶，并可自然降解，无毒，不污染环境。其作用是破坏水中之漆雾粘性，使其均匀分散于循环水中，防止油漆结块或吸附于设备表面而阻塞管道和泵。

    悬浮剂B剂为有机高分子化合物，可溶于水，可自然降解，无毒不污染环境。其作用是将循环水中的漆渣凝聚在一起上浮，降低水中固体含量，延长循环水的使用寿命，以达到节约用水的目的。

    调整剂是白色无机物固体，其作用是调整水中PH值，降低水的酸性，以减缓设备腐蚀；调整水中酸碱平衡，以提高水处理剂的使用效果。

    (2)连续除渣设备的使用

    通过实现自动化机械除渣，确保理想的除渣效果，降低工人的劳动强度；保证循环水长期处于合理的清洁范围，进而延长循环水的更换周期，减少废水排放量；通过改进加药方案，提高药剂的有效利用率，节约生产成本；这也是涂装行业技术装备发展进步，值得推广。

    2．高空排放

    工程机械行业涂装设备废气排放一般为各个单独设备各自多烟囱排放，排放烟囱高度一般为15-20米，因为排放高度较低，会有超标排放问题存在，而且多烟囱排放，一条较复杂涂装生产线烟囱林立，很不雅观。

    而汽车厂多为集中排放，一个厂区往往只有一两个烟囱，且高度均在三四十米。

    现在已经有工程机械行业生产企业采用高空大烟囱排放，使用情况良好。由于大型主机涂装线设备大，风量也大，一般需设置三至四个烟囱，否则烟囱截面太大。

    

    3．溶剂型涂料应选用低“苯”或无“苯型，某油漆供应商为国内某知名工程机械公司供应的涂料中“三苯”含量不足3%，这样经过治理后的废气排放更能满足排放要求。

    4．经工艺验证充分后，生产使用中大力推广应用电泳工艺及粉末喷涂工艺；自泳工艺、水性涂料喷涂工艺在汽车零部件涂装生产中也已应用，条件成熟时也要在工程机械涂装工艺中推广应用。这样才能真正做到没有有机废气排放，绿色、环保涂装，前景广阔，大有作为。

    5．工程机械行业涂装越来越多选用双组分涂料，随着规模、批量增大，涂料耗量也很大，选择合适的涂料输送系统及喷枪非常重要。

    (1)建议推广使用自动调配比涂料输送系统，有条件的生产线可以使用集中供漆系统，这样可以节约涂料耗量，便于生产管理，保证涂装质量。

    (2)喷涂工具的选型，对涂装作业至关重要，

    不仅影响到涂层质量，而且对涂装中产生过喷漆雾及废气量有直接影响，对节省涂料，控制废气排放有着重要意义。针对工程机械产品工件结构复杂，喷漆面积大，涂层要求一次成膜厚（40μm）的特点，为增加漆膜丰满度，建议采用混气（静电）喷涂法，混气喷涂结合空气喷涂和高压无气喷涂两种方式，除保留了空气喷涂油漆雾化好、漆膜质量高等特点外，还具有漆雾飞散为普通空气喷涂的5%，出漆速度快，出漆量大，效率高等特点，它比普通空气喷涂节约原材料20~40%，漆雾柔软细腻，漆膜均匀，附着力好的特点，提高了喷涂施工效率，可以获得细腻丰满的涂层，并适用于各种形状的工件。同时由于加入静电影响，可以改善漆雾包容工件状况，大幅提高油漆利用率。

 6．喷漆室废气治理

    水旋式喷漆室能够有效捕捉过喷漆雾，漆雾捕捉率大于90%，但是废气中的有机溶剂几乎没有得到治理就高空低浓度排放，选择合适的低“苯”涂料，合适风量稀释，合适高度的排放可以满足排放标准要求，但随着环保对排放要求的越来越苛刻，废气排放问题始终困扰业内人士。

    采用普通的活性炭吸附处理，因为风量大、浓度低，处理能耗大，运行费用高，投资多，目前尚无应用。

    现在汽车行业以及国外涂装生产线有采用回转浓缩活性炭吸附塔，能够解决喷漆室废气处理问题，其能耗不大，运行费用较低，但投资不小。

    工程机械行业涂装生产需设计与引进先进大风量低浓度喷漆废气治理设备，实现涂装全工序废气有效治理，达到涂装工艺环保目标。

    五、总结

    纵观工程机械行业近些年涂装技术发展及应用，工程机械涂装正朝向节能、环保、低碳涂装技术应用趋势发展：

    1．电泳涂装、粉末涂装工艺应用趋势；

    2．低温烘干涂料的开发应用趋势；

    3．低温/常温处理液、无磷酸盐成膜工艺应用趋势；

    4．零部件面漆化暨整机免喷漆工艺应用趋势；

    5．机器人自动喷涂设备应用趋势；

    6．自动输调漆系统设备应用趋势；

    7．环保低“苯”涂料、适合工程机械产品的水性涂料、自泳涂料的开发应用趋势；

    8．轻量、高效、低能耗配套设备开发应用趋势；

    9．“三废”全面治理设备开发应用趋势；

    10．节能、环保、低碳的涂装工艺及设备专业化、系统化设计趋势。