提高鋁板帶材生產靜電涂油質量的措施

陳 輝,李文華,董 磊,高立軍

(洛陽萬基鋁加工有限公司,河南 洛陽 471832)

在當前板帶材市場競爭激烈的情況下,為提高市場占有率,滿足不同客戶對涂覆沖壓料涂油工序的高質量要求,需不斷分析影響涂油質量的各種因素,摸索出適合的噴涂工藝,并通過優化涂油機結構來達到涂油的最佳化控制,以滿足客戶的需求。

1 靜電涂油機的組成及工作原理

靜電涂油機一般由涂油室、高壓靜電電源、供油及加熱系統、回油系統、電控系統、行走機構以及輔助穿帶導板等組成。 “靜電涂油”即在通油的噴射刀梁接入高壓負電,鋁帶材接地為正極,這樣刀梁和鋁帶材之間就形成高壓靜電場。當預涂油從刀梁的刃口縫隙中噴出時油液被帶上負電荷,在電場力作用下,帶負電荷油粒沿著電場中的電力線快速向帶材方向運動,由于同極排斥油粒分子間相互撞擊,從大油粒變成小油粒,離刃口越遠油粒變得越小,數量隨之越多,直至形成非常均勻的油霧,被吸附在鋁材表面形成油膜。工作原理如圖1所示。

圖1 靜電涂油工作原理示意圖

靜電涂油機可自由設定涂油量,具有涂油均勻,節約用油,工作可靠及不污染環境等優點,廣泛用于鋁帶板生產重卷線、拉矯線、連退線、清洗線、切邊線、涂油線等設備,同時在鋼鐵、機械制造等行業也具有較好的應用。

2 涂油質量的控制影響因素

靜電涂油作為開發罐體料、汽車板、拉環料及高端鋁箔坯料的關鍵工序,可以消除沖壓工序產生的內外壁黑紋、延長模具的壽命、提高沖壓效率。為滿足下游客戶各種沖壓成型的需要,必須保持穩定并符合要求的表面涂油。影響靜電涂油質量的因素主要有以下幾方面。

(1)防銹油物理特性。涂油機使用的油液主要有壓延油和防銹油,油液的粘稠度、密度、表面張力、粘性力、電導率 、溫度、油液當中的水分和雜質以及油液中所含氣泡等均會對霧化效果產生影響,其中電導率和表面張力是影響噴霧荷電效果的重要因素。

(2)帶材質量的影響。經過對涂油效果的跟蹤分析,帶材表面的清潔度和帶材邊部質量是影響涂油質量的主要因素。容易造成刀梁縫隙堵塞,出現涂油不均、分叉、高壓放電等問題。

(3)噴油量控制及設置。通常涂油機是通過自動控制運行的,首先根據客戶要求設定帶材上下表面涂油量,當設備運行時,供油泵的供油量會隨速度的變化而變化,確保設備在不同運行速度下,帶材表面涂油量均勻一致。由于下刀梁噴油受到重力影響,通常涂油量設定值略高于上表面。

(4)噴油溫度對涂油效果的影響和設置。在不同溫度下預涂油的表現狀態不同,當預涂油溫度低時,油的粘度變大,高壓電離效果變差,會造成霧化效果不好和流油不暢,鋁帶表面容易形成液滴狀及噴涂不均勻等質量缺陷。當油溫過高,將引起預涂油變質及老化,影響油品的穩定性。因此合理的加熱溫度是保證涂油效果的前提,通常設定預涂油油箱加熱溫度為42～46 ℃。

(5)刀梁電壓對涂油效果的影響和選擇。刀梁電壓是影響靜電噴涂霧化效果最主要的因素。隨著刀梁靜電電壓的增大,油液霧化效果明顯變好,高壓值一般選擇在60～80 kV涂油效果較好。由于下刀梁需產生大于重力的電場力,要求電壓更高,通常設置電壓比上刀梁大5～7 kV較宜。

(6)油液中的雜質。在靜電涂油機噴涂霧化過程中,應保證油液中的雜質含量不超過0.01%,雜質粒度不大于10 μm,這樣可以減少油路過濾器及噴油梁刃縫堵塞。油中添加劑應易溶,如不能完全溶解也將成為雜質。油液中的氣泡對涂油霧化效果影響也很大,應采取措施消除。

(7)涂油刀梁結構。涂油刀梁是靜電涂油機的核心部件,它直接關系到涂油機的霧化效果及涂油質量。涂油刀梁對油液霧化效果好壞的影響,主要取決于刀梁的外形尺寸、刃口的縫隙大小及均勻性、刀梁內腔的油路設計。

(8)上下刀梁距離設置。上下刀梁距離需與電壓調節相配合進行調整,使油液達到最佳霧化效果,一般布置距帶材250 mm比較合適,若距離太小,不僅霧化效果不好,還容易產生放電打火引起火災。

(9)邊部效應。由于電荷在帶材邊部區域容易大量聚集,因此邊部對霧化后的油霧吸引力更強,將造成涂油時帶材邊部過厚問題,應采取措施進行消除。

(10)設備衛生及周圍環境。必須保證設備及周圍干凈整潔,環境濕度適中,涂油室內部刀梁積塵或金屬粉末容易造成刀梁刃口堵塞及高壓異常放電等問題,應定期檢查清理。

3 提高涂油質量的改進措施

(1)采用混氣靜電噴涂工藝?；鞖忪o電噴涂是一種結合靜電噴涂與空氣噴涂的工藝,在涂油刀梁中通入一定壓力的壓縮空氣,提高油液瞬時流速,達到輔助增強霧化效果的目的。霧化油滴的縮小與霧化氣流的相對速度平方成正比關系,進氣壓力越大,霧化粒徑越小,分散也更加均勻。該工藝可進一步避免出現涂油霧化不充分、大液滴、橘皮、流掛等缺陷,雖然結構相對復雜,但是具有噴涂質量好、涂膜平滑、工作效率高、VOC排放低的優點。

(2)設置輔助霧化及二次霧化裝置。為了達到更好的噴射霧化效果,在涂油刀梁和帶材之間增加輔助霧化電極及二次霧化電極,如圖2所示。

圖2 輔助霧化及二次霧化裝置應用效果示意圖

該電極由直徑為20 mm的不銹鋼制成,上刀梁下部有兩根電極,兩側對稱分布;下刀梁上部有四根電極,兩兩對稱分布。工作時輔助霧化電極接入30 kV左右高壓;二次霧化電極則通過一個高阻抗電阻接地,當刀梁及輔助電極接通高壓后,在電極上將產生10 kV左右的感應高壓。需要注意的是輔助霧化及二次霧化裝置必須在刀粱左右兩側成對稱設置,才滿足整個霧化空間中電場方向始終是從刀梁到帶材的原則。當電極布置不對稱時,各處產生感應電勢的不等,形成場強不一致,將使得霧化液滴運動方向發生偏斜,最后導致噴涂質量缺陷。

經過多年現場使用(圖3),對比普通結構涂油裝置,引入該輔助霧化及二次霧化裝置后,很好的改善了涂油室的電場分布,限制整理油霧的同時使其對油霧進行二次電離和霧化,使油霧顆粒更細分布更均勻,很好的解決了普通涂油機工作時油霧散射造成的涂油室內壁滴油問題。

圖3 輔助霧化及二次霧化裝置的現場應用

(3)采用下涂油刀梁斜噴技術。刀梁斜噴即將下涂油刀梁由垂直帶材方向改為傾斜方向的布局,如圖4所示。

圖4 下涂油刀梁油霧沿孤線向上斜噴示意圖

一般靜電涂油機設計下涂油刀梁鉛直安裝,刃口朝上,當接通高壓后,下涂油刀梁中的油液經刃口向上噴出霧化,最終被鋁帶材下表面吸附。經過多年跟蹤觀察,發現該方式由于下涂油刀梁刃口向上并且縫隙只有0.1～0.2 mm,當鋁板運行至下涂油刀梁上方時,鋁板表面上的臟物(如灰塵、金屬粉末和纖維等)就有可能落到刃口上或刃口側面上,破壞靜電場的均勻性,造成油霧噴射不暢情況,還容易發生廢邊、工具、零件等異物掉落到下涂油刀梁的刃口上,出現刃口損壞的現象。針對該問題,采用下涂油刀梁傾斜布置的方式,將下涂油刀梁隱藏在導板的下方,減小了污物或物件落到刃口上的可能性,從而克服了上述缺點。

該方式在實際應用時,油霧在電場力的作用下,絕大多數噴到了右側導板上,造成斜噴的效果不理想。為了達到預期的噴涂效果,需通過改變該空間的電場分布迫使帶電的油霧改變路徑。經過武漢科技大學實驗研究[1],通過采用二次霧化電極的方案可以較好的實現。圖4中霧化電極1、霧化電極2對帶電的油霧產生吸引力,從而改變油霧運動方向。通過合理設置霧化電極,可以達到使油霧沿孤線向上噴涂效果。應用時需注意刀梁的傾角α一般在35°～60°之間,α過大,油霧拐彎困難;α過小,涂油刀梁不能隱藏在下導板下面。涂油刀梁的刃口至霧化電極2之間的距離A一般為150～200 mm,A太短,刃口與霧化電極之間容易打火,且油霧不易拐彎;A太長,結構不緊湊,霧化的效果較差。刃口噴出油霧的直線與霧化電極2之間的距離B一般為20～40 mm,B太近,霧化電極容易掛油,B太遠,則油霧不易拐彎,其設置直接影響二次霧化裝置的效果。由此可見,該二次霧化裝置是斜噴技術得以實現的關鍵。

(4)優化涂油量控制方法。在鋁帶材設備生產時,通過優化設置的卷取打底圈數、打底速度、涂油機的啟動速度、上刀梁擋油槽打開延遲時間、卷取機穿帶涂油補償系數等方法提高低速打底時涂油均勻性,避免因涂油不均造成沖壓拉伸時出現拉痕、黑紋、斷裂等問題。

(5)優化回油過濾系統。為降低生產成本,工藝油需要回收重復使用,鋁帶材經過涂油機后并不能將防銹油全部帶走,沒有噴涂到帶材的防銹油將被收集,經過濾后流到回油箱,這時回油里還包含直徑10μm以下的不規則異物。還可以通過在回油箱增加中間檔板或提升回油管與回油箱底間距離及設置磁性過濾裝置,濾除回油內的鐵磁性雜質等方式進一步提高了回油純凈度,以減少堵塞造成的漏涂。

(6)增加自動尋邊系統。為避免因邊部效應造成帶材邊部涂覆量過多,在涂油區域鋁帶邊部10～15 mm位置增設隨帶材寬度自動調節的鋁板,用來改善邊部油膜質量,優化板面的涂油效果。

(7)增加油膜測量裝置。在涂油機出口設置油膜檢測裝置,通過測量實際的油膜厚度對設定的噴涂量進行調整,一般通過紅外測量原理進行測量,該方法只能用于常規油膜測量。如果需校準涂油機標定計量泵的涂油量,較為準確的方法為稱重測量。

4 總結

近些年從進口靜電涂油機的使用情況來看,盡管表面的涂油質量較好,但是還存在漏涂、結構復雜、難于維修及高壓保護措施不完善等技術缺陷。國外涂油機生產公司也很難根據國內生產線的各種現狀,設計出適合于現場的特殊形式涂油機,這也給國產靜電涂油機成長提供了發展空間。只有不斷追求更高質量、不斷優化改進、不斷研究探索才能總結出提高油膜質量的工藝方法,生產出質量更高的產品,提高效益使企業持續增盈。