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填补钢管涂塑机械及方式的空白论述

来源:http://www.81929.net/article/2020227251.html

目前国内钢管涂塑工艺不是很成熟,导致设备也存在一定的局限性,但现在客户对涂塑钢管产品要求越来越高。现在国内这方面存在知识空白,文献资料上找不到钢管涂塑设备涂塑方式设计的依据。现在涂塑车间已建成钢管涂塑实验生产基地,生产线涵盖国内全部钢管涂装方式。目前,我厂涂塑钢管在国内涂塑钢管领域起到先锋作用。

1 涂塑方式简介

(1)涂塑方式综述钢管涂塑设备涂装方式分为两类:内涂外涂同时进行;内涂外涂单独进行。工艺涂装方式也分为两类:先内涂,后外涂;先外涂,后内涂。内涂方式有五类:井涂,无静电枪加长杆喷涂,无静电粉泵推拉杆喷涂,扣粉和真空吸涂。外涂方式有四类:井涂,静电喷涂,流化床浸涂和瀑布淋涂。内涂外涂同时进行大部分为两种:井涂(内涂和外涂) 和流化床浸涂(外浸涂,内无静电粉泵推拉杆喷涂)方式。

(2)井涂内涂外涂同时进行的井涂方式(内涂和外涂)为 90 年代引入中国的基本形式,现在大部分已淘汰,局部地方有些还在应用,但基本是应用在穿线管涂塑,内外多为 PE 粉末。这种形式由于要用到流化井,需在厂房内挖深井,一般超过钢管通常规格 6 米,挖 8.5 米深井,井里入上 500 豪米处布置流化板或流化布,流化布一般布置 16 层。在井边增加高塔,下面配置高速卷扬机,卷扬机线速度达 120 米/分钟。对于过重钢管和大规格钢管 DN500———DN800,卷扬机线速度为 90 米/分钟。卷扬机速度过慢,钢管浸入流化井时间过长,钢管上下端涂层厚度差大。这种方式在流化板或流化布下面,需要通入压缩空气,使井内的粉末形成流化状态。钢管在浸入流化井时,由于钢管下端先进后出,导致钢管涂层下端厚,上端薄。生产率快,基本一根钢管涂塑在 10 秒钟左右。在实际生产中,生产 PE 穿线管涂塑钢管,钢管上端和下端粉末涂层相差达 300 微米。现在市场价格,PE 粉末为 15000 元/吨,这种方式粉末浪费较大,所以遭到淘汰。在生产操作中,操作工需系上安全带,防止人员掉入流化井内,造成特大安全事故。

(3)流化床浸涂流化床浸涂(外浸涂,内无静电粉泵推拉杆喷涂)方式目前还比较普遍。主要应用在外涂 PE,内涂 PE 或 EP 粉末。外涂EP 不建议采用这种方式。这种方式跟井涂有点相似。流化床一般制作 8.5 米长,针对于 6 米钢管。设计流化床过短,粉末容易从两流化床两端溢出,造成浪费。针对于 12 米钢管横涂,化床需制作 14.5 米长。这种方式涂层均匀度相比井涂要均匀。缺点是粉末在钢管外壁上容易出现波浪纹,导致外观不漂亮。无静电粉泵推拉杆式喷涂缺点是因为内喷杆在钢管内面,人员在外面看不到内喷枪杆的出粉效果。当内喷枪杆出现故障,不喷粉,导致内涂层缺失,出现废品机率较高。粉泵的工作原理是采用压缩空气对粉泵形成近真空状态,流化箱粉末在大气压的作用下源源流入粉泵,经内喷杆流出,在钢管内面形成喷涂涂层。现在这种方式主要应用在钢管外涂 PE 粉末情况下。

(4)静电枪喷涂和静电枪加长杆喷涂外涂 PE 粉末主要用无静电粉泵推拉杆式方法,外涂 EP粉末现大多采用静电枪喷涂。静电枪喷涂由于喷涂时,粉末在静电发生器作用下,产生静电使粉末吸附在钢管上。涂层致密,质量可靠,这种方式是目前最首选的涂装方式。但这种方式,要求配置粉末回收系统,使过喷的粉末进行收集。静电枪加长杆喷涂是在前者基础上加上长杆,主要用于内涂,深入到钢管里面,才能喷上粉末。

(5)瀑布淋涂相对说井涂和流化床浸涂,环保设施相对投资大。这种方式操作性强,设备形成自动化也相当好实现。瀑布淋涂方式大部分应用在大口径涂塑钢管,针对于 DN500 以上涂塑钢管涂装PE 粉末。这种方式最大的缺点就是环保设施很难制作,整个喷涂区域污染大。瀑布淋涂槽制作与钢管长度一致或略长,钢管在瀑布淋涂槽下面进行旋转。整根钢管经常发生因为瀑布粉末不均匀,淋涂在钢管上的粉末也不均匀。虽然可以对瀑布粉末均匀度进行控制,但收到的实际效果还是很差。现在这种方式唯一的解决方案是,制作 1 米或 1.5 米瀑布箱,钢管既在瀑布箱下面进行旋转,也可以沿着瀑布箱纵向进行行进。以规避钢管涂层不均的情况发生。目前对于大口径涂装 PE 粉末还是采用这种方法居多,也比较实用。
 

2 涂装工艺

(1)涂装工艺现状问题因为 PE 粉末涂装,钢管预热温度高达 300℃ 。而 EP 粉末涂装,钢管预热温度在 200℃ 。固化温度,EP 和 PE 粉末都在200℃ 。当然根据粉末调质不同,钢管预热温度略微有些变化。PE 粉末在固化中发生的是物理变化,可以反复加热熔化固化。EP 粉末在固化中发生的是化学变化,固化后不可逆,没办法进行修补。在涂塑钢管 PE 中,由于温度很高,只能进行内外同时涂装。所以生产线在预热炉与表干炉设置内涂机构和内外涂机构,内涂扣粉系统、内涂推拉杆式喷涂系统与流化床式浸涂PE 粉末。内涂各种方式都可以针对于客户各种要求,灵活选定涂装方式。

生产线平面表干炉与桥式固化炉之间为钢管外涂。在平面表干炉与桥式固化炉之间设置接驳装置,为顶升平移装置,使钢管从平面表干炉到钢管外涂形成接驳。涂装方式上小口径管 DN15———DN300 采用的是钢管旋转,两端为夹紧旋转座,静电喷粉枪往复沿着钢管纵向平移,进行喷粉作业,完成钢管外涂工序。大口径钢管 DN15———DN500 口径采用的是钢管不旋转,外涂喷粉箱带着静电喷粉枪,实行往复摇摆,并沿着钢管纵向行走,完成喷粉作业。小口径钢管 DN15———DN100 管口略进行人工补喷粉,固化后的管口外观质量可以达到要求。大口径钢管 DN100———DN500 如果采用夹紧座夹紧钢管旋转,管口势必形成粉末旋转装,固化后的管口质量不美观。所以宜采用钢管不旋转,喷枪摇摆纵向行走喷涂方式。由于钢管直接悬挂在桥式固化炉上,钢管管口没有夹紧座,外喷后直接进入固化炉,固化后管口外观质量漂亮。在 20 年前,因为不能解决喷枪摇摆问题,不能解决钢管外涂粉末均匀问题,这种钢管不转直接喷涂方式得以取消。近 10 年,国内大多数钢管外涂方式为钢管采用夹紧座旋转,静电喷粉枪沿钢管纵向行走喷涂方式。这种方式对于涂塑钢管管口质量问题,还是很难处理掉。由于存在喷枪摇摆机构,使钢管外涂涂层均匀度得到提高。钢管与喷枪相对位置必须存在旋转和纵向行走动作,钢管才能喷粉均匀。

(2) 涂装方式研究钢管涂塑设备涂装方式 DN15-DN100 钢管涂装内外环氧树脂 EP 粉末,选择先内涂,后外涂。内涂采用扣粉方式,外涂采用静电枪喷涂。DN15-DN300 钢管涂装内外聚乙烯 PE 粉末,宜采用内外近似同时涂装,先内扣粉后外流化床浸涂。DN15-DN300 钢管涂装内环氧树脂 EP 粉末,外聚乙烯 PE 粉末,宜采用内外近似同时涂装,先外流化床浸涂,后内扣粉。DN15-DN300 钢管涂装外环氧树脂 EP 粉末,内聚乙烯 PE 粉末,这种情况基本没有。钢管涂塑设备涂装方式 DN300-DN500 钢管涂装内外环氧树脂 EP 粉末,选择先内涂,后外涂。内涂采用扣粉方式,外涂采用静电枪喷涂。DN300-DN500 钢管涂装内外聚乙烯 PE 粉末,宜采用内外近似同时涂装,先内扣粉后外流化床浸涂。DN300-DN500 钢管涂装内环氧树脂 EP 粉末,外聚乙烯 PE 粉末,宜采用内外近似同时涂装,先外流化床浸涂,后内无静电粉泵推拉杆喷涂。DN300-DN500 钢管涂装外环氧树脂 EP 粉末,内聚乙烯 PE 粉末,这种情况基本没有。钢管涂塑设备涂装方式 DN500 以上钢管涂装内外环氧树脂 EP 粉末,选择先内涂,后外涂。内涂采用扣粉方式,外涂采用静电枪喷涂。DN500 以上钢管涂装内外聚乙烯 PE 粉末,宜采用内外近似同时涂装,先内扣粉后外瀑布箱淋涂,钢管旋转并沿瀑布箱纵向行进。DN500 以上钢管涂装内环氧树脂 EP 粉末,外聚乙烯 PE 粉末,宜采用内外近似同时涂装,先外瀑布箱淋涂,钢管旋转并沿瀑布箱纵向行进,后内扣粉。DN500 以上钢管涂装外环氧树脂 EP 粉末,内聚乙烯 PE 粉末,这种情况基本没有。

3 生产现状天津友发管道科技股份有限公司现建有涂塑车间实验基地,实验基地二线生产可以生产 DN15———DN100 内外涂 EP,内外涂 PE,也可以生产内涂 PE,外涂 EP。实验基地一线可以生产 DN15———DN500 内外涂 PE,内涂 EP 外涂 PE,内涂 PE 外涂 EP。可以覆盖市场上现有的各种涂装要求。实验基地三线为大口径 12 米钢管涂装,DN300 以上钢管涂装。涂装方式二线设置内扣粉,外静电喷涂;一线设置内扣粉,内无静电粉泵推拉杆式喷涂,外流化床浸涂,外钢管固定式静电喷涂;也在二线设置内外同时井涂,但现在基本不再采用这种方式涂装;三线设置内扣粉,外静电喷涂,外瀑布箱 1.5 米长淋涂,钢管旋转并沿外瀑布箱纵向进退淋涂。

钢管涂塑设备加工工艺流程为:前处理后钢管上件———预热———内涂———表干———接驳———外涂———固化。生产内外EP 涂塑钢管,工件钢管预热后,内涂扣上 EP 粉末,进入表干炉。加热温度预热温度为 200℃ ,表干温度为 200℃ 。钢管内涂时支承点在钢管外表面,等内涂粉末表干后,内表面层硬化,再进行外涂。外涂支承点在已硬化的钢管内面,从而达到钢管内外没有工艺支点。然后,整根钢管进入固化炉固化,固化温度为 200℃ ,完成整个涂装工艺。生产内 PE,外 EP 涂塑钢管时。工件钢管预热 300℃ ,进行内扣 PE 粉,表干温度为 200℃ ,也正好是钢管外涂 EP 粉的预热温度,表干后的钢管进行外涂EP,固化,完成整个涂装工艺。生产内外 PE 管时,三段式炉体不用启动固化炉。钢管预热 300℃ ,进入流化床外涂,内喷枪同时内涂系统。内外涂装后的钢管,直接架在链条上,使钢管外表面形成支点。由于 PE 粉末在硬化后,发生的是物体变化,没有变性。固化后的 PE 外涂层支点,用火枪烤熔,加点 PE 粉修补,再用火枪固化,就能达到产品涂层性能。生产内 EP,外 PE时,直接预热 300℃ ,涂上外 PE 层,等冷却到 200℃ 时,再扣上内涂层 EP 粉末,涂上粉末的钢管架在链条上进入固化炉固化。固化后钢管外涂层 PE 有支点,人工可以修补。钢管 PE 粉末和 EP 粉末固化温度是 200℃ ,需 15 分钟。钢管 PE 粉末和 EP 粉末固化温度是 180℃ ,需 20 分钟。在实际生产中,表干炉温度以 EP 粉末的预热温度为准,温度为160℃ 左右,低于粉末固化温度 180℃ 。内涂层在表干炉内不会变性,只是表面干透,具有一定的机械强度。所以也不用担心,内涂层经表干炉,再经固化炉固化,固化时间过长而导致内涂层老化的问题。加热用能源方面,宜采用天然气供热,由天然气燃烧机配置热循环风机,把热交换室内的热量源源打入到预热炉,表干炉和固化炉内。不建议采用中频感应圈加热方式。一为耗电量大,生产成本高。二为钢管涂装前端后端不一致,涂层不均匀,质量难以控制。目前国内涂装设备大致主体思路,工艺涂装方式基本是先内涂,后外涂方式,这种方式存在很多优点,对于将来研究出来不用固化的 EP 环氧粉末和不用固化的 PE 聚乙烯粉末,是一个很好的方案。先外涂,后内涂方式国内基本没有,目前还在考究阶段,这是将来本行业研究的另一个方向。