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          填補鋼管涂塑機械及方式的空白論述

          來源:http://www.xddwd.com/article/2020227251.html

          目前國內鋼管涂塑工藝不是很成熟,導致設備也存在一定的局限性,但現在客戶對涂塑鋼管產品要求越來越高,F在國內這方面存在知識空白,文獻資料上找不到鋼管涂塑設備涂塑方式設計的依據,F在涂塑車間已建成鋼管涂塑實驗生產基地,生產線涵蓋國內全部鋼管涂裝方式。目前,我廠涂塑鋼管在國內涂塑鋼管領域起到先鋒作用。

          1 涂塑方式簡介

          (1)涂塑方式綜述鋼管涂塑設備涂裝方式分為兩類:內涂外涂同時進行;內涂外涂單獨進行。工藝涂裝方式也分為兩類:先內涂,后外涂;先外涂,后內涂。內涂方式有五類:井涂,無靜電槍加長桿噴涂,無靜電粉泵推拉桿噴涂,扣粉和真空吸涂。外涂方式有四類:井涂,靜電噴涂,流化床浸涂和瀑布淋涂。內涂外涂同時進行大部分為兩種:井涂(內涂和外涂) 和流化床浸涂(外浸涂,內無靜電粉泵推拉桿噴涂)方式。

          (2)井涂內涂外涂同時進行的井涂方式(內涂和外涂)為 90 年代引入中國的基本形式,現在大部分已淘汰,局部地方有些還在應用,但基本是應用在穿線管涂塑,內外多為 PE 粉末。這種形式由于要用到流化井,需在廠房內挖深井,一般超過鋼管通常規格 6 米,挖 8.5 米深井,井里入上 500 豪米處布置流化板或流化布,流化布一般布置 16 層。在井邊增加高塔,下面配置高速卷揚機,卷揚機線速度達 120 米/分鐘。對于過重鋼管和大規格鋼管 DN500———DN800,卷揚機線速度為 90 米/分鐘。卷揚機速度過慢,鋼管浸入流化井時間過長,鋼管上下端涂層厚度差大。這種方式在流化板或流化布下面,需要通入壓縮空氣,使井內的粉末形成流化狀態。鋼管在浸入流化井時,由于鋼管下端先進后出,導致鋼管涂層下端厚,上端薄。生產率快,基本一根鋼管涂塑在 10 秒鐘左右。在實際生產中,生產 PE 穿線管涂塑鋼管,鋼管上端和下端粉末涂層相差達 300 微米,F在市場價格,PE 粉末為 15000 元/噸,這種方式粉末浪費較大,所以遭到淘汰。在生產操作中,操作工需系上安全帶,防止人員掉入流化井內,造成特大安全事故。

          (3)流化床浸涂流化床浸涂(外浸涂,內無靜電粉泵推拉桿噴涂)方式目前還比較普遍。主要應用在外涂 PE,內涂 PE 或 EP 粉末。外涂EP 不建議采用這種方式。這種方式跟井涂有點相似。流化床一般制作 8.5 米長,針對于 6 米鋼管。設計流化床過短,粉末容易從兩流化床兩端溢出,造成浪費。針對于 12 米鋼管橫涂,化床需制作 14.5 米長。這種方式涂層均勻度相比井涂要均勻。缺點是粉末在鋼管外壁上容易出現波浪紋,導致外觀不漂亮。無靜電粉泵推拉桿式噴涂缺點是因為內噴桿在鋼管內面,人員在外面看不到內噴槍桿的出粉效果。當內噴槍桿出現故障,不噴粉,導致內涂層缺失,出現廢品機率較高。粉泵的工作原理是采用壓縮空氣對粉泵形成近真空狀態,流化箱粉末在大氣壓的作用下源源流入粉泵,經內噴桿流出,在鋼管內面形成噴涂涂層,F在這種方式主要應用在鋼管外涂 PE 粉末情況下。

          (4)靜電槍噴涂和靜電槍加長桿噴涂外涂 PE 粉末主要用無靜電粉泵推拉桿式方法,外涂 EP粉末現大多采用靜電槍噴涂。靜電槍噴涂由于噴涂時,粉末在靜電發生器作用下,產生靜電使粉末吸附在鋼管上。涂層致密,質量可靠,這種方式是目前最首選的涂裝方式。但這種方式,要求配置粉末回收系統,使過噴的粉末進行收集。靜電槍加長桿噴涂是在前者基礎上加上長桿,主要用于內涂,深入到鋼管里面,才能噴上粉末。

          (5)瀑布淋涂相對說井涂和流化床浸涂,環保設施相對投資大。這種方式操作性強,設備形成自動化也相當好實現。瀑布淋涂方式大部分應用在大口徑涂塑鋼管,針對于 DN500 以上涂塑鋼管涂裝PE 粉末。這種方式最大的缺點就是環保設施很難制作,整個噴涂區域污染大。瀑布淋涂槽制作與鋼管長度一致或略長,鋼管在瀑布淋涂槽下面進行旋轉。整根鋼管經常發生因為瀑布粉末不均勻,淋涂在鋼管上的粉末也不均勻。雖然可以對瀑布粉末均勻度進行控制,但收到的實際效果還是很差,F在這種方式唯一的解決方案是,制作 1 米或 1.5 米瀑布箱,鋼管既在瀑布箱下面進行旋轉,也可以沿著瀑布箱縱向進行行進。以規避鋼管涂層不均的情況發生。目前對于大口徑涂裝 PE 粉末還是采用這種方法居多,也比較實用。
           

          2 涂裝工藝

          (1)涂裝工藝現狀問題因為 PE 粉末涂裝,鋼管預熱溫度高達 300℃ 。而 EP 粉末涂裝,鋼管預熱溫度在 200℃ 。固化溫度,EP 和 PE 粉末都在200℃ 。當然根據粉末調質不同,鋼管預熱溫度略微有些變化。PE 粉末在固化中發生的是物理變化,可以反復加熱熔化固化。EP 粉末在固化中發生的是化學變化,固化后不可逆,沒辦法進行修補。在涂塑鋼管 PE 中,由于溫度很高,只能進行內外同時涂裝。所以生產線在預熱爐與表干爐設置內涂機構和內外涂機構,內涂扣粉系統、內涂推拉桿式噴涂系統與流化床式浸涂PE 粉末。內涂各種方式都可以針對于客戶各種要求,靈活選定涂裝方式。

          生產線平面表干爐與橋式固化爐之間為鋼管外涂。在平面表干爐與橋式固化爐之間設置接駁裝置,為頂升平移裝置,使鋼管從平面表干爐到鋼管外涂形成接駁。涂裝方式上小口徑管 DN15———DN300 采用的是鋼管旋轉,兩端為夾緊旋轉座,靜電噴粉槍往復沿著鋼管縱向平移,進行噴粉作業,完成鋼管外涂工序。大口徑鋼管 DN15———DN500 口徑采用的是鋼管不旋轉,外涂噴粉箱帶著靜電噴粉槍,實行往復搖擺,并沿著鋼管縱向行走,完成噴粉作業。小口徑鋼管 DN15———DN100 管口略進行人工補噴粉,固化后的管口外觀質量可以達到要求。大口徑鋼管 DN100———DN500 如果采用夾緊座夾緊鋼管旋轉,管口勢必形成粉末旋轉裝,固化后的管口質量不美觀。所以宜采用鋼管不旋轉,噴槍搖擺縱向行走噴涂方式。由于鋼管直接懸掛在橋式固化爐上,鋼管管口沒有夾緊座,外噴后直接進入固化爐,固化后管口外觀質量漂亮。在 20 年前,因為不能解決噴槍搖擺問題,不能解決鋼管外涂粉末均勻問題,這種鋼管不轉直接噴涂方式得以取消。近 10 年,國內大多數鋼管外涂方式為鋼管采用夾緊座旋轉,靜電噴粉槍沿鋼管縱向行走噴涂方式。這種方式對于涂塑鋼管管口質量問題,還是很難處理掉。由于存在噴槍搖擺機構,使鋼管外涂涂層均勻度得到提高。鋼管與噴槍相對位置必須存在旋轉和縱向行走動作,鋼管才能噴粉均勻。

          (2) 涂裝方式研究鋼管涂塑設備涂裝方式 DN15-DN100 鋼管涂裝內外環氧樹脂 EP 粉末,選擇先內涂,后外涂。內涂采用扣粉方式,外涂采用靜電槍噴涂。DN15-DN300 鋼管涂裝內外聚乙烯 PE 粉末,宜采用內外近似同時涂裝,先內扣粉后外流化床浸涂。DN15-DN300 鋼管涂裝內環氧樹脂 EP 粉末,外聚乙烯 PE 粉末,宜采用內外近似同時涂裝,先外流化床浸涂,后內扣粉。DN15-DN300 鋼管涂裝外環氧樹脂 EP 粉末,內聚乙烯 PE 粉末,這種情況基本沒有。鋼管涂塑設備涂裝方式 DN300-DN500 鋼管涂裝內外環氧樹脂 EP 粉末,選擇先內涂,后外涂。內涂采用扣粉方式,外涂采用靜電槍噴涂。DN300-DN500 鋼管涂裝內外聚乙烯 PE 粉末,宜采用內外近似同時涂裝,先內扣粉后外流化床浸涂。DN300-DN500 鋼管涂裝內環氧樹脂 EP 粉末,外聚乙烯 PE 粉末,宜采用內外近似同時涂裝,先外流化床浸涂,后內無靜電粉泵推拉桿噴涂。DN300-DN500 鋼管涂裝外環氧樹脂 EP 粉末,內聚乙烯 PE 粉末,這種情況基本沒有。鋼管涂塑設備涂裝方式 DN500 以上鋼管涂裝內外環氧樹脂 EP 粉末,選擇先內涂,后外涂。內涂采用扣粉方式,外涂采用靜電槍噴涂。DN500 以上鋼管涂裝內外聚乙烯 PE 粉末,宜采用內外近似同時涂裝,先內扣粉后外瀑布箱淋涂,鋼管旋轉并沿瀑布箱縱向行進。DN500 以上鋼管涂裝內環氧樹脂 EP 粉末,外聚乙烯 PE 粉末,宜采用內外近似同時涂裝,先外瀑布箱淋涂,鋼管旋轉并沿瀑布箱縱向行進,后內扣粉。DN500 以上鋼管涂裝外環氧樹脂 EP 粉末,內聚乙烯 PE 粉末,這種情況基本沒有。

          3 生產現狀天津友發管道科技股份有限公司現建有涂塑車間實驗基地,實驗基地二線生產可以生產 DN15———DN100 內外涂 EP,內外涂 PE,也可以生產內涂 PE,外涂 EP。實驗基地一線可以生產 DN15———DN500 內外涂 PE,內涂 EP 外涂 PE,內涂 PE 外涂 EP?梢愿采w市場上現有的各種涂裝要求。實驗基地三線為大口徑 12 米鋼管涂裝,DN300 以上鋼管涂裝。涂裝方式二線設置內扣粉,外靜電噴涂;一線設置內扣粉,內無靜電粉泵推拉桿式噴涂,外流化床浸涂,外鋼管固定式靜電噴涂;也在二線設置內外同時井涂,但現在基本不再采用這種方式涂裝;三線設置內扣粉,外靜電噴涂,外瀑布箱 1.5 米長淋涂,鋼管旋轉并沿外瀑布箱縱向進退淋涂。

          鋼管涂塑設備加工工藝流程為:前處理后鋼管上件———預熱———內涂———表干———接駁———外涂———固化。生產內外EP 涂塑鋼管,工件鋼管預熱后,內涂扣上 EP 粉末,進入表干爐。加熱溫度預熱溫度為 200℃ ,表干溫度為 200℃ 。鋼管內涂時支承點在鋼管外表面,等內涂粉末表干后,內表面層硬化,再進行外涂。外涂支承點在已硬化的鋼管內面,從而達到鋼管內外沒有工藝支點。然后,整根鋼管進入固化爐固化,固化溫度為 200℃ ,完成整個涂裝工藝。生產內 PE,外 EP 涂塑鋼管時。工件鋼管預熱 300℃ ,進行內扣 PE 粉,表干溫度為 200℃ ,也正好是鋼管外涂 EP 粉的預熱溫度,表干后的鋼管進行外涂EP,固化,完成整個涂裝工藝。生產內外 PE 管時,三段式爐體不用啟動固化爐。鋼管預熱 300℃ ,進入流化床外涂,內噴槍同時內涂系統。內外涂裝后的鋼管,直接架在鏈條上,使鋼管外表面形成支點。由于 PE 粉末在硬化后,發生的是物體變化,沒有變性。固化后的 PE 外涂層支點,用火槍烤熔,加點 PE 粉修補,再用火槍固化,就能達到產品涂層性能。生產內 EP,外 PE時,直接預熱 300℃ ,涂上外 PE 層,等冷卻到 200℃ 時,再扣上內涂層 EP 粉末,涂上粉末的鋼管架在鏈條上進入固化爐固化。固化后鋼管外涂層 PE 有支點,人工可以修補。鋼管 PE 粉末和 EP 粉末固化溫度是 200℃ ,需 15 分鐘。鋼管 PE 粉末和 EP 粉末固化溫度是 180℃ ,需 20 分鐘。在實際生產中,表干爐溫度以 EP 粉末的預熱溫度為準,溫度為160℃ 左右,低于粉末固化溫度 180℃ 。內涂層在表干爐內不會變性,只是表面干透,具有一定的機械強度。所以也不用擔心,內涂層經表干爐,再經固化爐固化,固化時間過長而導致內涂層老化的問題。加熱用能源方面,宜采用天然氣供熱,由天然氣燃燒機配置熱循環風機,把熱交換室內的熱量源源打入到預熱爐,表干爐和固化爐內。不建議采用中頻感應圈加熱方式。一為耗電量大,生產成本高。二為鋼管涂裝前端后端不一致,涂層不均勻,質量難以控制。目前國內涂裝設備大致主體思路,工藝涂裝方式基本是先內涂,后外涂方式,這種方式存在很多優點,對于將來研究出來不用固化的 EP 環氧粉末和不用固化的 PE 聚乙烯粉末,是一個很好的方案。先外涂,后內涂方式國內基本沒有,目前還在考究階段,這是將來本行業研究的另一個方向。

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