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作者 ：宁慧霞1 ，于晓丽 2 (1 武汉神龙有限公司技术中心车身分部油漆工艺室，武汉 2．武汉大学动力机械系，武汉 ) [据涂料涂装资讯网报道] 摘要：分析了砂芯涂料全对流加热、全辐射加热方式的吸热特点及利弊，通过各方案技术性分析，确定砂 芯涂料烘干炉以悬链输送工件、强制对流换热与辐射加热相结合的加热方式为佳。 关键词：对流与辐射复合加热；砂芯涂料烘干方式；砂芯涂料 1 引言 砂芯的主要成分为树脂砂，其导热系数较低，在涂料烘干过程中，其表面的热交换应当以采用强制对流传热为主，国内外砂芯涂料烘干通常采用全对流加热或全辐射加热方式。本文结合现有的砂芯涂料烘干设计，对各种炉型加热方式进行技术论证，确定出适合砂 芯涂料烘干的最佳方式。 2 砂芯涂料烘干技术方案 按工件输送方式有 2 种方案可供选择，分述如下。 2 ． 1 链板输送全对流式烘干炉 (1 )股计方案。链板输送式烘干炉结构见图 1 。设备包括烘干炉体、热风循环系统、排风系统、风机平台、输 送机构、控制系统。 (2) 炉子工作原理。通过空气加热器内的电加热管先加热空气，再利用热空气作为载体以强制对流换热方式对工件涂层进行间接加热，考虑到空气循环系统中的热损失及热空气泄漏，要求热空气温度高出工件加热工艺温度 30 ～ 5O ℃ ，并要求有较大的送风量，这就造成设备能源消耗大、运行成本高。 (3) 方案技术性分析。由于链板输送带上工件密集，这就存在两方面的问题。 图 1 链板输送式烘干炉 一 是工件底部的气流阻力大，只有保证送风速度足够大时，才能使工件与扩散的热气流直接进行对流换热。否则，以低速送风时，热气流在烘干炉上部回风负压的作用下，热空气未能达到工件表面就会产生回流，并在烘干炉顶部形成涡流区。另外链板与工件接 触面大，热气流受阻，热量只有通过链板传导到工件， 或通过微小热空气辐射使工件受热，造成工件表面吸热程度不同，引起工件温度不均匀。 二是工件底部涂料的烘干机理是靠链板导热及空气的辐射，而导热量及辐射热均与温度有关，通过提高炉温增加热流密度来强化工件加热过程，以达到工件温度均匀性。这就要求炉温至少为 180 ℃ ( 涂料正常固 化温度为 150 ℃ ) 。 例如烘干炉的生产率为 3 600 kg ／ h ，炉温为 180 ℃ ，炉体尺寸为 42 m × 2 ． 54 m × 1． 42 m ( 长×宽×高 ) ，加热总功率为 600 kW ，工作时平均功率为 528kW ，烘干时间为 1 h 。若将有效热及热损耗统一折算成工件需热量，则得到：528 ÷ 3 600=0 .15 kW ／ kg 工件在烘干过程中受风力作用，砂芯表面浮砂及断芯部位疏松砂脱落至炉体底部，会因为链板的遮挡而阻碍清理工作。 从节能角度考虑炉体结构时，应使它的有效加热空间为最小，并将送风、回风管尽可能布置在炉体内，减少管路外露产生的热损失。链板从炉体底部通过则无法布置回风管，只能采用上送风、上回风方式，设备 空间占用较大。 风机噪音对环境影响较大。对于 2 台几何形状和功率相似的风机将产生合成的功率级噪音 (PML) 。 PWL=24+10 lg QP 式中： Q ——风机容量流量， m ／ h ； P —— 总压力， Pa 。 对于型号相同的风机并联运行，在总流量增加的 同时，合成噪声大于单台风机。 2 ． 2 悬链输送式烘干炉 下面以同一尺寸 ( 炉体加热部分尺寸为 26 ． 9 m × 1 ． 14 m × 0 ． 98 m ) 、相同的输送方式 ( 链速可调的普通悬链 ) 、加热方式不同的烘干炉为例，比较其技术性能。 2 ． 2 ． 1 悬链输送全辐射式烘干炉 (1) 设计方案。在贯通的室体内部两侧墙壁上安装电阻带式辐射器可根据各区间需热量大小，安装不同功率的辐射器。炉内无排风装置，只在炉顶中部的自然排放口进行排湿。 (2) 烘干炉工作原理。空炉加热升温到工艺温度 (220 ℃ ) 时，根据炉温状况自动调节辐射器通断率。开始工作时，砂芯在炉外上涂料 (30 min) 的同时悬链开始运行进入炉内至装满，悬链停止。即烘干炉为断续生产式。将炉子进出口关闭，加热烘干工件至 1 h 后启动悬链，工件出炉 (30 min) 。 (3) 方案技术性分析。全辐射式烘干炉溶剂蒸气从工件表面挥发时，由于固体分子对气体分子具有较大 的吸引力，故在工件表面会产生一层被吸附的溶剂或 水分子蒸气膜，气膜不仅阻碍涂膜中溶剂和水分子继续蒸发，而且降低红外线辐射的穿透率，因此辐射烘干时，溶剂外扩散速度降低，炉内水气排放不畅。致使炉内湿度增大，降低了烘干速度，因此只有通过提高辐射温度，才能保证工件的烘干时间，该方法将造成设备功耗增大。此炉子生产率为 766 kg ／ h ，炉子温度为 220 ℃ ，加热总功率为 320 kW ，工作时平均功率为 224kW ，烘干时间为 1 h 。若将有效热及热损耗统一折算成工件需热量，则得到： 224 ÷ 766=0 ． 29 kW ／ kg 2 ． 2 ． 2 悬链输送对流辐射复合加热式烘干炉 (1) 设计方案。悬链输送式烘干炉设计方案见图 2 。加热采用换热效率较高的对流、辐射复合加热方式，工件连续通过炉体，悬链速度根据生产量进行调节，确保烘干时间为 30 min 。 图2悬链输送式烘干炉 (2) 输送式烘干炉工作原理。工件首先进入炉内有效加热段，进行强制对流换热及辐射加热，吸热后工件 蒸发出的水气及溶剂经炉顶的排风口在离心风机作用 下进行高空排放。工件随后分别进人保温 I 区及保温Ⅱ区实现对流和辐射复合加热，达到涂料由表及里干透的目的。整个加热功率布置均以电阻带直接加热为主，强制对流加热为辅。所谓对流加热是指炉内气体在离心风机作用下送人加热系统，空气经过电加热器加热后，通过风管再送人炉内形成热射流场，从而实现空气与工件间的热交换，热交换后的空气由回风管返回空气加热系统循环加热。 (3) 方案技术性分析。炉内 3 个温度不同的区域共用一套热风循环系统，分别采集 3 个区的温度信号，只有 3 个区的温度均达到工艺温度，才能控制空气加热器的通断 ( 空气电加热器 120 kW 仅有 40 kW 可调节，正常工作时一般为全功率投入 ) ，而辐射功率的导通率为 20 ％ ～ 40 ％ ，充分体现工件以对流加热方式为主，辐射加热方式为辅的优点，又因利用离心风机排风除湿，对于提高烘干质量和效率，降低设备的成本具有重 要意义。 此炉子生产率为 2 300 kg ／ h ，炉子温度加热区、保温 I 区均为 175 ℃ ，保温Ⅱ区为 165 ℃ 。加热总功率为 320 kW ，工作时平均功率为 247 kW ，烘 5 ． 2 高效纳米防污涂料采用微胶囊技术引，用一种水溶性的树脂材料将纳米级防污剂 ( 如纳米级氧化亚铜、纳米级氧化锌等 ) 细胞包覆形成微粒，然后配制在涂料中，在实际应用中，由于海水的作用使微胶囊逐渐溶解，缓慢而有效地释放出防污剂，达到稳定的防污效果。 5 ．3 可溶性硅酸盐防污涂料 海洋污损生物的适宜生长环境是 pH 为 7 ． 5 ～ 8 ． 0 的微碱性海水 ，强碱或强酸性的环境均不易生存。 硅酸盐 ( 如沸石，即含结晶水的硅铝酸盐 ) 可作为防污剂，其防污机理可能是离子交换或分子筛作用，硅铝酸盐中的阳离子与海水中 H -等进行离子交换，释放出防污剂，实现防污功能。海洋化工研究院研制成功的以碱式硅酸盐为主要防污剂，配以适当的渗出调节剂、助剂，以可水解的丙烯酸树脂为基料的 2 年期效无毒防污涂料，已有 3 年实船挂板试验数据， 20 余艘 船进行了实船涂装。 6 展望 开发环境友好型防污涂料是 21 世纪海洋涂料的发展方向之一，无毒低表面能防污涂料、无锡自抛光防污涂料、来源广泛的生物仿生防污涂料将是未来发展的重点所在，发展新型的海洋防污涂料技术势在 必行。 虽然各种新型的防污涂料还需要克服各自的难点：①低表面能防污涂料中的氟化物系列涂料的防污性能较好，但是价格昂贵，有机硅系列涂料的价格低于氟涂料，但其防污性能和力学性能较差，对它进行各种改性的工作还需要深入；②对生物防污损机理的研究需要深入，天然防污剂的分离提取技术以及人工化学合成技术有待于提高；③在研究涂料的同时，还要研究相应的清理设备，随着产品开发的不断深入，各种配套设备的设计制造技术也要紧跟上。 相信实现新型海洋防污涂料的商业化、实用化将 为期不远。