涂裝生產線及其烘房的優化！

文/楊柳

涂裝生產線中，烘房占有重要的地位。工件表面被涂覆了涂料后，需經過烘房的烘干固化，才能形成美觀牢固的涂層。高性能的涂料不僅對固化的溫度、時間要求嚴格，而且對烘房設備的內部環境即烘房工作區內的溫度均勻性也有很高的要求。只有優越的烘干環境和條件才能使烘干質量得到充分的保證。

針對烘房的能耗和工作區的溫度均勻性問題，國內外的研究主要集中在結構、加熱方式和工藝上。

1、結構上的改進研究

烘房在結構設計上應該滿足烘干件表面涂層的均勻性，同時，應盡量減少烘干能源消耗。采用高效的保溫材料和加熱元件以控制室體保溫壁熱的損失，合理設計壁板間內骨架的結構和運輸鏈的結構。烘房體積要盡可能的小，減少散熱面積，從而減少通過圍壁散失的熱量。要注意結構應有利于熱空氣的循環流動，不要形成死角，盡量使烘房內溫度均勻。

目前國內外涂裝線烘房的研究按結構可以分為：直通式烘房、橋型烘房和A型烘房。

①直通式結構

直通式是比較原始的烘房設計，其結構就是一般的長方體房間，國外鋼桶涂裝線烘房使用的基本上都是直通式，直通式的設計較為簡便，成本也比較低，到目前多數企業使用直通式。

但直通式烘房存在熱損失大、進冷空氣量大、廢棄量大以及烘房中間和進、出口處存在著溫度不均勻的梯度現象。

②橋型結構

橋型烘房，又叫U字型烘房，其結構就像橋的形狀，橋型烘房能夠彌補直通式烘房的不足，所以在將來，將會得到了廣泛的應用。相對于直通式烘房，橋式烘房進、出口段熱空氣的密度較輕，熱空氣上浮，冷空氣下沉從而能夠形成氣封，有效地阻止熱量的溢出和外界灰塵的進入，同時，烘房內部溫度的均勻性有了一定的改進。

德國大眾公司曾建成的一條水性漆涂裝線的烘房，在烘房的入口和出口采用兩種不同的提升機構，烘房內采用了往復式運輸機，空氣加熱后進入烘房，可以解決滴液問題，廢氣量減少一半，節能20%～30%。

③A型結構

A型烘房在降低熱損失和減少占地面積方面優于橋式烘房和直通式烘房，烘房的熱風采用二道過濾，提高了熱空氣的清潔度，將油漆靜置室內的空氣引入烘房，在下一步的循環中和烘房中揮發的溶劑一起吸入燃燒爐進行燃燒。

溶劑全部分解成二氧化碳和水，大大減少了污染，因此也得到了廣泛的應用，A型烘房的熱量封閉和熱能利用更加合理。

2、加熱方式上的改進研究

烘房加熱方式的設計必須滿足使房間具有一定的加熱速度和烘房內部溫度分布的均勻性。室內循環空氣保持潔靜并考慮防爆和廢氣處理，對于采用對流式加熱的烘房，要控制排氣熱損失和室體出入口熱損失，循環風速和冷空氣量。熱風循環管道和廢氣處理余熱的利用，對于采用輻射式加熱方式的烘房，要選擇合適的輻射器，控制好工件表面與輻射器的最佳間距。

在熱源的選擇上要在滿足工藝條件的的前提下選擇盡可能經濟的和比較方便維護的能源，最好選用具有控溫精度高、穩定性好、利用率高、安全可靠、故障能自動判斷和切斷等綜合優點的能源。烘房按不同的加熱方式可以分為：對流式烘房、輻射式烘房和對流輻射式烘房。

①對流式結構

對流式烘房主要選擇對流烘干為其主要加熱方式，對流烘干是采用電、燃氣、燃油燃燒生成物與空氣的混合物或者采用燃氣、燃油燃燒，間接加熱的空氣作為介質以對流換熱方式加熱工件。具有生產費用較低，能加熱各種形狀的工件，設備運行穩定性比較高等優點。但存在設備龐大、占空間、加熱系統熱惰性大、加熱時間長、效率低、保溫性能不佳、爐內溫度不均勻等缺點。

②輻射式結構

輻射式烘房主要選擇輻射烘干為其主要的加熱方式，輻射烘干用電流加熱輻射元件，使其產生適合涂層吸收的紅外線，以輻射方式直接加熱工件表面。由于遠紅外是直線傳播的，對于形狀復雜的工件，易產生陰影，要控制輻射器距工件的距離，要求涂層均勻，以免烘干時產生氣泡。輻射烘干具有傳熱效率高，烘干速度快，烘干溫度高，熱惰性小，設備結構簡單等優點。但烘干范圍比較小，對于復雜的工件表面容易產生溫度不均勻的現象。

③對流輻射式結構

對流輻射式烘房采用了對流和輻射相結合的加熱方式，烘干溫度高，并且比較均勻，能量利用率高，設備結構復雜，投資大，對于大中型形狀復雜的工件比較有優勢，也比較適合各種油性和水性涂料。

此外，電磁感應式烘干利用高頻電流在導線內部造成快速脈動磁場，使工件機體表面產生感應電流而加熱，對工件涂層進行干燥，干燥速度快，但需要大功率的高頻發電設備，設備一次性投資費用大，僅適用于厚壁金屬工件的涂層。

3、工藝上的改進研究

①涂裝新工藝的改進

一些新的涂裝工藝和涂裝方法的應用對烘房的改進也有重大的影響，日本馬自達公司開發成功的3C1B涂裝技術，將傳統涂裝工藝簡化，取消分涂烘干工序，即內涂、外涂在連續涂裝后一起進行烘干的涂裝方式，這種涂裝方式對烘干工藝的改進產生了較大的影響。

②烘干時間和烘干溫度的調整

烘烤型涂料在一定的溫度范圍內，其烘干時間和烘干溫度成正比，根據日本關西涂料公司資料介紹，KT-10涂料在工件表面溫度達180℃，保溫10分鐘和工件表面溫度170℃，保溫20分鐘達到同樣的效果，對于不同的涂料和涂層標準，要尋找其最合適的烘干時間和烘干溫度，實現節能。

③廢氣處理新技術的應用

烘干工序不但是涂裝線耗能最多的工序，也是產生VOC和CO2的重要來源。目前比較先進的涂裝線烘房多采用多循環對流加熱方式，爐膛空氣重復循環，有機物氣體含量高時，需要不斷排出，以維持其濃度不超過爆炸極限。但這些排出的氣體溫度高并且含有可燃氣體，一般經過處理后才能排放。

因此，國內外通常進行尾氣燃燒、能源綜合利用等方式進行節能。使用直燃式的燃燒裝置燃燒處理VOC，能使VOC排出量降到25g/m2（約降低60%），可是設備大型化，燃燒需消費較多的能量，而使CO2排出量增加20%～60%。使用陶瓷蓄熱式廢氣焚燒爐（RTO），將烘房排放的有機廢氣集中在它的燃燒室內焚燒氧化生成二氧化碳和水，再經過蓄熱室蓄存熱量后排放，蓄存的熱量用于預熱新進入的有機廢氣，既控制了排放的有機物量，又達到了節能目的。

涂層的烘干在涂裝過程中占有較長的時間，一般也是涂裝生產線耗能的最主要工序，因此涂層的烘干過程對生產線的運行成本有很大的影響。所以烘房必須在保證涂層烘干質量的同時（烘干質量的好壞取決于烘房內工作區的溫度均勻性，而進風口的風速均勻性，影響著烘房內工作區的溫度均勻性），要有良好的保溫性、能源的轉化率要高；要有較高的熱效率，節約運行成本；向低能耗、少污染的方向發展。

通過對涂裝烘房的研究現狀分析，可以發現，涂裝生產線中烘房系統的發展方向為：節能、降耗、降低運行成本為主要目標。而且，長期以來，對烘房內工作區的風速場、溫度場均勻性研究不是很多。

目前很多國內企業的鋼桶涂裝線烘房，存在著能耗過大以及存在部分烘干件的烘干質量不均、抗腐蝕性不強等現象。