电泳涂装生产线设备简介

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所属分类:设备工艺

电泳涂装设备一般由电泳槽、循环过滤系统、冷却系统、超滤系统、电源系统、阴(阳)极系统、涂料补加系统、后冲洗系统等组成。

不同的电泳漆品种对涂装设备的要求有一定的差异,电泳涂装工艺及设备设计或选用不当所导致的涂装质量问题,单靠管理是克服不了的。所以,涂装工艺及设备的设计,作为涂料供应方应尽早介入,提供必要的技术支持,即所谓的“售前服务”才能确保涂装的正常进行,即涂膜质量的正常。

电泳槽

电泳槽是电沉积涂装作业的浸槽,由三个基本部分组成:主槽、副槽及贮备槽。

主槽:一般有方形和船形两种,船形槽适用于连续式生产,根据工件大小及生产的速度来设计主槽的体积和尺寸;两端的斜坡长度取决于被涂物出入槽的角度。方形槽适用于步进间歇式生产。

为保证槽液有较好的搅拌状态和最佳的极间距,槽体两壁与被涂物要留有间隙,对于汽车车身的涂装,一般要求工件距液面及极板间隔应大于300mm,距槽底间隔应大于400 mm。

副槽:一般电泳槽的出口端设有溢流槽(副槽),其作用是使槽液形成稳定的层流状态,消除主槽表面的气泡及漂浮物。

副槽与主槽间设有可调式堰板,以调节主槽液位及表面流动状态;但主、副槽的落差不宜超过150mm(一般为50mm以内)以防起泡。

主、副槽底部宜设一连通管道,同样可以起到调节主、副槽之间的液位及防止副槽出现沉降物。

槽底和转角都应设计呈弧型,尽量清除循环死角,槽液的总容量在满足各种要求的前提下应尽可能的小,以缩短更新周期和配槽投料费用。

备用槽  备用槽供清理维修电泳槽系统设备时储存电泳槽液,其容量应能容纳全部的槽液,并有槽内自循环喷流装置。

各槽体应具有足够的强度,防止装满槽液时槽体变形,一般采用6-10mm厚的低碳钢板双面焊接而成,外壁用槽钢加强。

电泳槽内壁及液面下的所有金属构件都要进行绝缘防腐处理,绝缘要求能耐2万伏电压。

循环系统

槽液循环搅拌系统有以下三个主要功能:

  • 保持涂料均匀混合,防止颜料在槽液中析出、沉淀。
  • 进行过滤,除却槽液中的杂质颗粒及油污物质。
  • 经过热交换器,控制槽液温度。

循环系统的设备包括:泵、管路、过滤器、换热器、阀门温度计、压力表等。

循环系统工艺设计的要求:1)使槽液沿单一路线连续运转,且成层流状态,液面运动方向与运输链运动方向相同,实际经验证明:这样可以得到最洁净的车身。2)槽液循环过程中,确保液面流速不应小于0.2m/s;靠近槽底部的槽液流速最低为0.4m/s;槽液在循环管路系统内的流速必须都保持在0.4m/s以上,以防止在管路系统中沉淀。3)槽液的循环量要求为4-6个槽容量/小时,即以此来选择循环泵的流量。

在电泳槽液循环系统中,一般采用卧式及立式端吸式离心泵;分体卧式泵要求采用双机械封闭,因此需增加液封设备,通常采用洁净的超滤液或去离子水,压力3-5kgf/cm2。泵转速选择低于1450rpm。

立式泵通常安装在溢流槽上,泵吸口要伸至距槽底不小于1.5倍管径处,以尽量减少涡流及在清理槽液时又能够最大限度抽空槽液。

所有泵都应装有防止大的杂质颗粒损坏叶轮及泵壳的保护装置,立式泵要配有安在泵头(吸口)的双层可拆卸的钢网,并涂以绝缘涂层。

卧式泵必须有可靠的阀将泵与系统分隔,泵最好安装低位排污口,及供冲洗用的去离子水接口。

备用泵是杂质污染源,并且很难保持清洁,因此,应避免将其安装在系统中。

槽内喷嘴可采用文丘里喷嘴或鸭嘴式,其材质可采用PVC,ABS或碳钢,后者必须涂布环氧树脂。

压力表安置的位置对减少堵塞极其重要,通常安装在管线的上端,不能用水平或环形连管。

闸阀、球阀、偏心阀及蝶阀可用于电泳系统,其结构、材质、布置对延长使用寿命很重要,阀门要尽可能地靠近“T”型结构安装,以使阀面可以得到冲刷,不形成死角。

铜、黄铜、铝或镀锌组件不能用于电泳系统,否则将导致组件损坏并污染槽液。

理想的垫圈材料是异丁橡胶和聚四氟烯。氯丁橡胶和丁苯橡胶不能使用。

过滤装置

为了确保良好的电泳涂膜的外观质量,在槽液的循环管路中,在泳后清洗的循环UF液及循环去离子水管路中都应有过滤器装置,对槽液、循环清洗液进行最大限度的过滤。

槽液中机械杂质(环境污染、被涂物带入污染),凝聚颗粒(前处理带入的杂质与涂料反应生成的脏物)都将依靠循环系统中的过滤装置来清除。因此,要求过滤通过量2-4倍槽容量/小时。

常用的过滤器为袋式过滤器,过滤袋为无纺布材质,或聚丙烯材质。

过滤器由主循环泵驱动,推荐在每一个主循环泵上串联两台袋式过滤器,这种配置方式中,第一个过滤器选用孔径较大的过滤袋,以除去大部分大颗粒杂质,第二个过滤器选用较小孔径的过滤器以除去细小颗粒。

阴极电泳过滤袋可选用聚丙烯过滤袋;阳极电泳过滤袋为无纺布。

阳极电泳槽液过滤精度一般采用能通过50-75μm的过滤介质过滤袋。

阴极电泳槽液过滤精度一般采用能通过25-50μm的过滤介质过滤袋。

过滤器的清洗及过滤袋的更换视过滤器上的进出口压力而定,一般过滤器管线上并联旁通管线(推荐采用并联双桶过滤器的安装形式),在过滤器上应设置最低排放点及上排气口,过滤器壳材质最宜采用不锈钢。

实践证明:过滤效果的好坏,不仅取决于过滤精度,也决定于吸口位置,一般认为,从溢流槽底部抽出的过滤吸口位置主要过滤比重较轻的颗粒。从入槽端斜面的底部吸出的过滤杂质比重较大。

因此,建议在电泳槽的前端安装一独立的过滤回路,由一个独立的泵将槽液输送到该过滤器中,通常也选用袋式过滤器,过滤精度为100-150μm,这类过滤,主要用于除去当被涂物(车身、驾驶室)浸入电泳槽时,冲掉下来的金属碎屑等杂质,或是沉淀在底部,后又聚集在进口处的颗粒杂质。

新的电泳涂装主循环管线中,建议设计安置磁性过滤装置及吸油过滤袋。

清洗系统(后冲洗)过滤装置

在泳后清洗系统中建议采用袋式过滤器,以收集除去凝聚的涂料颗粒,过滤精度为25-50μm,在细微颗粒较多的情况下,应更换100μm孔径的过滤袋。

    超滤系统的过滤

超滤系统中采用预过滤器,可以防止颗粒堵塞超滤膜,一般选用100-150μm的袋式过滤袋。

热交换(冷却)系统

电泳涂装过程中,由于电解反应产生的热量、泵机械搅拌转化的热量、被涂工件带入的热量及施工环境温度的影响,槽液温度变化较大,因此,对电泳槽的温度必须有一个控制装置。

一般情况下,槽液温度控制:冷却用7-10℃的冷水;加热用40-45℃的温水。整个调控系统由热交换器、泵、水源(冷、热)循环管路、温水加热器、冷却机组、温度控制器、调节阀等组成。

热交换器一般安装在主循环管上,袋式过滤器之后,其压力要始终超过冷却水的压力,以防槽液污染。

热交换器可使用不锈钢制造的板式或列管式换热器,并应装有排放口及去离子水冲洗连接管路。根据进出口压力读数,定期进行清洗。

为了便于槽液温度自动调节,通常采用测温元件与冷却水进出电磁阀(气动阀)联锁装置。

超滤系统

 

超滤系统在电泳涂装中的作用

  • 提高经济效益,实现电泳后的闭合回路清洗方式,提高涂料的利用率。

.减少后冲洗水的赃物,减少污水处理量及费用,有利于环境保护。

  • 除去杂质离子、净化槽液、提高、保证涂膜质量。

超滤(UF)是流体在压力驱动下的膜分离过程。采用特定的多孔分离隔膜,将槽液中的水,有机溶剂,无机离子和小分子树脂透过隔膜,成为所谓的超滤液。

在超滤装置中,由泵供给槽液,在许多生产线中,安装一个称为清洁箱的独立的泵站供超滤泵使用,这样可以保证只让清洁的槽液进入超滤器,槽液通过过滤器后,以主循环进入清洁箱,过滤器可以除去可能堵塞精细超滤膜的槽液杂质。此外,在生产线中,超滤器与超滤泵之间超滤管路中还配备有袋式过滤器。

UF装置按超滤膜组件的支承体形状可分为管式、卷式、中空纤维和板柜式等几种,其中管式半透膜应用较多,有单管和多管之分,卷式超滤器也开始普及,美国AMT、ABCOR、 KOCH公司的UF装置在国内普遍使用,江苏无锡,湖北沙市等地也生产UF装置。

超滤膜的工作参数:

透过率  指单位时间内透过单位面积的超滤膜的UF液流量,单位:L/m2.h;在一定的压力范围内,透过率与槽液流速、膜两侧压力、槽液的固体份、温度等有关。

截留率  是超滤膜能截留多少分子物质的能力,通常以固体分截留率表示:

R=(Co-CaF)/Co×100

式中:

R为截留率

Co为槽液的固体份

CaF为超滤液的固体份。

UF装置的选用原则:

根据每小时最大涂装面积计算所需UF装置的透过量,进行确定UF膜面积的大小。

一般要求电沉积后,每平方米涂装面积应提供1.2-1.5L左右的新鲜超滤液,并适当考虑30-40%的系数。

UF装置透过量下降设计流量的70%之前,应即进行清洗。如恢复不理想或清洗后下降又很快,则应按照使用说明书或向UF装置供应厂家咨询,需进行再生活化层的清洗处理。

UF膜与阴(阳)极电泳涂料的品种有一定的匹配性,在选择超滤器之前,要进行配套试验,考察膜的透过量、截留能力、衰减周期及膜的耐化学介质稳定性。

UF泵和管路与电泳主槽循环系统的连接方式

(1)闭合UF装置内循环方式:由专用泵不断地补给槽液,槽液在UF泵、UF装置成闭路循环,经UF装置的槽液部分返回电泳槽。

(2)UF装置设置在电泳主槽循环系统管线上,经UF装置的槽

液全部返回电泳槽。

超滤液贮存槽可以用低碳钢或不锈钢制造 ,前者要有环氧树脂涂覆保护。

超滤系统要有温度传感器,可以在规定的高温极限停止工作,以免损坏超滤膜。

超滤隔膜系统(超滤管、筒)漏漆时,要采取隔离,有更换措施,防止渗透液被污染。

超滤液应保持清澈透明,才能取得最佳冲洗效果。

超滤装置使用应注意如下事项

1)24小时不间断运行,停机次数和时间减至最小。

2)避免处于低流速状态。

3)在超滤泵出口及浓缩液出口,透过液阀门开闭状况没有确定前不能开泵。

4)含硅物质(润滑剂或油脂),不能通过超滤器以免引起堵塞。

反渗透(RO)系统

反渗透(RO)是供参考选择的、紧跟于超滤排放液之后的可获得RO浓缩液和RO渗透液的单元。

它由与超滤液贮箱相连的泵供料,超滤液进入该单元后制得的RO渗透液返回电泳系统,而含有离子成分的RO浓缩液则被适量排放,这个过程有效地降低排放废料量和溶剂使用量,因为溶剂返回到RO渗透液,当用RO渗透液代替最终的去离子水冲洗时,由于取消了电泳过程中冲洗水的排放,因此,循环进一步封闭,在最后冲洗中损失的漆料得到回收,去离子水消耗下降,废水处理费用降低。

象超滤一样,反渗透也是一个膜分离过程,虽然RO与UF膜可以有相同的化学组成,但是RO膜比UF膜的透过率更小。

UF膜让小的离子和有机物质通过,RO膜不让离子和分子量很低的有机物通过。进入RO单元的UF渗透液量的60-75%成为RO渗透液,这个百分数(渗透/进入)称为单元回收率。进料量的25-40%不透过膜,这样,在RO渗透液、浓缩液和进料液里的溶剂含量基本相同,也即60-75%的溶剂被回收。

RO单元由四个压力容器(PV)来描述,一部分浓缩回去可提高回收率,清洁槽(CIP)允许通过计量的化学物质再循环清洗,pH控制系统含有一个pH电极和加酸的泵,维持进料液的pH值为5.0±0.2。

用RO渗透液进行封闭冲洗是反渗透对电泳系统的另一个作用,UF液主要用来喷淋刚电泳后的工件,随后通常用去离子水冲洗,然后排放,而这部分排放的冲洗液中含有涂料,因此,若结合RO冲洗则可减少涂料消耗、去离子水的使用量和废水处理量。

 

阴极电泳涂装的阳极系统

酸是阴极电泳过程的副产物,为控制连续生成酸而形成的不平衡,需配置阳极液系统。阳极液系统的作用就是转移电泳槽里的酸和接电。

阳极系统的核心是一个特殊构成的离子选择性半透膜。半透膜安装在沿电沉积槽两侧分布的各个阳极箱表面,半透膜只允许酸进入而不可能返回到槽中。

阳极盒中的稀酸溶液以及通过循环管路相连的贮槽中的稀酸液统称阳极液。在阳极盒中,都装有不锈钢阳极板,它们为电沉积过程提供电场。

在电沉积过程中,阳极液中的酸含量会持续上升,为了防止酸浓度过高,对每个阳极盒中的电解液进行连续循环是必须的。过高浓度的酸使阳极快速溶解,也导致涂装缺陷。为此,需要一套输送去离子水至阳极液和阳极盒的装置,用来稀释阳极液浓度。在加水过程中,溢流出的阳极液可直接排放。

阳极液系统是由阳极盒、极液往返循环管路、泵、极液槽、电导率和浑浊度控制仪、去离子水供给管路等组成。

阳极液循环管路必须用能耐pH为2-5的有机酸的不锈钢管或塑料管制成。

阳极液的循环量为6-10L/min/M2,不断冲洗阳极,带走有机酸等阴离子,每个极罩的进液管上要装一个流量计,如果极液返回管为塑料管,应考虑阳极液的接地。

阳极液参数的控制是电泳槽液控制的一个重要部分。操作人员应经常取样分析,测定极液中的pH值,电导率的变化,以及极液的浑浊度。

若极液浑浊,说明有槽液进入阳极系统,一旦有槽液进入阳极系统内,电沉积时,会使阳极隔膜内表面涂上漆,从而使得阴阳极之间的流动受到影响,从而影响涂层质量和生产效率,当发现极液浑浊,应立即停止极液循环泵,在可能的情况下,切断直流电源,查出有漏漆的阳极罩,将其与系统隔断,进行检修或更新。

阳极系统的主要功能是除去槽液中的酸,由于阳极箱的数目由阴/阳极比所决定,一般场合阴极/阳极面积选择为4:1。如果阳极系统除酸的效率大于设定值时,必须经常向槽液中补加酸,以维持设定的pH值和槽液的稳定性。

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