摘要：工程機(jī)械大型鑄鐵件(如叉車、挖掘機(jī)、礦機(jī)等的平衡重)涂裝的涂膜固化一般采用傳統(tǒng)的熱風(fēng)循環(huán)或電加熱烘干。由于鑄鐵件壁厚、吸熱大、烘干時(shí)間較長，導(dǎo)致爐體長度較長，熱效率低，能耗高，且我公司鑄造面漆線為改造項(xiàng)目，線體空間有限。針對各方面因素，對各種紅外加熱設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研，zui終確定采用天然氣觸媒紅外輻射加熱與熱風(fēng)循環(huán)加熱相結(jié)合的方式，對涂層進(jìn)行烘干固化，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
0 引言
工程機(jī)械大型鑄鐵件(如叉車、挖掘機(jī)、礦機(jī)等的平衡重)涂裝的涂膜固化一般采用傳統(tǒng)的熱風(fēng)循環(huán)或電加熱烘干。由于鑄鐵件壁厚、吸熱大、烘干時(shí)間較長，導(dǎo)致爐體長度較長，熱效率低，能耗高，且我公司鑄造面漆線為改造項(xiàng)目，線體空間有限。針對各方面因素，對各種紅外加熱設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研，zui終確定采用天然氣觸媒紅外輻射加熱與熱風(fēng)循環(huán)加熱相結(jié)合的方式，對涂層進(jìn)行烘干固化，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
1 天然氣觸媒紅外輻射固化技術(shù)應(yīng)用
法國zui早開發(fā)了用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)加熱的催化燃燒紅外輻射加熱裝置。1953 年,SUNKISS MATHERM公司開發(fā)了一種輻射紅外技術(shù)特別適合油漆干燥、融合與聚合，經(jīng)過多年的技術(shù)完善與發(fā)展，現(xiàn)觸媒紅外板設(shè)備產(chǎn)生的中波對涂層非常敏感，對于沒有涂層的金屬、木材以及空氣等物質(zhì)加熱效果不明顯。
2 天然氣觸媒紅外輻射加熱原理及優(yōu)點(diǎn)
天然氣觸媒紅外輻射加熱原理如圖1所示，圖中紅色線為電加熱絲被夾在催化棉層中間，先對每塊觸媒紅外板電加熱管通電加熱，讓催化棉層內(nèi)升至一定的溫度(約150℃)，電升溫過程為10~15 min，當(dāng)催化棉層溫度達(dá)到150℃時(shí),系統(tǒng)自動斷電，這時(shí)天然氣從觸媒紅外板背后進(jìn)人，通過均壓層和催化棉層，天然氣與空氣按一定比例混合在催化棉層表面進(jìn)行無焰燃燒，在紅外板催化棉層表面形成低能量基，生成振動激發(fā)態(tài)產(chǎn)物，并以紅外輻射方式釋放出能量，其產(chǎn)生的中波對涂料中的羧基和羥基有非常明顯的加熱效果。
觸媒催化紅外燃燒特點(diǎn)：1)比傳統(tǒng)熱風(fēng)烘千運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約50%左右；2)時(shí)間上僅為傳統(tǒng)熱風(fēng)烘干的幾分之一，減少爐體長度；3)中波紅外光穿過空氣直接作用于涂層，不需要再加熱空氣；4)因?yàn)槭侵苯蛹訜嵬繉觾?nèi)部，所以涂層內(nèi)揮發(fā)物揮發(fā)速度更快，會有效預(yù)防起泡等現(xiàn)象發(fā)生；5)相對于直接燃燒加熱，會減少爐內(nèi)灰塵顆粒污染，加熱方式比較干凈。
3 鑄鐵件加熱及其特點(diǎn)
工程機(jī)械平衡重多為中大型鑄鐵件，單位體積質(zhì)量較大，具有較大的熱容量。在干燥、固化涂層的過程中，涂層均在工件的表面，工件表面的溫度對于干燥具有決定性作用，而工件內(nèi)部升溫所吸收的熱量是浪費(fèi)能源，內(nèi)部升溫越高，浪費(fèi)能源越多，加熱時(shí)間越長。采用天然氣催化燃燒紅外加熱能很好地解決這一問題。
4 烘干室室體設(shè)計(jì)
4．1 總體要求
工件zui大尺寸(L×W×H):2000mm×1500mm×1400 mm；工件zui大質(zhì)量：5000 kg；生產(chǎn)節(jié)拍：5 min/件；工件輸送方式：橇體雙鏈輸送；烘干時(shí)間：紅外加熱10 min，熱風(fēng)循環(huán)20 min；熱源：天然氣。
4．2 設(shè)計(jì)方案
烘干室主要由室體、天然氣催化燃燒紅外輻射加熱升溫系統(tǒng)、天然氣熱風(fēng)循環(huán)保溫加熱系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)送回風(fēng)調(diào)節(jié)裝置和廢氣處理系統(tǒng)組成。
4．2．1 室體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
室體外形尺寸(LxWxH)：19800mm×3000mm×3550mm；升溫至工作溫度時(shí)間≤2 min。
4．2．2 加熱裝置設(shè)計(jì)
采用紅外輻射與熱風(fēng)循環(huán)2種加熱方式，溫控方式采用全自動溫控，加熱元件由升溫段紅外輻射加熱器和保溫段燃?xì)鉄犸L(fēng)循環(huán)加熱器兩大部分組成。
加熱開始時(shí)，同時(shí)啟動升溫、保溫加熱器，紅外加熱時(shí)，先電加熱至150℃，斷電，燃?xì)膺M(jìn)入，進(jìn)行催化燃燒，對工件進(jìn)行輻射加熱，溫度繼續(xù)上升，達(dá)到350℃左右穩(wěn)定。同時(shí)加熱器具有空氣循環(huán)功能，對烘干室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，對輻射不到的部位進(jìn)行加熱，且對廢氣進(jìn)行分解，能有效降低VOC排放。
循環(huán)風(fēng)加熱裝置：烘干爐加熱系統(tǒng)采用四元一體燃?xì)鉄犸L(fēng)爐，帶廢氣回燃處理結(jié)構(gòu)，爐膛內(nèi)為微負(fù)壓。循環(huán)風(fēng)機(jī)為插入式耐高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)。烘干室內(nèi)空氣經(jīng)過燃?xì)饧訜崞鳟a(chǎn)生的高溫氣體間接換熱，由GCF900C插人式循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)人循環(huán)風(fēng)管均勻地送回風(fēng)口。烘干室內(nèi)的廢氣進(jìn)人廢氣處理裝置處理，經(jīng)過火焰燃燒后再排出車間外部，使排除的廢氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在出風(fēng)口設(shè)置一氧化碳濃度檢測裝置，并與整個系統(tǒng)聯(lián)鎖，當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，自動停機(jī)，并發(fā)出聲光報(bào)警。
4．2．3 紅外設(shè)備選型及布置
紅外zui佳輻射距離為30～60 cm，但可通過增加功率延長輻射距離。根據(jù)產(chǎn)品特性和線體尺寸，我們選用VRX 20～22 kW的規(guī)格，輻射面積為940 mm×470mm，共16塊面板，每個面板配有獨(dú)立控溫，烘干室兩側(cè)面各配8塊，上下兩排，長度6 m，2個工位。紅外烘干室設(shè)置停止器，產(chǎn)品烘干時(shí)間設(shè)置為10 min，達(dá)到烘干時(shí)間后，自動放行，保證涂層升溫滿足要求。
5 使用效果
5．1 室內(nèi)升溫變化曲線圖
為驗(yàn)證紅外升溫與熱風(fēng)循環(huán)升溫變化，對涂裝工件分別進(jìn)行紅外加熱與熱風(fēng)循環(huán)時(shí)熱量傳導(dǎo)情況進(jìn)行了測試。
1)工件：內(nèi)燃叉車3 t平衡重。
2)面漆涂層：涂層厚度60～90¨m。
3)測量點(diǎn)：產(chǎn)品3個點(diǎn)(上平面1點(diǎn)、側(cè)面2點(diǎn))，測量烘房內(nèi)空氣溫度。
4)時(shí)間：30 min。
測試溫度隨時(shí)間變化曲線見圖2～3(紅色為空氣溫度，其他色為工件表面溫度)。
結(jié)果顯示：紅外加熱升溫快，2 min空氣溫度達(dá)到170℃，涂層表層溫度zui高達(dá)到160℃，使涂層快速固化，縮短固化時(shí)間；熱風(fēng)循環(huán)加熱(設(shè)定140℃)，工件升溫慢，平均溫度在80℃左右。
5．2 涂層干燥效果
1)“紅外+熱風(fēng)循環(huán)”烘干30 min，用手指觸摸涂層，涂層硬干，無指紋，分色室貼美紋紙屏蔽，分色后去除紙膠帶，無印痕。
2)熱風(fēng)循環(huán)烘干30 min，用手指觸摸涂層，涂層粘手，指紋明顯，分色室貼美紋紙屏蔽，分色后去除紙膠帶，印痕明顯。
5．3外觀效果對比
1)紅外：無痱點(diǎn)、失光、橘皮缺陷，光澤度達(dá)到95％。
2)熱風(fēng)：在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，陰雨天氣或相對濕度大于80％，烘干后涂層有失光缺陷，見圖4。
6 結(jié)語
經(jīng)過1年的運(yùn)行使用，不同環(huán)境溫度(-10～40℃)下，觀察涂層的干燥情況，涂層固化效果較好，滿足生產(chǎn)節(jié)拍與產(chǎn)品質(zhì)量要求。引用天然氣紅外輻射固化技術(shù)，解決了厚大型鑄件涂層短時(shí)間內(nèi)烘干問題，降低了能耗，減少了線體長度，線體縮短約50％。這也是國內(nèi)工程機(jī)械鑄造行業(yè)對該技術(shù)的首次運(yùn)用。
