鋼制揚克烘缸的熱噴涂

夏吉瑞 山東信和造紙工程股份有限公司張鳳玉 聊城市技師學院

鋼制揚克烘缸的熱噴涂

Heating Spray Coating for Steel Yankee Cylinders

夏吉瑞 山東信和造紙工程股份有限公司
張鳳玉 聊城市技師學院

在生活用紙的抄造過程中，使用鋼制揚克烘缸優勢明顯。本文對鋼制揚克烘缸的噴涂進行了具體闡述，并詳細介紹了噴涂的工藝流程及其操作要點。

在生活用紙抄造領域，由于鋼在韌性、熱傳導和安全性方面與鑄鐵相比有較大的優勢，所以鋼制揚克烘缸正逐漸替代鑄鐵揚克烘缸，且缸面噴涂硬質合金涂層，表面比鑄鐵更加堅硬，涂層能提高紙品品質，延長烘缸壽命，延長維護周期，促進化學涂布和起皺工藝的完成，鋼制揚克烘缸不會在使用壽命期限內因為壁厚的變薄或者金屬涂層的脫落而降低等級。山東信和造紙工程股份有限公司在2014年11月已成功制造出Φ3，000mm及Φ3，660mm鋼制揚克烘缸，現已具備生產Φ6，000mm×5，000mm鋼制揚克烘缸的能力，噴涂工序由意大利RIF公司實施。

目前我國在鋼制揚克烘缸噴涂技術方面正在進行探索，還沒有完全突破。

1　熱噴涂原理

筆者自2014年初就對鋼制揚克烘缸的噴涂進行探索，通過與國外RIF以及英國的CRC等多家噴涂公司進行廣泛的技術交流，消化吸收國外的先進技術和經驗，現已初步掌握對鋼制揚克烘缸的熱噴涂技術。熱噴涂的定義是：首先涂層材料在加熱源中熔化，通過特殊的設備（或系統）將熔化的或熔融的噴涂材料高速噴射到一個光潔的經過預處理的元件表面上。熱噴涂工藝能夠廣泛地選擇涂層材料、涂層厚度和可以達到相應的涂層特性（見圖1）。我們選用的揚克烘缸鋼板為特殊的中強鋼板，能夠更好地承受噴砂糙化表面，通過增加表面自由能而激活表面，同時增大了噴涂微粒粘附的表面面積，該液態或熔融的涂層微粒高速撞擊缸體表面，這樣就使得微粒發生形變，并且像“薄煎餅”一樣分布在基體表面。高溫顆粒的熱量傳遞到溫度更低的缸體材料，當顆粒冷縮和凝固的時候，它們就粘附在缸體材料的粗糙表面上，因此涂層的粘附力就是基于機械“鉤連接”。

涂層材料：當熔融時不會分解的任何材料都能被用作熱噴涂涂層材料，涂層材料可以是線狀或粘末狀，這取決于熱噴涂工藝類型。鋼制揚克烘缸的涂層要具有如下特點：①表面高強度，必須達到55HRC以上；②耐磨，使用壽命長；③熱傳導和抗腐蝕能力強；④涂層致密，表面光滑；⑤涂層顆粒結合強度好，不易脫落（隨烘缸變形）；⑥材料均勻一致，化學惰性。國外涂層的金相組織，檢測結果如圖2。

鋼制揚克烘缸噴涂以后孔隙率僅為鑄鐵的一半，摩擦系數也比較低。

揚克烘缸目前采用熱噴涂涂層工藝為電弧線材噴涂，是將各自帶有正負電荷、通常相同化學成分的兩條金屬線接觸產生電弧，瞬間產生高熱將金屬線材尖端熔化，壓縮空氣將熔融的噴涂材料霧化，然后加速噴射到缸體表面，噴涂的速度通過調節適當的線材進給量進行調速，因此才能保持電弧恒定（見圖3）。目前，揚克烘缸需要的涂層厚度一般為0.75mm左右，粗糙度0.3～0.6μm，高硬度可以耐受更加堅硬的刮刀操作，同時也提高了成紙的柔軟度，使烘缸具有更廣闊的操作提升空間。

圖1　熱噴涂原理

圖2　涂層的金相組織

圖3　電弧噴涂工藝原理

2　噴涂工藝流程

鋼制烘缸在噴涂前必須進行預研磨，根據揚克烘缸和真空托輥的結構計算出合適的中高。這主要有以下目的：獲得均勻一致的干度和紙張性能；將輥子和毛毯的磨損降到最小；在較高的速度和產量時有很好的運行穩定性。

鋼制揚克烘缸噴涂的具體工藝流程如圖4。

一個Φ3，660mm×3，400mm尺寸的鋼制揚克烘缸，預計總工時為154h。

圖4　噴涂工藝流程

2.1表面的預研磨

根據鋼制揚克烘缸的規格，在室溫或恒溫下用80目的棕剛玉砂輪進行表面粗磨，烘缸轉速50～120m/min，以獲得最理想的烘缸中高外形（如果剩余的厚度允許）。假如無法符合條件，再使用表面的拋光，可消除腐蝕造成的染色或沉積等問題。

2.2烘缸的噴砂

噴砂是為了達到均勻的表面結構并避免氧化物殘留，噴砂時烘缸轉速30～50m/min，噴砂壓力0.5～0.7MPa。特別值得注意的一點是，用于噴砂的壓縮空氣一定是無水無油的，否則會嚴重影響涂層的質量。噴涂前工件表面的粗化程度對大多數金屬材料而言達到Ra2.5～10μm就夠了，隨著表面粗糙程度的增加，涂層與基體材料的結合力也增強，但是當表面粗糙度超過Ra10μm后，涂層結合強度的提高程度便會降低。

2.3基礎層結合的熱噴涂

RuStop是一種特殊合金并有高結合強度特性，且有優越的耐磨性，作為第一層薄薄地噴涂，當作基礎層。其目的是在金屬和基礎層之間創造一個連接點，避免金屬腐蝕造成涂層脫落，允許局部修補或填充任何瑕疵，如氣孔、凹痕或刮痕，烘缸轉速245m/min，熱噴涂電流240A，噴涂距離125mm，電弧電壓35V，噴射角度90°，霧化空氣壓力0.4MPa，噴槍的橫向移動速度為50mm/min。

2.4操作表面的熱噴涂

材質為高含量鉻合金，噴涂時通入烘缸持續、穩定的蒸汽，蒸汽壓力為0.4MPa，烘缸轉速200～300m/min。

2.5最終精磨

在室溫或是恒溫下用200目的棕剛玉砂輪進行表面細磨以及最后的拋光，比照預研磨的方法執行，以達到最佳、最均勻的噴涂效果。噴涂完畢的烘缸最終精磨至表面粗糙度低于或等于0.45μm，烘缸轉速同預研磨。

噴涂后的揚克烘缸應該存放在有屋頂遮蔽處，避免太陽直射與惡劣天氣，并注意氣溫不允許驟變。噴涂完成的鋼制揚克烘缸導熱系數：43W/（m·K），抗張強度≥470MPa，屈服強度≥315MPa。由于高的熱傳導性，與鑄鐵揚克缸相比可以減少汽耗30%。國外已做過試驗：在同樣車速、相同熱風溫度和氣罩風速情況下，一個15ft的鋼制揚克烘缸完全可以替代一個16ft的鑄鐵揚克烘缸。

3　涂層的測量

除了涂層特性非常重要之外，還有一些性能相對容易測試，并且具備標準的質量控制檢測方法，包括目測等。

經過多個揚克烘缸噴涂后，用目測就能大致知道涂層的質量。使用測厚儀測量涂層的厚度；使用粗糙度儀測量缸體涂層表面的粗糙度。如果有必要的話，可以在相同的時間和相同的條件下噴涂試驗樣板，能夠及時對涂層進行測試，以確定涂層質量的其他性能。為精確測定涂層厚度、孔隙率和結構，以及未熔化顆粒、氧化夾雜物的微觀結構，對涂層進行橫向截面測試，應控制空隙率小于10%。

圖5　山東信和RIF現場噴涂

圖6　山東信和成品揚克烘缸發往用戶

還有用一種特殊的粘結劑及試驗設備進行結合強度測定。除此之外，各種各樣的元素分析方法，以及刮痕試驗、摩擦學性能研究、應力分析、腐蝕和磨蝕特性研究，也都包括在內。

在運輸時，為了避免揚克烘缸出現損壞，烘缸應用多層包裝進行保護，烘缸表面的保護由化學涂層、牛皮紙、塑料及硬木全面包裝；軸頭及軸承部位配置好軸承座。

在搬運或運送過程中，使用正確規格皮帶是很重要的，烘缸應由2條皮帶，分別位于兩側均力抬起，將皮帶固定在軸頭上是為了避免接觸到烘缸表面，造成涂層磨損，見圖7。

圖7　吊裝示意圖

4　結束語

近幾年生活用紙市場向規模經濟發展，造紙機也逐漸趨向紙幅更寬、車速更快、產量更高、能耗更低，作為衛生紙機主要零部件的鋼制揚克缸需求會越來越大。這就急需廣大科技工作者積極有為，盡快突破鋼制揚克烘缸的噴涂技術，盡最大能力降低衛生紙機的制造成本，為企業節約大量資金。

（轉載自《中華紙業》/2015年第14期）

［1］張光華，楊建橋，房瑜紅.熱噴涂技術在設備防腐中的應用［J］.中華紙業，2000，21（2）：26-27.

［2］朱晶晶.福伊特揚克保溫端蓋幫助壽光美倫大幅降低能耗［J］.中華紙業，2014，35（10）：41.

［3］夏吉瑞，張鳳玉.高速新月型衛生紙機與B F真空圓網衛生紙機的性能對比［J］.中華紙業，2014，35（10）：52-54.

［4］徐存儉.高速薄頁衛生紙機的發展［J］.中華紙業，1998，19（4）：53-55.

夏吉瑞，高級工程師；山東信和造紙工程股份有限公司技術副總；研究方向：造紙機械的開發與設計。曾任山東昌華造紙機械有限公司研究所副所長。