鋼鐵制品粉末靜電噴涂生產線設備規劃和選型中的常見問題分析

王啟祥

（浙江中力機械股份有限公司，湖州 313300）

粉末靜電噴涂生產線是指通過靜電噴涂方式均勻噴附到鋼類工件表面形成保護層的專用生產線。這里主要以聚合物樹脂粉末為主，其中粉末是100%固體含量、零揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的“4E”涂料。這種涂料是公認的環境友好型涂料，對多個傳統工業領域溶劑型涂料實現了顛覆式的產業替換[1]。粉末靜電噴涂生產線是伴隨粉末涂料的發明和使用而產生的一種全新的涂裝工藝生產線。近年來，隨著粉末涂料在國內的推廣，粉末靜電噴涂生產線設備迅猛發展。目前，粉末靜電噴涂生產線已經在電梯、工程機械、休閑家具、家用電器以及機械制造等行業發揮著重要作用。

通常情況下，粉末靜電噴涂生產線工序較多，線體較長，占地面積大。由于其非標定制的特點，在制造業生產中扮演著十分重要的角色。尤其是涂裝作為制造業的重要一環，是制造業中的關鍵工序。涂裝線的好壞往往關系到整個企業生產的順暢性，因此直接與經濟效益相關。如何在設備投入前規劃好線體，對制造企業乃至整個制造業來說具有重要意義。文章從實際使用的角度出發，分析了粉末靜電噴涂生產線設備投入中遇到的常見問題，并提出了相關解決思路。

1 需求問題分析

有些企業不重視粉末靜電噴涂生產線的前期規劃，稀里糊涂裝上涂裝線，并不明確自己目前的需求，且對未來需求規劃不到位，容易導致諸多問題，如產品的兼容性差和工藝參數有誤造成產品涂裝質量不達標等問題。后期若想整改，存在難度大和成本高的問題。

針對以上問題需要在規劃涂裝線之前做好以下規劃。

（1）產品問題分析。規劃粉末靜電噴涂產線前，需要對擬噴涂的產品長寬高尺寸、重量和擬組掛重量、表面積及結構等進行全面分析。需要注意，在考慮產品尺寸時，需要關注工件的組掛方式、吊掛方式和漏水孔位置。爭取做到既要好掛又要好噴，同時兼顧效率。

（2）前期需要做好工藝分析和工藝試驗，確保有效的工藝流程，使得工藝參數更加準確。

（3）需要做好產能規劃。噴塑線產能一旦確定，后期很難提升，且改造的可能性很小。因此，合理的產能規劃十分關鍵，能夠為未來產能提升奠定基礎，但不能過度投資造成產能浪費，需要綜合產能、投資、場地等因素合理規劃產能和節拍。

2 工藝問題分析

粉末靜電涂裝生產線屬于非標產線，需要根據不同的產品結構設計不同的工藝流程和工藝參數。一般在初始規劃時需要在類似產線上進行工藝試驗。下面分析常見工藝及其出現的問題。

2.1 鋼鐵制品粉末靜電噴涂常見工藝流程

鋼鐵制品粉末靜電噴涂常見工藝流程如下：上件→拋丸→熱水洗→預脫脂→主脫脂→水洗→純水洗1→硅烷化→純水洗2→純水洗3→吹水→刮導電膩子→水分烘干→冷卻1→打磨→屏蔽→噴粉→固化→冷卻2→下件。

2.2 鋼鐵制品粉末靜電噴涂常見工藝流程問題分析

鋼鐵制品粉末靜電噴涂的常見問題主要從拋丸、熱水洗、脫脂、水洗和純水洗1、硅烷化、純水洗2和純水洗3、水分烘干、噴粉以及固化9個流程進行分析。

2.2.1 拋丸

拋丸清理工藝是一種表面處理技術，通過拋丸器葉片的高速運動，利用離心力將彈丸高速拋落沖擊在工件或物體表面，達到清理強化的效果[2]。拋丸工藝用在粉末靜電噴涂生產線的前處理工藝中，主要用來去除工件表面的氧化皮。表面質量較好的原材料可以取消拋丸工序。另外，對于薄板件而言，拋丸容易導致其變形，因此3 mm以下的薄板件一般不考慮拋丸工藝。薄板件常用的除氧化皮工藝是酸洗，但是酸洗工藝對環境污染嚴重，逐漸被行業舍棄。因此，薄板件一般用于提高原材料表面質量，或者采用打磨工藝。

2.2.2 熱水洗

熱水洗主要采用溫度為50～60 ℃的熱水噴淋清洗工件表面，以達到處理工件表面油污的效果。同時，熱水洗可以減少工件帶進預脫脂工序的油污量，節約脫脂藥劑的使用和排放，以達到降本和環保的目的。但是，有些廠家不注重本工序，常常省掉這一步驟或者用冷水取代。本文不建議取消該工序。

2.2.3 脫脂

脫脂包括預脫脂和主脫脂。脫脂的目的是深度處理金屬工件表面的防銹油、切削油以及灰塵等雜質，以保證金屬表面清潔，確保塑粉和工件的有效黏連，從而保障工件表面的外觀質量。常用的脫脂方法包括水基堿液噴淋清洗、水基堿液噴淋加浸泡清洗以及浸泡式超聲波清洗等。需要說明：對腔體型工件內表面有表面處理要求的，一般需要選擇噴浸結合的工藝；對于普通工件，一般直接噴淋即可達到效果。具體選擇哪種工藝，需要根據產品結構特性進行分析。

2.2.4 水洗和純水洗1

水洗和純水洗1主要對工件進行再次清洗，防止脫脂劑進入硅烷化槽內。需要說明，在水質達標的情況下，純水洗1可以用自來水代替，具體可以進行工藝試驗后再確定。

2.2.5 硅烷化

硅烷化的目的是在金屬表面形成一層表面耦合劑，使得塑粉與金屬緊密連接。傳統的涂裝產線中常用磷化技術。隨著國家環保法規對鋅、鎳、錳、磷、氮等的控制越來越嚴格，作為代替磷化前處理的硅烷化金屬表面處理技術，在涂裝前處理行業中逐漸成為引領行業發展方向的重要工藝之一[3]。綜合考慮能耗和環保等問題，對新規劃的粉末靜電噴涂線，建議采用硅烷化工藝。

2.2.6 純水洗2和純水洗3

純水洗2和純水洗3工藝根據硅烷化藥劑的需求來定，可以取消或者改成一道純水洗，也可以使用符合水質要求的自來水替代純水。

2.2.7 水分烘干

水分烘干是指用高溫熱風將工件表面的水分吹干，確保噴分前工件干燥。該工序工藝參數可根據工件的具體尺寸和厚度確定，一般溫度為150～180 ℃、時間為15～20 min，具體參數以工藝試驗確定。

2.2.8 噴粉

噴粉是指粉末在電場力和壓縮空氣壓力的雙重推動下到達工件表面，依靠靜電吸引在工件表面形成一層均勻的涂層[4]。配備相應的附件可以確保以下幾個方面：保持噴粉環境的潔凈度，防止雜質進入；保持塑粉環境的溫度、濕度和壓縮空氣的濕度，確保粉末的活性和電離特性；做好掛具和線體接地，保持粉末和工件之間的電場。

2.2.9 固化

固化是指塑粉在高溫熱風下熔融流平直至膠化和固化在工件表面的過程。固化過程一般需要保持工件所處的環境溫度恒定保持在180～220 ℃，時間為20～35 min，具體參數需要根據塑粉的特性來確定。特別注意，需要保持溫度的均勻和恒定，時間不能太短也不宜過長，具體可以根據塑粉的工藝說明書來確定[5]。

3 產線配置問題分析

粉末靜電噴涂生產線往往投資額度高，少的上百萬，多的數百萬甚至上千萬。對中小企業來說，設備的一次性投資成本并不低，這就造成部分制造企業過分關注設備價格而忽視了設備配置，容易造成設備整體配置較差，故障不斷，無法正常使用。針對以上問題，需要關注如下內容。

3.1 前處理噴淋系統配置

前處理模塊主要由棚體、槽體、水泵和噴淋管路4部分組成。其中：棚體的主要作用是隔絕和收集噴淋的液體，防止噴灑到車間其他區域；槽體是進行收集和存放噴淋液體的容器；水泵和噴淋管路用來產生噴淋壓力，從而輸送液體。

目前，棚體、槽體、噴淋管路3個模塊主要有兩種材質，分別為PP（聚丙烯）材質和不銹鋼材質。PP材質的優點是投資成本低、安裝制作簡單，缺點是板件易變形老化、不耐沖擊，一旦工件脫落，很容易砸壞管路或者槽體。PP材質適合用于投資預算低或者工件較輕的輕型涂裝線，整體使用年限一般不超過10年。不銹鋼材質的優點是美觀、堅固、耐用，缺點是一次性投資成本較高。不銹鋼材質的前處理模塊，一般整體使用年限可以達到15年。

水泵一般選用優質品牌，可以使用不銹鋼泵或者鑄鐵泵。

3.2 烘干和固化系統配置

烘干固化模塊的主要作用是通過熱風循環將工件保持在一定溫度。常見的結構主要采用炭鋼型材框架作為支撐，巖棉板作為密封板，制作成為一個封閉式通道。這里的常見問題一般是不清楚板材的厚度和材料選型。因此，普通建議采用容重為120 kg·m-3的巖棉板，內板厚度不建議低于1 mm，外板不建議低于0.8 mm。根據實測，內板為1 mm、外板為0.8 mm、容重為120 kg·m-3的巖棉板做成的固化烘道。冬季烘道內外溫差不超過10 ℃。

3.3 靜電噴粉系統配置

靜電噴粉系統主要包含噴粉房、噴粉系統和回收系統3個模塊。

噴粉房是一種側板、底板和頂板拼合而成的房體結構，是粉末靜電噴涂的主要場所。噴粉房一般用PP板或不銹鋼材質制作。因為不銹鋼粉房容易粘粉，不透光，所以一般選擇PP粉房。

噴粉系統一般是指靜電噴槍和供粉中心。這里需要注意保持粉末保存環境的溫度和濕度。若溫度和濕度過高，則粉末容易結塊，不僅需要配備相應的制冷和除濕設備，還需要配置壓縮空氣熱感機保持空氣干燥。另外，對表面涂層厚度要求高的產品，選擇噴槍時建議優先選擇國產優質或者進口品牌。常見的進口品牌噴槍特點是噴粉量小、上粉率高，對表面涂層厚涂控制比較精確，粉末浪費少。

塑粉回收系統目前常用大旋風回收除塵系統，主要包含大旋風系統和后端過濾器。通過大旋風系統將大顆粒粉末分離回收進入供粉中心，過濾后的超細粉作為廢料集中收集。需要注意，要根據粉房尺寸合理計算風量，同時保持風壓以確保回收效果良好。

3.4 輸送系統配置

輸送系統主要包含鏈條、驅動和軌道等模塊。配置輸送系統需要注意：前期計算好產品，主要包含掛具和組掛件的總重量，確保鏈條和驅動的合理選擇，防止因鏈條拉力不夠或者驅動動力不足而影響產線效率；通過產品、掛具以及組掛件的總重量，合理選擇軌道和支撐架的規格與型號；多驅動的鏈線需要合理布局驅動位置，同時設計電控時需要保持兩套驅動同步運行；在場地允許的情況下，盡量少設計坡道和彎道，尤其是盡量在烘道內少設計彎軌。因為彎軌在烘道內很容易磨損，且更換不便，所以需要盡可能在前期避免。

4 環保和安全問題分析

4.1 環保問題

環保的設計和規劃既能更好地符合各項環保法規，也能達到綠色生產的目的，以保障工作場所的環境質量，確保員工身心健康。下面分析粉末靜電噴涂生產線中常見的環保問題。

4.1.1 工藝環保

由分析工藝問題可知，目前比較環保的工藝模式是硅烷化工藝。它產生廢水的氨氮、磷、化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）值較低，綜合廢水化學需氧量一般在800～1 000。與酸洗磷化工藝廢水動輒2 000的COD指標和超高的磷含量相比，硅烷化工藝可以減少處理難度和產排污量。

4.1.2 硬件結構設計環保

設計前處理部分工藝水回流，通過減少廢水排放達到節約和環保的目的。

4.1.3 配置環保

前處理熱水優先考慮蒸汽加熱，如果沒有蒸汽，一般選擇燃氣熱水鍋爐。由于該處的天燃氣尾氣是直接排放的，因此建議此處規劃使用氮排放少于80 mg·Nm-3的低氮型燃燒機。

粉房回收和拋丸工序需要合理計算風量，同時配置優質的旋風除塵和過濾除塵裝置，以確保粉房和拋丸區域空氣質量良好，從而保障顆粒物排放達到標準要求。

4.2 安全問題

粉末靜電噴涂流水線常見的安全問題主要包括使用安全和配置安全。使用安全是指設置合理的急停裝置和緊急報警裝置，確保異常狀態下可以及時停機。配置安全是指粉房內顆粒物濃度較高，且所有旋風系統都包括封閉的管路與容積腔，在一定的空氣/粉末混合比例及火源環境中隨時可能爆炸，需要設置隔爆閥、泄爆口。電器采用防爆電器，以確保粉房安全。需要注意：使用天燃氣作為加熱能源，需要在接口處安裝燃氣泄露報警裝置；噴塑線位置需要合理布局；烘道周圍不要布置易燃易爆品堆放區；粉房區域不要布置易產生明火的生產工序；懸空通道底部需要安裝防護網。

5 結語

文章主要分析在粉末靜電涂裝線設備的規劃和選型中常見的各種問題，并提出解決思路。這樣可以在粉末靜電噴涂生產線設備投入前做好規劃和選型，避免后期使用過程中因規劃設計不合理而造成的使用生產問題，從而為制造企業鋼鐵制品粉末靜電噴涂生產線設備規劃和選型提供參考。