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(yōu)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(lǐng)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(yōu)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(zhì)合金涂層，表面比鑄鐵更加堅硬，涂層能提高紙品品質(zhì)，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(nèi)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(xiàn)已具備生產(chǎn)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(shù)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(shù)交流，消化吸收國外的先進技術(shù)和經(jīng)驗，現(xiàn)已初步掌握對鋼制揚克烘缸的熱噴涂技術(shù)。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(shè)備（或系統(tǒng)）將熔化的或熔融的噴涂材料高速噴射到一個光潔的經(jīng)過預(yù)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(yīng)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(tài)或熔融的涂層微粒高速撞擊缸體表面，這樣就使得微粒發(fā)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(jié)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(jié)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(shù)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(chǎn)生電弧，瞬間產(chǎn)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(diào)節(jié)適當?shù)木€材進給量進行調(diào)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(yù)研磨，根據(jù)揚克烘缸和真空托輥的結(jié)構(gòu)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(chǎn)量時有很好的運行穩(wěn)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(yù)計總工時為154h。

圖4　噴涂工藝流程

2.1表面的預(yù)研磨

根據(jù)鋼制揚克烘缸的規(guī)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)并避免氧化物殘留，噴砂時烘缸轉(zhuǎn)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(zhì)量。噴涂前工件表面的粗化程度對大多數(shù)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(jié)合力也增強，但是當表面粗糙度超過Ra10μm后，涂層結(jié)合強度的提高程度便會降低。

2.3基礎(chǔ)層結(jié)合的熱噴涂

RuStop是一種特殊合金并有高結(jié)合強度特性，且有優(yōu)越的耐磨性，作為第一層薄薄地噴涂，當作基礎(chǔ)層。其目的是在金屬和基礎(chǔ)層之間創(chuàng)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(zhuǎn)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(zhì)為高含量鉻合金，噴涂時通入烘缸持續(xù)、穩(wěn)定的蒸汽，蒸汽壓力為0.4MPa，烘缸轉(zhuǎn)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(yù)研磨的方法執(zhí)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(zhuǎn)速同預(yù)研磨。

噴涂后的揚克烘缸應(yīng)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(shù)：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(zhì)量控制檢測方法，包括目測等。

經(jīng)過多個揚克烘缸噴涂后，用目測就能大致知道涂層的質(zhì)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(zhì)量的其他性能。為精確測定涂層厚度、孔隙率和結(jié)構(gòu)，以及未熔化顆粒、氧化夾雜物的微觀結(jié)構(gòu)，對涂層進行橫向截面測試，應(yīng)控制空隙率小于10%。

圖5　山東信和RIF現(xiàn)場噴涂

圖6　山東信和成品揚克烘缸發(fā)往用戶

還有用一種特殊的粘結(jié)劑及試驗設(shè)備進行結(jié)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(yīng)力分析、腐蝕和磨蝕特性研究，也都包括在內(nèi)。

在運輸時，為了避免揚克烘缸出現(xiàn)損壞，烘缸應(yīng)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(guī)格皮帶是很重要的，烘缸應(yīng)由2條皮帶，分別位于兩側(cè)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(jié)束語

近幾年生活用紙市場向規(guī)模經(jīng)濟發(fā)展，造紙機也逐漸趨向紙幅更寬、車速更快、產(chǎn)量更高、能耗更低，作為衛(wèi)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(shù)，盡最大能力降低衛(wèi)生紙機的制造成本，為企業(yè)節(jié)約大量資金。

（轉(zhuǎn)載自《中華紙業(yè)》/2015年第14期）

［1］張光華，楊建橋，房瑜紅.熱噴涂技術(shù)在設(shè)備防腐中的應(yīng)用［J］.中華紙業(yè)，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(yè)，2014，35（10）：41.

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

［4］徐存儉.高速薄頁衛(wèi)生紙機的發(fā)展［J］.中華紙業(yè)，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(shù)副總；研究方向：造紙機械的開發(fā)與設(shè)計。曾任山東昌華造紙機械有限公司研究所副所長。