高效鋁型材粉末噴涂的快速換粉裝置

劉煌萍， 陳錫貴， 劉靜安

（1.廣鋁集團(tuán)有限公司，廣東 510450；2.中山市力恒機(jī)電有限公司，中山 528400；3.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

高效鋁型材粉末噴涂的快速換粉裝置

劉煌萍1， 陳錫貴2， 劉靜安3

（1.廣鋁集團(tuán)有限公司，廣東 510450；2.中山市力恒機(jī)電有限公司，中山 528400；3.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

簡(jiǎn)要介紹了快速換粉系統(tǒng)中各個(gè)裝置的基本技術(shù)要求，以及各個(gè)裝置對(duì)提高上粉率和生產(chǎn)效率的功能和作用。通過(guò)對(duì)舊的臥式線(xiàn)噴房改造，并對(duì)改造前后的效果進(jìn)行了對(duì)比，證明改造后的快速換粉裝置是一種低成本的高效生產(chǎn)裝備。

大旋風(fēng)回收機(jī)；鋁型材；粉末噴涂；均流翻板；蠕動(dòng)泵；自動(dòng)清理氣流刀；快速換粉供粉中心

0 前言

隨著鋁型材產(chǎn)品在房屋改造、個(gè)性化裝修、家裝門(mén)窗等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，多顏色、多品種、小批量的噴涂訂單逐步增多，傳統(tǒng)的噴涂生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)展的需求，換粉慢、清理困難的噴涂設(shè)備僅能夠在大批量生產(chǎn)單調(diào)顏色的產(chǎn)品時(shí)使用。因此，研發(fā)出快速換粉功能的粉房對(duì)鋁型材表面處理具有重要意義[1]。

鋁型材噴涂粉房是指半封閉、具有良好負(fù)壓通風(fēng)不外逸粉末、并能有效地將粉末涂上的粉末導(dǎo)入回收裝置，是一種專(zhuān)門(mén)用于粉末靜電噴涂的室體和循環(huán)結(jié)構(gòu)。在鋁型材的噴涂的粉末回收作業(yè)中，很少單獨(dú)使用一種回收裝置，而是采用兩種以上回收裝置組合的復(fù)合方式才能相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，得到滿(mǎn)意的結(jié)果[2]。

所改造的鋁型材粉末噴涂的快速換粉裝置由快速換粉粉房、高效的大旋風(fēng)回收機(jī)、二級(jí)粉末回收裝置、快速換粉供粉中心等組成。噴房的總體立面布置如圖1所示。

圖1 噴房總體立面布置圖

噴房的總體平面布置如圖2所示。

圖2 噴房總體平面布置圖

1 換粉裝置各部位的功能

1.1 快速換粉粉房

快速換粉粉房一般都采用干室，在設(shè)計(jì)和材料選擇和制造方面應(yīng)具備下列功能：（1）涂料粉塵不應(yīng)向噴粉室各開(kāi)口處向外逃逸；（2）涂料粉塵不應(yīng)落在作業(yè)人員和噴槍上，手補(bǔ)位相對(duì)的話(huà)，不會(huì)吹到對(duì)面；（3）噴粉室內(nèi)的氣流應(yīng)分布合理，能攜帶粉末及時(shí)定向流動(dòng)，避免產(chǎn)生紊流。氣流不應(yīng)損傷涂著效率；（4）應(yīng)從噴粉室的構(gòu)造上，保證多余的粉末涂料不殘留在噴粉室內(nèi)，多余的粉末馬上被系統(tǒng)回收到供粉中心，重新使用；（5）噴粉房采用特殊的抗靜電工程塑料板制造，不易吸附粉末，可保證盡可能少的吸附和較高的型材上粉率，清理?yè)Q色也非常容易快捷；（6）底部回收可采用“均流翻板式”單通道設(shè)計(jì)。配置先進(jìn)自動(dòng)清理氣流刀，加上翻板式平面清理系統(tǒng)，下向氣流控制技術(shù)，達(dá)到最少的粉末滯留效果以及最快的噴房清理速度；（7）全行程循環(huán)式升降機(jī)在工作中，避免了電動(dòng)機(jī)在換向時(shí)的剎車(chē)時(shí)間（舊的往復(fù)式升降機(jī)每一次換向都要停頓約0.6s），保證了高效運(yùn)行的穩(wěn)定性和不會(huì)積粉[3]。

1.2 高效的大旋風(fēng)回收機(jī)

旋風(fēng)回收機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉末從空氣中分離出來(lái)的氣固分離凈化設(shè)備，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于粒徑10μm以上的粉末具有較高的回收效率，操作簡(jiǎn)易，維護(hù)方便。

傳統(tǒng)的旋風(fēng)回收機(jī)對(duì)于5～10μm以下的細(xì)粉末，尤其是密度小的細(xì)粉末，回收效率較低，所以，旋風(fēng)回收機(jī)多用于多級(jí)回收系統(tǒng)的第一級(jí)處理。

旋風(fēng)回收機(jī)里面為空心構(gòu)造。含粉氣體從上部進(jìn)氣口以較高的速度（一般為12～25 m/s）沿外圓筒的切線(xiàn)方向進(jìn)入時(shí)，氣流將由直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，并向上、向下流動(dòng)，向上的氣流被頂蓋阻擋返回，向下的氣流在內(nèi)外圓筒間的筒體部位和錐體部位做自上而下的螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（稱(chēng)為外旋流）。含粉塵氣體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生很大的離心力，由于粉塵的慣性比空氣大很多倍，因此將密度大于氣體的粉塵甩向器壁，粉塵一旦與器壁接觸后便失去慣性力而靠入口速度的動(dòng)能和向下的重力沿壁面下落，與氣體分離開(kāi)，經(jīng)錐體排入蠕動(dòng)泵內(nèi)。旋轉(zhuǎn)下降的外旋流在圓錐部分運(yùn)動(dòng)時(shí)隨圓錐體形的收縮而向中心靠攏，當(dāng)外旋氣流達(dá)到錐體下部某一位置時(shí)便以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從中部形成，一股由下轉(zhuǎn)向上的螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(稱(chēng)為內(nèi)旋流)，并經(jīng)內(nèi)圓筒向外排出。一部分未被收集的粉塵也由此逃失。

旋風(fēng)機(jī)的回收效率取決于粉塵獲得的離心力大小。旋風(fēng)機(jī)內(nèi)粉塵獲得的離心力可按下列物理方程求得∶

式中：F為粉塵粒子獲得的離心力，N；ω為粉塵粒子繞旋風(fēng)機(jī)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的角速度(即旋轉(zhuǎn)角速度)，rad/s；R為粉塵粒子與旋風(fēng)機(jī)軸線(xiàn)的距離(即旋轉(zhuǎn)半徑)，m；m為粉塵粒子質(zhì)量，kg；d為粉塵粒子直徑，m；p為粉塵粒子真密度，kg/m3；u為粉塵粒子的切線(xiàn)速度，m/s。

由該式可知，若旋風(fēng)機(jī)入口的氣體速度一定時(shí)，旋轉(zhuǎn)半徑或旋風(fēng)機(jī)筒體直徑越小，粉塵真密度和尺寸越大，則粉塵所獲得的離心力便越大；若粉塵粒子直徑及真密度一定時(shí)，旋風(fēng)機(jī)進(jìn)口氣體速度越大，則粉塵所獲得的離心力也越大。

高效大旋風(fēng)粉末裝置通過(guò)精確的計(jì)算，單次分離效率最高可達(dá)98%。不同直徑的粉末粒子的旋風(fēng)回收效率比較見(jiàn)表1。

表1 旋風(fēng)機(jī)回收效率比較

大旋風(fēng)錐部底端加裝有蠕動(dòng)泵。最好以?xún)蓚€(gè)蠕動(dòng)泵來(lái)進(jìn)行配置，使大旋風(fēng)內(nèi)部形成一個(gè)密閉空間，可以有效將回收粉末運(yùn)送給供粉中心，又不會(huì)漏風(fēng)漏氣?；厥蘸蟮姆勰┘皶r(shí)有效地與新粉進(jìn)行配比混合，從而提高了粉末使用率，達(dá)到了節(jié)約效果。

1.3 二級(jí)粉末回收裝置

二級(jí)回收裝置運(yùn)作時(shí)，含塵氣體從裝置進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入過(guò)濾器，并通過(guò)濾芯，粉塵被隔離并積累在濾芯外表面，而潔凈空氣則通過(guò)濾芯中心進(jìn)入干凈空氣室，最后經(jīng)過(guò)濾芯上面的出風(fēng)口排出。在清潔濾芯時(shí)，脈沖控制器激勵(lì)電磁閥操縱在壓縮空氣噴管上的薄膜閥，高壓的壓縮空氣通過(guò)噴管?chē)姵?，像一股沖擊波，除去濾芯外的粉塵。粉塵則落入集粉箱中。

二級(jí)粉末回收裝置的要求是：（1）粉末回收效率一般不應(yīng)小于95%；（2）應(yīng)配套采用有效的清粉和輸粉裝置；（3）高效回收裝置所采用的濾芯材料，應(yīng)采用不易產(chǎn)生靜電、堵塞和吸潮的材料，過(guò)濾器的過(guò)濾效率達(dá)到99%以上，覆膜濾芯可捕捉0.3μm以上的粉塵，經(jīng)過(guò)濾后的氣體成為潔凈空氣，可直接在廠房?jī)?nèi)循環(huán)；（4）占地面積小，噪音小，如風(fēng)機(jī)噪音大于80dB(A)，應(yīng)設(shè)置風(fēng)機(jī)隔音室；（5）回收裝置處理風(fēng)量能力應(yīng)滿(mǎn)足與其連接的噴涂噴房和供粉中心排風(fēng)量的要求[3]。

1.4 快速換粉供粉中心

供粉中心是實(shí)現(xiàn)快速換色的關(guān)鍵設(shè)備。

作為噴涂系統(tǒng)的核心部件，供粉中心除了能將粉末連續(xù)、均勻、定量地供給噴槍?zhuān)€能夠使粉末的換色更加方便迅速，同時(shí)噴槍及管路能夠自動(dòng)清理[4]。

1.4.1 供粉中心的組成

供粉中心主體通常由1.5mm、2.0mm的噴涂鋼板制作，分為以下幾部份：（1）氣動(dòng)流化及振動(dòng)復(fù)合式供粉桶；（2）自動(dòng)升降式吸粉管及粉泵；（3）反吹式快速粉管清理裝置；（4）風(fēng)機(jī)及濾芯清理裝置； （5）回收粉震動(dòng)篩。

1.4.2 供粉中心的快速清理作用

在換色清理時(shí)，中心提供強(qiáng)力脈沖氣流，快速有效地自動(dòng)清理自吸粉管、粉泵、噴槍內(nèi)管及粉管。所以說(shuō)，供粉中心是快速換色系統(tǒng)中的一個(gè)集成部件。

（1）反吹式粉管快速清理裝置：當(dāng)噴涂工作結(jié)束，需更換新的粉末時(shí)，必須對(duì)積存于吸粉管輸粉管、粉泵中的粉末清理干凈。此時(shí)移開(kāi)供粉桶，吸粉管及粉泵開(kāi)始下降，并將吸粉管頭部插入反吹孔座，利用反吹壓縮空氣將原粉末供應(yīng)系統(tǒng)中清理干凈，并保證清理時(shí)間短，干凈徹底。

（2）風(fēng)機(jī)及濾芯清理系統(tǒng)：供粉中心工作時(shí)，由于流化作用及回收系統(tǒng)返回的粉末均會(huì)引起一些粉末浮于空氣中，造成環(huán)境污染現(xiàn)象，內(nèi)置的負(fù)壓裝置則會(huì)利用回收風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)力，將粉末吸引到風(fēng)管再到大旋風(fēng)分離，保證操作環(huán)境的潔凈。

2 使用效果

2016年2月份開(kāi)始對(duì)舊的噴涂裝置進(jìn)行了改造，其中噴槍仍然用回原有配置的噴槍。隨后進(jìn)行了調(diào)試和試生產(chǎn)，3月份開(kāi)始正式投入生產(chǎn)，該生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的型材多為小單多換色的產(chǎn)品。統(tǒng)計(jì)3、4、5三個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并調(diào)出2015年同期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比，效果見(jiàn)表2。

表2 改造前后效果對(duì)比表

從表中可以看出，通過(guò)對(duì)舊的臥式線(xiàn)噴房改造，班產(chǎn)能有一定的提高，粉耗降低4.1kg/t，換粉時(shí)間縮短了10min，廢粉率降低至3.65%，以上可以證明改造后的快速換粉裝置是一種低成本的高效的生產(chǎn)裝備。

3 小結(jié)

改造后的新型鋁型材靜電噴涂裝置，經(jīng)多次試驗(yàn)和大批量生產(chǎn)實(shí)踐證明，是一種低成本的高效快速換粉系統(tǒng)，值得推廣應(yīng)用。

[1] 吳錫坤.鋁型材加工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2006

[2] 肖亞慶，謝水生，劉靜安，等.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2012

[3] 朱祖芳.建筑鋁型材的靜電粉末噴涂進(jìn)展[J]. 材料保護(hù)，1995（2）33

[4] 王祝堂，田榮璋. 鋁合金及其加工手冊(cè)[M]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005

Rapid Exchange Powder Device for Efficient Powder Spraying for Aluminum Profile

LIU Huang-ping1, CHEN Xi-gui2, LIU Jing-an3
(1.Guanglv Group Co.,Ltd., Company,Guangdong 510450；2. Zhongshan Liheng Electromechanical Company Zhongshan 528400; 3. Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Basic technical requirement, function and effect of various device for rapid exchange powder system are introduced. The results show reformed rapid exchange device is a production device with low cost and high efficiency.

efficient cyclone recycling machine; aluminum powder spraying; flow flap; peristaltic pump; automatic cleaning air knife; powder supply center for quick exchange powder

TG174.442+.3

B

1005-4898（2017）01-0027-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.01.05

劉煌萍（1963-），男，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師。

2016-10-08