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给水大口径钢管内涂塑加工控温

涂塑复合钢管既具有钢管的高强度、 高刚度,又有塑料管的高光洁度和良好的防腐蚀性能,还具有不混生细菌、霉菌以及良好的防结垢能力,在一般情况下比同径的钢管输水量多 15%~20%,且输送过程中的动力消耗降低 15%以上,其使用寿命可达给水大口径钢管内涂塑加工工艺中温度自动控制研究孙冰心, 庞永俊, 柏永清, 赵 芳(河北建筑工程学院, 河北 张家口 075024)摘 要: 给水涂塑钢管的加工设备自动化程度不高, 特别是工艺中决定产品质量的重要因素给水涂塑钢管的加工设备自动化程度不高, 特别是工艺中决定产品质量的重要因素温度长期得不到控制,致使产品质量得不到有效保障。 为了提高涂塑钢管的质量同时节能环保,设计了涂塑设备温度自动控制系统,较好地解决了涂塑工艺中关键的温度控制问题。

当前生产大口径给水涂塑钢管的工艺:

(1)喷丸钢管进入喷丸室进行喷丸,喷丸质量达到 Sa2.5标准要求。
(2)加热钢管涂塑前的加热工艺过程是很重要的工序。塑粉要热熔黏结在钢管内壁, 给水管一般涂改性PE,所以其加热温度为 260~320 ℃。 由于钢管直径(DN1200~2400)和长度较大,用一般加热炉已不太适应,生产厂家改为中频加热,中频加热特点是没有任何物理接触,也没有辐射源,不产生任何燃烧物,因此加热干净、无污染、功率密度高。
(3)涂塑已加热的钢管在旋转台架上匀速螺旋式向前传动,转速为 30~50 mm/s;钢管内孔伸进喷枪头喷涂改性 PE 塑粉, 内壁喷涂后的厚度为 2~3 mm,涂好后移出台架冷却。 冷却后检测涂膜各项性能达到《给水涂塑复合钢管》(CJ/T120-2008)标准。

为了达到优良性能涂层,均匀加热是一个重要因素。 对塑膜涂层工艺而言,感应加热是最佳的办法,这种加热方法对于保证钢管在加热中没有氧化物的清洁表面是至关重要的。 而且能保证钢管断面的基体温度均匀。

(1)感应加热基本原理感应加热过程就是把导电的工件置于通交流电流的铜线圈中,由铜线圈中的交流电流产生的交变磁场导致在工件中有电流流动,如图 1 所示。 可以说, 感应加热就是遵循众所周知的变压器原理,即在一个绕组中加上交流电压,在另一个绕组中就会产生出电压。 感应加热器中的工作线圈就是这个变压器的初级绕组,而钢管就象一个短路的环形次级线圈,对于流动的电流而言,因为钢管具有一定的内在电阻,就产生了热。感应加热是一种独特的方式, 热产生在管子中,没有任何的物理接触,也没有辐射热源,不产生任何燃烧产物,正因为感应加热不存在与温度限制有关的来源,故其使用可达到较高能量级,与那些非直接电加热或燃料燃烧的方法相比,功率密度更高,并能精确控制。物理的热量传输是由于温度梯度的存在,根据热力学第二定律,即热量是从较高温度的物体向较低温度的物体方向转移。在感应加热的过程中,由于集肤效应,大部分热产生在管子的一定厚度之中,热流在环带状的管壁中向 2 个方向流动,向内流向管壁的中心,向外则从管子的表面辐射出去,这种热传导的速度取决于导热性、热容和密度。

(2)为了确定一个具体应用的感应加热系统,需要求出电流穿透深度。 这个参数决定感应加热线圈的效率。 穿透深度(有时也称作参考深度:导体某一深度 处 的 电 流 密 度 为 其 表 面 电 流 密 度 的 1/e=0.368时,这一深度就是电流穿透深度)

由于厂家现行钢管涂塑工艺温度范围在 260~320 ℃,在该范围内, ρ 相对有变化,但变化很小,可忽略不计;μr是恒定值,所以影响电流穿透深度的因素唯有 f。钢管在感应加热时,其总效率的高低基本上决定于电流频率的正确选择。 由于感应电流只沿着被加热钢管的电流穿透深度层流动,热量也仅在这一层中产生。 而钢管的加热要求整个钢管截面温度均匀,这时,在电流穿透深度以下的金属,仅能从已加热层按导热的方式加热。 这样的传热需要较长的时间才能使钢管表面与心部温度比较均匀。 钢管表面与心部温差要求越小,加热时间必然增长,被加热的钢管散入空间的热量增多,热效率降低。 为了提高热效率,必须缩短加热时间,其方法就是降低电流频率,也就是增大钢管里的电流穿透深度。