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三段式钢管涂装工艺及现状

现国内内涂工艺有内真空吸涂、 内推拉杆无静电喷涂和内扣粉等, 在两段式结构中, 一般只采用其中一种内涂工艺, 而三段式可灵活运用各种内涂工艺。 三段式设备的内涂装置位于平面预热炉与平面表干炉之间。为了适应各种规格和各种要求的涂塑钢管的生产, 天津友发管道科技股份有限公司所有生产线, 预热炉与表干炉采用三段链条驱动, 设计直径为 15~500 mm。 因为 PE 粉末涂装钢管预热温度高达 300 ℃, 而 EP 粉末涂装在 200 ℃, 两种粉末固化温度都在 200 ℃。 根据粉末调质不同,钢管预热温度略有变化。 PE 粉末在固化中发生物理变化, 可以反复加热熔化、 固化。 EP 粉末发生化学变化, 固化后不可逆, 没办法进行修补。 在钢管 PE 粉末涂装中, 由于温度很高,只能进行内外同时涂装, 预热炉与表干炉各采用一套驱动。 在预热炉与表干炉之间设置内涂机构和内外涂机构、 内涂扣粉系统、 内涂推拉杆式喷涂系统与流化床式浸涂 PE 粉末系统。生产线是可以根据客户要求灵活选定内涂涂装方式的。

三段式平面表干炉与桥式固化炉之间为钢管外涂装置。 在平面表干炉与桥式固化炉之间设置顶升平移装置, 使钢管从平面表干炉到钢管外涂形成接驳。 直径为 15~500 mm 的钢管采用钢管旋转涂装方式, 两端为夹紧旋转座, 静电喷粉枪往复沿着钢管纵向平移, 进行喷粉作业, 钢管外涂工序完成。

小直径(15~100 mm)钢管管口应进行人工补喷粉, 固化后的管口外观质量才可以达到要求。大直径(100~500 mm)钢管如果采用夹紧座夹紧钢管旋转, 管口势必形成粉末旋转状, 固化后的管口质量不美观, 所以宜采用钢管不旋转、 喷枪摇摆纵向行走喷涂方式。 若将钢管直接悬挂在桥式固化炉上, 钢管管口没有夹紧座, 外喷后直接进入固化炉, 则固化后管口外观质量美观。 近年来, 国内大多数钢管外涂采用夹紧座旋转方式,静电喷粉枪沿钢管纵向行走喷涂。 由于增加了喷枪摇摆机构, 使钢管外涂层均匀度得到提高, 但钢管与喷枪相对位置必须通过旋转和纵向行走动作, 钢管才能喷粉均匀。

两段式、 三段式钢管涂塑设备供热源为天然气、 煤等(现在大多为天然气), 相比中频电加热涂塑设备, 节能效果明显。 中频电加热涂塑设备基本没有保温层, 钢管加热后直接进行内涂、 外涂。 整个涂塑过程都直接暴露在空气中, 热量损耗大, 也不符合低碳绿色工业的原则。 在加热成本方面, 煤炭最低, 生物颗粒次之, 然后是柴油、 天然气, 电能成本最高。 在经济环保方面,目前国内以天然气为最佳。 现在保留的中频感应圈涂装设备, 大多数是针对大直径(1 000 mm 或以上)螺旋涂塑钢管(12 m)。三段式钢管涂塑设备比二段式设备能源消耗略高, 但相比中频电加热涂塑设备, 节能显著。

三段式钢管涂塑设备生产线可满足直径 15~500 mm的钢管涂塑生产, 直径 500~2 420 mm 或以上规格钢管涂塑可以采用面包炉结构。 目前国内还没有直径500~2 420 mm三段式钢管涂塑设备, 原因是市场需求量小。 当涂塑钢管市场需求增大后,可以形成产业化, 也必将成就直径500~2 420mm或以上规格三段式钢管涂塑设备的快速面市。

针对目前国内钢管涂塑设备在安装后需要进行二次改造才能满足生产要求的问题, 设计了一种钢管涂塑设备三段式生产线, 并对原有涂塑工艺进行了改进。 该三段式生产线由两段式结构改进而来, 钢管内外表面处理后首先进行预热内涂, 随后表干进行外涂, 待外涂层固化即完成整个涂装作业。 采用该种设计, 涂塑生产可覆盖直径 15~500 mm 的钢管, 并能有效解决钢管内外表面涂塑中存在的工艺支点问题, 可达到多种涂塑工艺要求。

为了满足客户需求, 生产线建成后需进行相应改造。 针对不同要求, 需要频繁进行工艺与设备的改造。 国内钢管涂塑设备有平面炉二段式和加桥式炉二段式, 也有平面炉加隧道炉二段式,还有一些中频感应圈加热涂塑设备。 这些设备都能满足特定规格钢管涂塑产品的要求, 但实际应用中有一定的局限性, 不能全方位覆盖所有规格。 另外链条支承或者悬挂钢管, 会形成涂塑钢管成品工艺点, 即使人工进行修复, 在使用中也会慢慢腐蚀, 质量达不到输水钢管防腐要求。 针对这种问题, 天津友发管道科技股份有限公司设计了一种三段式钢管涂塑生产线, 通过三段式灵活变动工艺, 可满足不同规格钢管生产需求。

三段式钢管涂塑设备结构是在原二段式结构基础上改进而成的。 三段式钢管涂塑设备结构采用的是平面预热炉、 平面表干炉和桥式固化炉共三段将钢管内涂和外涂分开, 形成独立工作方式。 三段式钢管涂塑设备能灵活改变工艺, 满足各种需求。

平面炉结构如图 1 所示, 是链条和工件在同一平面上的加热炉。 三段式结构中的预热炉和表干炉采用的都是平面炉结构。 预热炉温度高低决定了钢管涂塑层的厚度和粉末的流平性, 所以采用平面炉只需要保证炉内温差小, 就可生产出涂层均匀的钢管。 表干炉比较短, 采用平面炉可以使结构更加紧凑。 钢管从前门进入炉体, 从后门输出炉体。 整个炉体内的钢管与进出门的钢管在同一个水平面上, 炉内传送链条在同一个平面上输送钢管。 采用一套驱动带动两根封闭链条,分别支承钢管的两端。

桥式炉炉体前后无门, 只有两个口, 其结构如图 2 所示。 如图 2 所示, 钢管从前口进入炉体, 从后口输出炉体。 整个炉体内的钢管比进出口的钢管高。 这种结构使炉内热能难以损耗(因为热空气都是往上走的)。 开口在炉体下方保证热空气不流失, 达到闷炉效果。 固化炉的固化效果决定涂层与钢管的附着力大小, 进而决定涂塑钢管质量, 所以在三段式结构中采用桥式固化炉效果最佳。 桥式炉炉内传送链条采用 QXG300#链条, 钢管采用挂钩吊在链条上。桥式炉采用 1 套驱动带动两根封闭链条, 两根链条分别采用挂钩吊装钢管的两端, 其中挂钩钩在钢管的内表面。

国内钢管涂塑设备从20 世纪90 年代基本上采用的都是两段式结构, 其结构如图 3所示。 生产的产品单一, 不能灵活改变生产工艺, 无法满足涂塑钢管市场需求。 钢管从预热炉预热后进入内外涂塑装置进行喷涂、 浸涂等涂装作业。 完成涂装作业后的钢管进入固化炉固化, 然后冷却、下料, 整个钢管涂塑工艺完成。 但因钢管架在固化炉链条上, 形成工艺支点, 下料后需进行人工修补, 钢管外表面存在修补缺陷。 涂塑钢管的腐蚀都是从工艺支点缺陷开始, 导致整个输水管道水质污染, 客户严重不满。两段式涂塑设备在实际生产过程中, 灵活性差, 在预热炉和固化炉之间设置的内外涂塑装置在同一个位置, 内外涂塑粉末颜色必须一致, 否则, 造成内外涂塑粉末发生混色, 使钢管表面成为花色。 并且, 由于涂装PE和EP粉末要求的温度相差很大, 两段式设备无法兼顾。 只能先涂PE, 待冷却到适合EP涂装温度时方可进行涂装,这样会造成生产不连续, 存在待车情况。 两段式内外涂塑装置成型后, 也无法更换涂装方式, 不能从流化床浸涂切换到静电涂装。 其内外涂塑装置放置位置和空间等存在局限性。 所以在实际涂装作业中, 两段式无法适应现在所需的各种涂装要求。

三段式钢管涂塑设备结构如图4 所示, 其生产产品规格多样, 可以灵活改变生产工艺, 满足涂塑钢管市场需求。 钢管从预热炉预热后进入内涂装置进行内涂作业, 内涂完成后进入表干炉表干, 表干后的钢管进入外涂装置进行外涂作业,完成外涂作业后的钢管进入固化炉固化, 冷却、 下料, 整个钢管涂塑工艺完成。 由于表干后的内涂层已经硬化, 不会形成工艺支点, 下料后无需进行人工修补作业, 不会使钢管外表面质量存在修补缺陷。 三段式设备将内涂和外涂分开, 设置成两个独立的涂装作业区域, 不管内涂和外涂是什么颜色,均不会造成钢管内外表面花色情况, 也不会因为内外涂装温度不一致, 造成待车现象。 内涂和外涂自成体系, 自行完成涂装作业, 不会互相干涉。 在切换方式上, 也能灵活运用。 内涂方式从真空吸涂、扣粉到推拉杆喷涂均可随意切换; 外涂方式从流化床浸涂到静电喷涂也能很好切换。