[发明专利]彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及钢板表面处理、涂料热风加热固化防爆节能技术领域，特别是一种彩色钢板惰性气体循环加热固化的方法及其设备。

背景技术

目前国内外利用液体涂料生产彩色涂层钢板，主要是采用热风加热固化工艺技术。使用的燃料多为天然气，也有的使用煤气或轻油的。生产涂层钢板的工艺以二涂二烘工艺为主，也有一涂一烘和三涂三烘的。以二涂二烘工艺生产为例，工艺流程如下：

开卷→切头→切尾→缝合(或焊接)→去毛刺→磨刷→脱脂处理→挤干→活套→磷化处理(或表面调整)→水洗→挤干→钝化处理→挤干→一次涂敷→一次烘烤→冷却→吹干→二次涂敷→二次烘烤→压花或印花→冷却→吹干→涂蜡→卷取。

二涂二烘型涂层带钢连续生产线设备布置依次为1-开卷机；2-切剪；3-入口活套；4-脱脂槽；5-化成处理槽；6-1^#辊涂机；7-1^#加热炉；8-冷却器；9-2^#辊涂机；10-2^#加热炉；11-冷却器；12-平整机；13-出口活套；14-涂蜡机；15-切剪；16-卷取机。

其中涂料加热固化是在两个分段控温的热风式固化炉中进行的。燃料燃烧后的烟气通过热交换器将空气加热到450℃左右，被加热的空气由鼓风机送入分作四段或五段结构的涂料固化炉，对涂有液态有机涂料的钢板进行加热。当热风在涂料固化炉内循环加热钢板时，涂料中的有机溶剂逐渐挥发完毕，涂料固化。完成加热后含有有机溶剂的、温度约为350℃左右的热风，被抽风机抽出。较先进的生产线将这种废气送入焚烧炉，燃烧掉其中的有机溶剂蒸气，以降低天然气的消耗和防止对环境的污染。其工艺流程为：燃料供给燃烧炉和焚烧炉，燃烧炉和焚烧炉产生的烟气经换热器由烟囱排放。其助燃空气经换热器预热后供给。作为加热涂料固化的热风，是由空气经换热器加热至450℃送往涂料固化炉，由循环风机对钢板进行循环加热。含溶剂的废气被送往焚烧炉进行焚烧。

根据统计，每生产1吨彩色涂层钢板，共约有15公斤有机溶剂挥发。当考虑到在高速机组上涂敷1吨钢板只需要一两分钟左右，在烘烤固化炉内溶剂的挥发量是相当可观的。烘烤炉内的温度一般在150℃至350℃或更高，在这种较高的温度下、涂料中的溶剂挥发出来，与空气混合后极可能发生爆炸。

根据爆炸原理，当混合气体中可燃气体含量和混合气氛中的氧气含量都同时处在发生爆炸的范围内时才有发生爆炸的可能性。例如，图1示出了当涂料的溶剂是环己烷气氛时，涂料固化炉内氧的浓度和爆炸极限的关系图。图1中的影线部分是发生爆炸的区域。

从图1中可见，当炉中的状态处于A点时，正处于爆炸气氛的范围之内。在B点、C点，是可以使炉子安全地运行的区域。

当使用经过热交换器的气空气作为热媒时，气氛的含氧量在20％左右，在通常的生产中炉气处于爆炸范围内(图中影线区)如A点，为防止爆炸只有在与B点或C点相对应的气氛中进行生产。如在C点，要浓缩炉气中的溶剂，是无法实现的。而在B点要降低炉气中溶剂的浓度，保证加热炉中的溶剂浓度低于爆炸极限(LEL)四分之一的这一要求。现在生产中就是通过供给大量的热风来实现的。

对于一般的涂层加热炉，每小时的溶剂挥发量在400公斤每小时左右，这相当于抽风机必须有在400℃上下，每小时排出废气42吨的能力(相当于每1kg的溶剂要供给75标准立方米的空气)。将空气从室温加热到450℃所需的能量，在数值上为钢材所吸收热量的3倍。为了炉内达到最高温度，如果溶剂同废气必须在850℃通过燃烧进一步氧化处理的话，那么加热空气所需的能量就会达到钢板所吸收热量的10倍。

现有技术的不足：

现在通用的通过热交换加热空气稀释固化炉内气氛，降低有机溶剂浓度即增加热风供应总量以降低其浓度的方法，虽能进行防爆而保证安全生产，但是能源的消耗量大，对环境的污染也大。主要表现在：

1)为了降低炉内有机溶剂的浓度实现防爆，要对固化炉输入过量的热风。为了防止爆炸的发生，实现安全生产，现在通用的方法是向固化炉内供应大量的热空气，从而降低炉气中有机溶剂的浓度，使其浓度降低到爆炸极限下限的1/4之下以防止发生爆炸。也就是说，不论加热钢板和固化涂料需要多少热量(热风)都要向固化炉供应热风以降低有机溶剂的浓度。这样生产中为此要为稀释每公斤溶剂多供应75立方米温度为450℃的热风。

2)由于送风量的增大，送风和排风系统的装机容量增大，电力消耗也相应增大；

3)燃料消耗的增加相应地增加了CO₂的排放量。

发明内容