每一个生产成品喷漆金属产品的生产操作都需要评估使用预涂金属线圈或直接在成品上涂漆的好处。爱普康工业系统公司为一家大型汽车制造商进行了一项可行性研究，该研究涉及其从现场金属零件喷漆到用于各种汽车零件的线圈涂层的过渡。汽车金属零件的卷涂工艺和后涂工艺都因对涂布机室、室内喷雾室、固化炉和挥发性有机化合物(VOC)去除的高热要求而臭名昭著。

采用最新技术重新设计的系统，不仅可提高操作速度和产量，而且可提高空气污染管制的效率。这个特殊的项目目标是设计和组装一个新的预涂金属生产线，配备再生热氧化剂，以去除固化过程中的挥发性有机化合物。在Epcon团队提出一个具有优化的能源效率和充分的过程控制的集成装置之前，客户最初认为需要的投资非常昂贵。这种重新设计的工艺设计需要最少的热输入，整个系统的热回收超过85%。

为了更好地理解系统设计和增强，对预涂金属和线圈涂层应用在各行业中的作用有一个更大的了解是很重要的。在2019年至2025年的预测期内，线圈涂料行业预计将以5%的复合年增长率增长。随着对预涂金属生产的总体需求逐年增加，新的线圈涂层技术的进步能够提高许多工艺应用的生产效率。例如，在汽车行业，传统的金属零件加工方法包括切割和圆角，然后再涂漆。这有几个缺点，因为每个金属部件都有特定的形状。因为每个部分都需要单独操作，所以不能快速高效的涂漆，增加了操作成本。此外，各种形状的金属零件的自动喷漆室成本很高，而且需要专门的机器人来管理喷涂方向，以保证速度和均匀性。这需要高度精确的控制系统，以确保应用液体涂层没有浪费的油漆结束在金属表面之外。

针对上述缺点，汽车行业成为预涂金属采购的第三大行业。今天，在世界上一些最大的汽车工厂中，大多数汽车面板和零部件，如车门、车身面板和保险杠总成，通常都是用预涂金属制成的。由于人们对预涂金属制造方法越来越感兴趣，线圈涂层设备和工艺正在不断优化，以降低操作成本，同时提高产品性能。

预涂金属的另一个关键优势是，它确保了一致的颜色，纹理，厚度和成品的最高质量性能。预涂的部分当然优于后涂的应用质量，因为涂层线圈被均匀地清洗，预处理和涂成平面。线圈涂层应用的平坦金属表面有助于材料更高的冲击强度和增强其抗划伤性。刷平金属表面后，将初始底漆涂到金属线圈上。除了防止漆面脱落和增强耐腐蚀性外，用于底漆的聚合物与金属紧密结合，提供了良好的附着力。用后涂方法达到这些一致的结果几乎是不可能的，因为零件已经成型成各种形状。除了明显的劳动效率，环境效益和能源节约，线圈涂层材料本质上比那些部分生产的产品更一致。

挑战

一家大型汽车制造商已经在工厂里安装了一条液体涂层生产线。随着生产产量要求的提高和环境立法的日益严格，生产团队在现有设备和工艺设计方面面临着一些问题。

首先，成品汽车零部件是特别独特的，因为它们暴露在广泛的外部条件下:巨大的温度和压力范围，机械冲击和水暴露，它们的机械性能需要在所有情况下保持恒定。该汽车生产线目前的液体涂层工艺已不能达到最新的抗冲击标准和涂层耐久性要求。该公司的内部研发团队发明了几种涂料配方，但没有一种具有耐久性和性能，以满足现有设备对机械特性和产品寿命的主要要求。

此外，由于固化炉的配置和要求，在固化阶段实现均匀的峰值温度是一个挑战。客户要求流水线速度为85 fpm，以满足预期的产品吞吐量。固化炉的驻留时间需要在20到40秒之间，以确保一致的涂层与刚性结合到金属。为了满足在这个速度下的固化时间，烤箱的长度必须大约50英尺。但是，烘箱长度越大，就越难均匀高效加热。在空气和输送带的逆流状态下，进风温度与出风温度变化较大，导致带材受热不均匀。确保金属表面的每一部分在停留时间内达到目标峰值金属温度(PMT)是至关重要的。根据铝条的厚度，该线圈涂层应用所需的PMT为480-500°F。

在短时间内，新设计参数的最大挑战是通过专门的热动态控制，保持烘箱长度上的均匀温度分布，以达到预期的涂层耐久性。

从环保法规的角度来看，最大的问题是有机涂料应用的副产品挥发性有机化合物的排放。挥发性有机化合物的最高排放发生在涂装室，其次是固化炉，由于环境温度较高，挥发性有机化合物发生在固化炉。释放的VOCs的类型取决于使用的聚合物，但所有的VOCs如果吸入对人类都是剧毒的。根据美国环保署的标准，在废气排放进入大气之前，必须彻底销毁制造设施中的所有挥发性有机化合物。热氧化是去除VOC最常用的技术，因为它的效率非常高，但由于所需的操作温度在1500°F左右，这通常会带来巨大的额外成本。

解决方案

在详细分析了工艺要求后，Epcon的工程团队开发了一种定制设计的线圈涂层系统，由涂层室和固化炉组成，通过内部管道网络与热交换器和再生热氧化剂(RTO)连接。定制设计的涂层线通过一系列滚轮，为金属线圈提供自动液体覆盖，确保在金属表面积上有恒定的薄膜厚度，同时热氧化剂分解废气中的VOCs，从而没有有害排放物进入大气。

典型的有机卷涂线包括脱油机、入口带材蓄压机、清洗、化学预处理、底漆涂装、固化、最终涂装、固化、出口蓄压机和蓄压机。因此，铝板在两个连接处通过固化烘箱;在底漆涂完后，在最后一层涂完后再涂一次。

固化炉是专门设计的无热闪道和两个独立的温度区，以满足精确的工艺要求。操作人员能够根据应用于金属表面的有机涂层的特定成分，在这两个区域内定义设定值。在连续过程中实现两个不同的温度设定点，使聚合物原子结构转变达到最佳状态，同时形成坚硬和持久的键。两个烘箱区由一个安装在烘箱侧面的燃烧室组成，燃烧室配有燃气燃烧器和燃气装置。每个燃烧室都有一个燃烧器和一个30000立方英尺的再循环风扇，在整个截面长度上均匀地传递热量，使温度分布均匀，偏差最小。闪光通道位于有绝缘的烤箱入口，没有再循环或加热能力。烘箱有顶部和底部安装的送风箱，加热的入口空气通过这些送风箱进入烘箱，同时通过再循环风扇诱导的强制气流均匀分布在各个部分。从二次热交换器进入烤箱的加热空气有足够的温度，只需要最小的热量需求，通过自动控制的天然气燃烧添加，达到烤箱的设定值。

在铝条通过烤箱后，它们进入冷却室，这是一个推拉式的用于降低它们的温度。冷却室安装在固化烘箱的末端，它配有一个环境送风风扇，通过对流机制冷却带材和一个55000立方厘米的排风风扇。冷却室的包含对于实现瞬时物料处理和连续过程恢复是必不可少的。

然后，含voc的废气从涂布机室和固化炉通过相互连接的管道流向主热交换器。在那里，从氧化剂出口来的经过处理的清洁空气对排气空气进行预热。通过一次热交换器后，热氧化剂的设定值与富voc废气温度之间的温差明显减小。所需的额外热量由安装在氧化剂燃烧室中垂直于废气气流的天然气增压燃烧器提供。垂直组件和特殊设计的喷嘴使空气的湍流流动，混合所有流体层，并达到所需的温度1500°F，以确保成功和完全的氧化发生。

RTO结构设计相当复杂，Epcon的工程团队必须根据客户预定义的VOC蒸发速率(从烤箱和涂布室)来确定热氧化剂所需的尺寸。双腔RTO的长度和容量是专门设计来维持1秒停留时间的，考虑到从工艺源排出的空气的体积流动，以及天然气燃烧器提供的额外空气进气口。上述停留时间对于确保VOC完全氧化而不产生任何残留排放至关重要。传统RTO的组成包括系统风扇、电机、燃烧器、热交换介质、流量控制阀、电子和自动系统控制、温度记录器和排气烟囱。该系统通常内衬陶瓷或介质纤维绝缘，而其外部主要由钢组成。

结论

应用的涂层达到了最高的冲击强度和耐刮伤标准，这是由于涂层在固化烘箱中的温度均匀性在±5°F内的最佳固化。特别设计和节能的热氧化剂去除超过99%的VOCs，同时为固化炉甚至制造设施的一些其他过程提供热能。因此，由于整个系统的精心设计的热集成，线圈涂层运行成本大大降低。

所有的过程变量都通过Epcon的预测试控制系统不断调整和维护，该系统由测量温度的热电偶、由变频驱动调节的风扇和喷嘴、定制的PLC和操作界面面板组成。负反馈控制回路参数由Epcon工程团队根据每个烘箱部分和热氧化剂定义的设定点温度进行调整。最显著的控制系统性能体现在实现设定值的最快速度，使烤箱停留时间短，同时形成最高强度和质量的粘结。最重要的是，用户可以实时分配过程变量，通过用户友好的软件从一个地方远程控制和监视完整的集成单元。

所述集成单元代表了最高质量、经济可行和生态兼容的解决方案，用于线圈涂覆过程和去除VOC。对于这个零件制造商，所提出的设计提供了在现代汽车工业中必须的连续过程中成功满足巨大生产能力需求的能力。

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