每一个生产成品涂漆金属产品的制造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。Epcon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，研究其从现场金属零件的喷涂过渡到用于各种汽车零件的线圈涂层。卷材涂层工艺和汽车金属部件的后涂装都因对涂布室、室内喷涂室、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，不仅可提高作业速度和产量，更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VOCs。在Epcon团队提出一个具有优化能源效率和充分过程控制的集成单元之前，客户最初认为所需投资是非常昂贵的。这种重新设计的工艺设计将需要最小的热输入，整个系统的热回收率超过85%。

为了更好地理解系统设计和增强功能，对预涂金属和线圈涂层在各行业应用中的作用有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%的年复合增长率增长。随着对预涂金属生产的总体需求逐年增加，新的线圈涂层技术进步能够提高许多工艺应用的生产效率。例如，在汽车工业中，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。由于每个部分都需要单独的操作，无法快速高效地完成喷漆，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，而不会浪费油漆在金属表面之外。

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，大多数汽车面板和车门、车身面板和保险杠组件等部件通常由世界上一些最大的汽车工厂的预涂金属制成。由于对预涂金属制造方法的兴趣增加，线圈涂层设备和工艺正在不断优化，以降低运营成本，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。预涂部件肯定优于后涂应用质量，因为涂层线圈被均匀清洗，预处理和涂成平面。线圈涂层应用的扁平金属表面有助于材料的更高冲击强度和增强其抗划伤性。刷平金属表面后，将初始底漆涂在金属线圈上。用于底漆涂层的聚合物与金属紧密结合，具有良好的附着力，不仅可以防止漆面剥蚀，增强耐腐蚀性。在喷涂后的方法中实现这些均匀的结果几乎是不可能的，因为零件已经塑造成各种形状。除了明显的劳动效率，环境效益和节能，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法规的严格，生产团队在现有设备和工艺设计方面面临着几个问题。

首先，汽车成品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不变。该汽车生产线目前的液体涂层工艺已经无法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层配方，但没有一种配方的耐久性和性能能够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。客户要求生产线速度为85英尺/分钟，以满足预期的产品吞吐量。固化炉的停留时间需要在20到40秒之间，以确保涂层与金属的刚性结合一致。为了满足在这种速度下的固化时间，烤箱的长度必须约为50英尺。但是，烘箱长度越大，就越难有均匀高效的加热。在空气与输送带逆流状态下，进气温度与出气温度差异较大，导致带材受热不均匀。在停留时间内，确保金属表面的每个部分都达到目标峰值金属温度(PMT)是至关重要的。该线圈涂层应用所需的PMT为480-500°F，取决于铝带的厚度。

在这么短的时间内，新设计参数面临的最大挑战是通过专门的热动态控制，在整个烘箱的长度上保持均匀的温度分布，从而达到所需的涂层耐久性。

从环境法规的角度来看，最大的问题是有机涂料应用的副产品VOC排放。挥发性有机化合物排放量最高的是涂料室，其次是固化炉，由于环境温度较高，挥发性有机化合物发生蒸发。挥发性有机化合物的释放类型取决于所使用的聚合物，但所有挥发性有机化合物如果吸入人体，都是剧毒的。根据美国环保署的标准，所有来自生产设施的VOCs必须在废气排放进入大气层之前完全销毁。热氧化是去除VOC最常用的技术，因为它具有卓越的效率，但由于所需的操作温度在1500°F左右，因此通常会导致巨大的额外成本。

解决方案

在对工艺要求进行详细分析后，Epcon的工程团队开发了一种定制设计的线圈涂层系统，该系统由涂层室和固化烤箱组成，通过内部管道网络与热交换器和再生热氧化剂(RTO)互连。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，确保整个金属表面积的膜厚恒定，同时热氧化剂分解废气中的VOCs，这样就不会有有害排放物进入大气。

一个典型的有机线圈涂层生产线包括开卷器、入口条蓄能器、清洗、化学预处理、底漆涂抹、固化、最终涂层涂抹、固化、出口蓄能器和回卷器。因此，铝板在两个连接处穿过固化炉;在底漆涂完后，在最后一层涂完后再涂一次。

固化烤箱特别设计有一个无热闪通道和两个独立的温度区，以满足精确的工艺要求。操作者能够在这两个区域中定义与应用于金属表面的有机涂层的特定组成相对应的设定值。连续过程中两个不同的温度设定值的实现使聚合物原子结构的最佳转变，同时形成坚固耐用的键。两个烤箱区都由一个燃烧室组成，安装在烤箱的一侧，配有燃气燃烧器和燃气列车。每个燃烧室都有一个燃烧器和一个30,000 cfm的再循环风扇，在整个截面长度上均匀地传递热量，使均匀的温度分布具有最小的偏差。闪流通道位于保温炉的入口处，没有再循环或加热功能。烘箱有顶部和底部安装的供气室，加热的入口空气通过它进入烘箱，同时通过再循环风扇诱导的强制气流均匀分布在每个部分。从二次热交换器进入烤箱的热空气具有足够的温度，只有最小的热量需求，通过自动控制的天然气燃烧添加，以达到烤箱的设定值。

铝条通过烤箱后，进入冷却室，这是一个推拉型用于降低其温度。冷却室安装在固化炉的末端，配有一台环境送风风机，通过对流机构对带钢进行冷却，并配有一台55,000 cfm的排气风机。冷却室的包含对于实现瞬时材料处理和连续工艺恢复是必不可少的。

然后，含voc的排风从涂布室和固化炉通过相互连接的管道流向主热交换器。在那里，排风被来自氧化剂出口的经过处理的清洁空气预热。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显著减小。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助推器提供。垂直组装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烤箱和涂布室两种来源的VOC蒸发速率来确定热氧化剂所需的尺寸。双室RTO的长度和容量是专门设计来维持1秒的停留时间，考虑到从工艺源排出的空气的体积流量，以及天然气燃烧器提供的额外进气口。上述停留时间对于确保VOC完全氧化而无任何残留排放至关重要。传统RTO的组件包括系统风扇、电机、燃烧器、热交换介质、流量控制阀、电子和自动系统控制、温度记录仪和排气烟囱。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

应用的涂层满足最高的冲击强度和抗划伤标准，因为涂层在固化烤箱中的温度均匀性在±5°F内进行了最佳固化。这种特殊设计的节能热氧化剂可以去除99%以上的挥发性有机化合物，同时为固化烤箱甚至制造设施中的其他一些过程提供热能。因此，由于在整个系统中精心设计的热集成，线圈涂层的运行成本大大降低。

Epcon预先测试的控制系统由热电偶组成，用于测量温度，由变频驱动器调节风扇和喷嘴，定制PLC和操作界面面板，不断调整和维护所有工艺变量。负反馈控制回路参数由Epcon工程团队根据每个烤箱部分和热氧化剂中定义的设定值温度进行调整。最显著的控制系统性能体现在最快的设定值实现速度，使烘箱停留时间短，同时形成最高强度和质量的债券。最重要的是，用户可以实时分配过程变量，使用用户友好的软件从一个地方远程控制和监控完整的集成单元。

所述的集成单元代表了卷材涂层工艺和VOC去除的最高质量、经济可行和生态兼容的解决方案。对于该零部件制造商来说，所提出的设计提供了成功满足现代汽车工业中必须的连续过程中巨大的生产能力需求的能力。

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