Современные окрасочные камеры для порошковых материалов

При разработке новых установок для нанесения порошковых ЛКМ необходимо использовать экологически безопасные методы окраски и обеспечить наибольшую автоматизацию производственного процесса. Исходя из ассортимента окрашиваемых изделий и требуемого технологического оборудования установки, следует определить ряд важных параметров, позволяющих сделать правильный выбор технологической схемы установки для нанесения покрытий (Пк), типов рабочих кабин, систем распыления и рекуперации порошка.

На этом же этапе следует определить и уровень автоматизации установки. При выборе установки необходимо учитывать следующие характеристики окрашиваемых изделий:

• количество;

• геометрия;

• необходимая толщина Пк;

• требования к качеству окраски;

• количество цветов краски и частота их смены;

• распределение основных и специальных цветов.

Кроме того, на выбор технического оборудования установки влияют:

• система транспортирования порошка;

• типы подвесок;

• подготовка поверхности.

Следует также учитывать параметры помещения, где будет смонтирована установка, и особенности строительных конструкций, влияющие на выбор установки:

• площадь для монтажа установки;

• особенности полов;

• другие затрудняющие монтаж факторы.

Полы в цехе, где расположена установка для порошковой окраски, должны обладать антистатическими свойствами, а в месте планируемого размещения рабочей кабины не должно возникать турбулизации воздушных потоков; необходимо также исключить присутствие паров растворителей и других факторов, отрицательно влияющих на качество покрытия. Следует также избегать слишком высоких температур окружающей среды. Все установки для окраски порошковыми ЛКМ могут быть оборудованы либо обычными кабинами для нанесения порошкового покрытия, либо так называемыми «установками с быстрой сменой цвета».

Установка с двумя или более комплектами рекуперационных блоков для одной кабины

Эта схема пригодна для обычной смены цвета ЛКМ с дополнительной рекуперацией порошка. После очистки кабины и распылительных пистолетов вручную производится замена систем рекуперации порошка путем перестановки рекуперационных блоков.

Установка с передвижными кабинами

При использовании передвижных кабин, применяемых попеременно, можно производить очистку кабин за пределами цепного транспортера. Установка с кабинами с раздельными линиями транспортирования Две полностью отделенные друг от друга линии транспортирования проходят через две кабины напыления порошка. В то время как в одной из кабин происходит нанесение порошковой краски, можно производить очистку второй кабины.

Установка с передвижными кабинами с двумя линиями транспортирования

При использовании двух транспортеров в сочетании с передвижными кабинами достигается высокая гибкость производственного процесса. К недостаткам этой схемы можно отнести необходимость больших площадей для ее монтажа. Установка с кабинами, оборудованными транспортерами типа Power&Free При применении транспортеров Power&Free изделия проходят вместе участки подготовки поверхности и обработки в печи, но для окраски направляются в различные кабины. Таким образом, можно производить очистку одной кабины, в то время как другая остается в рабочем режиме. Как правило, системы транспортирования типа Power&Free оказываются экономически выгодными в том случае, когда при их использовании могут быть решены и другие задачи транспортирования.

Закрытая окрасочная кабина представляет рабочий участок, у которого при нанесении ЛКМ открытыми остаются только отверстия для входа и выхода окрашиваемых изделий. Такая конструкция, включающая рабочее оборудование, подающие трубопроводы и автоматы для перемещения рабочих инструментов, чаще всего применяется для нанесения более жидких ЛКМ. Частично закрытая окрасочная кабина представляет собой закрытый со всех сторон рабочий участок, у которого открытым остаются только отверстия для автоматических устройств электростатического распыления и/или рабочие отверстия для ручного распыления. Кабины такого типа применяют главным образом для нанесения порошковых ЛКМ. Все окрасочные кабины во время распыления порошкового ЛКМ должны вентилироваться для предотвращения образования взрывоопасных смесей, устранения возможности вдыхания воздуха, содержащего вредные вещества, и снижения загрязнения порошком внутреннего пространства кабины. В качестве материала для стенок кабины используются металл, стекло или пластмасса. Расстояние от стенок до непосредственной зоны нанесения Пк должно быть достаточно большим, так как, будучи заземленными таким же образом, как и обрабатываемое изделие, стенки могут подвергаться окрашиванию. В настоящее время часто применяют пластмассовые кабины. Пластмасса неэлектропроводна и, заряжаясь с первой зарядкой порошка, отталкивает следующие потоки частиц, действуя на облако порошкового ЛКМ как подавляющий электрод. Это действие тем эффективнее, чем ближе стенки кабины к зоне нанесения порошкового покрытия. Используемая пластмасса должна обладать низкой горючестью, а наружная стенка кабины или отдельные ее части должны находиться на расстоянии более 9 мм от обладающего электропроводностью материала, чтобы исключить возможность возникновения скользящих кистевых разрядов. Важно также движение воздушных потоков в кабине. Объем движущегося потока воздуха можно рассчитать, исходя из количества порошкового ЛКМ, распыляемого в единицу времени. Скорость движения воздуха у отверстий кабины должна достигать 0,3—0,4 м/с.

Выбор типа кабины

Окрасочные кабины подразделяются на кабины для нанесения одноцветных, многоцветных Пк и кабины с быстрой сменой цвета ЛКМ. В настоящее время элементы установки, как правило, изготавливаются в виде отдельных модулей. Таким образом, все элементы системы по желанию потребителя и в зависимости от поставленной задачи можно поставлять во взаимозаменяемом исполнении. Кабины, используемые для нанесения порошковых ЛКМ, в зависимости от фирмы изготов-ливают из нержавеющей стали, стекла или пластмассы (в одно- и двухстенном исполнении). У пластмассовых стенки кабины положительно и отрицательно заряжаются попадающими на них заряженными частицами порошка, которые затем отталкиваются от них. Различия в прохождении линий электрического поля у стальных и пластмассовых кабин представлены на рис. 1.

Стальные кабины (рис. 2, 3) обладают следующими преимуществами и недостатками:

Преимущества:

• блочная конструкция из отдельных элементов;

• низкая стоимость;

• простота монтажа;

• возможность придания любой формы;

• устойчивость поверхности к царапанью;

• соответствие всем требованиям техники безопасности;

• меньшее количество отходящего воздуха (скорость на входе 0,5 м/с).

Недостатки:

• большое количество стыков и швов;

• стенки притягивают порошок;

• скопление порошка при длительном периоде эксплуатации;

• длительная смена краски при переходе на другой цвет;

• невозможность использования при большом количестве пистолетов;

• необходимость дополнительной очистки дна кабины.

Стальные кабины пригодны для нанесения Пк с небольшими скоростями движения изделий и максимально 10 пистолетами. Длительная работа приводит к значительным скоплениям порошка. Кабины необходимо очищать в два этапа: сначала соскабливание, затем обдувка, что существенно удлиняет эту операцию. Ниже представлены характеристики пластмассовых кабин.

Преимущества:

• отсутствие стыков и швов;

• отталкивание порошка от стенок;

• очистка путем обдувки;

• возможность для использования большого количества пистолетов.

Недостатки:

• высокие затраты;

• поверхность неустойчива к царапанью;

• нормы техники безопасности требуют создания дорогостоящих конструкций;

• повышенное количество отходящего воздуха (скорость на входе 0,7 м/с);

• высокий расход энергии.

Стеклянные кабины с устройством очистки пола можно охарактеризовать следующим образом:

Преимущества:

• поверхность устойчива к царапанью;

• прозрачность кабины позволяет лучше видеть процесс нанесения;

• удобство в работе, особенно при нанесении светлых красок.

Недостатки:

• необходима дополнительная очистка пола;

• образование остатков порошка в углах кабины после очистки;

• опасность поломки стекла при монтаже.

Для получения Пк высшего качества кабина должна соответствовать следующим требованиям:

• наличие отдельного помещения для нанесения Пк, в котором используется очищенный воздух под высоким давлением; • системы для просеивания порошка должны предусматривать удаление загрязнений;

• стенки кабины должны отталкивать порошок, предотвращая образование отложений; •

наличие дополнительного микрофильтра после фильтровального устройства при использовании нескольких цветов ЛКМ;

• применение при очистке кабины спецодежды, не имеющей волокон;

• использование фильтровальных материалов, не создающих дополнительных загрязнений (отделение волокон).

Следует помнить, что частицы загрязнений размером меньше 90 мкм невозможно удалить даже с помощью самой лучшей просеивающей системы. Но их наличие на поверхности может привести к нарушению однородности и различным дефектам Пк. Свежий и находящийся в циркуляционной системе порошок необходимо просеивать. В зависимости от типа порошкового ЛКМ и предъявляемых требований к качеству Пк просеивание необходимо производить при диаметре ячейки 90—120 мкм. Стальные, стеклянные и пластмассовые стенки и потолки при нанесении порошкового ЛКМ покрываются слоем распыляемого материала, образующим так называемые «порошковые лепешки». Периодически эти отложения отделяются от потолка кабины и, попадая на поверхность окрашиваемого изделия, служат причиной образования дефектов покрытия. Скопления порошка необходимо удалять со стенок кабины каждые несколько часов работы, но не реже чем один раз в сутки, направляя его обратно в систему циркуляции. В результате образуется достаточно большое количество порошка, направляемое в порошковый резервуар, что может ухудшить качество ЛКМ и получаемого покрытия и вызвать следующие отклонения:

• изменение гранулометрического состава порошка;

• снижение интенсивности зарядки частиц;

• чрезмерная загрузка просеивающей системы;

• переполнение порошкового резервуара.

Скопление порошка на стенках очень быстро достигает толщины более 3 мм, что может привести к перегрузке циркуляционной системы. Например, слой сухого порошка толщиной 3 мм соответствуют толщине порошкового покрытия приблизительно 1 мм. Учитывая, что пленка толщиной 100 мкм образуется при расходе краски 120—160 г/м2 , слой толщиной 1 мм содержит 1,2—1,6 кг ЛКМ/м2 .

Кабины с системой скребков

Такие кабины хорошо подходят для нанесения Пк без смены цвета ЛКМ. Они не требуют больших площадей для размещения даже при большом количестве потребляемого воздуха и оборудованы системой скребков. Благодаря простой конструкции они очень надежны в эксплуатации и для их техобслуживания необязательна высокая квалификация персонала. Пути движения порошка в них короткие, что обеспечивает щадящий режим транспортирования порошка. Кабины с рекуперацией с помощью фильтра, оборудованного ленточным транспортером Эти кабины пригодны для крупных установок, снабженных большим количеством пистолетов и работающих без смены цвета ЛКМ. Они располагают системой медленного равномерного движения воздуха и особенно подходят для получения высококачественных Пк. С помощью отходящего воздуха остатки порошка сразу же отсасываются, попадают на ленту, связанную с фильтром транспортера, и отводятся наружу. Степень разделения у таких систем рекуперации порошка всегда очень высока и составляет около 99%.

Кабины с рекуперацией порошка с помощью мультициклона

Эти устройства предназначены для режимов нанесения Пк максимально с трех- или четырехкратной сменой цвета порошковой краски в сутки. Они не требуют больших площадей для размещения даже при больших количествах воздуха и оборудованы системой рекуперации порошка с помощью мультициклона (рис. 5).

Эти кабины очень надежны в эксплуатации, удобны для техобслуживания и отличаются простотой управления. В них короткие пути движения порошка, что обеспечивает щадящий режим при его транспортировании.

Кабины с быстрой сменой цвета порошковой краски (рис. 6)

При необходимости менять цвет ЛКМ пять раз в сутки рекомендуется использование установки быстрой смены цвета со специально сконструированной для этих целей кабиной. Такая кабина по выбору может быть изготовлена без отверстий для ручного нанесения Пк или с од-ним—двумя такими отверстиями, сконструированными в качестве станций предварительного или дополнительного нанесения Пк. Вертикальное расположение пистолетов облегчает их ориентацию на окрашиваемое изделие и обеспечивает экономию площади. Пластмассовые стенки кабин и центральная система отсасывания препятствуют скоплению порошка. Очистка кабины происходит, как правило, вручную с помощью специального устройства с воздушными форсунками, возможны также установки с автоматической очисткой. В табл. 1 приведены критерии выбора материала кабин с учетом смены цвета порошковой краски (оценка по 10-балльной шкале).

Системы рекуперации порошка

Циклоны (рис. 4) предназначены для отделения от воздуха удаляемых из кабины остатков порошка, что делает возможным его повторное использование. Рекуперируемый таким способом порошок направляется из циклона вновь непосредственно в порошковый центр или порошковый контейнер. Выходящий из циклона воздух невозможно полностью отделить от порошка, поэтому он повторно очищается от его мельчайших частиц с помощью дополнительного фильтра, устанавливаемого на выходе. Работа моноциклона основана на законе центробежных сил. Выходящая из кабины воздушно-порошковая смесь по касательной поступает в циклон. В то время как поток воздуха движется спиралеобразно в циклоне сверху вниз, частицы порошка под действием центробежных сил отбрасываются на стенки, а оттуда падают вниз в приемный контейнер. Мультициклон выполняет ту же самую задачу, что и моноциклон, действуя по тому же принципу. Единственное различие в том, что вместо одного большого циклона в этом случае используются несколько малых. Его конструкция имеет, соответственно, меньшую высоту, однако очистка мультициклона требует более высоких затрат времени и средств. Мультициклон работает в режиме всасывания, поэтому его производительность в значительной мере зависит от степени герметичности конструкции. Плохие показатели сепарирования в большинстве случаев связаны именно с плохой герметизацией и наличием неплотностей.

Рекуперация порошка с помощью одного фильтра, снабженного скребками

Рекуперация порошка с использованием только одного фильтра используется исключительно при нанесении Пк без смены цвета порошковой краски. Такие системы, как правило, оборудованы скребками. Их степень сепарирования составляет приблизительно 99,9%. Установки, оборудованные фильтром с ленточным транспортером Кабины, оборудованные фильтром, имеющим ленточный транспортер, а также дополнительным фильтром на выходе для очистки отходящего воздуха от мельчайших частиц пыли, пригодны исключительно для нанесения Пк без смены цвета. Их степень сепарирования составляет 99,9%. Установки с мультициклоном, оборудованным ленточным транспортером Кабины с мультициклоном, оборудованным ленточным транспортером, подходят для нанесения покрытия с 1-2 сменами цвета порошковой краски в сутки. Их степень сепарирования составляет 98%. Мультициклон в сочетании со скребками Установки с мультициклоном при наличии длинных кабин или при большом количестве пистолетов оборудуют системой скребков. Однако скребки затрудняют очистку кабины, поэтому такие конструкции годятся для режима нанесения Пк с 1—2 сменами цвета порошковой краски в сутки. Степень сепарирования составляет 93%.

Мультициклон без скребков

Установки с мультициклоном пригодны для режима нанесения покрытий с количеством операций смены цвета до трех или четырех в сутки. Их степень сепарирования составляет приблизительно 93%. Моноциклон Все кабины со сменой цвета порошковой краски — как из листовой стали, так и из пластмассы — оборудуются моноциклонами. (рис. 7).

Степень сепарирования составляет у моноциклонов приблизительно 95% . Рекуперация порошка у быстрозаменяемых кабин В кабинах, предусматривающих быструю смену порошковой краски используются, как правило, моноциклоны с вибрационным ситом, воронкой для выгрузки и качающимся транспортером. Они являются практически «самоочищающимися». Очистка ограничивается блоком выгрузки с коническим разгрузочным отверстием (воронкой). Степень сепарирования при использовании этой конструкции колеблется в зависимости от оседания порошка в пределах 95—97%. В зависимости от фирмы-производителя оборудования циклоны различаются по высоте и диаметру. В связи с возможным недостатком производственных площадей иногда приходится принимать компромиссные решения. При большом диаметре циклона скорость потока воздуха в нем уменьшается, и степень разделения может снизиться, но низкие скорости препятствуют спеканию частиц порошка. При меньшем диаметре повышается степень сепарирования, однако более высокие скорости воздуха могут привести к спеканию частиц. Скорость движения воздуха в верхней части просеивающей машины следует удерживать на возможно более низком уровне, чтобы препятствовать спеканию частиц на ситовой поверхности. При меньшей высоте конструкции остается слишком короткое расстояние, чтобы снизить скорость движения воздуха, что может привести к спеканию частиц на сите и в коническом выгружном отверстии. Преимущества и недостатки отдельных устройств систем рекуперации порошка приведены в табл. 2.