制桶工艺学
第六章 涂装
第一节 油漆涂装设备和工艺
二、烘干设备
在钢桶的涂装工艺中，烘干工艺占很重要的地位。前处理后的水份于燥，涂层的加热干燥都要用专门的烘干设备。漆膜烘干在整个涂装工艺中占比较长的时间，因此必须考虑其生产性和经济性。烘干的性能良好与否，直接影响产品的性能及其商品价值，特别要提高钢桶的耐腐蚀性能，对烘干设备提出了更高的要求。
1. 烘干设备的基本参数
烘干设备的基本参数包括：烘干温度、升温时间和烘干时间、烘房有效长度、烘干所需热量、循坏凤量和循环次数、空气湿度、安全排气量等。
（1）烘干温度。烘房内温度的高低对涂层干燥速度起决定性影响。烘干温度过低，则溶剂挥发及化学反应迟缓，漆膜枯干。提高干燥温度，能加速溶剂的挥发和水分的蒸发，加快涂料的化学反应，干燥速度增大。但温度和干燥速度并不成正比关系，烘干温度过高时，干燥速度并不明显增大，反而会使漆膜容易发黄或变色发暗，影响漆膜质量。因此，一般选用的烘房内温度为100℃～180℃较合适。
（2）升温时间和烘干时间在整个干燥过程中，钢桶涂层的温度随着时间而变化，通常分为升温，保温和冷却三个阶段。温度与时间的关系即所谓升温曲线，如图6-9所示。
图6-9 漆膜干燥升温曲线
1-钢桶温度；2-烘房内空气温度；3-溶剂挥发率
涂层从室温升至所需的烘干温度为升温阶段，所需的时间为升温时间。在这段时间里，需要用大量的热量来加热钢桶，使大部分溶剂迅速挥发，因而需要加强通风，排出溶剂蒸汽和补充新鲜空气。升温时间过短，则溶剂挥发不均匀，涂层将出现不平整等缺陷，升温时间长，涂层质量当然好，但时间过长，必定使生产率下降，且须增加烘房的长度。根据实验证明涂层内90%的溶剂在5～10分钟内逸出，因而升温时间一般在5～10分钟内选择。涂层保温阶段所需时间为烘干时间。在这段时间里，主要是使涂层氧化和聚合起化学反应而形成固体薄膜，也有少量溶剂挥发。所以不但需要足够的热量，还需足够的新鲜空气，但需求量均比升温段少。保温时间的长短与涂层材料，烘干温度等有关，具体数据应由实验确定。以制桶常用的酚醛调合漆为例，如烘干温度为100℃～180℃，那么烘干时间约为20～50分钟较为合适。
（3）烘房有效长度。是指钢桶在烘房内的实际行程，并非是烘房的长度。烘房有效长度L可由下式进行计算：
式中：L——烘房有效长度（m）；
N——每小时喷涂钢桶数（l/h）；
P——烘房内钢桶间距（m）；
M——烘房内实际加热时间（min）。
相同的烘房有效长度，如采用多行程式烘房可大大减少烘房本身的散热壁面积，从而提高经济效益，也可使烘房内温度均匀。因此，制桶生产中常常采用多行程式烘房。
（4）烘干所需热量。烘干所需热量与烘干形式有关，我们以制桶常用的对流式烘房为例进行讨论。一般所需热量由两部分组成：一是加热所需热量；二是散热损失的热量。从生产角度说，可分为正常运转时所需热量和升温时所需热量。
烘房要投入生产，必须先升温，升温时所需热量为所有烘房内物体升温所需热量之和，再要加上排气、开口部分等损失的热量。
因此，烘干所需热量根据烘房运转时和升温时所需热量，通常还要加10～15%的余量。在选用热源时必须采用比运转时和升温时所需热量都大的热源装置。
（5）循坏风量。考虑循环风量时，须以上述所需热量为基准。循环风量可按下式计算：
式中 Vc——必要循环风量（m3/min）；
Q——烘房所需热量（J/h）；
Cp——空气比热（J/kg?℃）；
r——空气密度（kg/m3）；
Δt——循环空气的最大温差，即燃烧器或热交换器出入口的温差（℃）。
由上式可知，循环风量的温差Δt小，风量就大，反之，Δt大时，风量就要小。一般烘房内温度若在150℃左右，则Δt值在40～60℃较合适。
（6）循环次数。由所需热量计算出循环风量后，即可求得循环次数n：
n=Vc/V
式中 V——烘房容积（m3）。
烘房内循环次数n的值，对烘房内温度的均匀化有很大的影响。如果n太大，循环风机要大，风管也要加大，如果n太小，Δt值就小，这使热源装置的选用和烘房的控制产生困难。一般n值以4～7次/分较为适当，在烘干水分的烘房中，n值为10次/分左右。
（7）空气湿度。烘房内空气湿度应适中，湿度过大时，涂层中的水分蒸发速度降低，溶剂挥发速度变慢，因而会减慢涂层的干燥速度，湿度过小时，会影响涂层质量。一般烘房内空气的相对湿度为60～70%为宜。
（8）安全排气量。烘房内有大量溶剂挥发，为了防止烘房内引起火灾和爆炸的危险，必须进行排气，在循环系统内溶剂的浓度必须控制在爆炸下限值（L.E.L）以下，从溶剂的分子量M来判断保持溶剂浓度在安全限值以下所必需的排气量为：
式中 W——烘房内的排气量（m3/h）；
ω——烘房内蒸发溶剂的质量（kg/l）；
η——安全率。
烘房内的排气量除安全排气量外，还要加上直接加热型燃烧时使用的空气量、燃烧气体生成量和被钢桶带进的空气量等。烘房内的溶剂，大部分在烘干初期蒸发，因此排气装置设置在集中溶剂蒸气浓度较高的部位。
