CN101491807A - 一种高频加热对钢桶进行清洗脱脂的方法 - Google Patents

Abstract

一种高频加热清洗钢桶脱脂的方法，将完成成型后的钢桶工件放到高频感应加热器内，该高频感应加热器是一个通入高频交流电的空心铜管，感应器产生的交变磁场在钢桶表面产生出同频率的感应电流，这种感应电流在钢桶上的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，利用这个集肤效应，钢桶表面迅速加热，在几十秒钟内表面温度上升到350℃－600℃，在此高温下钢桶表面的涂油汽化分解。感应加热后的桶体具有外观质量好，变形小的优点，不会再出现在以往链条传输过程中桶体上的密布的小坑。另外桶表面形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜达到了以往磷化工艺同样的效果，喷涂后漆膜的附着力小于等于2级，优于脱脂磷化工艺处理的钢桶表面质量。

Description

一种高频加热对钢桶进行清洗脱脂的方法

技术领域

本发明涉及一种清洗脱脂方法，具体地说涉及采用高频加热对钢桶进行清洗脱脂的方法。

背景技术

在目前的钢桶制造业中，用于生产钢桶的材料，主要以冷轧钢板为主。由于所用的冷轧钢材表面均不同程度地涂有防锈蚀的油品，在传统钢桶涂装技术中，为了保证钢桶的涂装质量，尤其是对于进行粉末涂装的钢桶和内涂钢桶，必须对钢桶表面进行前处理。通过前处理，可以有效地提高钢桶喷漆涂膜的附着力。

目前国内专业生产钢桶的企业大多都采用水清洗脱脂磷化的办法在涂装前对钢桶表面进行前处理。选择适合的前处理技术及工艺是提高钢桶表面涂装质量的必要条件。

传统的钢桶前处理工艺流程中较成熟的是在钢桶涂装前进行水清洗脱脂磷化处理，国内较先进的是利用链条式自动生产线，其中：包括生产线室体、贮液槽、喷淋系统、加热系统、过滤系统。在自动的钢桶前处理生产线中，一般是按“预脱脂-一水洗-脱脂-二水洗-磷化-三水洗”的工艺流程运行的。预脱脂/脱脂工序选用的多数为强碱性化学物质，每次贮液池中要加入适量的水和脱脂液，搅拌加热到45度左右后待用，实际生产过程中根据滴定测定及脱脂效果增加脱脂液用量，如仍不好转，说明槽液已经老化，需要更换。磷化过程是将钢桶表面用磷酸类物质处理，对钢桶进行表面磷化处理的作用是：第一，使钢桶表面结晶细致均匀，钢板出现细小凹凸，增加表面积；第二，增强钢桶表面的附着力和防锈性能。

在钢桶生产过程中，脱脂磷化过程是一个特殊过程，此过程的工艺质量必须通过后序工序的破坏性验证才能确定。由于很多制桶厂家采购脱脂剂、磷化液时，没有对这些化学品进行分析的手段，实际生产过程中通常是用小批量试生产的效果来验证这个过程的质量，由于目前大多数桶厂对涂装后的钢桶进行附着力、厚度、耐水性等常规试验还不能完全表述这个过程对产品质量的影响，所以在钢桶生产过程中，因前处理效果不佳造成钢桶表面油漆膜不合格的情况经常发生，一旦喷上油漆后才发现涂层存在质量问题时，再对钢桶进行返修成本大大增加。由于是特殊过程，在工艺中对操作工人专业性、设备的运转参数、原料的选择、工艺稳定性等因素控制要求也较高。在实践中生产过程中，钢桶的前处理是一个瓶颈工序。另外，传统的脱脂磷化工艺最大的问题是无法避免有害化学品的排放。按每只桶消耗脱脂剂与磷化液各50g来核算，每年生产100万只钢桶就要消耗100吨有害化学物质，随着清洗水，每年实际排放的废水量达到几万方。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频加热清洗钢桶脱脂的方法，以改善公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的高频加热清洗钢桶脱脂的方法，高频感应加热器产生的交变磁场在钢桶表面产生出同频率的感应电流，使钢桶的表面表面温度达到350～600℃，将钢桶表面的涂油汽化分解。

所述的方法，其中，高频感应加热器是一个通入高频交流电的空心铜管。

所述的方法，其中，高频感应加热器置于钢桶的桶身侧、桶盖上方和桶底下方。

所述的方法，其中，高频感应加热器的振荡频率为20～40kHz。

所述的方法，其中，钢桶置于一旋转架上。

所述的方法，其中，输入功率为80～160kw时，脱脂时间为15～30秒。

本发明的具有如下特点：

1)加热温度高，而且是非接触式加热；

2)加热效率高，可以节能；

3)加热速度快，被加热物的表面氧化少；

4)温度容易控制，可以局部加热且加热均匀，产品质量稳定；

5)容易实现自动控制，使用方便；

6)作业环境好，几乎没有热、噪声和灰尘；

7)作业占地少，生产效率高。

附图说明

图1a是本发明将高频感应加热器置于钢桶的桶身侧，以对桶身进行高频脱脂处理的示意图。

图1b是图1a中的高频感应加热器的正面示意图。

图2是本发明将高频感应加热器置于钢桶的桶底，以对桶底进行高频脱脂处理的示意图。

图3是本发明将高频感应加热器置于钢桶的顶盖，以对桶顶进行高频脱脂处理的示意图。

具体实施方式

本发明采用的高频除油工艺主要工作原理，是依据早在19世纪初人们就发现了的电磁感应现象。人们发现处于交变磁场中的导体内会产生感应电流而引起导体发热。但是，长期以来人们视这种发热为损耗，为了保护电气设备和提高效率而千方百计的减少这种发热。直到19世纪末才开始开发和利用这种热源，在生产实际中用于熔炼、淬火、焊接、热处理等，随之出现了各种形式的感应加热设备。1890年瑞典人发明了第一台感应熔炼炉用于有色金属的冶炼，后来出现了中频机组电源和现在的晶闸管变频电源。

自工业上开始应用感应加热能源以来，已过去100多年，在这期间感应加热的理论和感应加热装置都有很大的发展，感应加热的应用领域亦随之扩大，其应用范围越来越广，已广泛应用于国民经济的各个领域。金属熔炼、透热、热处理和焊接等过程，服务于冶金、国防、机械加工等部门及铸、锻和船舶、飞机、汽车制造等行业中。此外，感应加热也已进入到人们的家庭生活中，例如微波炉、电磁炉、热水器等。

Mihel Farady于1831年建立的电磁感应定律说明，在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基础。

当感应线圈上通以交变的电流i时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通Φ，交变磁通Φ又会在金属工件中产生感应电势e。根据MAXWELL电磁方程式，感应电动势的大小为：

式中N是线圈匝数，假如磁通Φ是按正弦规律变化的，则有：

(2-2)

那么可得到感应电动势为：

e＝Nφ_mωcos ωt    (2-3)

因此感应电动势的有效值为：

$E=\frac{2\mathrm{\πfN}{\mathrm{\φ}}_m}{\sqrt{2}}=4.44{\mathrm{N\φ}}_m---(2-4)$

式中，Φ_m为磁通Φ的幅值，f为频率。

由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。感应电势和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。

本发明将此技术运用到钢桶表面除油处理，是将已有的高频技术推广到一个全新的应用领域。使用高频感应除油与传统脱脂磷化方式相比具有无可比拟的优势。这种方法在钢桶制造业上的应用将使这个制桶行业的前处理工艺变的更加节能、环保、便捷。

请参阅图1a、图1b、图2和图3所示，本发明是将高频感应加热器11置于成型后的钢桶的桶身12侧、桶盖13上方和桶底14下方，而钢桶是置于一旋转架15上，由该旋转架15控制钢桶均匀旋转。高频感应加热器11是一个通入高频交流电的空心铜管，由高频设备16控制该高频感应加热器11产生的交变磁场的强度，该交变磁场在钢桶表面产生出同频率的感应电流，这种感应电流在钢桶上的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，利用这个集肤效应，钢桶表面迅速加热，在几十秒钟内表面温度上升到350～600℃，在此高温下钢桶表面的涂油汽化分解。感应加热后的桶体具有外观质量好，变形小的优点，不会再出现在以往链条传输过程中桶体上的密布的小坑。另外钢桶表面形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜达到了以往磷化工艺同样的效果，喷涂后漆膜的附着力小于等于2级，优于脱脂磷化工艺处理的钢桶表面质量。在实际使用过程中，高频除油根据钢桶直径与高低的不同可以更换可拆换式感应圈即可，安装操作简单，体积小，重量轻，连接电源，感应圈及进出水管即可使用，而传统脱脂、磷化清洗线日常维护麻烦。

高频除油装置通水、通电后即可启动加热，加热均匀，升温快，脱脂磷化生产线每次运行前要提前一个小时预热。在工装设计时，高频加热可以设计过压，过流，过热，缺水等报警指示，有效保证设备的运行安全。维护成本低，比传统维修费用低80％以上。安全系数高，不可能再发生挤桶、卡桶、断链等情况。节能环保，除了对汽化的油烟进行收集外，不再产生废水排放。这些均是传统的脱脂磷化前处理工艺无法比拟的优势。

实施例

高频除油工艺生产的钢桶质量测试：

为了进一步验证高频除油工艺的可行性，本发明举以下测试例。

1、试验设备：中国温州乐清市科信电子仪器有限公司生产的KX-5188A系列高频感应加热设备。输入电源：三相380V；振荡频率：20～40khz；最大输入功率：80～160kw；重量：220kg。

2、试验材料：

采用八钢或卡钢生产的SPCC及ST12型0.7-0.8mm冷轧卷板生产的990mm锥形开口包装钢桶及半成品。

3、试验项目与方法：

分别抽取同一个厂家卷板生产的同一批次产品及半成品，批量试制数量为一个班次生产量3000只。其中：取未胀锥桶身、胀锥后桶身、卷管翻边后桶身、完成成型后桶体四类作为试验样品桶：

1)样品桶完成高频电感加热除油后，对桶体表面除油效果、除油时间、除油后桶体温度、除油后结构尺寸、二次污染等因素进行记录；除油效果用文字描述，使用白色布条对前后桶体进行擦试，保留布条。除油时间是指高频电感圈从桶下沿到桶上沿的时间，用秒表进行记录；除油后桶体温度用-32℃～530℃的红外线测温仪测试，自然冷却到室温的时间用秒表记录；除油后的结构尺寸按质量要求进行测量。二次污染情况目测后用文字描述。

2)试验样品桶体完成高频电感加热后，钢桶退火后材料变化对成型工艺的影响；在成型封底工位，记录两种桶体在封底的过程中是否出现凹瘪、封底层数不足、结构尺寸变化等。

3)试验高频电感加热除油后的成品桶体的堆码与跌落性能；取自然冷却桶体与强制冷却桶体、加工过程中出现凹瘪的三只钢桶，依据GB/T4857.5-6与GB/T4857.3规定的方法实施试验并填制报告。

4)试验取未经过高频除油的钢桶、经过高频除油的钢桶、使用脱脂磷化方式除油处理后又喷涂的钢桶各若干只，进行几种情况下的对比试验，测试在同样的生产工艺条件下形成的漆膜的附着力、耐水性能、厚度是否达到公司检验标准；

4、试验结论：

1)经过高频除油的桶体表面干净无残留，高频处理对钢桶的桶高、桶口径尺寸没有影响。完成桶体的高频除油时间可以控制在15秒～30秒。

2)经过对比未胀锥桶身、胀锥后桶身、卷管翻边后桶身、完成成型后桶体高频除油后的加工性能与效果。认为高频除油的工位应选择在成型桶体完成后。这样可以避免高温除油后材料退火引起的桶体后序加工中出现的凹瘪等不合格。

3)经过高频除油后的桶体经过堆码试验，钢桶承载力符合GB/T325-2000的要求。

4、经过高频除油后的桶体与经过脱脂磷化处理的桶体相比，附着力优于脱脂磷化处理的桶体，符合GB/T325-2000标准附录一中对喷涂表面附着力规定中，小于等于二级；

通过以上测试验证，本发明在钢桶制造工艺中采用高频除油前处理替代脱脂磷化前处理工艺是可行的。也是能够大量投放工业化应用的技术。

Claims (6)

1、一种高频加热清洗钢桶脱脂的方法，高频感应加热器产生的交变磁场在钢桶表面产生出同频率的感应电流，使旋转的钢桶表面温度达到400-800℃，将钢桶表面的涂油汽化分解。

2、如权利要求1所述的方法，其中，高频感应加热器是一个通入高频交流电的空心铜管。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中，高频感应加热器置于钢桶的桶身侧、桶盖上方和桶底下方。

4、如权利要求1所述的方法，其中，高频感应加热器的振荡频率为20～40kHz。

5、如权利要求1所述的方法，其中，钢桶置于一旋转架上。

6、如权利要求1所述的方法，其中，输入功率为80～160kw时，脱脂时间为15～30秒。

Images