CN102016472B - 用于干燥和/或烘干连续移动的金属带上的有机覆层的方法和用于施行该方法的装置 - Google Patents

用于干燥和/或烘干连续移动的金属带上的有机覆层的方法和用于施行该方法的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于干燥和/或烘干在连续移动的金属带(2)上的有机覆层的方法，其包含：在包括具有热的内壁(12)的壳(11)的隧道炉(1)中通过电磁感应来加热带材(2)；加热所述壳(11)。根据本发明，所述带材(2)的电磁感应加热与红外辐射加热和借助于燃烧气体的对流加热耦合，并且所述炉(1)的壳(11)的加热借助于与用于所述带材(2)的对流加热的燃烧气体相同的燃烧气体通过对流来实现。本发明还涉及用于施行本发明的方法的设备(1)。

Description

用于干燥和/或烘干连续移动的金属带上的有机覆层的方法和用于施行该方法的装置
技术领域
本发明总体上涉及连续移动的金属带上的有机覆层(例如：涂料或清漆)的干燥和/或烘干。
背景技术
有机覆层(例如：涂料或清漆)是以液体的形式沉积在连续移动的钢带上的。因此，需要的是，在所述带材可以被辊偏转或支持之前和当然在被卷绕之前，进行这些覆层的干燥和/或烘干。
为了加速其干燥和因此减少设备的长度，本领域技术人员已知使用加热装置来加速包含在有机性质的这些覆层中的溶剂的蒸发。因此，涂覆后，钢带通过被加热的壳中，在那里溶剂被连续地蒸发和抽出，以便将其在壳中的浓度限制在爆炸阈值以下。随后，它们被导向焚烧单元。
通常用于干燥操作的技术在于通过感应来加热所述带材。该方法具有极好的结果，因为，感应器加热带材，带材又加热覆层，这促进了溶剂的蒸发。
然而，感应加热具有不加热炉的壳壁的缺点，结果是其温度一直低于溶剂的露点。这会导致溶剂蒸汽在壁上、在感应器的冷却回路上等处冷凝的危险。除了由冷凝的溶剂的可能积聚所引起的燃烧的危险以外，冷凝物液滴还可能掉落到在干燥过程中的带材上，从而产生外观缺陷和/或不充分的保护。
为了弥补这些缺点，已发展了各种技术，其施行炉的壳的内壁的感应加热，直至其壁处于高于溶剂的露点的温度下。因此，美国专利4,370,357公开了一种包括壳的设备，其中氮气在封闭的回路中持续地循环，这使得能够将氮气的温度和因此壳的温度带至氮气与溶剂蒸汽的混合物的露点之上。所述设备在氮气的循环回路中包括用于分离以液体形式回收的氮气和溶剂的装置。最后，采取复杂的布置，以疏导在感应器的冷却管系上冷凝的溶剂。
本领域技术人员已寻求通过在包括感应器的加热壳中安排向壳中连续注入热空气以便将感应器和壁重新加热至溶剂露点之上，以及安排连续抽出随后被焚烧的热空气/溶剂蒸汽混合物，来改进美国专利4,370,357中描述的设备。比美国专利4,370,357中的加热方法更简单的这样一种加热方法尤其在欧洲专利EP 0744 222中进行了描述。然而，该方法具有比美国专利4,370,357的加热方法消耗多得多的能量的缺点，尤其是为了一方面重新加热空气和另一方面给焚烧燃烧器供能。
此外，发展了包括额外的壳壁加热装置的加热壳，其中壳壁加热装置独立于带材加热装置。因此，在欧洲专利申请EP 1 508 383中，在炉的壳中安排额外的加热装置，例如通过感应或通过电阻来加热的装置，以用于壁的加热。此类方法的确解决了冷凝的问题，但这以消耗大量的能量为代价，该消耗甚至不直接有助于烘干过程。
最后，在欧洲专利申请EP 0 132 248中，尤其包括红外辐射源的感应加热装置以外的加热装置被安排在加热壳中，以同时加热覆层和壳的气氛。即使欧洲专利EP 0 132 248指出，这样的设备的能量平衡相对于以感应加热装置工作的设备而言得到改善，然而，由于与红外辐射源的有源元件相接触的溶剂蒸汽有燃烧的危险，该设备需要用惰性气体来持续地吹扫壳。尽管这些辐射元件的性质在EP 0 132 248中没有明确进行描述，但本领域技术人员可以合理地认为它们是电的(并因此是非催化的)，因为其在壳中的安排需要在壳中没有氧。因此，本发明旨在提供一种解决方案，其使得能够保留感应加热的所有优点，而同时解决溶剂蒸汽冷凝的问题，并且，却不具有上面提及的现有技术的解决方案的缺点。
发明内容
更特别地，本发明的主题是连续移动的金属带上的保护和/或装饰性有机覆层的干燥和/或烘干方法，其包括：
i)在包括具有热的内壁的壳的隧道炉中通过电磁感应来加热带材，以蒸发包含在有机覆层中的溶剂并确保覆层的干燥和/或烘干，所述溶剂被连续地从炉的壳抽出；和
ii)加热壳，以使所述内壁维持在等于或高于溶剂的露点的温度。
通过电磁感应来加热带有覆层的带材的优点在于，通过来自于带材的热供给来加热有机覆层(例如：涂层或清漆)，其中所述来自于带材的热按照自覆层和带材之间的界面至覆层的自由外表面而建立的梯度，通过传导而传送到覆层，这促进了溶剂的蒸发。
为使壳的内壁温度维持在溶剂的露点之上而进行的壳的加热，使得能够限制溶剂的蒸汽尤其在壳的壁上或在感应器的冷却回路上冷凝的危险。
根据本发明，带有覆层的带材的电磁感应加热与其他两种对第一感应方式进行补充的加热方式(即通过红外辐射来加热和借助于燃烧气体通过对流来加热)同时耦合，并且壳的加热借助于与用于带材的对流加热的燃烧气体相同的燃烧气体，通过对流来实现。
金属带可以是由钢制成的，尤其是电镀的，或是由铝制成的。
相对于前面提及的现有技术的已知方法而言，根据本发明的方法提供了许多优点。
因此，所述带材的红外辐射加热具有这样的优点，即所述红外辐射进入覆层的内部，直至带材和覆层的界面，以便从覆层的外表面直至与带材的界面进行覆层的干燥和/或烘干。这使得能够避免在覆层中形成鼓包，同时确保高的烘干温度。
此外，借助于燃烧气体的燃烧加热同时应用于壳和带材上，并且更特别地，按照自覆层的自由外表面至其与带材的界面而建立的梯度应用于覆层上。
特别有利地，红外辐射加热借助于至少一个布置在隧道炉的壳中的具有催化燃烧器的红外辐射发射器来进行，其中所述发射器包括由催化燃烧物质浸渍的催化元件组成的催化结构，在催化元件表面上喷射燃烧气体或空气与燃烧气体的混合物，并且通过被喷射到所述红外辐射发射器的催化元件表面上的燃烧气体的氧化来确保壳的壁和带材的对流加热。
这涉及红外辐射发射器(或气体催化辐射源)，其具有理想地在3至10μm之间的非常宽的波长谱，覆盖所有被有机覆层吸收的波长的范围，这使得能够因此确保有机覆层的通过辐射的有效干燥和/或烘干。
作为根据本发明的可使用的气体催化辐射源，尤其可以提及欧洲专利EP 0754 911描述的辐射源。这些辐射源是具有催化燃烧器的红外辐射发射器，其包括：
-箱盒；
-由催化燃烧物质浸渍的元件构成的催化结构；
-位于箱盒中并通向浸渍元件表面的可燃气体喷射件；
-涡轮空气发生器，其将箱盒中的加压空气运送到浸渍元件的整个表面上；和
-浸渍元件的电加热装置。
还可以提及由SUNKISS公司销售的热反应器。
催化元件表面上的可燃气体(例如：丙烷或天然气)的氧化此外还提供了壳的对流加热所必需的能量和部分地提供了覆层的干燥和/或烘干所必需的能量，然而不达到剧烈燃烧特有的高温。
另一方面，气体催化辐射源的催化结构确保了溶剂蒸汽的部分氧化，其提供了加强对流加热和减少待焚烧的溶剂蒸汽的量的双重优点，这进一步改善了操作的热平衡。
催化元件表面上的溶剂蒸汽的氧化和相对低的氧化温度使得能够维持在自燃条件之外，因此不需要确保用中性气体来吹扫壳。
本发明的主题还在于，预先沉积在金属带上的保护和/或装饰性有机覆层的烘干和/或干燥装置，其中所述金属带可以是由钢制成的，尤其是电镀的，或是由铝制成的，所述方法包括：
-隧道炉，其包括具有热的内壁的壳，所述壳配备有：
●用于通过电磁感应来加热穿过炉的带材的装置；和
●用于加热壳的壁的装置；和
-用于将带有有机覆层的带材从位于炉的壳的第一端的入口移动至位于所述壳的另一端的出口的装置。
根据本发明，壳的内壁的加热装置包括借助于燃烧气体的对流加热装置，其也构成带有覆层的带材的加热装置，并且根据本发明的装置此外还包括所述带有覆层的带材的红外辐射加热装置。
有利地，红外辐射加热装置和对流加热装置由至少一个具有催化燃烧器的红外辐射发射器构成，所述发射器包括由催化燃烧物质浸渍的催化元件组成的催化结构，在所述催化元件的表面上喷射燃烧气体或空气与燃烧气体的混合物。
有利地，作为红外辐射发射器，在根据本发明的装置中使用例如上面指出的在欧洲专利EP 0 754 911B1中描述的发射器或SUNKISS公司的热反应器。
有利地，感应加热装置包括在带材的移动方向上在炉的入口和出口之间沿着壳分布的多个感应器。
有利地，红外加热装置包括在移动方向上沿着壳分布并且布置在带材两侧的多个具有催化燃烧器的红外辐射发射器。
优选地，通过在带材的移动方向上沿着壳分布的多个感应器来确保感应加热，并通过与感应器交替地布置在带材两侧的催化辐射源组(或红外辐射发射器)来确保红外加热。该分开的分布使得能够调节由沿着带材的每个加热装置所提供的烘干能量。例如，沿着带材的移动方向，能量的主要部分可以首先通过感应来提供，接着，逐渐地，感应部分减小，而代之以辐射。根据所希望的烘干能量的调节，还可以考虑加热装置(特别是感应器和催化辐射源)的其他分布。
为了调整沿着带材的在感应和红外之间的烘干能量的分布，根据本发明的装置有利地包含控制系统，其能够调节工作中的感应器的数目和位置以及其电供应。该控制系统还能够调节工作中的辐射源的数目和位置以及其气体或空气/气体混合物的供应。
附图说明
在下面的一些实施例的描述中说明了本发明的其他有利的特征，其中所述实施例仅作为示例给出，并表示在附图上。在这些附图中：
-图1是根据本发明的烘干和/或干燥装置的第一示例的剖面原理图；
-图2是根据本发明的烘干和/或干燥装置的第二示例的剖面原理图。
具体实施方式
在图1中示出的干燥和/或烘干装置包括：
-炉1，优选地是竖式的并形成隧道，已预先沉积了清漆或涂料类型的有机覆层的钢带2穿过该炉；和
-装置3(例如：偏转辊)，其用于将带材2从位于炉1的壳11的第一端的入口E移动至位于所述壳11的另一端的出口S，
炉1包括具有热的内壁(在图1和2中没有示出)的壳11，其配备有：
●沿着壳11分布的多个感应器4；和
●与感应器3交替地布置在带材2两侧的具有催化燃烧器(或催化辐射源)的多个红外发射器5。
所述装置1还包括经氧化的气体和残留溶剂的回收室6，其中所述经氧化的气体和残留溶剂被导向焚烧装置7。
回收室6布置在炉1的壳11的中间三分之一内的两个感应器4之间。
在图2中示出的干燥和/或烘干装置1与在图1中示出的干燥和/或烘干装置的不同之处在于回收室6的位置，其位于壳11的上三分之一内。
此外，图2还示出了沿着壳11布置的各加热装置4、5的功率分布的一个可能的示例，其中在壳的底部，感应器以满功率(W)运行，以便通过从带材2传导而加热覆层，并有利于溶剂的蒸发。感应器的功率随后减小，以在壳上部达到低功率(W/4)。相反，催化辐射源在壳11的上部以满功率(W)运行，以便有利于覆层的交联，而在底部以低功率(W/4)运行，以便不阻碍带材2的加热对溶剂的蒸发的有益影响。

Claims (10)

1.一种用于干燥连续移动金属带上的保护和/或装饰性有机覆层的方法，包括：
i)在包括具有热的内壁的壳的隧道炉中通过电磁感应来加热所述金属带，以使包含在所述有机覆层组分中的溶剂蒸发，并确保所述覆层的干燥，所述溶剂被连续地从所述炉的壳中抽出；和
ii)加热所述壳，以使所述内壁维持在等于或高于所述溶剂的露点的温度，
所述方法的特征在于，所述金属带的电磁感应加热与红外辐射加热和借助于燃烧气体的对流加热以同时且互补的方式耦合；
所述方法的特征还在于，所述炉的壳的加热ii)借助于与用于所述金属带的对流加热的燃烧气体相同的燃烧气体通过对流来实现；
所述方法的特征还在于，所述金属带的各种加热方式的分布在所述炉的壳中沿着所述金属带在所述壳中的移动方向变化，通过感应进行的热供给在所述炉的壳的入口处是主导的，而通过辐射和通过对流进行的热供给在所述炉的壳的出口处是主导的，并且在所述壳的入口和出口之间在所述金属带的移动方向上，通过感应进行的热供给逐渐减少，同时通过对流和通过辐射进行的热供给逐渐增加。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红外辐射加热借助于至少一个布置在所述炉的壳中的具有催化燃烧器的红外辐射发射器来实现，其中所述红外辐射发射器包括由催化燃烧物质浸渍的催化元件组成的催化结构，在所述催化元件的表面上喷射燃烧气体或空气与燃烧气体的混合物；所述方法的特征还在于，通过被喷射到所述红外辐射发射器的催化元件表面上的燃烧气体的氧化来确保所述壳的壁和所述金属带的对流加热。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述红外辐射具有包括在3至10μm之间的波长。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述金属带的加热过程中蒸发的溶剂在所述具有催化燃烧器的红外辐射发射器的催化结构上被部分氧化。
5.一种用于干燥预先沉积在金属带上的保护和/或装饰性有机覆层的设备，包括：
-隧道炉，其包括具有热的内壁的壳，其中所述壳配备有：
●用于通过电磁感应来加热穿过所述炉的金属带的装置；和
●用于加热所述壳的壁的装置；和
-用于将带有有机覆层的所述金属带从位于所述炉的壳的第一端的入口移动至位于所述壳的另一端的出口的装置，
所述设备的特征在于，所述壳的壁的加热装置包括借助于燃烧气体通过对流来加热的装置，其也构成用于加热带有覆层的所述金属带的装置；
所述设备的特征还在于，所述设备还包括用于通过红外辐射来加热带有覆层的所述金属带的装置；
所述设备的特征还在于，所述金属带的各种加热方式的分布在所述炉的壳中沿着所述金属带在所述壳中的移动方向变化，通过感应进行的热供给在所述炉的壳的入口处是主导的，而通过辐射和通过对流进行的热供给在所述炉的壳的出口处是主导的，并且在所述壳的入口和出口之间在所述金属带的移动方向上，通过感应进行的热供给逐渐减少，同时通过对流和通过辐射进行的热供给逐渐增加。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述红外辐射加热装置和对流加热装置由至少一个具有催化燃烧器的红外辐射发射器构成，所述红外辐射发射器包括由催化燃烧物质浸渍的催化元件组成的催化结构，在所述催化元件的表面上喷射燃烧气体或空气与燃烧气体的混合物。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述感应加热装置包括在所述金属带的移动方向上在所述炉的入口和出口之间沿着所述壳分布的多个感应器。
8.如权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述红外辐射加热装置包括在所述移动方向上沿着所述壳分布并且布置在所述金属带两侧的多个具有催化燃烧器的红外辐射发射器。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述感应器和所述红外辐射发射器沿着所述壳交替地分布。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备包含控制系统，用于调节工作中的感应器的数目和位置以及其电供应，以及调节工作中的红外辐射发射器的数目和位置以及其燃烧气体或空气与燃烧气体的混合物的供应。
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