CN102580894A - 一种钢轨表面防锈的涂漆工艺与装置 - Google Patents

Abstract

一种钢轨表面防锈的涂漆工艺与装置，属于对表面涂覆液体或其他流体的一般方法技术领域。利用研制的涂装设备和涂料，进行了钢轨表面防锈涂装试验。对喷涂后钢轨的焊接、铺设等进行了跟踪。结论如下：1、涂料满足《钢轨用涂料技术条件》，可满足露天存放1年、钢轨锈蚀面积不超过5％(除轨底外)的要求。涂漆轨的使用情况表明其防锈性能明显优于无涂装钢轨；防锈及喷涂施工性能良好，毒性小，无易燃、无易爆危险，可满足生产要求。2、涂装设备可满足钢轨生产的要求，喷涂后钢轨外观良好，无漏涂，无明显流坠，厚度均匀。3、防锈喷漆钢轨的漆膜对钢轨焊接及轨道电路无不良影响。4、防锈喷漆钢轨的表面状态良好，除轨头部位因预打磨出现锈蚀外，其余部位无明显锈蚀。

Description

一种钢轨表面防锈的涂漆工艺与装置

一、所属技术领域

属于对表面涂覆液体或其他流体的一般方法技术领域，涉及对表面涂布液体或其他流体的工艺或/和装置。

二、背景技术

近年来高速铁路的建设对钢轨的需求量日益增大，为保证新线建设的工程进度，需提前对钢轨进行存储。钢轨由钢厂轧制后，首先运输至焊轨基地进行焊接。由于运输、生产安排等原因，钢轨一般在出厂后需经数月甚至1年以上方可铺设上道。据了解，钢轨在焊轨基地存储时存在不同程度的锈蚀，以南方各焊轨基地为甚，如成都、南昌、武汉、广州及上海基地，钢轨存放场的底层钢轨锈蚀尤其严重，锈蚀层可达0.3mm。同时，焊接长钢轨运输至铺轨基地，在铺轨基地存储时也会导致锈蚀。另一方面，350km/h高速铁路采用板式无砟轨道，钢轨铺设后由于表面锈蚀，对无砟轨道板造成了一定程度的污染。

三、发明内容

本发明的目的是公开一种钢轨表面防锈的涂漆工艺及装置。

本发明的技术解决方案是这样的，根据现有钢轨材质的成份，采用涂装保护是一种简单、方便的办法。涂装保护，首先是一种物理防护，借助涂膜隔绝水和氧气与金属材料反应达到防锈的效果，只要涂膜不被破坏，保护性能就能持续；对于涂膜破损处的防护，则依赖于漆膜中所含的防锈颜料成份；涂膜的耐久性及对各种化学介质的耐受性也直接关系到防锈的效果。在涂料配方的选择上，重点从成膜物的选择、防锈颜料的应用及其他助剂的选用方面进行研究试验。

根据选定的技术方案，初步制定了《钢轨用涂料技术条件》，所研制和选用的涂料，应能满足露天存放1年、钢轨锈蚀面积不超过5％(除轨底外)的要求。

试验表明，涂漆轨的防锈性能明显优于无涂装钢轨。

所研制及选用的水性涂料，防锈及施工性能良好，毒性小，无易燃、无易爆危险，可满足钢轨非冬季生产的要求。

所研制的涂装设备可满足钢轨生产的要求，喷涂后钢轨外观良好，基本无漏涂，无明显流坠，厚度均匀，基本达到预期要求。

基地焊接及铺设结果表明，防锈喷漆钢轨的漆膜对钢轨焊接及轨道电路无不良影响。

运输及铺设上道后的观测表明，防锈喷涂钢轨的表面状态良好，除轨头部位因预打磨后出现锈蚀外，其余部位无明显锈蚀。

四、附图说明

图1为喷涂钢轨实物表面状态图，

a为母材，b为焊缝；

图2是喷涂钢轨实物表面状态图；

图3是防锈效果实物对比图，

a为经防锈处理后，b为未经防锈处理后；

图4是同一支钢轨防锈效果对比图。

五、具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步详细说明。

根据初步制定的《钢轨用涂料技术条件》中的指标及要求，选择了几种涂料配方，并合作生产了多种涂料样品，在实验室内进行了部分测试，从中挑选了6种不同类型的产品。

为了验证涂漆钢轨在现场实际条件下的防锈性能，在北方二个生产厂对实际生产的钢轨进行了手工涂刷试验。使用了上述6种不同类型的涂料，包括水性和溶剂型涂料，也包含环氧和聚氨酯类涂料。每个厂分别涂刷百米钢轨5支，采用分段手工涂刷方式(刷涂或滚涂)。

对手工涂刷的5根钢轨的焊接生产进行了跟踪，并将涂漆对钢轨的焊接及相关工艺的影响进行了研究。

通过对6种涂料涂刷后钢轨表面的防锈效果及其对焊接过程影响的跟踪观测，结果表明，涂漆对钢轨表面防锈蚀具有明显的作用；涂漆钢轨对焊接质量没有影响。

考虑到钢轨生产厂实际的涂装条件，认为钢轨防锈涂料应采用水性漆。为此，重新进行配方研究及比选，制定了10种钢轨专用的水性涂料配方，通过对10种配方的性能试验，认为其中2种配方的相对性能较好。考虑到成本及其他因素，又选定2种配方中的一种做为基础配方，并结合涂装设备的调试进行了试喷，结果表明试喷成膜良好，干燥速度可以满足要求，总体情况基本良好。

根据喷涂情况，对涂料配方进行了微调：一是增加了涂料粘度，二是增加了颜色(浅蓝色)，随后进行了批量喷涂，取得了非常好的效果，平均每根钢轨用漆量4kg～5kg。

之后，按照工业化生产的要求，开展钢轨自动涂漆装置的研究。

参照机车车辆喷漆的工艺布置，结合钢轨生产的实际情况，考虑到水电气等生产条件，将喷涂装置放置于钢轨补矫工位后、进入百米钢轨库之前，具体的涂装工艺过程是：钢轨在辊道线上以一定的线速度运动，当钢轨运行至喷涂工位前端时，通过光感应信号启动涂料喷枪进行喷涂；在喷枪工作的同时，喷漆室集风罩通过风筒接至漆雾处理设备，通过水帘式除漆雾装置，对漆雾进行吸收，经过处理后经风道排出厂房。

钢轨自动涂漆装置包括以下设备：

1)高压无气喷涂设备：

其作用是将涂料吸引到高压无气喷涂机，并压送至喷枪。在这一过程中完成对涂料的过滤、加热、稳压。为整套设备提供无颗粒杂物、压力稳定的涂料液流供应。压力比为30∶1；自由流量：30l/min。

2)喷涂箱及喷枪组：

作用是实施对钢轨的表面喷涂作业。

3)保温循环及伴热设备：

其目的是使涂料在输送过程中得到电伴热保温，防止冬季车间温度过低引起的涂料温度下降，保证加热涂漆的顺利进行。

4)漆雾处理设备：

其作用是将喷涂工位逸出的废气通过排风系统引出，经过去漆雾处理后排入大气，以做到既不污染环境又不影响操作工人的健康。

5)电控系统：

其作用是为本套设备提供所有的电气控制，包括信号检测、电磁阀控制等。

6)喷水装置：

目的是在喷涂施工进行前清除钢轨表面的浮尘及松动氧化皮。安装于探伤工位，以利用探伤工位的水源。

钢轨自动涂漆设备主要技术参数如下：

生产能力：2500米/小时

钢轨运行速度：50m-66m/min(速度均匀)。

喷涂型式：高压无气自动喷涂(可加热)；

施工粘度：18秒-40秒(涂-4杯)；

涂膜厚度(干膜)：20±5μm；

涂料预热温度：最高70℃。

适用涂料种类：溶剂型和水溶性涂料。

压缩空气：压力0.6MPa(自备压缩机)，流量约1.0m3/min，用于高压无气喷涂机。

电源：AC三相，380V，15KW。

上、下水：供水管径G3/4″；下水地漏，直径100毫米。

漆雾处理：采用湿式、水帘式除漆雾装置。

涂膜质量要求：厚度均匀饱满，无漏涂、无流挂。

设备研制、安装完毕，进入调试阶段，先后解决了设备自动喷涂与辊道线的联动、钢轨前行喷涂后退不喷涂以及喷嘴容易堵塞等几个主要问题，消除了钢轨因补矫后退而导致轨端6m左右重复喷涂的现象。

在设备的试运行及验收工作中，连续喷涂了100支钢轨，其中京沪高速铁路钢轨约70根，平均每根钢轨的用漆量约4kg，即每吨钢轨用漆约0.7kg，直接成本30元左右。

经检查，涂装轨的总体质量良好，漆膜透明，表面平整、均匀，除校平和测量时中间停顿的区段外，无明显流挂及漏涂；侧面和轨底虽经辊道磨擦，但仍有连续漆膜，采用贴片取样方式测量漆膜厚度，漆膜平均(干膜)厚度仍达到15μm左右，基本满足要求。详细测量结果如表1所示。

表1漆膜厚度测量结果(单位：μm)

从表1的数据看，除由于钢轨偏向一侧导致左侧轨底上部涂膜较薄外，其他部位涂膜厚度基本一致。在生产中钢轨实际运行速度较快，达到2m/s，高于原设计的1m/s近一倍，虽然涂膜(干膜)厚度低于设计的20μm。只是接近于设计漆膜厚度的下限，通过漆膜性能的提高，防护性能可以满足要求。

设备试运行中的一个主要问题是喷枪部分。由于喷枪位于钢轨走行限界范围内，当发生喷嘴堵塞时必须停止过轨，方可进行更换处理。

另一方面，根据《钢轨用涂料技术条件》的要求，对试喷使用的涂料进行实际测试，各项指标基本达到了要求。涂料生产厂对水性涂料配方进行了多次改进，最终提出了Q/CHTT 144-2010《HR-81钢轨专用快干水性防腐清漆》企业标准。

主要技术指标列于表2

表2HR-81钢轨专用快干水性防腐清漆技术条件(企业标准)

50支经防锈喷涂处理的京沪高铁百米定尺钢轨在济南局桑梓店焊轨基地完成焊接。在基地人员的协助下，对该批钢轨的表面防锈效果进行了确认，见图1，其中a为母材，b为焊缝。在上海局芜湖北焊轨基地对另外20支经防锈喷涂处理后的京沪高铁钢轨的表面防锈效果进行了确认，见图2。通过对70支钢轨的跟踪观察可见，经2个多月和近6个月的露天存放后，防锈钢轨表面无锈蚀，防锈性能明显优于同期出厂的未进行防锈处理的钢轨。

在济南局有关人员的协助下，对铺设上道后的50支防锈钢轨的表面状态进行了确认对比，见图3，由图可见，钢轨已进行了预打磨。9个月后，经防锈喷涂处理的钢轨表面状态良好，轨头部位有少量锈蚀，应该与钢轨预打磨有关，而轨腰部位基本无锈蚀，见图3a。未经防锈处理的钢轨表面已经出现较大比例的锈蚀，见图3b。

图4为同一支钢轨防锈喷涂部位与未防锈喷涂部位的对比照片。

通过对钢轨防锈涂料、涂装设备的研制、试运行以及对钢轨防锈效果的跟踪观察，可得出如下结论：

1、所研制和选用的涂料，基本满足《钢轨用涂料技术条件》，可满足露天存放1年、钢轨锈蚀面积不超过5％(除轨底外)的要求。涂漆轨的运用情况表明其防锈性能明显优于无涂装钢轨。

2、所研制及选用的水性涂料，防锈及施工性能良好，毒性小，无易燃、无易爆危险，可满足钢轨非冬季生产的要求。

3、所研制的涂装设备可满足钢轨生产的要求，喷涂后钢轨外观良好，基本无漏涂，无明显流坠，厚度均匀，基本达到预期要求。

4、基地焊接及铺设结果表明，防锈喷漆钢轨的漆膜对钢轨焊接及轨道电路无不良影响。

5、运输及铺设上道后的观测表明，防锈喷涂钢轨的表面状态良好，除轨头部位因预打磨后出现锈蚀外，其余部位无明显锈蚀。

Claims (4)

1.一种钢轨表面防锈的涂漆工艺，其特征在于采用符合如下要求的水性漆：漆膜外观：平整、光滑；流出时间(ISO 4^#杯)：≥30s；干燥时间：表干≤2h、实干≤12h、烘干60℃≤2h；不挥发物含量≥30％；划格试验≤1级；光泽≥40％；耐水性24h：允许轻微失光、发白、起小泡，2小时内恢复；耐盐水性24h：不起泡、不脱落、不锈蚀；耐盐雾性72h：板面不起泡，十字划痕处锈蚀宽度≤2mm；挥发性有机化合物：≤100g/L；保质期：≥6个月；漆膜厚度为20μm±5μm；工艺过程是：钢轨在辊道线上以一定的线速度匀速运动，当钢轨运行至喷涂工位前端时，通过光感应信号启动涂料喷枪进行喷涂；施工粘度按涂-4杯标准为18秒-40秒；涂料预热温度：≤70℃；在喷枪工作的同时，喷漆室集风罩通过风筒接至漆雾处理设备，通过水帘式除漆雾装置，对漆雾进行吸收，经过处理后的漆雾经风道排出厂房。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨表面防锈的涂漆工艺，其特征在于钢轨运行速度为50m-66m/min，速度要均匀。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨表面防锈的涂漆工艺，其特征在于喷涂型式为高压无气自动喷涂，可加热，喷涂前对涂料进行过滤、加热、稳压，为喷涂设备提供无颗粒杂物、压力稳定的涂料液流供应，喷涂压力比为30∶1；自由流量：30l/min，所用压缩空气压力为0.6MPa，流量为1.0m³/min。

4.适用于如权利要求1所述工艺特征的钢轨表面防锈的涂漆装置，其特征在于涂漆装置包括高压无气喷涂设备、喷涂箱及喷枪组、保温循环及伴热设备、漆雾处理设备、电控系统、喷水装置，涂膜厚度均匀饱满，无漏涂、无流挂。

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