浅谈静电涂油系统原理及控制

[摘 要]介绍了通钢冷轧厂酸洗机组GFG静电涂油机的工作原理及控制系统，着重分析了静电喷涂原理在涂油机控制中的应用。

[关键词]GFG 涂油机 控制

中图分类号：O348.4 文献标识码：O 文章编号：1009914X（2013）34038101

近年来，静电涂油技术已成为国内外快速发展起来的新型技术，它广泛应用于各个工业领域中。它不仅能节省涂料，降低对环境的污染程度，而且可以使喷涂工艺机械化、连续化、减少废品率，获得优异的涂膜性能，大大提高劳动生产率，改善劳动条件，从而获得可观的社会经济效益。本文着重以连续酸洗线使用的 GFG静电涂油机（其型号为JTD17）为例进行分析和探讨。

1.静电喷涂基本理论

1.1普通的涂装工艺

一般来说，被涂物在涂装之前须经过前处理，使其除油、除锈、生成磷化膜，这样能够达到更好的防锈目的，与喷涂介质更好地黏着。由于被涂物的规格、形状差异较大，如果仅采用一般的涂装技术进行涂覆，喷涂介质的实际利用率一般只在30%左右，其余的70%都浪费了，因此，这不仅增加了产品的成本，而且也污染了环境。

1.2静电喷涂基本原理

静电喷涂是以被涂物为阳极，一般情况下接地；涂料雾化结构为阴极，接电源负高压，这样在两极就形成了高压静电场。由于在阴极产生电晕放电，可使喷出的涂料介质带电，并进一步雾化。按照“同性相斥，异性相吸”的原理，已带电的涂料介质受电场力（F=扭）的作用，沿电力线定向地流向带正电的被涂物表面，沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜。静电喷涂也可采用正极性电晕放电，但负极性电晕放电的临界电压较正极性电晕放电低，又较为稳定、安全且不易产生火花。因此，在通常情况下将被涂物作为正极接地。

2.静电涂油原理分析

静电在均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物的沉积量、均匀性、吸附性等方面有明显的效果。液体的粗电喷涂是指在喷嘴和对应的接地电极之间加上高电压时，喷嘴尖端流出的液体因受表面张力、静电力、电荷之间的排斥力以及重力等作用力使液滴表面不稳定，进而分裂后破碎，最终将雾化后的液滴均匀地涂覆在被涂物上。在液体静电喷涂的研究中，其基本喷涂原理和粉末喷涂并无太大差别，只是高压静电场中液滴雾化程度的好坏直接决定了液体的喷涂效果。

虽然在静电场作用下液体雾化机理比较复杂，但是这对于液体的静电喷涂研究有十分重要的意义。通常情况下可以认为，液体的表面张力和黏滞阻力是雾化过程中存在的两种主要阻力。研究发现，液体荷电导致其表面张力降低和内外压力差增加有利于液体雾化，雾滴荷电量达到极限时，表面电荷间的排斥作用使雾滴继续分裂。静电涂油技术正是利用静电对液体作用来提高雾化效果，进而提高生产效率，降低生产成本。

用于静电喷涂的液体雾化后的雾滴比较均匀，通过高压静电场可以有效地降低雾滴尺寸，提高雾滴谱的均匀性、沉积效率等。同时，用于液体喷涂的涂层质量好、工作可靠、设备利用率高、维修费用少、对环境污染少，从而可获得良好的经济效益。液体静电喷涂技术正是基于此种目的才广泛地应用于工业中，可以用来静电喷油、静电喷漆等。

3.静电涂油机工作原理

静电涂油机是液体静电喷涂应用的成功范例，它是集机电及高压静电技术于一体的高科技产品。它依靠高压静电的作用，将液体防锈油均匀地喷涂在金属板（带）材表面上，可广泛用于钢及有色金属板（带）材生产线以及其他需要高质量涂油的工艺过程中。GFG静电涂油机工作时液滴喷涂雾化的基本原理为：当涂油刀梁接通高压直流电源负极后，刀梁与钢板之间就建立了高压静电场。由于涂油刀梁的刃口比较尖锐，曲率半径极小，因此在刀梁尖端处产生电晕放电现象，空气分子在此情况下被电离成为正负离子，这些正、负离子会沿着电力线快速运动，正离子飞向喷油刀梁而被中和，负离子则被电场加速而向钢板（带正电）飞去，途中会与油滴相撞而使油滴荷电。随着油滴表面负电荷的逐渐增加，电荷间的静电斥力将随之增大，当电荷之间的静电斥力超过液滴的表面张力时，液滴将会破碎，宏观上即为雾化现象，最终将雾化后的液滴均匀地喷涂在钢带（钢板）上。

4.GFG静电涂油机的控制系统

GFG静电涂油机控制系统主要构成：GE90-30 PLC，位置控制器及流量控制器等。PLC系统参与涂油全过程，负责与SCPL通信，是涂油机控制系统的核心。

涂层材料运至涂油刀利用一个可靠的位移测量系统。测量系统通过PLC伺服阀系统控制。包括一个工作回路和提供准确及大范围的涂层重量和涂油速度的反馈控制回路。这个系统考虑带钢速度、宽度及涂层重量选择提供出所需要的准确的涂层材料重量。

可变喷吹宽度的涂油刀系统安装在钢带生产线上面。利用两套50mm宽的不锈钢宽度控制扇型块可以很容易的维修、替换。喷吹宽度可以由操作者从660mm-1850mm选择。涂油刀用铝连续成型并安装在不锈钢扇型块上。当涂油时，空气控制阀开动。涂油刀上连接的地方均可快速拆卸。整个涂油刀装配包括控制阀和管线可在不到10分钟内拆走。

外壳用于防止涂油刀与钢板接触。外壳由HRS板衬一厚的不导电材料制成，以使带电涂油刀与外壳绝缘。外壳装配有法兰盘，可以安装于支架上。此系统的所有的导线和管线在外壳装配中留有终端接口以便于安装者现场安装。

一个完整的底面静电涂油装置安装在带钢生产线下面，提供钢板两面同步涂油，涂油量为0.5-2.5g/m2。底部涂油装置包括它工作时所需要的所有机械、电的及控制元件。

伺服驱动装置控制每一个测量泵系统。它包括一个容积式测量泵、伺服马达和转速计。转速计提供了一个反馈回路以确保输送至每个涂油刀的油量的准确。用于测量系统的油通过一个加热器加热，已提供所需温度。

此系统提供一个固态能源用于长时间故障时维修使用。能源与PLC连接以便精确的确定和监视电压和电流。能源有一安全回路，当电流过载时截止电压。能源释放于外壳装配中。

外壳有一个门，包括一个伺服驱动装置、控制继电器、开关、主要断路器和保险丝，并安装一个荧光灯，接线出口也提供了。二级控制板上所有的元件都联到端口接板上以便于安装者现场安装。

5.结语

通钢冷轧厂GFG静电涂油机系统自投运以来，设备工作状态基本稳定、正常，与国内同类涂油机比较，有以下优点：

（1）控制系统配置简单、合理，可靠性高；

（2）设备自动化程度高，故障、报警信息简单明了，从而使设备操作和维护简单，降低了工人的劳动强度；

（3）涂油量可在0.5-2.5g/m2连续可调，涂油质量高。

GFG静电涂油机控制精度高，相关人员必须加强对关键部件的维护与保养，保证静电涂油机始终处于良好状态，以适应SCPL优质高产的需要。