專利名稱：彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼板表面處理、涂料熱風加熱固化防爆節(jié)能技術領域，特 別是一種彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法及其設備。
背景技術：
目前國內外利用液體涂料生產彩色涂層鋼板，主要是采用熱風加熱固 化工藝技術。使用的燃料多為天然氣，也有的使用煤氣或輕油的。生產涂 層鋼板的工藝以二涂二烘工藝為主，也有一涂一烘和三涂三烘的。以二涂
二烘工藝生產為例，工藝流程如下
開巻—切頭—切尾—縫合(或焊接)—去毛刺—磨刷—脫脂處理—擠干 —活套—磷化處理(或表面調整)—水洗—擠干-鈍化處理—擠干-一次 涂敷- 一次烘烤—冷卻—吹干—二次涂敷—二次烘烤—壓花或印花—冷卻 —吹干—涂蠟—巻取。
二涂二烘型涂層帶鋼連續(xù)生產線設備布置依次為1-開巻機；2-切 剪；3-入口活套；4-脫脂槽；5-化成處理槽；6 - 1*輥涂機；7 -1# 加熱爐；8-冷卻器；9-2*輥涂機；10-2*加熱爐；ll-冷卻器；12 -平整機；13-出口活套；14-涂蠟機；15-切剪；16-巻取機。
其中涂料加熱固化是在兩個分段控溫的熱風式固化爐中進行的。燃料 燃燒后的煙氣通過熱交換器將空氣加熱到45(TC左右，被加熱的空氣由鼓風 機送入分作四段或五段結構的涂料固化爐，對涂有液態(tài)有機涂料的鋼板進 行加熱。當熱風在涂料固化爐內循環(huán)加熱鋼板時，涂料中的有機溶劑逐漸 揮發(fā)完畢，涂料固化。完成加熱后含有有機溶劑的、溫度約為35(TC左右的 熱風，被抽風機抽出。較先進的生產線將這種廢氣送入焚燒爐，燃燒掉其 中的有機溶劑蒸氣，以降低天然氣的消耗和防止對環(huán)境的污染。其工藝流 程為燃料供給燃燒爐和焚燒爐，燃燒爐和焚燒爐產生的煙氣經換熱器由 煙自排放。其助燃空氣經換熱器預熱后供給。作為加熱涂料固化的熱風， 是由空氣經換熱器加熱至450。C送往涂料固化爐，由循環(huán)風機對鋼板進行循 環(huán)加熱。含溶劑的廢氣被送往焚燒爐進行焚燒。
根據(jù)統(tǒng)計，每生產l噸彩色涂層鋼板，共約有15公斤有機溶劑揮發(fā)。 當考慮到在高速機組上涂敷1噸鋼板只需要一兩分鐘左右，在烘烤固化爐 內溶劑的揮發(fā)量是相當可觀的。烘烤爐內的溫度一般在15(TC至35(TC或更 高，在這種較高的溫度下、涂料中的溶劑揮發(fā)出來，與空氣混合后極可能 發(fā)生爆炸。
根據(jù)爆炸原理，當混合氣體中可燃氣體含量和混合氣氛中的氧氣含量 都同時處在發(fā)生爆炸的范圍內時才有發(fā)生爆炸的可能性。例如，圖1示出了當涂料的溶劑是環(huán)己烷氣氛時，涂料固化爐內氧的濃度和爆炸極限的關 系圖。圖1中的影線部分是發(fā)生爆炸的區(qū)域。
從圖1中可見，當爐中的狀態(tài)處于A點時，正處于爆炸氣氛的范圍之 內。在B點、C點，是可以使爐子安全地運行的區(qū)域。
當使用經過熱交換器的氣空氣作為熱媒時，氣氛的含氧量在2oy。左右，
在通常的生產中爐氣處于爆炸范圍內(圖中影線區(qū))如A點，為防止爆炸 只有在與B點或C點相對應的氣氛中進行生產。如在C點，要濃縮爐氣中 的溶劑，是無法實現(xiàn)的。而在B點要降低爐氣中溶劑的濃度，保證加熱爐 中的溶劑濃度低于爆炸極限(LEL)四分之一的這一要求?，F(xiàn)在生產中就是 通過供給大量的熱風來實現(xiàn)的。
對于一般的涂層加熱爐，每小時的溶劑揮發(fā)量在400公斤每小時左右， 這相當于抽風機必須有在400。C上下，每小時排出廢氣42噸的能力(相當 于每1 kg的溶劑要供給75標準立方米的空氣)。將空氣從室溫加熱到450 。C所需的能量，在數(shù)值上為鋼材所吸收熱量的3倍。為了爐內達到最高溫 度，如果溶劑同廢氣必須在850。C通過燃燒進一步氧化處理的話，那么加熱 空氣所需的能量就會達到鋼板所吸收熱量的10倍。
現(xiàn)有技術的不足
現(xiàn)在通用的通過熱交換加熱空氣稀釋固化爐內氣氛，降低有機溶劑濃 度即增加熱風供應總量以降低其濃度的方法，雖能進行防爆而保證安全生 產，但是能源的消耗量大，對環(huán)境的污染也大。主要表現(xiàn)在
1) 為了降低爐內有機溶劑的濃度實現(xiàn)防爆，要對固化爐輸入過量的熱 風。為了防止爆炸的發(fā)生，實現(xiàn)安全生產，現(xiàn)在通用的方法是向固化爐內 供應大量的熱空氣，從而降低爐氣中有機溶劑的濃度，使其濃度降低到爆 炸極限下限的1/4之下以防止發(fā)生爆炸。也就是說，不論加熱鋼板和固化 涂料需要多少熱量(熱風)都要向固化爐供應熱風以降低有機溶劑的濃度。 這樣生產中為此要為稀釋每公斤溶劑多供應75立方米溫度為45 0°C的熱風。
2) 由于送風量的增大，送風和排風系統(tǒng)的裝機容量增大，電力消耗也 相應增大；
3) 燃料消耗的增加相應地增加了 C02的排放量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)在彩色涂層鋼板生產中廣為應用的熱風循環(huán)加熱 和防爆安全工藝技術存在能耗過大和環(huán)保上的不足，采用了惰性氣體循環(huán) 的工藝進行熱風循環(huán)加熱固化的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法。 通過控制固化爐中氣氛的氧氣含量實現(xiàn)防爆安全加熱，從而大幅度降低天 然氣的消耗和二氧化碳的排放量，并相應節(jié)約風機消耗的電能。
本發(fā)明的另 一個目的在于提供一種用于完成彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化方法的設備。
本發(fā)明的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的 按照本發(fā)明的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法，包括在兩個分段控 溫的熱風式涂料固化爐中進行涂料的加熱固化，燃料燃燒后的部分廢氣通 過循環(huán)風機送入涂料固化爐，對涂有液態(tài)有機涂料的鋼板進行加熱，當熱 風在爐內循環(huán)加熱鋼板時涂料中的有機溶劑逐漸揮發(fā)完畢，涂料固化，其 特征在于通過控制燃燒爐和焚燒爐的燃氣比，控制廢氣中的含氧量在12% 以下，并采用以下新工藝4晉施
1) 在燃燒爐或焚燒爐上使用儀表對進風量進行控制和氧含量自動分析 并通過自動控制系統(tǒng)連鎖，使燃燒爐或焚燒爐廢氣中的氧含量控制在12% 之下，
2) 在焚燒爐和涂料固化爐的廢氣管道上安裝氧含量自動分析儀，對廢 氣中的氧含量進行自動分析，并和助燃空氣量自動調節(jié)系統(tǒng)、自動報警系 統(tǒng)連鎖，
3) 設定廢氣中的含氧量門檻值，在廢氣中的含氧量超出此門檻值時自動 報警，并停止鋼板涂敷作業(yè)，
4) 涂料固化爐的壓力控制在正壓狀態(tài)下工作，以氣刀，即噴嘴噴射惰 性氣體的方式實現(xiàn)爐內外氣氛的隔離，防止出現(xiàn)爐口區(qū)氧含量的升高，
5) 實現(xiàn)涂料固化爐內熱風供應停止、惰性氣體循環(huán)風機電力中斷與涂 層工藝的連鎖自動控制，以保證安全防爆運轉，在突然停電或主助燃空氣 風機停車時自動啟動應急系統(tǒng)，
6) 上述自動應急系統(tǒng)包括涂料固化爐門的自動關閉，應急惰性氣體 的自動供給，涂料固化爐安全閥系統(tǒng)的自動開啟，鋼板涂敷作業(yè)的停止及 它們的同步控制。
所述的廢氣中的氧含量控制在2 / ~7%的范圍內，廢氣中的含氧量門檻 值范圍設定為6- 7%。
作為最佳選擇，所述的廢氣中的氧含量控制在3~5%的范圍內，廢氣中 的含氧量門檻值設定為6. 5%。
所述的應急惰性氣體自動供給系統(tǒng)是指具有壓力的氮氣、水蒸汽或二 氧化碳及相應的貯存輸送設備和自動閥門。
所迷的燃料為天然氣、煤氣或輕油。換熱器3可以是一個或多個。
一種用于完成所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化方法的設備，其 特征在于包括燃料管路，分別與此燃料管路相連接的焚燒爐和燃燒爐，助 燃空氣管路，與此助燃空氣管路相連接的換熱器，通過預熱助燃空氣管路 經循環(huán)風機與此換熱器相連接的涂料固化爐，此涂料固化爐通過涂料固化 爐廢氣管路與焚燒爐相連接，分別連接所述的換熱器和所述的焚燒爐、燃 燒爐的預熱助燃空氣管路和廢氣管路，設置在所述的焚燒爐、燃燒爐上的 氧含量自動分析儀、測溫裝置、測壓裝置，設置在所述的涂料固化爐上的氧含量自動分析儀、測溫裝置、測壓裝置，設置在所述的燃料管路上的壓 力測量控制裝置、安全閥、切斷閥，安裝在焚燒爐和涂料固化爐廢氣管道 上的氧含量自動分析儀，設置在所述的涂料固化爐爐口的氣刀，連接各氧 含量自動分析儀、涂料固化爐爐口的氣刀、切斷閥、自動應急系統(tǒng)的連鎖 控制裝置。所述的涂料固化爐由粗涂料固化爐和精涂料固化爐所組成，粗 涂料固化爐為三段或四段結構，精涂料固化爐為四段或五段結構。所述的
自動應急系統(tǒng)包括涂料固化爐門的自動關閉裝置，與所述的涂料固化爐 爐口的氣刀相連接的應急惰性氣體的自動供裝置，涂料固化爐的預熱助燃 空氣管路安全閥系統(tǒng)的自動開啟裝置，涂敷作業(yè)線的啟動/停止裝置及同步 控制系統(tǒng)。
燃料和經過熱交換的助燃空氣由經燒嘴在燃燒爐內燃燒，產生不低于 72(TC的煙氣，進入換熱器加熱焚燒爐用的助燃空氣利用其余熱，降溫后的 部分氣體以4 5 (TC左右的溫度進入固化爐對鋼板進行加熱并由風機進行循
助、燃空、l在85Vc左右焚燒，焚燒爐和燃燒爐的煙氣繼續(xù)循環(huán)進入涂i+固化
爐對鋼板進行加熱。
本發(fā)明的有益效果是使用本發(fā)明的工藝技術方案進行彩色涂層鋼板 生產，節(jié)約了用于降低涂料固化爐內溶劑濃度用的熱風，比現(xiàn)在通用的熱 風循環(huán)加熱工藝至少可節(jié)約燃氣(料)50%，相應二氧化碳排放量也將減少 一半。由于送風量的減少，也相應地成比例地降低了風機的電力消耗。


圖1為氧的濃度和爆炸極限的關系圖。 圖2為惰性氣體循環(huán)加熱固化設備結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖所示的實施例進一步說明本發(fā)明的的具體實施方式
。 按照本發(fā)明的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法，包括在兩個分 段控溫的熱風式涂料固化爐中進行涂料的加熱固化，燃料燃燒后的煙氣由 鼓風機送入分作四段或五段結構的涂料固化爐，對涂有液態(tài)有機涂料的鋼 板進行加熱，當熱風在涂料固化爐內循環(huán)加熱鋼板時，涂料中的有機溶劑 逐漸揮發(fā)完畢，涂料固化，其特征在于通過控制燃燒爐和焚燒爐的燃氣比， 控制廢氣中的含氧量在12%以下，并采用以下新工藝措施
1) 在燃燒爐或焚燒爐上使用儀表對進風量進行控制和氧含量自動分析 并連鎖，使燃燒爐或焚燒爐廢氣中的氧含量控制在12%之下，
2) 焚燒爐和涂料固化爐的廢氣管道安裝氧含量自動分析儀，對廢氣中 的氧含量自動分析，并和風量自動調節(jié)、自動報警系統(tǒng)連鎖，
3) 設定廢氣中的含氧量門檻值,在廢氣中的含氧量超出此門檻值時自動 報警，并停止涂敷作業(yè)，
4) 涂料固化爐的壓力控制在正壓狀態(tài)下工作，以氣刀，即噴嘴噴射惰性氣體的方式實現(xiàn)爐內外氣氛的隔離，防止出現(xiàn)爐口區(qū)氧含量的升高，
5) 實現(xiàn)涂料固化爐內熱風供應停止、惰性氣體循環(huán)風才幾電力中斷與涂 層工藝的連鎖自動控制以保證安全防爆運轉，在突然停電或主助燃風機停 車時自動啟動應急系統(tǒng)，
6) 上述自動自動應急系統(tǒng)包括涂^F固化爐門的自動關閉，應急惰性 氣體的自動供給，涂料固化爐安全閥系統(tǒng)的自動開啟，涂敷作業(yè)的停止及 它們的同步控制。
所述的廢氣中的氧含量控制在2%~7%的范圍內，廢氣中的含氧量門檻 值范圍設定為6-7°/ 。
作為最佳實施例，所述的廢氣中的氧含量控制在3~5%的范圍內，廢氣 中的含氧量門檻值設定為6. 5%。
所述的應急惰性氣體自動供給系統(tǒng)是指具有壓力的氮氣、水蒸汽或二 氧化碳及相應的貯存輸送設備和自動閥門。
所述的燃料為天然氣、煤氣或輕油。
如圖2所示， 一種用于完成所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化方 法的設備，其特征在于包括天然氣管路IO，分別與此天然氣管路10相連接 的焚燒爐8和燃燒爐9,助燃空氣管路1,與此助燃空氣管路1相連接的換 熱器3,通過預熱助燃空氣管路12經循環(huán)風機4與此換熱器3相連接的涂 料固化爐5,此涂料固化爐5通過固化爐廢氣管路7與焚燒爐8相連接，分 別連接所述的換熱器3和所述的焚燒爐8、燃燒爐9的預熱助燃空氣管路2 和廢氣管路ll,設置在所述的焚燒爐8、燃燒爐9上的氧含量自動分析儀、 測溫裝置、測壓裝置，設置在所述的涂料固化爐5廢氣管路11上的氧含量 自動分析儀、測溫裝置、測壓裝置，設置在所述的燃料管路10上的壓力測 量控制裝置、安全閥、切斷閥，安裝在焚燒爐8和涂料固化爐5的廢氣管 道7上的氧含量自動分析儀，設置在所述的涂料固化爐5爐口的氣刀，連 接各氧含量自動分析儀、涂料固化爐爐口的氣刀、切斷閥、自動應急系統(tǒng) 的連鎖控制裝置。換熱器3可以是一個或多個。
所述的涂料固化爐由粗涂料固化爐和精涂料固化爐所組成，粗涂料固 化爐為三段或四段結構，精涂料固化爐為四段或五段結構。
所述的自動應急系統(tǒng)包括涂料固化爐門的自動關閉裝置，與所述的 涂料固化爐5爐口的氣刀相連接的應急惰性氣體的自動供裝置，涂料固化 爐的預熱助燃空氣管路安全閥系統(tǒng)的自動開啟裝置，涂敷作業(yè)線的啟動/停 止裝置及同步控制系統(tǒng)。
使用本發(fā)明的工藝技術方案進行彩色涂層鋼板6的生產，節(jié)約了用于 降低涂料固化爐內溶劑濃度用的熱風，比現(xiàn)在通用的熱風循環(huán)加熱工藝至 少可節(jié)約燃氣(料)50%,相應二氧化碳排放量也將減少一半。由于送風量 的減少，也相應地成比例地降低了風機的電力消耗。
權利要求
1、一種彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法，包括在兩個分段控溫的熱風式涂料固化爐中進行涂料的加熱固化，燃料燃燒后的煙氣通過熱交換器將空氣加熱到440-460℃，被加熱的空氣由鼓風機送入分作四段或五段結構的涂料固化爐，對涂有液態(tài)有機涂料的帶鋼進行加熱，當熱風在爐內循環(huán)加熱鋼板時涂料中的有機溶劑逐漸揮發(fā)完畢，涂料固化，其特征在于通過控制燃燒爐和焚燒爐的燃氣比，控制廢氣中的含氧量在12％以下，并采用以下新工藝措施1)在燃燒爐或焚燒爐上使用儀表對進風量進行控制和氧含量自動分析并連鎖，使燃燒爐或焚燒爐廢氣中的氧含量控制在12％之下，2)焚燒爐和涂料固化爐的廢氣管道上安裝氧含量自動分析儀，對廢氣中的氧含量進行自動分析，并和助燃空氣量自動調節(jié)、自動報警系統(tǒng)連鎖，3)設定廢氣中的含氧量門檻值，在廢氣中的含氧量超出此門檻值時自動報警，并停止帶鋼涂敷作業(yè)，4)涂料固化爐的壓力控制在正壓狀態(tài)下工作，以氣刀，即噴嘴噴射惰性氣體的方式實現(xiàn)爐內外氣氛的隔離，防止出現(xiàn)爐口區(qū)氧含量的升高，5)實現(xiàn)涂料固化爐內熱風供應停止、惰性氣體循環(huán)風機電力中斷與涂層工藝的連鎖自動控制以保證安全防爆運轉，在突然停電或主助燃風機停車時自動啟動應急系統(tǒng)，6)上述自動自動應急系統(tǒng)包括涂料固化爐門的自動關閉，應急惰性氣體的自動供給，涂料固化爐安全閥系統(tǒng)的自動開啟，涂敷作業(yè)的停止及它們的同步控制。
2、 根據(jù)權利要求1所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法， 其特征在于所述的廢氣中的氧含量控制在12%以下在2%~7%的范圍內進行 生產，廢氣中的含氧量門檻值范圍為6-7%。
3、 根據(jù)權利要求1所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法， 其特征在于所述的廢氣中的氧含量控制在3 ~ 5%的范圍內，廢氣中的含氧量 門檻值設定為6. 5%。
4、 根據(jù)權利要求1所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法， 其特征在于所述的應急惰性氣體自動供給系統(tǒng)是指具有壓力的氮氣、水蒸 汽或二氧化碳及相應的貯存輸送設備和自動閥門。
5、 根據(jù)權利要求1所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法， 其特征在于所述的燃料為天然氣、煤氣或輕油。
6、 一種用于完成權利要求l、 2、 3或4所述的彩色鋼板惰性氣體循環(huán) 加熱固化方法的設備，其特征在于包括燃料管路，分別與此燃料管路相連 接的焚燒爐和燃燒爐，助燃空氣管路，與此助燃空氣管路相連接的換熱器， 通過預熱助燃空氣管路經循環(huán)風機與此換熱器相連接的涂料固化爐，此涂 料固化爐通過涂料固化爐廢氣管路與焚燒爐相連接，分別連接所述的換熱器和所述的焚燒爐、燃燒爐的預熱助燃空氣管路和廢氣管路，設置在所述 的焚燒爐、燃燒爐上的氧含量自動分析儀、測溫裝置、測壓裝置，設置在 所述的涂料固化爐廢氣管路上的氧含量自動分析儀、測溫裝置、測壓裝置， 安裝在焚燒爐和涂料固化爐廢氣管道上的氧含量自動分析儀，設置在所述 的涂料固化爐爐口的氣刀，連接各氧含量自動分析儀、涂料固化爐爐口的 氣刀、切斷閥、自動應急系統(tǒng)的連鎖控制裝置。
7、 根據(jù)權利要求6所述的用于完成彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化 的方法的設備，其特征在于所述的涂料固化爐由粗涂料固化爐和精涂料固 化爐所組成，粗涂料固化爐為三段或四段結構，精涂料固化爐為四段或五 段結構。
8、 根據(jù)權利要求6所述的用于完成彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化 的方法的設備，其特征在于所述的自動應急系統(tǒng)包括涂料固化爐門的自 動關閉裝置，與所述的涂料固化爐爐口的氣刀相連接的應急惰性氣體的自 動供裝置，涂料固化爐的預熱助燃空氣管路安全閥系統(tǒng)的自動開啟裝置， 涂敷作業(yè)線的啟動/停止裝置及同步控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼板表面處理、涂料熱風加熱固化防爆節(jié)能技術領域，特別是一種彩色鋼板惰性氣體循環(huán)加熱固化的方法及其設備。方法包括在熱風式固化爐中進行涂料的加熱固化，燃料燃燒后的煙氣通過熱交換器將空氣加熱，由鼓風機送入涂料固化爐對帶鋼進行加熱，涂料固化，通過控制燃燒爐和焚燒爐的燃氣比，控制廢氣中的含氧量在12％以下，對廢氣中的氧含量自動分析，并和風量自動調節(jié)、自動報警系統(tǒng)連鎖，以氣刀實現(xiàn)爐內外氣氛的隔離，實現(xiàn)連鎖自動控制和自動啟動應急。設備包括天然氣管路，焚燒爐和燃燒爐，助燃空氣管路，換熱器，循環(huán)風機，涂料固化爐，氧含量自動分析儀、測溫裝置、測壓裝置，切斷閥，氣刀，連鎖控制裝置。可節(jié)約燃料50％，二氧化碳排放量減少一半。相應地成比例降低風機的電力消耗。
文檔編號B05D3/04GK101214479SQ200710159219
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2007年12月27日
發(fā)明者張政敏, 立 朱 申請人:朱 立;張政敏