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汽车磷化生产线改造成硅烷化前处理生产线的分

日期:2020-01-19 08:54:18 / 人气:847

汽车磷化生产线改造成硅烷化前处理生产线的分析
姚重庆,裴一庆
(铠龙东方汽车有限公司,江苏 无锡 214000)
摘要:为了适应市场竞争和环保要求,需要降低现有汽车涂装线前处理成本并减少公害,有必要对现有汽车磷化生产线进行
升级改造,主要介绍了硅烷化前处理技术原理、工艺流程、涂装质量、成本控制及环保性。
关键词:汽车;涂装;磷化生产线改造;硅烷化前处理技术;无磷
中图分类号:TQ639 文献标志码:B 文章编号:1007-9548(2017)09-0057-03
Analysis of Automobile Production Line into Reconstruction of Phosphating
Silanizatio Pretreatment Production Line
YAO Chong-qing, PEI Yi-qing
(Kailong Dongfang Automobile Co., Ltd., Wuxi 214000, Jiangsu, China)
Abstract: In order to meet the needs of market competition and the requirements of environmental
protection, reduce the existing car coating line before processing costs and reduce pollution, it is necessary
for upgrading existing auto phosphating production line. This article mainly from the silanization pretreatment
technology principle, technological process, coating quality, cost control and environmental protection are
analyzed.
Key words: automobile; painting; upgrading phosphating production line; silane pretreatment technology;
phosphate-free
—— — — — — — — — — — — — — — — — — —
收稿日期:2017-04-01
作者简介:姚重庆(1980—),男,本科,工程师,主要从事汽车涂装车
间前处理电泳线的规划及设计工作。E-mail:yaochongqing@163.com。
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通过表 1 对比分析可知,采用绿色环保硅烷前处
理工艺替代现有的磷化工艺,能彻底消除 Zn、Mn、Ni
等有害物质,少渣或无渣,资源利用率高,可在室温下
处理,且处理快速,工艺简化,设备投入小,是前处理技
术的发展方向。
2 硅烷工艺控制要求及成本分析
2.1 白车身质量控制
相比传统磷化,硅烷化处理酸性弱、成膜较薄,对
底材遮盖性较差,电泳后缺陷较明显。若现有汽车涂装
线的磷化工艺改造成硅烷工艺,主要从以下几个方面
表 1 硅烷与磷化工艺对比
长期验证过的成熟工艺
含 Zn、Ni、Mn 等重金属
锌系磷化工艺 硅烷化处理工艺
可使用磷化现有设备投槽
环境友好,不含镍
需要二级板式热交换器持续加热 无持续加热
工艺处理时间一般为120~180s 工艺处理时间60s、120s、240s,弹性大
高浓度废水排放多 高浓度废水排放少
磷化渣的处理成本高 几乎无渣
处理铝板需特殊工艺 对车身铝板无比例限制
酸洗除渣,维护多 无需酸洗,维护少
1)硅烷与磷化的膜层结构
磷化膜层与硅烷结构见图 1 ~ 2。
2)硅烷的环保优势
磷化液中的镍与防腐性能有关,磷化液的颜色越
绿,表示镍含量越高,而镍是一种对人体有害的重金属,
它会减弱人体免疫功能、引发慢性中毒,还可能伤害人
体的中枢神经,引起严重的病变,甚至致癌。据国际癌症
研究中心公布的资料,镍可以引起许多常见的癌症如口
腔癌、鼻咽癌、直肠癌以及肺癌,统计表明,其发病率直
接与外界环境中的镍含量成正比。相比磷化液,硅烷溶
液是无色透明的,完全不含镍这种有害重金属。
3)硅烷工艺流程更灵活
事实证明完全可以把设备陈旧的磷化生产线改造
成硅烷工艺生产线,除了对磷化线进行必要的现场评估
和彻底酸洗之外,一般不需要对槽体和设备进行大幅度
的调整改动,也不需要额外增加其他的设备。PSA 集团
在巴西、西班牙以及法国本土成功运行硅烷工艺的生产
线,没有一条是新线。在工序的选择上,硅烷没有表调这
道工序,而是把表调槽改成了纯水洗槽,表调的溢流系
统是独立的,不能往前溢流,但是改成纯水洗后可以和
前面的工业水洗串联起来,形成逐级溢流系统,节约用
水资源。常规磷化和硅烷工艺流程如图 3 所示。
4)硅烷与磷化工艺时间比较
硅烷与磷化工艺对比见表 1 所列。硅烷工艺对生
产线规划更具弹性。整车磷化生产线的工艺时间一般
设定为 2.5 ~ 3.5 min,但是硅烷的处理工艺时间可根
据实际需要最短调整到 1.0 min,在线速度较慢的生产
线上,4.0 ~ 5.0 min 的处理时间也能接受,所以在生产
节拍的规划设计上,硅烷提供了更大的弹性空间。
图 1 磷化膜膜层
图 2 硅烷膜层
图 3 磷化工艺与硅烷工艺流程
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控制白车身的车身质量。
1)打磨控制:焊装工序打磨需采用 400 # 以上砂纸,
试验证明采用 400 # 以下的砂纸且打磨深度在4 μm 以
上的打磨印,硅烷处理后电泳无法进行遮盖。
2)铁屑、焊渣等杂质控制:在焊装车间就要对颗粒
物(铁屑、焊球、焊渣等杂质)进行控制,每辆车的颗粒
控制在 5 g 以下。
3)锈蚀控制:出现锈蚀的白车身是不能直接进入
前处理电泳线的,必须经过打磨把锈迹处理干净,才能
进入涂装过程。在白车身未到涂装工序之前消除锈蚀
和氧化皮是最有效的,为了更好地对白车身进行防护,
建议在制作初期就要注意加强涂油防护,建立合理的
库存和周转周期,减少工件与水汽、加工介质接触反应
的时间,避免或减轻锈蚀程度。对焊缝周边产生的氧化
皮应控制焊接,减少焊接热影响区,或采用点焊工艺减
少氧化皮的产生。
4)油污控制:前处理工序若不能完全去除白车身
表面的油污,会造成硅烷成膜不完全、电泳缩孔缺陷,
影响涂装质量。要求车身表面涂油均匀,不能有流痕,
最好控制在 2 g/m 2 以内。
2.2 硅烷工艺对磷化设备的改造要求
现有汽车磷化工艺若改造成硅烷工艺,前处理线
需在洪流水洗、预脱脂、脱脂工位增加除铁屑装置,如
磁性分离机、悬液分离器+纸袋过滤机、袋式过滤器
(带磁棒),目的就是把白车身携带的颗粒物清除干净。
表调槽需改成纯水洗槽,纯水要求电导率<10 μS/cm。
出槽后增加一道纯水喷淋(过车感应)。现在表调槽无
过滤装置,改成硅烷工艺后需增加带式过滤器(带磁
棒)。
磷化槽现在的循环量能满足硅烷工艺要求,但需
彻底对磷化槽进行酸洗,尤其是管路,若管路中的残渣
不能清洗干净,则必须更换管路。磷化换热器可以保
留,在极端天气(低温)下需对槽液进行加热,磷化除渣
是纸带式的,建议改成硅烷工艺后更换成板框式压滤
机。磷化改成硅烷工艺后,在槽出口增加一道纯水雾化
喷淋(过车感应)。为了保持槽液的稳定性,加料需要滴
加泵(过车感应滴加)。
后面几道水洗槽的要求和磷化水洗一样,但硅烷
槽后的水洗需要增加防锈剂加料设备。
2.3 成本分析
硅烷和磷化的成本比较(包括废水处理):
以年产能 10 万辆汽车的前处理生产线为例,主要
从废水处理、能源消耗、设备维护、硅烷药剂来分析硅
烷化处理工艺的运行成本。按照一个涂装车间双班制
生产,每班生产 8 h,产能为 25 JPH,全年生产 300 d
计算,全年产能可达到 12 万台。以每台车 90 m 2 计算,
全年的生产面积约为 1 080 万 m 2 。
2.3.1 废水处理成本
磷化液在磷化后水洗达到溢流动态平衡时,废水
中含磷酸根约 1.5×10 -3 ,锌镍锰约 3.0×10 -4 ,每 t 废水处
理费用约为 8 元。
硅烷中不含磷及锌镍锰,硅含量约 4.0×10 -5 ,锆含
量约 2.0×10 -4 ,硅烷后水洗达到溢流动态平衡时,废水
总含硅 4.0×10 -6 ,锆含量约 2.0×10 -5 ,每 t 废水处理费用
约为 1 元。
按照车身涂装面积每 m 2 约产生 2 L 水计算,全年
约处理 21 600 t 废水,硅烷工艺比磷化工艺废水处理
可约节省费用 15 万元/a。
2.3.2 热能消耗
磷化工艺温度 45 ~ 55 ℃,以磷化工艺温度 45 ℃
计算,磷化热能消耗大约在 0.075 元/m 2 。
硅烷工艺温度 25 ~ 35 ℃,但实际运行过程中,硅烷
基本不需要加热,平均硅烷热能消耗约 0.015 元/ km 2 。
按照年产 12 万台车,每台车 90 m 2 计算,全年生
产面积为 1 080 万 m 2 ,硅烷工艺可节省约 65 万元/a。
2.3.3 电能消耗
10 万产能汽车涂装生产线磷化槽的加热循环泵
为 37 kW+18.5 kW,若改成硅烷,可关掉 1 台 18.5 kW
的水泵,以单价 1 元/kW·h 计算,可节省约 9 万元/a。
2.3.4 耗水量
采用硅烷工艺后,前道表调工序要改成纯水洗工
序,形成逆向溢流,节约了水洗的用水量。
2.3.5 维护成本
为了避免磷化渣的二次污染导致漆膜质量缺陷,
磷化槽液需定期进行除渣,并且要定期对磷化液倒槽,
倒槽后要用酸洗去除磷化槽、循环管路、喷嘴、板式换
热器内的磷化渣。以年产 10 万辆汽车的磷化生产线为
例,每年设备清洗所需的化学品药剂费用约为 5 万元
(磷化槽 1 次/a,板式换热器 4 次/a),酸洗后的废液水
处理成本约为 20 万元。
硅烷槽液几乎无渣,不需要对硅烷槽及管路进行
酸洗,减少了设备的维护保养工作,可减少费用约 25
万元/a。
2.3.6 硅烷药剂成本对比
绿色环保硅烷化处理的化学品成本比磷化高
50%左右。
以年产 10 万辆汽车的涂装前处理生产线为例,通
过分析废水处理、能源消耗、设备维护、化学药剂的成
本得出,采取硅烷工艺全年的运行成本大约可节省
110 万元。在实际生产中,若现场工艺(下转第 62 页)
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(上接第 53 页)车厂涂装车间验证,漆膜在膜厚、色差、
DOI、光泽、长短波等方面没有变化。
3)燃动成本:通过在 A/B/C 工厂的应用,节约成本
87 万元/a。
4)维护成本液压油:液压油更换费用(液压泵 4 个
车间合计减少 15 928 h 的运行,按设备保养要求每年
更换一次液压油约 10 万元),4 个车间合计每年减少
1.8 次更换,预计节约 18 万元。
5)节约工时:清漆在循环中考虑换热的影响,停止
循环后不需要 2 h 测 1 次黏度,减少黏度测量工时 1
h/d,减少每天 11 次的开关桶盖次数,有效预防了外界
的环境污染。
6)时间:调漆间在线外作业,不会对生产产生影
响,同时没有增加作业时间。
7)其他效果:前期涂料更换滤袋时,需要单个开关
柱塞泵,操作繁琐,清漆实现间歇式循环后可以通过关
闭液压泵来更换滤袋;取消黏度测量,减少了溶剂挥
发。 ◆
(上接第 59 页)控制得当,在使用硅烷工艺之后,则完
全能够降低生产线的综合运行成本。
2.4 硅烷车身质量控制
硅烷车身质量主要是控制硅烷的膜重:通过 pH、
促进剂浓度等进行调节,也可通过温度和链速度进行
调节。各种板材的膜重为:冷轧钢 30 ~ 100 mg/m 2 ;热
镀锌 70 ~ 180 mg/m 2 ;铝 40 ~ 80 mg/m 2 。
3 结语
目前磷化技术发展遇到了瓶颈,为了降低成本和
适应节能环保要求,有必要对汽车涂装现有磷化生产
线升级改造成硅烷化前处理生产线,硅烷工艺已在国
内神龙汽车、东风乘用车、北汽等汽车公司的涂装线上
成功应用,前处理化学品和电泳漆也具有良好的配套
性。若磷化工艺升级改造成硅烷工艺,仅需重点考虑以
下问题:
1)磷化槽液的排放与处理;
2)磷化管路的清洗与更换;
3)设备改造是否能达到硅烷工艺要求;
4)设备升级改造周期及对生产的影响;
5)纯水制造设备能力是否满足生产需求。 ◆

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