汽车涂装节能减排技术Word文档下载推荐.docx

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M=板材Fe、Zn、Al、Mg

上述反应形成一种"

ZrO2-M-ZrO2"

的氧化锆陶瓷结构的骨架。

我们知道，ZrO2是无定性态结构，具有很强的凝聚功能。

随着反应的进行，该"

结构骨架交联密度增大，继续凝聚沉积。

直至产生ZrO2纳米陶瓷转化膜。

e硅烷处理技术

硅烷技术（silanepretreatment）具有环保、节能、操作简便、成本低等磷化技术无可替代的优点。

目前硅烷技术在工业中已初步显示出优良的性能，开始逐步取代传统磷化技术。

金属表面硅烷处理剂中的硅烷基本分子式为Y-Si-（OR）3，其中OR是可水解的基团，Y是有机官能团，金属在硅烷处理后可与涂料等各种有机聚合物结合。

硅烷成膜机理有较多解释，其中B.Arkles的化学键成膜机理广为接受，其主要原理如表所示：

金属表面硅烷处理技术是涂装前处理环保节能新技术，它具有常温、无磷无渣无毒、工艺简单、流程短、成本低等磷化技术无可替代的优点，同时能与现有涂装工艺和设备相兼容，不需进行额外的设备改造，只需要换槽液即可投入生产运行。

金属工件经硅烷处理后，表面吸附了一层类似于磷化晶体的三维网状结构的超薄有机纳米膜层（50~500nm），同时在界面形成结合力很强的Si-O-Me共价键（其中Me=金属），可将金属表面的电泳涂层偶合，具有很好的附着力，可应用于各种钢铁、铝、铝合金、镀锌或锌基工件的涂装前处理。

硅烷技术有望给磷化技术带来革命性的变革。

f脱脂逆向水洗设计

现在汽车涂装车间前处理线工艺流程绝大部分都是：

预脱脂——脱脂——一次喷水洗——一次浸水洗——表调——磷化——二次喷水洗——二次浸水洗——钝化——新鲜纯水洗——沥干。

以前处理线运输设备为RoDiP-3翻转输送系统为例：

车身在工艺槽内进行360度翻转，在车身出槽时，势必要带出槽液，随车身一起进入下一个工艺槽，这样就造成了槽液的窜槽，使槽液受到了污染，缩短了槽液的使用寿命，同时也加大了污水的排放量！

其它不能翻转的输送系统槽液的夹带量更多，槽液的消耗会更大。

为了解决该问题，人们设计出了槽液逆流补加工艺，大大减少了工艺槽液和水的消耗。

即正常情况下，后一道工序向前一道工序逆流或喷淋补加，当前一道工序的液位较低急需补加而后一道工序液位满足要求时，通过电磁阀及相关管路自动补加，在前处理的应用就是脱脂作为预脱脂的补加，一次浸水洗作为一次喷水洗的补加，二次浸水洗作为二次喷水洗的补加。

这样既减少各工艺槽槽液的损耗，又保证了车身进入下一个工艺槽的洁净度,并且通过这些喷淋水的补加弥补了各槽液的消耗（有些不需要的喷淋水直接从溢流口排至地坑），这样就形成了从后道工序向前道工序补加的逆流工艺！

2前处理后冲洗水循环再生（PT-RO）工艺

众所周知，在汽车工厂内，涂装车间是耗水大户，而在涂装车间，前处理工序的耗水又是首屈一指，前处理排水量占据整个车间排水量的80%以上，前处理线设计之初，为了降低纯水的使用量，减少污水的排放量，最终达到节能减排的目的，将RO反渗透技术应用到前处理线，即在前处理安装一套PT-RO系统，作用就是将前处理线最后一道新鲜纯水洗槽的溢流水回收过滤，将其重新制成纯水进行前处理线最后一道纯水喷淋！

原本每个小时需要排放的6吨废水，这些废水经过该系统后，可以产出3~~5吨的纯水，因此每小时可以降低污水排放量高达3~~5吨左右。

PTRO系统示流程图，见下图：

3超滤技术的沿用及陶瓷膜技术的开发应用

a超滤法（UF）处理脱脂液含油废水的效果与控制：

超滤（UF）脱脂处理是一种利用膜分离技术的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，该膜为亲水性微孔薄膜，孔径在0.01微米以下，油滴的直径大大超过这数值，因此所有不溶解与水（液）中的油份就不能克服表面通过已被水所占据的膜细孔，达到油水分离目的，不过，由于超滤法投资及运行成本高，实际应用比较少（具体流程见下图）。

b无机陶瓷膜分离技术是基于多孔陶瓷介质的筛分效应而进行的物质分离技术在压力驱动下，原料液在膜管内侧膜层表面以一定的流速高速流动，小分子物质（液体）沿与之垂直方向透过微孔膜，大分子物质（或固体颗粒）被膜截留，使流体达到分离浓缩和纯化的目的。

膜孔径：

0.8μm、0.5μm、0.2μm、50nm、10nm、1nm

爆破压力：

60MPa

pH适用范围：

0~14

特点：

耐酸耐碱，易于清洗，低能耗，因此这种新技术成为目前分离科学中最重要技术之一。

（具体见下图）

三、电泳系统节能减排技术应用

1超滤技术开发利用及电泳后冲洗工艺

在电泳涂装过程中，电泳车身要用大量去离子水洗才能进入烘房，被水冲走的涂料占所用涂料的30%左右，不仅造成资源的浪费，而且污染环境。

1971年PPG和Abcro公司联合将超滤法用于电泳涂装，实现了完备水循环系统，使电泳涂装工艺更为合理化，既节省劳动力，提高涂料利用率，又减少电泳废水的污染，还可稳定漆槽，工件涂层质量更为优良。

另外，在电泳过程中，电泳槽中的电泳漆液的电导率会不断上升，影响到电泳质量。

因此，一段时间后需要电泳槽中的漆液，用纯水重新配新的漆液。

采用超滤回收装置可以回收排放液中的电泳漆。

一方面节约了费用，另一方面可以避免排放电泳漆造成的环境污染。

到目前为止，超滤回收装置已经成为一个完整的电泳涂装系统中不可缺少的关键设备之一。

而电泳涂装发展到此时，它的工艺流程多为：

电泳主槽——出槽UF喷洗——UF循环喷洗——UF浸洗——新鲜UF喷洗——DI水浸洗——新鲜DI水喷洗，具体流程如图

（2）：

超滤（简称UF）是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。

它是利用筛分原理工作把所需的并能通过隔膜微孔的物质与不能通过的溶解分子颗粒分开。

一般的过滤是在压力作用下强行使液体通过多孔介质，同样在超滤中，也是在压力下液体强行通过多孔介质。

然而，超滤的孔径比普通的过滤要小1000倍以上，实际上隔膜的孔径小得连有些细菌都不能通过。

它可以通过水、酸、某些溶剂、低分子量树脂及杂质离子。

当电泳槽在正常的电导率参数内运行时，使用超滤供封闭循环的清洗系统，电导率高，表明有离子污染，当发生这样情况时，要排放超滤液，加去离子水供清洗用。

阻碍超滤液的生成有两种力，渗透力和浓差极化力。

渗透力是一个溶剂在其容积内浓度不断平衡的趋势。

这个力靠施加压力使电泳漆通过超滤装置来克服。

浓差极化力是分子在膜表面堆积或浓缩的趋势。

仍然是要施加压力，而且使油漆快速通过膜表面，来减少这个浓差极化力。

2RO技术开发利用至电泳后冲洗工艺及RO系统简介

电泳涂装反渗透系统（EDRO），EDRO反渗透装置加装在电泳漆超滤（UF）装置后，将UF装置透过液进行深度处理，对电泳后的工件进行末级喷淋，并将喷淋后的喷淋水全部逆向返回到电泳槽中，实现高效节约的闭路清洗工序。

在清洗工序中基本无废水排放，提高了电泳漆的回收率，减轻了废水处理的负荷，减少对环境造成的污染，节约了纯水的使用量，实现了真正意义上的闭路循环，正是由于它应用于电泳涂装后冲洗系统，使得电泳漆的利用率超过99%以上，是现代高科技技术在环保与节能上的最佳体现。

应用EDRO反渗透技术的工艺流程为：

电泳主槽--出槽UF喷洗--UF循环喷洗--UF浸洗Ⅰ--UF浸洗Ⅱ--新鲜UF喷洗--ED－RO水喷洗（如图3）。

优点：

实现系统封闭，电泳质量较好且易于控制，无DI水消耗，电泳漆实现零排放。

以上介绍了车身电泳线后清洗工艺发展过程。

电泳线后清洗工艺的不断完善，促使车身电泳涂装技术取得了长足的发展。

为满足日益苛刻的环保法规，目前欧美国家先进的车身电泳线后清洗工艺已经开始普遍采用RO反渗透技术，实现电泳涂装系统封闭，电泳漆的利用率达到99％以上，车身电泳涂装对生态环境的污染得到有效控制。

4ECS技术的开发与应用

在采用EDRO装置时，为满足纯水洗所需要的水量，其超滤装置的出液量与传统工艺相比需要增加一倍左右，这样不仅带来设备投入的增大，而且也容易加大电泳槽液溶剂量的损失，造成在后冲洗过程中的泡沫量加大，因此在电泳后冲洗的节能环保技术中开发应用了ECS术！

（见下图）

ECS技术是将电泳后冲洗中的纯水洗槽液经过反渗透膜进行超滤，使浓缩液（固体份3%左右）返回到循环UF液槽，清洁液替代新鲜纯水洗液，从而实现了降低纯水使用量和电泳后冲洗的污水排放量，减少污水处理费用，同时也提高了电泳涂料的利用率，降低了涂装材料成本。

特别是对采用传统工艺的涂装线，可不必增加UF装置的改造量，只需进行循环纯水洗系统的改造，增加ECS装置，就可以实现全封闭电泳后清洗。

5UV固化阴极电泳涂料

目前几乎所有的阴极电泳涂料的涂膜固化方式都以热固化为主,涂料发生固化架桥反应的温度一般在140~180℃，所以在许多受温度限制的材料上很难推广使用电泳涂装。

紫外线（UV）固化涂料是利用紫外光照射涂料树脂发生聚合架桥反应的固化方式，在低温的条件下短时间内就能完成涂料的固化过程。

紫外固化技术完全符合"

3E"

原则，即:

Energy，节约能源，一般紫外固化能耗为热固化的1/5；

Ecology，生态环境保护，紫外固化技术被称为"

绿色技术"

；

Economy,经济，紫外固化装置紧凑，流水线生产，加工速度快，劳动生产率高，有利于降低生产成本!

紫外线固化电泳涂装利用具有光固性能的电泳涂料和电泳涂装技术相结合的复合术，它不需要较高的温度,所以它能满足产品进电泳涂装的加工需要，同时又能解决涂装材料受度限制的问题（具体流程如下图）。

aUV固化电泳涂装的基本原理

UV固化涂料是利用波长200~400nm的紫外光照射聚合引发剂产生聚合反应的活性基,高能量的活性基使具有光反应性能的涂料树脂发生聚合及架桥的固化反应,能在短时间内不需要热量的条件下完成固化过程。

UV固化电泳涂料是在离子型水溶性树脂的分子骨架中加入光固化性基团,使其在紫外光和光聚合引发剂的作用下能发生涂料固化的聚合架桥反应。

树脂的聚合程度影响树脂的性能,为提高树脂和金属材料的结合力,涂料树脂骨架中还含有提高附着力的功能基团。

UV固化的电泳过程和一般的电泳过程完全相同,根据电泳涂料树脂的阴、阳离子性分阳极电泳涂料和阴极电泳涂料。

由于电泳涂料是水分散体系,在树脂发生固化反应之前,应将树脂中的水分充分蒸发,以免影响固化效果和外观,这就需要在UV固化之前增加一个闪蒸过程,这一过程对涂料的最终性能有着重要的影响。

bUV固化电泳涂料的优点

1）固化速度快不需要热固化的长时间高温保温状态,短时间内达到与热固化相同的固化效果,生产效率高。

2）固化温度低在受固化温度限制的材料上可进行低温的电泳涂装,扩大了电泳涂装的应用范围。

3）节能、省时因固化时间短,设备装置不需要长距离的流动运行,且设备占地少,同时减少能耗。

cUV固化电泳涂料的缺点

1）形状复杂的产品受光照、距离和位置的影响，易发生固化不均匀。

2）除紫外线固化流程外还需增加一道闪蒸工序。

四、中涂、面漆工序节能减排技术应用

1在国际上，汽车涂装除了实现水性化和粉末化以外，在工艺上主要的变革与发展有两个方向：

3C1B2C1B

a"

三湿（3-wet）"

喷涂工艺在国际上已确认为除高级车外乘用车涂装的标准工艺。

它包括3C1B和双底色涂装工艺。

3C1B工艺是不改变目标品质的基础同时实现降成本、改善环境、缩短工程的技术，其内容是取消中涂后的烘干和打磨工序，中涂、色漆、罩光清漆三层涂装后一起烘干固化（具体如下图）。

b双底色无中涂工艺（2C1B）。

经济型轿车和商用车车身由3涂层体系简化为两涂层体系。

不仅能减少VOC和CO2排放量20%以上，还能降低固定成本20%以上，材料耗量减少15%左右，控制面漆层的紫外线透过率，选用与耐紫外线的CED涂料配套是无中涂工艺的关键点（见下图）。

c干式喷漆室的技术进步

国外有的国家已经确定从水洗喷漆室排放出来的涂料渣为危险废弃物，开始向不产生涂料渣的干式喷漆室转换。

原来非危险的废弃物一旦混入水中反而成了危险废弃物，消耗多种药剂和能源，增大环境负荷，应认识到不产生或少产生危险废弃物对保护地球环境的重要性。

欧盟也开始限用水洗式漆雾捕集装置。

为此，德国杜尔和艾森曼涂装公司分别开发了干式喷漆室漆雾捕集装置和静压除漆渣装置。

干式喷漆室的优缺点（与湿式喷漆室对比）：

在经济方面的优点：

1）运行成本低：

不需凝聚剂和废水处理，耗电量少；

2）省劳力：

不需要漆渣排出作业和水质检查；

3）投资低：

设备造价低，且施工简单；

4）作业环境较好：

噪音低；

5）维护成本低：

运动部分仅需要更换风机。

在环境方面的优点：

1）无废水处理的必要，不须配置废水和漆渣处理设备；

2）因耗电少，不是用水，对环境影响小；

3）使用过的过滤材料（袋）有可能作为燃料再循环利用；

4）制定操作规程易遵守；

5）几乎所有的涂料都适用；

6）不产生恶臭。

干式喷漆室的缺点：

1）过滤器更换频繁；

2）作业场所污染。

五、涂装原材料在节能减排技术上的应用

1水性漆材料的使用

目前使用的溶剂型涂料主要以芳香族化合物组成的溶剂作为载体（溶剂含量可达60%以上），溶剂属于易挥发，易燃易爆物，对环境会造成污染，长期吸入有害人体健康。

而水溶型涂料以纯水为载体，而水无污染，无毒害，安全健康、不易着火。

除此之外，用于油漆管道的清洗以及颜色更换清洗所使用的溶剂也将更换为水溶性的清洗溶剂。

总而言之，水溶性涂料既环保安全，又可最大限度地减少对人体健康的损害。

由于水性漆涂料与传统溶剂型涂料使用不同的介质作为溶剂，因此在施工工艺方面有着明显的差异，如下表所示，这种差异主要是基于水和溶剂特性的不同，相应的喷涂设备也应不同，如在喷涂清漆之前，应对采用水性色漆喷涂的车身进行预烘干，喷漆室和输调漆系统应采用不锈钢结构，另外自动喷涂系统，如机器人、自动涂装机，由于水性涂料具有导电性，在静电涂装时产生漏电，应由内部加电压方式改成外部加电压方式。

由于水的挥发性差，涂着固体分低，抑制涂着时的流挂的粘度控制十分重要，需预烘干；

水性涂料易受涂装时周围环境温度、湿度的影响，必须控制喷漆室内的温湿度。

2节能型粉末涂料固化技术

节能环保是涂装生产的发展趋势,因此以粉末涂装替代传统的溶剂型涂料涂是降低VOC排量,减少污染，保护环境的有效途径。

然而由于粉末涂料的固化温度高,致使粉末涂装在生产应用中增加了热能的消耗，提高了生产成本。

针对粉末涂料烘烤温度高问题可以从优化节能组件着手进行分析，大多数涂料中有机结合键的吸收波长在3～25μm左右，选择节能型的远红外电热辐射器作为粉末涂料固化的加热器，它把电能中大部份的能量转换成远红线，并能吸收和转换可见光和近红外为远红外线，其远红外波的发射区间为（3～50）μm，从而发射波形与涂料的吸收波形呈最佳匹配，在粉末涂料烘干固化中充分发挥了其节能作用。

六、涂装设备技术应用及综合管理

1节能型烘干炉及UV固化技术

紫外线（UV）固化和双固化清漆用作汽车外表面涂装，在环保、节能、涂膜性能（外观装饰性、耐酸雨和抗划伤性）和涂装成本等方面都有较强的竞争力。

采用高固体分（>

70%）清漆，与专用的聚异氰酸脂齐聚物组合，在喷涂过程中有效组分能很好混合，根据需要可高温烘干（140℃），也可低温烘干（90℃或低于90℃），与普通清漆相比可缩短烘干时间（10~15min）。

双固化型清漆在工艺、涂膜性能、经济、环保等方面有以下优点：

（1）施工工艺：

UV和热固化可同时使用，可改善内表面/阴影区域的涂装性能；

（2）涂膜性能：

极好的外观装饰性，涂膜有优异的抗划伤和耐腐蚀性；

（3）经济性能：

烘干室长度可缩短，设备投资费用最低；

（4）环保方面：

因节能和高固含量（>

70%），从而降低VOC排放量。

一般车身涂层烘干采用辐射加对流形式或采用循环对流加热方式。

辐射对流形式即烘干炉前端为辐射加热区（约占全长l／3），后端为对流加热区，这样就加快了工件升温速度，缩短工件升温时间，不仅节能，而且涂层表面干的较快，可防止灰尘沾附在湿涂层上，有助于提高涂层外观质量。

烘干室采用循环对流加热方式，炉膛空气重复循环，有机物气体含量高时需要不断排出，以维持其浓度不超过爆炸极限。

但这些排出的气体温度高并且含有可燃气体，一般经过处理后才能排放。

因此，国内外通常进行尾气燃烧一能源综合利用方式进行节能。

德国杜尔公司设计的、以天然气或柴油为热源的轿车车身涂装用的"

П"

型烘干室比较先进，采用了可燃气体的完全燃烧，燃烧后的高温气体通过逐级利用后排出，这种方式的能源利用率达70％以上，与传统的对流式烘干相比，热效率提高l倍以上。

从烘干室来的含VOC的废气（约160℃），经焚烧炉外壳的废气热交换器加热到500℃左右后经过燃烧喷嘴四周与天然气一道喷燃，使燃烧室内温度达760℃左右。

在760℃废气中的VOC可完全净化，使VOC和CO（一氧化碳）的含量降低，并达到废气能量的综合利用。

760℃的烟道气经废气热交换器降温到450℃（温度可通过端头的旁通阀调整），再供给烘干室的多个热交换器加热烘干室的循环空气。

最后再经换热器加热供烘干室的新鲜空气，然后排出屋面。

如图下图所示。

2车间空调系统的使用

目前汽车涂装车间的送风系统大多采用能控制温湿度的中央空调系统。

中央空调系统一般由进风段（含手动/自控多叶阀）、初中效过滤段、加热段、表冷段、自控加湿段、风机段、均流段、消声段、终中效过滤段、出风段（含多叶调节阀）等组成；

温湿度自动控制。

排风系统一般采用大功率的防爆风机，送排风系统一般均采用软启动变频控制。

涂装车间的中央空调系统除了选用高效率的电动机、风机外，还要重点考虑部分排风量和排水量（尤其夏天的制冷水和冬天的蒸汽冷凝水）的回收利用。

冬季控制喷漆室温度的时候，蒸汽加热空气产生大量的冷凝水，此冷凝水的温度一般在80℃左右。

用回收的80℃左右的冷凝水对空气进行喷淋、加温和加湿，用于调节喷漆室的温度和湿度，节约了蒸汽和水的用量，动能厂也节省了用泵回收冷凝水时的电能消耗。

喷漆室在生产模式和清洁模式需求的风量是不一样，清洁模式需要的风量可以小些，所以喷漆室中央空调机组需要根据不同情况供应不同的风量，这需要选好中央空调机组的控制方案。

离心式风机的转速降低后，其消耗功率会大幅下降，例如：

转速降到50%时，轴机械功率锐减至12.5%。

变频调速效率高，当转速降到50%时，效率η≈95%~98%，几乎近似不变，所以变频调速节能效益最佳。

有双电机的中央空调机组，往往选择软启动和变频调速相结合的控制方案。

3新型干式漆雾捕集装置

德国杜尔公司新近推出的喷漆室排气干式净化装置，在除净喷漆室排风中漆雾方面使用干式分离技术，与通常采用的湿法（水洗）分离技术相比，不再产生特殊的垃圾，可节省水和能源。

它们与机器人及喷涂参数匹配，使喷漆室排风不须追加过滤，可直接再循环利用，不须向喷漆室供给全部新鲜空气。

分离过程完全自动化，分离不用水和化学药品，过滤介质（组件）完全可再生利用。

可节约能源30%，通过排风再生循环利用，供新鲜空气量的减少，有降低厂房和相关设备的投资35%的潜力，另外材料及维护费用也可降低；

采用这种新的漆雾捕集方法后涂装过程的单车成本（CPU）可降低10%，且是环保性最好的捕集漆雾的工艺方法。

a干式净化装置（EcoDryScrubber）的五大关键要素：

1）分离工艺与喷漆室完全统合，完全自动化；

2）干式过喷漆雾的分离工艺：

干的黏漆雾滤料采用石（Limestone），过滤组件表面完全被黏漆雾材料层覆盖；

3）分离过程完全自动化：

过滤层的压损自动测量，饱和的黏漆雾滤料（Precoatmaterial）移去和更换全自动化；

4）过滤介质（组件）（FilterElements）可再生；

5）排风（ProcessAir）可直接再循环，不需另追加过滤。

b干式漆雾捕集装置的构成：

1）排风可直接循环再利用；

2）湿的过喷漆雾的干分离；

3）过滤组件可再生；

4）全自动清洁工艺；

5）黏漆雾滤料以天然的石灰石为原料；

6）使用过的滤料可回收用作水泥工业的原料。

c传统的湿式漆雾捕集系统和新式的干式漆雾捕集系统的对比表（具体见下表）

4前处理-电泳输送设备的选择

4.1RoDip-3简介

RoDip-3中文可译成全旋反向浸渍输送技术。

RoDip-3输送系统是先将车身锁紧在滑橇上，再将滑橇锁紧在一根可以360°

旋转的轴上。

这根轴的一边为一连续杠杆导辊系统，根据其导向轮在导向轨道上所处的位置来决定车身翻转的角度。

当车身输送到浸槽入口时，导向轨道让旋转轴转动90°

，车身头部向下翻转，当主轴继续向前移动车身再逐步翻转90°

，变成车底向上，车尾向前反向继续前进，在达到工艺要求的时间后开始出槽，车身再次在杠杆导辊系统的作用下连续翻转180°

，变为正常方向前进，如下图。

4.2RoDip-3的优点

RoDip-3的结构特殊，带来了一系列明显的优点。

主要有以下几个方面：

（1）节省投资，节能省电

由于槽体积缩小，循环泵数量减少，生产线和输送链缩短等原因，与采用双摆杆链的电泳线相比，采用RoDip-3技术总投资可大约节省15%左右。

（2）节省化学品，节水

车身是180°

旋转出槽的，车身空腔内的槽液可以流得比较干净，槽液夹带量少，冲洗水量可以减少约15%，废水的处理量可以减少约25%。

节省三废处理费用，有利于环境保护。

初次投槽时电泳漆可以节省约33%，槽液的更新周期可以缩短三分之一，这对槽液参数的稳定及产品质量的提高均十分有利。

由于车身槽液夹带量非常少，可以节省化学品的消耗。

（3）彻底消除了车身前后盖，车顶盖内的气泡

传统的摆杆链出入槽的角