СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОЛОСУ Российский патент 2007 года по МПК B05D1/28 B05D7/14 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в отделениях покрытий листопрокатных цехов, имеющих в своем составе агрегаты для нанесения лакокрасочных материалов (ЛКМ) на рулонный полосовой прокат.

Известен способ нанесения лакокрасочного покрытия (эмали) на полосу двухвалковой машиной, при котором вновь закачиваемая эмаль подается в пространство между регулирующим (захватывающим) и наносящим валками, затем она проходит через зазор, величина которого определяет толщину наносимого слоя [Полимерные покрытия полосового проката. К.К.Полякова, Ю.Г.Зельцер, М.: Металлургия, 1971, с.97, рис.22(а)].

Недостатки известного способа состоят в следующем.

1. В известном способе отсутствует красочный поддон для усреднения температурно-вязкостных показателей новой порции закачиваемой эмали с основным ее объемом, что определяет большую чувствительность способа к их изменению. Вследствие прямой подачи ЛКМ в пространство между захватывающим и наносящим валками, без усреднения температурно-вязкостных показателей, не исключена возможность образования различных видов "разнооттеночности" и "теневых, продольных полос".

2. При данном способе подачи затруднительно регулирование количества подаваемой в межвалковое пространство эмали, особенно при изменении скорости транспортирования полосы. При перемешивании эмали лопастными мешалками и во время подачи ее с помощью поршневого пневматического насоса в объеме подаваемой эмали образуются пузырьки воздуха, которые при попадании на поверхность валков формируют локальное утонение пленки ЛКМ, передающееся далее на полосу в виде дефектов ЛКП: "воздушные пузырьки", "непрокрас", "шагрень", "пена" и т.п.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ нанесения лакокрасочного материала на окрашиваемую поверхность полосы, включающий, как минимум, захват жидкого лакокрасочного материала захватывающим валком, вращающимся в поддоне с эмалью, перенос эмали с захватывающего валка на наносящий и окрашиваемую поверхность полосы, постоянную подачу лакокрасочного материала, освобожденного от пузырьков воздуха, в красочный поддон со дна специального "отстойника" [Современный цех холодной прокатки углеродистых сталей /И.В.Франценюк, Ю.Д.Железнов, Л.А.Кузнецов и др. М.: Металлургия, 1984, с.82, рис.34] - прототип.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

1. Для реализации способа дополнительно требуется специальный отстойник лакокрасочного материала, со дна которого подается эмаль, лишенная пузырьков воздуха. Использование этой дополнительной емкости приводит к дополнительным сложностям в ведении технологического процесса (мытье емкости при переходе с краски одного цвета на краску другого цвета, дополнительный расход растворителя, непроизводительные простои агрегата при переходах с одного цвета покрытия на другой и т.д.), что увеличивает удельный расход растворителя на очистку емкости и удельный расход краски, расходуемой на покрытие 1 м² полосы.

2. При данной схеме подачи ЛКМ происходит отделение эмали от воздушных пузырьков, образовавшихся в процессе перемешивания лопастной мешалкой. Предварительное отделение ЛКМ, захватываемого валками и наносимого на полосу, от воздушных пузырьков, полученных в процессе перекачки в красочный поддон и вращении захватывающего валка в лакокрасочном материале, не предусмотрено. При попадании таких пузырьков воздуха вместе с порцией ЛКМ на поверхность захватывающего и наносящего валков и далее на полосу, как правило, образуются дефекты покрытия в виде повального отсутствия пленки ЛКМ или ее утонения ("поры", "оспины", "кратеры", "воздушные пузыри").

3. В процессе окраски полосы на поверхности эмали в красочном поддоне образуется пена (пузырьки воздуха, высвободившиеся из толщины эмали, выходят на поверхность, образуя пену, увлекая за собой частички включений, находящихся в слое краски, в т.ч. полученные при полимеризации краски в процессе ее хранения). Со временем эта пена вместе с поднятыми вверх твердыми частицами из толщи эмали при попадании в зону захвата эмали и далее на поверхность валков и полосы может привести к образованию дефектов ЛКП на готовой продукции в виде "непрокрасов", "пены", "инородных включений", "отпечатков" и "шагрени".

Техническая задана изобретения состоит в изолировании зоны захвата эмали от зон подачи и отстаивания новой порции эмали в целях исключения попадания воздушных пузырьков и пены на поверхность захватывающего, наносящего валков и далее на полосу. Решается данная техническая задача за счет установки в красочные поддоны валковых машин для нанесения грунта, отделочной эмали, эмали для защиты обратной стороны "отбойников" специальной конструкции, препятствующих перемещению пены из зоны подачи и отстаивания в зону захвата ЛКМ. В результате этого достигается технический эффект повышения выхода годного металла от общего количества окрашенного на заказ, снижения удельного расхода растворителя и ЛКМ на покрытие, уменьшения расхода металла и времени простоев агрегата по устранению дефектов, что в целом позволяет повысить рентабельность производства металла с лакокрасочным покрытием на 3-7%.

Это достигается применением способа нанесения лакокрасочного покрытия на поверхность полосы, включающего, как минимум, захват жидкого лакокрасочного материала захватывающим валком, вращающимся в поддоне с эмалью, перенос слоя эмали с захватывающего валка на наносящий и окрашиваемую поверхность полосы, постоянную подачу лакокрасочного материала в красочный поддон, однако в поддоне лакокрасочные материалы проходят предварительное "отстаивание", отделение от воздушных пузырей, а захват новой "порции" лакокрасочного материала захватывающим валком осуществляется из специальной области красочного поддона - зоны захвата, изолированной от проникновения в нее пены, при этом лакокрасочный материал в зону захвата поступает из зоны отстаивания с последующим нанесением на поверхность наносящего валка и далее на полосу.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие технические признаки.

1. Оба технических решения являются способами нанесения ЛКМ на окрашиваемую полосу

2. Оба технических решения обеспечивают подачу ЛКМ, лишенных пузырьков воздуха в красочный поддон, а затем на металлическую полосу с использованием захватывающего и наносящего валков.

Отличия предложенного способа от прототипа заключаются в следующем.

1. В предлагаемом способе предусмотрено отделение эмали от воздушных пузырьков, образовавшихся при ее подаче в красочный поддон поршневым пневматическим насосом. По способу-прототипу предусмотрено только отделение пузырьков воздуха" образовавшихся в результате перемешивания эмали лопастными мешалками.

2. В предлагаемом способе предусмотрено отделение зоны захвата ЛКМ от зоны подачи ЛКМ в красочный поддон, а следовательно, и от пены, образовавшейся на поверхности эмали в красочном поддоне в результате высвобождения и всплытия воздушных пузырьков на поверхность, а также при вращении захватывающего валка в ЛКМ. В способе-прототипе этого не предусмотрено.

3. В предлагаемом способе пена ЛКМ временно удерживается в локальной области красочного поддона, что исключает распространение ее в поддоне и попадание на поверхность валков, полосы. В ходе циркуляции эмали постепенно происходит процесс слива пены вместе с циркулируемой эмалью и ее ассимиляция в основном объеме циркулируемой эмали. В способе-прототипе зона подачи ЛКМ в красочный поддон и зона захвата ЛКМ наносящим роликом не отделены друг от друга.

Указанные отличительные признаки упрощают и улучшают процедуру формирования равномерной и стабильной пленки эмали по всем вышеперечисленным признакам.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Предлагаемый способ нанесения ЛКП на металлическую полосу предусматривает подачу ЛКМ в красочный поддон, захват порции ЛКМ из специальным образом отведенной области красочного поддона (зоны захвата) захватывающим валком, перенос ее на наносящий валок с последующим нанесением на движущуюся металлическую полосу. Нанесение пленки ЛКМ на полосу происходит либо на вращающемся вместе с полосой металлическом опорном ролике, на который давит наносящий валок, либо путем прижатия последнего к движущейся металлической полосе, находящейся под натяжением. Ролики прижаты друг к другу и окрашиваемой полосе для формирования равномерного по ширине окрашиваемой полосы слоя ЛКМ. В процессе нанесения и полимеризации на поверхности окрашиваемой полосы должен сформироваться равномерный без нарушения сплошности слой ЛКМ при условии однородности эмали в красочном поддоне, отсутствии в пленке наносимой эмали пузырьков воздуха и сгустков пены ЛКМ.

Однако, если это условие нарушается, то на поверхности окрашенной полосы видны дефекты в виде "непрокрасов", "пены", "воздушных пузырей", "инородных включений", "отпечатков" и т.д.

Перед подачей в красочный поддон эмаль подготавливают, размешивая ее в бочке высокоскоростными лопастными мешалками. Этим достигается усреднение состава эмали, вязкости, температуры и после этого эмаль подают в красочный поддон любым известным способом, однако чаще для этой цели используют пневматические подающие насосы. При перемешивании эмали лопастной мешалкой, а также при подаче ее поршневым (пневматическим) насосом в красочный поддон в толще эмали образуются пузырьки воздуха, которые поступают в красочный поддон вместе с новой порцией ЛКМ. Если такая эмаль будет сразу захвачена захватывающим валком и далее нанесена на наносящий валок и на полосу, то на поверхности полосы после ее сушки будут наблюдаться дефекты покрытия в виде локального отсутствия (утонения) пленки ЛКМ ("поры", "оспины", "кратеры", "воздушные пузыри"). Образование данных дефектов обусловлено тем, что вместе с ЛКМ захватывающий валок наносит на поверхность наносящего валка и далее на полосу пузырьки воздуха, которые на готовой продукции видны в виде локального отсутствия (утонения) пленки покрытия. В процессе вращения захватывающего валка в слое ЛКМ в красочном поддоне, а также при высвобождении пузырьков воздуха из нижних слоев ЛКМ на поверхность происходит образование пены (невскрывшихся пузырьков воздуха) на зеркале эмали в поддоне, которая будучи захваченной и нанесенной на полосу, приводит к образованию дефектов лакокрасочного покрытия на готовой продукции в виде "пены", "инородных включений", "отпечатков", "шагрени". К тому же, образование данных дефектов сопровождается вспучиванием ЛКМ, по месту которого в процессе транспортирования полосы происходит отслоение пленки ЛКМ в виде ее механического повреждения.

Из-за попадания пены с всплывшими на воздушных пузырьках включениями хотя бы на один из валков (захватывающий или наносящий) происходит частичное вытеснение пленки эмали с поверхности валков, и образование дефекта лакокрасочного покрытия в локальной области с шаговым характером распространения на полосе в виде "непрокрасов", "отпечатков". Причем характерной особенностью дефектов ЛКП, описанных выше, является увеличение их количества со временем, что в конечном итоге вместе с выходом продукции несоответствующего качества приводит к остановке и простаиванию агрегата для принятия корректирующих и предупреждающих действий по очистке поверхности валков от налипших сгустков пены, сливу и замене эмали в красочном поддоне, дополнительному расходу растворителя и ЛКМ. Образование дефектов лакокрасочного покрытия возможно как на грунтовом покрытии, покрытии отделочной эмалью, так и на покрытии обратной стороны защитной эмалью, так как способ подачи и нанесения покрытия, а так же принцип образования неоднородности ЛКМ в виде пузырьков воздуха и пены идентичны во всех трех перечисленных случаях. Таким образом, резко возрастает со временем частота образования несоответствующей продукции.

Для устранения вышеотмеченных недостатков в предлагаемом изобретении заложено отделение зоны захвата лакокрасочного материала захватывающим валком от зоны подачи и отстаивания с помощи отбойников специальной конструкции, установленных и специальным образом ориентированных в красочном поддоне.

Новая порция ЛКМ (с пузырьками воздуха), подающаяся в красочный поддон с помощью поршневого пневматического насоса не сразу захватывается захватывающим валком, а только после предварительного отстаивания для выделения из ее объема воздушных пузырьков, высвобождающихся на поверхность. Щелевые зазоры между отбойником и дном красочного поддона не препятствуют циркуляции уже отстоявшегося в нижних слоях ЛКМ в красочном поддоне. Сгустки пены на поверхности ЛКМ, полученные в результате всплытия воздушных пузырьков и вращения захватывающего валка, удерживаются в локальной области красочного поддона вне зоны захвата. К тому же конструктивно отбойники способствуют постепенному удалению пены с поверхности ЛКМ через дренажное отверстие в расходную емкость. В результате чего пена постепенно перемешивается с ЛКМ и ассимилируется в нем. Таким образом, захват ЛКМ из красочного поддона с последующим его нанесением происходит из специальной зоны - зоны захвата, освобожденной от пузырьков воздуха и изолированной от сгустков пены, находящихся на поверхности ЛКМ. То есть на поверхности захватывающего и наносящего валков и далее на поверхности полосы уже изначально формируется стабильная и однородная по составу пленка ЛКМ.

Все вышеперечисленное свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенных отличий".

Пример реализации изобретения

Опробование предлагаемого способа нанесения ЛКМ на окрашиваемую металлическую полосу производилось на агрегате полимерных покрытий №1 (АПП-1)ОАО "НЛМК".

Через специальное устройство, позволяющее подавать ЛКМ от насоса, из бочек с грунтом, отделочной эмалью, эмалью для защиты обратной стороны в зоны подачи было закачано по 230 л каждого из видов ЛКМ с последующим распределением их через зону отстаивания по всему объему красочных поддонов.

Затем поддоны были подняты на уровень захватывающих валков. Погружение захватывающих валков в слои ЛКМ составило 60 мм. Произвели запуск вращения валков. К захватывающему валку был подведен и прижат наносящий валок и оба валка были поджаты с давлением к вращающемуся опорному ролику, по которому перемещалась подготовленная к окраске металлическая полоса с цинковым покрытием.

Для реализации предложенного способа в красочные поддоны головок №2 и №3 нанесения грунтового покрытия на лицевую и обратную сторону полосы валковой машины №1, а также в красочные поддоны головки №1 валковой машины №2 отделочной эмали и головки №3 эмали для защиты обратной стороны АПП-1 были установлены отбойники специальной конструкции. Отбойник расположили параллельно оси захватывающего ролика на расстоянии 120 мм от него. Использованием отбойника была достигнута основная цель предлагаемого изобретения отделение зоны подачи эмали в красочном поддоне от зоны захвата, как по ширине, так и по высоте. Эмаль подавали в зону подачи и отстаивания эмали, отделенную от зоны захвата и подачи отбойником. Пузырьки воздуха, захваченные пневматическим подающим насосом, всплывали на поверхность зоны подачи и отстаивания красочного поддона, по мере накопления вместе с движущейся эмалью ассимилировались и растворялись в объеме циркулирующей краски. В это же время, слой эмали, с захватывающего валка из зоны захвата красочного поддона, организованной с помощью отбойника, переносился на наносящий валок, а затем на полосу, равномерно растекаясь по поверхности без видимого нарушения сплошности жидкой пленки покрытия. При этом в зону подачи красочного поддона продолжали подавать новые порции ЛКМ поршневым насосом. После зоны отстаивания ЛКМ поступал в зону захвата, наносился на поверхность валков и далее на полосу. Сгустки пены после выделения пузырьков воздуха и из-за вращения валков в ЛКМ локально изолировались в красочном поддоне с последующей ассимиляцией при циркуляции ЛКМ в объеме циркулируемой эмали. По мере расхода ЛКМ в емкость подачи из бочки добавляли предварительно перемешанную новую порцию.

При переходе на другой цвет красочный поддон головки нанесения отделочной эмали опускали, наносящий валок отводили от опорного ролика с окрашиваемой полосой, а захватывающий валок отводили от наносящего. Агрегат остановили, произвели слитие эмали с красочного поддона в бочки, промыли элементы и узлы красочных головок, поддон и емкость подачи растворителем и вытерли насухо ветошью. В емкость подачи слили 400 л предварительно перемешанной краски RAL 9016, затем с помощью подающего насоса и устройства подачи произвели наполнение красочного поддона новой эмалью и продолжили технологический процесс покраски.

По прототипу подачу ЛКМ в красочный поддон осуществляли переливом из специальных буферных емкостей через патрубок, вваренный в нижнюю часть емкости, чем достигался эффект освобождения подаваемых ЛКМ только от пузырьков воздуха, возникших в них в процессе размешивания лопастными мешалками.

Варианты нанесения ЛКП на окрашиваемую полосу по прототипу и предложенному способу и показатели их эффективности рассмотрены в таблице. Как следует из данных, приведенных в таблице, наименьший удельный расход ЛКМ и растворителя на покраску обеспечивает предлагаемый способ нанесения. Средний удельный расход лицевой эмали при использовании предлагаемого способа нанесения составил 0,054 кг/м², по способу прототипу - 0.058 кг/м², средний расход растворителя и разбавителя при окраске металла по предлагаемому способу составил 0,19 кг/т, по прототипу - 0.31 кг/т. Это объясняется отсутствием в предлагаемом способе буферных емкостей для отстаивания ЛКМ и исключением дополнительного расхода растворителя для промывки внутренней поверхности емкостей от остатков ЛКМ (при переходе с одного цвета или вида продукции на другой), которая, смешиваясь с растворителем в процессе промывки, уходит в отходы. К тому же существенно снижается количество "окрашеной обрези" дефектных участков полосы и участков полосы с пережженным покрытием, полученных в результате остановок по устранению дефектов.

Таблица№ п/пКонтролируемый параметрСпособ нанесенияПо прототипуПо предлагаемому способу1.Производство, т18622185342.Площадь покрытого металла, м²   - отделочной эмалью45829254561268 - грунтом91596989116413 - защитной эмалью455620345346723.Средний удельный расход   ЛКМ, кг/м²   -отделочная эмаль0,0580,054 -грунт0,0220,021 -защитная эмаль0,0360,0344.Средний удельный    расход растворителякг/т0,310,19 и разбавителя,   5.Удельный расходт/т0,0230,016 металла,   6.Выход годногот1789518293 металла%96,198,77.Отсортировано всегот491,6157,5 по дефектам,%2,640,85 описанным выше.   8.Отсортировано по    дефектам(конкретно):    - непрокрас, оспины,т105,237,4 поры, кратеры;%0,560,2 - отпечаток;т120,341,3  %0,650,22 - пена, возд. пузыри.;т55,117,2  %0,30,092 - инородн. вкючен.;т28,511,5  %0,150,062 - шагрень;т49,115,4  %0,260,083 - продиры;т133,434,7  %0,720,199.Общий расход    - отделочн.эмаликг265809246308 - грунта 201513191444 - защитн.эмали 164023154178

Как видно из таблицы, фактическая суммарная отсортировка по указанным выше дефектам при окраске металла по предлагаемому способу в 3.1 раза меньше, чем по способу-прототипу.

При окраске по предлагаемому способу расход металла в "обрезь" составил 0,016 т/т, по прототипу (0,023 т/т). Уменьшение веса обрезаемых участков полосы связано со снижением количества и длины участков лакокрасочного покрытия с дефектами, приведенными выше, а также участков с пережженным покрытием в печах сушки, полученных при остановках агрегата для устранения вышеперечисленных дефектов.

Технико-экономические преимущества предложенного способа нанесения ЛКП заключаются в повышении выхода годного металла от общего производства за счет устранения основных причин образования дефектов ЛКП в виде "непрокрасов", "пены", "инородных включений", "отпечатков", "шагрени", связанных с присутствием в пленке наносимой на полосу эмали пены и сгустков. В то же время при реализации предложенного способа происходит устранение одной из причин образования дефектов поверхности ЛКП в виде "пор", "оспин", "кратеров", "воздушных пузырей", связанных с присутствием в пленке ЛКМ, захватываемых из красочного поддона и наносимых на полосу пузырьков воздуха. Наряду с увеличением выхода годного металла происходит снижение удельного расхода эмалей, растворителей и разбавителей на производство единицы продукции, уменьшение расхода металла и брака, что в целом позволяет повысить рентабельность производства металла с лакокрасочным покрытием на 3-7%.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в отделениях покрытий листопрокатных цехов, имеющих в своем составе агрегаты полимерных покрытий рулонного полосового проката. Способ нанесения лакокрасочного покрытия на поверхность полосы включает, как минимум, захват жидкого лакокрасочного материала захватывающим валком, вращающимся в поддоне с эмалью, перенос слоя эмали с захватывающего валка на наносящий и окрашиваемую поверхность полосы, постоянную подачу лакокрасочного материала в поддон. Отличительной особенностью способа является предварительное "отстаивание", отделение от воздушных пузырей, сгустков пены новых подаваемых порций лакокрасочных материалов непосредственно в красочном поддоне без применения специальных емкостей. Захват новой порции лакокрасочного материала захватывающим валком осуществляется из специальной области красочного поддона - зоны захвата, изолированной от проникновения пены в нее. Лакокрасочный материал в зону захвата поступает из зоны отстаивания с последующим нанесением на поверхность наносящего валка и далее на полосу. Техническая задача, решаемая изобретением с помощью установки в красочные поддоны отбойников специальной конструкции, состоит в формировании на поверхности захватывающего и наносящего валков и далее на стальной полосе стабильно-сплошной пленки лакокрасочного материала без воздушных пузырей, сгустков пены в ее составе, снижении отсортировки металла с лакокрасочным покрытием в пониженное качество по дефектам поверхности лакокрасочного покрытия. 1 табл.

Способ нанесения лакокрасочного покрытия на окрашиваемую поверхность полосы, включающий как минимум захват жидкого лакокрасочного покрытия захватывающим валком, вращающимся в поддоне с лакокрасочным покрытием, перенос слоя лакокрасочного покрытия с захватывающего валка на наносящий и окрашиваемую поверхность полосы, постоянную подачу лакокрасочного покрытия в поддон, отличающийся тем, что в поддоне лакокрасочное покрытие проходит предварительное отстаивание, отделение от воздушных пузырей, а захват новой порции лакокрасочного покрытия захватывающим валком осуществляется из специальной области красочного поддона - зоны захвата, изолированной от проникновения пены в нее с помощью специального отбойника, при этом лакокрасочное покрытие в зону захвата поступает из зоны отстаивания.