钢管涂塑设备涂塑方式的应用与探讨

摘 要：國内钢管涂塑设备涂塑方式各式各样，每一种都有其优缺点及局限性。论文目的：系统地介绍和探讨各种涂塑方式优缺点，并如何综合应用在钢管涂塑设备中。天津友发管道科技股份有限公司现建有涂塑车间实验基地，拥有三条钢管涂塑生产线，涵盖国内全部钢管涂装方式。实验结果表明：针对市场上不同要求涂塑钢管，采用不同涂装方式，可以最优提高生产效率，保证涂塑钢管质量。实验基地这项研究填补了国内涂装设备设计——钢管涂塑设备涂塑方式设计的空白。

关键词：钢管涂塑设备；涂塑方式；涂塑钢管

目前国内钢管涂塑工艺不是很成熟，导致设备也存在一定的局限性，但现在客户对涂塑钢管产品要求越来越高。现在国内这方面存在知识空白，文献资料上找不到钢管涂塑设备涂塑方式设计的依据。

现在天津友发管道科技股份有限公司涂塑车间已建成钢管涂塑实验生产基地，生产线涵盖国内全部钢管涂装方式。目前，友发涂塑钢管在国内涂塑钢管领域起到先锋作用。天津友发管道科技股份有限公司年产钢塑复合管为18.5万吨，在国内年产量最大企业之一。

1 涂塑方式简介

1.1 涂塑方式综述

钢管涂塑设备涂装方式分为两类：内涂外涂同时进行；内涂外涂单独进行。工艺涂装方式也分为两类：先内涂，后外涂；先外涂，后内涂。内涂方式有五类：井涂，无静电枪加长杆喷涂，无静电粉泵推拉杆喷涂，扣粉和真空吸涂。外涂方式有四类：井涂，静电喷涂，流化床浸涂和瀑布淋涂。内涂外涂同时进行大部分为两种：井涂（内涂和外涂）和流化床浸涂（外浸涂，内无静电粉泵推拉杆喷涂）方式。

1.2 井涂

内涂外涂同时进行的井涂方式（内涂和外涂）为90年代引入中国的基本形式，现在大部分已淘汰，局部地方有些还在应用，但基本是应用在穿线管涂塑，内外多为PE粉末。这种形式由于要用到流化井，需在厂房内挖深井，一般超过钢管通常规格6米，挖8.5米深井，井里入上500豪米处布置流化板或流化布，流化布一般布置16层。在井边增加高塔，下面配置高速卷扬机，卷扬机线速度达120米/分钟。对于过重钢管和大规格钢管DN500——DN800，卷扬机线速度为90米/分钟。卷扬机速度过慢，钢管浸入流化井时间过长，钢管上下端涂层厚度差大。这种方式在流化板或流化布下面，需要通入压缩空气，使井内的粉末形成流化状态。钢管在浸入流化井时，由于钢管下端先进后出，导致钢管涂层下端厚，上端薄。生产率快，基本一根钢管涂塑在10秒钟左右。在实际生产中，生产PE穿线管涂塑钢管，钢管上端和下端粉末涂层相差达300微米。现在市场价格，PE粉末为15000元/吨，这种方式粉末浪费较大，所以遭到淘汰。在生产操作中，操作工需系上安全带，防止人员掉入流化井内，造成特大安全事故。

1.3 流化床浸涂

流化床浸涂（外浸涂，内无静电粉泵推拉杆喷涂）方式目前还比较普遍。主要应用在外涂PE，内涂PE或EP粉末。外涂EP不建议采用这种方式。这种方式跟井涂有点相似。流化床一般制作8.5米长，针对于6米钢管。设计流化床过短，粉末容易从两流化床两端溢出，造成浪费。针对于12米钢管横涂，流化床需制作14.5米长。这种方式涂层均匀度相比井涂要均匀。缺点是粉末在钢管外壁上容易出现波浪纹，导致外观不漂亮。

无静电粉泵推拉杆式喷涂缺点是因为内喷杆在钢管内面，人员在外面看不到内喷枪杆的出粉效果。当内喷枪杆出现故障，不喷粉，导致内涂层缺失，出现废品机率较高。粉泵的工作原理是采用压缩空气对粉泵形成近真空状态，流化箱粉末在大气压的作用下源源流入粉泵，经内喷杆流出，在钢管内面形成喷涂涂层。现在这种方式主要应用在钢管外涂PE粉末情况下。

1.4 静电枪喷涂和静电枪加长杆喷涂

外涂PE粉末主要用无静电粉泵推拉杆式方法，外涂EP粉末现大多采用静电枪喷涂。静电枪喷涂由于喷涂时，粉末在静电发生器作用下，产生静电使粉末吸附在钢管上。涂层致密，质量可靠，这种方式是目前最首选的涂装方式。但这种方式，要求配置粉末回收系统，使过喷的粉末进行收集。静电枪加长杆喷涂是在前者基础上加上长杆，主要用于内涂，深入到钢管里面，才能喷上粉末。

1.5 瀑布淋涂

相对说井涂和流化床浸涂，环保设施相对投资大。这种方式操作性强，设备形成自动化也相当好实现。瀑布淋涂方式大部分应用在大口径涂塑钢管，针对于DN500以上涂塑钢管涂装PE粉末。这种方式最大的缺点就是环保设施很难制作，整个喷涂区域污染大。瀑布淋涂槽制作与钢管长度一致或略长，钢管在瀑布淋涂槽下面进行旋转。整根钢管经常发生因为瀑布粉末不均匀，淋涂在钢管上的粉末也不均匀。虽然可以对瀑布粉末均匀度进行控制，但收到的实际效果还是很差。现在这种方式唯一的解决方案是，制作1米或1.5米瀑布箱，钢管既在瀑布箱下面进行旋转，也可以沿着瀑布箱纵向进行行进。以规避钢管涂层不均的情况发生。目前对于大口径涂装PE粉末还是采用这种方法居多，也比较实用。

2 涂装工艺

2.1 涂装工艺现状问题

因为PE粉末涂装，钢管预热温度高达300℃。而EP粉末涂装，钢管预热温度在200℃。固化温度，EP和PE粉末都在200℃。当然根据粉末调质不同，钢管预热温度略微有些变化。PE粉末在固化中发生的是物理变化，可以反复加热熔化固化。EP粉末在固化中发生的是化学变化，固化后不可逆，没办法进行修补。在涂塑钢管PE中，由于温度很高，只能进行内外同时涂装。所以生产线在预热炉与表干炉设置内涂机构和内外涂机构，内涂扣粉系统、内涂推拉杆式喷涂系统与流化床式浸涂PE粉末。内涂各种方式都可以针对于客户各种要求，灵活选定涂装方式。

生产线平面表干炉与桥式固化炉之间为钢管外涂。在平面表干炉与桥式固化炉之间设置接驳装置，为顶升平移装置，使钢管从平面表干炉到钢管外涂形成接驳。涂装方式上小口径管DN15——DN300采用的是钢管旋转，两端为夹紧旋转座，静电喷粉枪往复沿着钢管纵向平移，进行喷粉作业，完成钢管外涂工序。大口径钢管DN15——DN500口径采用的是钢管不旋转，外涂喷粉箱带着静电喷粉枪，实行往复摇摆，并沿着钢管纵向行走，完成喷粉作业。小口径钢管DN15——DN100管口略进行人工补喷粉，固化后的管口外观质量可以达到要求。大口径钢管DN100——DN500如果采用夹紧座夹紧钢管旋转，管口势必形成粉末旋转装，固化后的管口质量不美观。所以宜采用钢管不旋转，喷枪摇摆纵向行走喷涂方式。由于钢管直接悬挂在桥式固化炉上，钢管管口没有夹紧座，外喷后直接进入固化炉，固化后管口外观质量漂亮。在20年前，因为不能解决喷枪摇摆问题，不能解决钢管外涂粉末均匀问题，这种钢管不转直接喷涂方式得以取消。近10年，国内大多数钢管外涂方式为钢管采用夹紧座旋转，静电喷粉枪沿钢管纵向行走喷涂方式。这种方式对于涂塑钢管管口质量问题，还是很难处理掉。由于存在喷枪摇摆机构，使钢管外涂涂层均匀度得到提高。钢管与喷枪相对位置必须存在旋转和纵向行走动作，钢管才能喷粉均匀。

2.2 涂装方式研究

钢管涂塑设备涂装方式DN15-DN100钢管涂装内外环氧树脂EP粉末，选择先内涂，后外涂。内涂采用扣粉方式，外涂采用静电枪喷涂。DN15-DN300钢管涂装内外聚乙烯PE粉末，宜采用内外近似同时涂装，先内扣粉后外流化床浸涂。DN15-DN300钢管涂装内环氧树脂EP粉末，外聚乙烯PE粉末，宜采用内外近似同时涂装，先外流化床浸涂，后内扣粉。DN15-DN300钢管涂装外环氧树脂EP粉末，内聚乙烯PE粉末，这种情况基本没有。

钢管涂塑设备涂装方式DN300-DN500钢管涂装内外环氧树脂EP粉末，选择先内涂，后外涂。内涂采用扣粉方式，外涂采用静电枪喷涂。DN300-DN500钢管涂装内外聚乙烯PE粉末，宜采用内外近似同时涂装，先内扣粉后外流化床浸涂。DN300-DN500钢管涂装内环氧树脂EP粉末，外聚乙烯PE粉末，宜采用内外近似同时涂装，先外流化床浸涂，后内无静电粉泵推拉杆喷涂。DN300-DN500钢管涂装外环氧树脂EP粉末，内聚乙烯PE粉末，这种情况基本没有。

钢管涂塑设备涂装方式DN500以上钢管涂装内外环氧树脂EP粉末，选择先内涂，后外涂。内涂采用扣粉方式，外涂采用静电枪喷涂。DN500以上钢管涂装内外聚乙烯PE粉末，宜采用内外近似同时涂装，先内扣粉后外瀑布箱淋涂，钢管旋转并沿瀑布箱纵向行进。DN500以上钢管涂装内环氧树脂EP粉末，外聚乙烯PE粉末，宜采用内外近似同时涂装，先外瀑布箱淋涂，钢管旋转并沿瀑布箱纵向行进，后内扣粉。DN500以上钢管涂装外环氧树脂EP粉末，内聚乙烯PE粉末，这种情况基本没有。

3 生产现状

天津友发管道科技股份有限公司现建有涂塑车间实验基地，实验基地二线生产可以生产DN15——DN100内外涂EP，内外涂PE，也可以生产内涂PE，外涂EP。实验基地一线可以生产DN15——DN500内外涂PE，内涂EP外涂PE，内涂PE外涂EP。可以覆盖市场上现有的各种涂装要求。实验基地三线为大口径12米钢管涂装，DN300以上钢管涂装。涂装方式，二线设置内扣粉，外静电喷涂；一线设置内扣粉，内无静电粉泵推拉杆式喷涂，外流化床浸涂，外钢管固定式静电喷涂；也在二线设置内外同时井涂，但现在基本不再采用这种方式涂装；三线设置内扣粉，外静电喷涂，外瀑布箱1.5米长淋涂，钢管旋转并沿外瀑布箱纵向进退淋涂。

钢管涂塑设备加工工艺流程为：前处理后钢管上件——预热——内涂——表干——接驳——外涂——固化。生产内外EP涂塑钢管，工件钢管预热后，内涂扣上EP粉末，进入表干炉。加热温度预热温度为200℃，表干温度为200℃。钢管内涂时支承点在钢管外表面，等内涂粉末表干后，内表面层硬化，再进行外涂。外涂支承点在已硬化的钢管内面，从而达到钢管内外没有工艺支点。然后，整根钢管进入固化炉固化，固化温度为200℃，完成整个涂装工艺。生产内PE，外EP涂塑钢管时。工件钢管预热300℃，进行内扣PE粉，表干温度为200℃，也正好是钢管外涂EP粉的预热温度，表干后的钢管进行外涂EP，固化，完成整个涂装工藝。生产内外PE管时，三段式炉体不用启动固化炉。钢管预热300℃，进入流化床外涂，内喷枪同时内涂系统。内外涂装后的钢管，直接架在链条上，使钢管外表面形成支点。由于PE粉末在硬化后，发生的是物体变化，没有变性。固化后的PE外涂层支点，用火枪烤熔，加点PE粉修补，再用火枪固化，就能达到产品涂层性能。生产内EP，外PE时，直接预热300℃，涂上外PE层，等冷却到200℃时，再扣上内涂层EP粉末，涂上粉末的钢管架在链条上进入固化炉固化。固化后钢管外涂层PE有支点，人工可以修补。

钢管PE粉末和EP粉末固化温度是200℃，需15分钟。钢管PE粉末和EP粉末固化温度是180℃，需20分钟。在实际生产中，表干炉温度以EP粉末的预热温度为准，温度为160℃左右，低于粉末固化温度180℃。内涂层在表干炉内不会变性，只是表面干透，具有一定的机械强度。所以也不用担心，内涂层经表干炉，再经固化炉固化，固化时间过长而导致内涂层老化的问题。

加热用能源方面，宜采用天然气供热，由天然气燃烧机配置热循环风机，把热交换室内的热量源源打入到预热炉，表干炉和固化炉内。不建议采用中频感应圈加热方式。一为耗电量大，生产成本高。二为钢管涂装前端后端不一致，涂层不均匀，质量难以控制。

目前国内涂装设备大致主体思路，工艺涂装方式基本是先内涂，后外涂方式，这种方式存在很多优点，对于将来研究出来不用固化的EP环氧粉末和不用固化的PE聚乙烯粉末，是一个很好的方案。先外涂，后内涂方式国内基本没有，目前还在考究阶段，这是将来本行业研究的另一个方向。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T28897-2012 钢塑复合管 中国标准出版社，2013.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJ/T 120-2016 给水涂塑复合钢管 中国标准出版社，2016.

[3]孙璐.钢塑复合管全自动涂装生产线问世[N].中国有色金属报，2005/05/21（006）.

[4]庞永俊，柏永清，孙冰心，赵三元，孙胜.钢管涂塑方法——幕帘散布涂覆法——《钢管涂塑技术》（12）[J].钢管，2001（06）：59.

[5]陆波，魏安家，钱振华.涂塑钢管的涂塑工艺研究[J].湖州职业技术学院学报，2009，7（03）：6-9.