曹菽芬*，李連超

（寧波吉利汽車(chē)研究開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 寧波 315000）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在要求節(jié)能環(huán)保的情況下，企業(yè)對(duì)固液分離技術(shù)及設(shè)備提出了更高的要求。在汽車(chē)涂裝工藝中，涂裝前會(huì)采用磷化工藝來(lái)提高涂層的附著力和耐蝕性，但在磷化成膜過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生沉渣。這是由于：一方面，鋼板上溶解下來(lái)的鐵只有一部分能參與成膜，另一部分必然會(huì)被氧化成三價(jià)鐵，而三價(jià)鐵極易形成沉淀；另一方面，磷化液配比控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致過(guò)量的磷酸鋅析出。若沉渣在槽液中過(guò)多，不但會(huì)污染磷化液，縮短其使用壽命，增加倒槽和清洗的次數(shù)，提高運(yùn)行成本，而且這些沉渣會(huì)附著在工件表面，影響整車(chē)的涂層質(zhì)量，若被帶入電泳槽，還會(huì)影響電泳液的穩(wěn)定性以及縮短超濾裝置的使用壽命。若采用噴淋磷化，磷化渣易堵塞噴管和噴嘴。因此磷化渣含量不能超過(guò)一定的量(一般控制在0.3 g/L以下)，必須及時(shí)除渣。壓濾機(jī)是一種優(yōu)良的固液分離設(shè)備，采用正壓、高壓脫水，具有濾餅水分少，能耗低，濾液清澈透明，且一般可以不加絮凝劑等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。本文探討了壓濾機(jī)在汽車(chē)涂裝前處理除渣系統(tǒng)中的選型與應(yīng)用。

磷化除渣系統(tǒng)如圖1所示。富渣磷化液因重力作用沉降于錐斗內(nèi)，上部的清液通過(guò)溢流管回到磷化槽。富渣磷化液經(jīng)止推板入料孔由泵打入壓濾機(jī)的各濾室內(nèi)，在壓力作用下通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)沿濾板上溝槽從四角上的濾液孔流出，匯總后流回磷化槽。而磷化渣截留在濾室內(nèi)形成濾餅。當(dāng)濾餅達(dá)到一定厚度后，壓力升高，阻力變大，排液量越來(lái)越少。這時(shí)，入料口處的壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，入料泵停止供料，手動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)V4，打開(kāi)壓縮空氣控制閥V5，壓縮空氣由入料孔吹入，對(duì)濾餅進(jìn)行吹干，以減少其中磷化液的含量。吹水一段時(shí)間后，V5關(guān)閉，自動(dòng)卸料，拉板裝置運(yùn)行，濾板依次拉開(kāi)，濾餅因自重而從板框中卸下，落入集渣盤(pán)內(nèi)，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。

1 磷化壓濾機(jī)的組成

磷化壓濾機(jī)主要由壓緊板、止推板、主梁、過(guò)濾件組合(包括濾板及過(guò)濾介質(zhì))、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及其他附件組成，能承受0.6 ～ 0.8 MPa的操作壓力，一般采用油缸作為動(dòng)力源。操作時(shí)，油缸活塞桿推動(dòng)壓緊板向前運(yùn)行，壓緊在壓緊板與止推板之間的濾板和濾布，形成一個(gè)個(gè)濾室。

1. 1 濾板

圖1 磷化除渣工藝的流程Figure 1 Procedure flow of the phosphating slag-removal process

濾板品種較多，常用的材質(zhì)有鋼、聚丙烯、超高分子量聚乙烯等。由于磷化液呈酸性，因此一般采用高品質(zhì)的聚丙烯濾板。聚丙烯濾板以模壓技術(shù)制造，強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，耐腐蝕，耐酸堿，無(wú)毒無(wú)味。因磷化液有少許氣味，故濾板多采用暗流形式(如圖2所示)。

1. 2 濾布

過(guò)濾磷化渣所用的濾布要求耐酸性強(qiáng)，一般采用丙綸材質(zhì)，具有單復(fù)絲或復(fù)絲結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的熱定型后能保證結(jié)構(gòu)變形最小。濾布由兩張濾布片與進(jìn)料孔連接套縫合而成，并捆扎在濾板上?；虿捎们度胧綖V布(如圖3所示)，即先在濾布的邊緣縫入O形密封圈，安裝時(shí)再將密封圈嵌入濾板中，從而有效防止毛細(xì)滲漏。

圖2 暗流式濾板Figure 2 Dark flow type filter plate

圖3 嵌入式濾布Figure 3 Embedded filter cloth

2 磷化除渣壓濾機(jī)的選型

產(chǎn)渣量與車(chē)身磷化面積、材質(zhì)和磷化工藝等因素有關(guān)，具體參數(shù)的選取須全面考慮各種相關(guān)因素。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)身產(chǎn)渣量為3 ～ 5 g/m2，磷化槽液含渣量的允許范圍為0.12 ～ 0.25 kg/m3，除渣效率為80% ～90%(主要與濾布的孔徑有關(guān)，一般配孔徑為25 μm的濾布)，車(chē)身磷化面積為100 ～ 120 m2。

以某汽車(chē)廠(chǎng)涂裝車(chē)間設(shè)計(jì)凈產(chǎn)能N為45 JPH(即每小時(shí)下線(xiàn)45臺(tái)車(chē))的整車(chē)車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)為例，車(chē)身磷化面積A0= 120 m2，單位面積產(chǎn)渣量α = 5 g/m2，要求槽液含渣量最大值β = 0.25 kg/m3，磷化渣含水率λ ＜50%，磷化渣濕密度ρ = 1 050 kg/m3(按磷化液的密度計(jì))，排渣周期T = 24 h(排渣周期因廠(chǎng)而異，一般為16 ～ 24 h)，于是單位時(shí)間磷化車(chē)身面積A = NA0= 45 h-1× 120 m2= 5 400 m2/h。

單位時(shí)間產(chǎn)渣量 m = αA = 5 g?m-2× 5 400 m2?h-1= 27 000 g/h = 27 kg/h，按 30 kg/h 來(lái)設(shè)計(jì)。

整個(gè)排渣周期產(chǎn)渣量 G = mT = 30 kg?h-1× 24 h = 720 kg。

2. 1 濾板選型及過(guò)濾面積計(jì)算

濾板的邊長(zhǎng)一般有250、320、450、630、800、1 000、1 250、1 500、1 600和2 000 mm。不同尺寸的濾板決定了壓濾機(jī)的過(guò)濾面積和腔室容積，單板過(guò)濾面積與濾板數(shù)量之積即為整個(gè)壓濾機(jī)的過(guò)濾面積，單個(gè)腔室容積與濾板數(shù)量之積即為整個(gè)壓濾機(jī)的腔室容積。濾板數(shù)量越多，壓濾機(jī)越長(zhǎng)。考慮到單位時(shí)間產(chǎn)渣量、過(guò)濾面積等因素，壓濾機(jī)的濾板尺寸選擇800 mm × 800 mm。

濾室厚度(d1)主要有20、25、30、35和40 mm，它直接決定了生成濾餅的厚度。若濾室太窄，則生成的濾餅太薄，單個(gè)過(guò)濾周期形成的濾餅量低，經(jīng)濟(jì)性差；若濾室太寬，則濾餅太厚，會(huì)導(dǎo)致濾餅的固含量分布不均，濾餅中心的固含量小，俗稱(chēng)濾餅夾心。此外，靠近濾布處的濾餅固含量高容易導(dǎo)致濾餅阻力大，滲透性差，影響過(guò)濾，濾室厚度過(guò)大甚至?xí)钪行膶拥奈勰鄮缀醪荒鼙贿^(guò)濾。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，濾室厚度一般為25 mm。

選取如圖4所示的濾板，它的長(zhǎng)(L)和寬(W)均為800 mm，密封面寬度(b)為40 mm，中心入料孔直徑(d)為65 mm。

圖4 濾板的尺寸Figure 4 Size of the filter plate

(1) 單板過(guò)濾面積 A1= 2[(L - 2b) (W - 2b) - πd)] = 2 × [(800 mm - 40 mm × 2) × (800 mm - 40 mm × 2) -3.14 × 65 mm] ≈ 1.02 m2。

(3) 單個(gè)濾室的濾餅質(zhì)量 m1= ρV = 1 050 kg?m-3× 0.012 75 m3= 13.38 kg。

(4) 所需濾板的數(shù)量 n = G/m1= 720 kg ÷ (13.38 kg) ≈ 54。

(5) 過(guò)濾面積 S = nA1= 54 × 1.02 m2≈ 55 m2。

在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮留一定的余量，因此壓濾機(jī)的過(guò)濾面積以70 ～ 100 m2為宜。

本文僅提供了一種情況的計(jì)算。在實(shí)際運(yùn)用中，車(chē)身磷化面積與車(chē)型有關(guān)，而槽液允許含渣量、磷化液的濕密度等也會(huì)有所不同，各參數(shù)須根據(jù)具體情況而定。

2. 2 進(jìn)料泵的選擇

進(jìn)料泵的流量(Q泵)的計(jì)算如式(1)所示。

其中：η為除渣效率，按90%計(jì)算；J為節(jié)拍，指某工藝段每小時(shí)生產(chǎn)的汽車(chē)的數(shù)量，取J = N。

因壓濾機(jī)進(jìn)料壓力為0.6 ～ 0.8 MPa，而0.1 MPa相當(dāng)于1 m水柱壓強(qiáng)，故進(jìn)料泵揚(yáng)程一般選70 m左右。

3 結(jié)語(yǔ)

壓濾機(jī)作為重要的固液分離設(shè)備，已經(jīng)有上百年的應(yīng)用歷史，而磷化是涂裝前處理的關(guān)鍵工序之一，磷化除渣的效果直接關(guān)系到磷化質(zhì)量，最終影響汽車(chē)涂層效果。除渣的壓濾機(jī)顯得尤為重要。在生產(chǎn)中需全面考慮各相關(guān)因素，根據(jù)具體情況確定參數(shù)，才能選到合適的壓濾機(jī)。