浅析静电涂油机对不同油品的差异化应用

浅析静电涂油机对不同油品的差异化应用

石建

河钢集团唐山钢铁股份有限公司  河北省唐山市   063000

摘要:为了使带材不易被腐蚀,保证成品质量以便进行二次加工,需要在带材表面涂防锈油｡本文首先阐述了静电涂油基本理论,之后分析了预涂油在高压电场的雾化机理,对涂油机的参数设定进行了不断优化并给出了静电涂油机的优化措施,实现了不同油品在同一台涂油机上的稳定涂油｡

关键词:静电涂油机;涂油质量;高压电场;温度

1静电涂油机原理及涂油控制

1.1原理

静电涂油机是根据静电吸引的原理,即中性的接地物吸引带负电的液粒｡带材经过涂油室,其中上下各有一根喷油刀梁,每根刀梁由47个刀片喷嘴组成,它们与带材相隔一定的距离,当高压工作时,在喷油刀梁和接地的带材之间便产生一个静电场,这样使带负电荷的油以雾状的形式从喷油刀梁喷出并被吸附到穿过的带材上｡雾状油粒的负电荷一旦喷到穿过的带材就被中和并散开,形成密度均匀的油膜｡

1.2涂油机的技术要求

高速切边机生产速度快且其配套的涂油机涂覆宽度较宽,为保证制罐料在后续冲压过程中的润滑效果以及头尾利用率,客户对机列升减速段､稳速段整个过程的带材横断面涂油均匀性要求特别高,具体参数详见表1｡

表1涂油机技术要求

2液体静电雾化机理

静电雾化涂油主要是指液体通过某种荷电机理带电后,液体在表面张力､电场力､重力､粘滞阻力等作用下引起液体内外张力不稳定,导致液体分裂､雾化｡根据Taylor研究结果形成的泰勒锥理论,结合现场涂油机的多次测试及运行跟踪,确认静电涂油主要分为荷电阶段､射流阶段､雾化阶段和吸附阶段｡

2.1荷电阶段

高速涂油机的油液荷电主要是利用两个高压发生器直接将高压通过特殊电缆供给喷射刀梁,进而使刀梁中的油液带电｡随着输入电压由低逐渐升高,油液会出现大滴降落､小滴降落､柱状降落､泰勒锥､锥-线挥舞､多级喷射和双泰勒锥等七种不同的几何形态,其中泰勒锥状态是属于稳定状态,雾化效果好,也是静电涂油的理想状态｡Taylor研究表明,一定黏度的小分子液体喷射出流体的临界值Vc可以由下式确定:

(1)

式中,VC为临界电压,H为喷射梁刃口与带材之间的距离,L为预喷油的初始半径,T为预喷油的表面张力,式中假定液滴周围是空气｡

2.2射流阶段

喷射梁的刃口曲率半径和缝隙越小(高切涂油机刃口缝隙≤0.10mm),越有利于静电雾化的发生,且刃口节流致使油压均匀｡由于喷射刀梁和带材平行,在沿刀梁长度方向形成均匀分布的电场｡油液在均匀油压和均匀电场的共同作用下,沿刀梁方向形成间距等长的射流油线｡射流过程中,油线之间的间距随伺服泵供油的增加而减少,油线的长度随供油量的增加而加长｡射流油线的直径是预涂油物理性质和流速的函数:

足够高的液体黏度δμ>>1:

(2)

低液体黏度δμ<<1:

(3)

式中,dj为射流油线直径,γ是液体-气体表面张力,ε0是真空介电常数,ρ是液体密度,Q是流速,K是液体电导率｡现场使用的预涂油黏度远大于1,射流直径取决于涂油时预涂油的流速,流速越快,射流直径越大,反之越小;对于不同的油品,电导率越高,射流直径越细,反之越大｡

2.3雾化阶段

随着油液油线喷射变细,根据E=U/D,电场随着距离增大而降低,预喷油受到的内部力Pi(液体内部张力Рγ和排斥力Рeχ)和外部力P0(液体表面张力Рυ和外部阻力Рres)逐渐不平衡,当Pi>P0时,预喷油发生散裂而雾化｡

3油品差异对涂油质量的影响

长期以来,我们使用的是涂油质量较为稳定的油品汉高DTI-8100A和PL-A｡随着市场的开拓,部分客户指定预喷油为奎克PL-30｡由于该油品的指标参数与汉高油品差异巨大,属于不同流动形式的液体｡汉高油品是低黏度和低电导率,其流动的典型雷诺数较大;而奎克油品具有足够高的电导率和黏度,相应的雷诺数很小｡在未充分理解和了解静电雾化的机理之前,将奎克油品作为预涂油生产时,经常产生刀梁放电､油液雾化颗粒粗大､带材横向方向涂油不均甚至漏涂等质量缺陷｡

4维护措施

为了能让高切机列涂油机也能使用不同流动形式的预喷油,同时,改善静电涂油机涂油缺陷问题,我们主要从以下几方面入手｡

4.1涂油温度范围选择

对汉高油品8100､汉高PL-A和奎克PL-30油品分别做了黏度-温度化验｡从实验结果可知,汉高两种油品的黏-温曲线接近,当温度高于40℃之后,黏度随温度增加而降低的趋势趋于平缓;而奎克PL-30油品在油温较低时,黏度较高,当温度高于60℃之后,黏度随温度增加而降低的趋势趋于平缓｡由于汉高油品的温度在45℃左右时涂油质量较好,处于该温度下的黏度值为27mm2/s左右,为了保证涂油黏度值接近,所以我们摸索奎克PL-30的涂油温度范围初步选定在65~75℃,黏度范围为33~24mm2/s｡

4.2油品温度调整试验

由于奎克油品的选择温度较高,我们提高涂油机的油箱温度设定,同时提高刀梁恒温系统的加热油油温设定｡随着预喷油的温度提升,当温度超过75℃之后,奎克油品易老化,影响油品的稳定性｡为了保证油品质量,将奎克油品的涂油温度预定到65℃左右,刀梁恒温系统设定到75℃左右｡

4.3保证刀梁清洁无尘

委托机械人员制作刀架,每次生产罐体料后,用无水酒精对刀梁进行清洁维护,再将刀梁拆下倒放在刀架上,利用重力特性,减小灰尘或铝屑进入刀片内部的可能性｡

4.4保证涂油机绝缘性

每次生产罐体料之前,都要用无水酒精清洗涂油机内部绝缘底座,保证底座无尘无水;涂油机前夹送辊､送料辊也需要进行清辊,避免细小铝屑进入涂油室｡另外,由于南方天气潮湿,每次下雨或者大雾天气,需要用热风枪对绝缘底座进行彻底干燥,否则高压电场会由于过流而报警跳闸｡

4.5保证涂油机清洁无尘

在不使用涂油机时,将刀梁拆下,上底座用干净薄膜包起来,同时可防止残余油滴到其他铝材上,下底座用盖板盖住,防止灰尘和铝屑等飘落在底座上｡

5结论

(1)同一台静电涂油机可以通过优化油品工作温度和调整高压发生器电压,实现理想的涂油效果｡

(2)预涂油涂覆时的理想运动黏度范围为25~35mm2/s｡

(3)高压发生器的电压设定决定预涂油雾化的几何形态,通过设定合理的电压达到泰勒锥形态是最佳的涂油质量｡

(4)通过现场摸索和总结,典型雷诺数较大的油品(奎克油)较雷诺系数小的油品(汉高油)需要的涂覆电压要高｡

参考文献:

[1]高全杰.静电涂油机中油液的核电雾化研究[J].中国机械工程,2002,12(7):552-554.

[2]张伟.宝钢某热镀锌机组涂油机“漏涂”现象的分析及解决措施[A].第八届(2011)中国钢铁年会论文集[C].北京:冶金工业出版社,2011.

[3]Alfonso MGAAB.A global model for the electrospraying of liquids in steady cone-jet mode[J].Jerasol Sci,1996,27(1):179-182.