金属印涂防炉架擦伤与支架印(烫伤)浅议

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楼主 2020-11-26 10:09:03
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金属印涂防炉架擦伤与支架印(烫伤)浅议

文章来源:罐盖言语

 

作为金属包装主要的前道生产工艺,马口铁经涂布、印刷后,再通过输送皮带被连续输入烘房炉架,然后由炉架支托着马口铁在烘房中进行连续式干燥。在干燥过程中,炉架以15℃倾角让马口铁依靠在炉架上,经过预热区、固化区直至冷却区,干燥工艺总共耗时约25分钟。由于从进料到干燥再到出料的整个过程,马口铁与炉架均有面接触,导致印涂铁在干燥时会因炉架的平面光洁度、平整度、温度而产生擦伤(图1)和支架印(又称烫伤)的现象,如图2所示。


1 炉架擦伤       

 

图2 支架印(烫伤)


多数金属包装要求内部涂料覆盖率必须达到100%,印涂面不得有任何擦伤和支架印,其中尤以食品罐为最——唯有这样才能达到食品罐耐高温蒸煮和保鲜期的相关标准。因此,已经印涂的马口铁在进入烘房干燥后,必须确保没有擦伤与支架印。

 印涂铁炉架擦伤的成因分析

印涂铁(铝)炉架擦伤可分为输送擦伤风动擦伤

输送擦伤的原因 造成输送擦伤的原因有二。一是因进、出料机与炉架的运行同步不佳,导致在炉架上拖擦马口铁所致。目前,为了解决这个问题,有条件的企业均采用了伺服进、出料系统,以保障马口铁能在设定的时间内被送入到炉架的受料底部,从而防止擦伤。然而,由于有些烘房炉架存在制造工艺差异,炉架在制造过程中的折弯角度不准确,强制装入模板焊接炉架成品,对支架产生了较大的内应力,在烘房高温烘烤下将导致炉架变形,当伺服输送带将马口铁送入炉架底部之前就与弯曲变形的炉架摩擦运行,造成马口铁出现擦伤。

二是炉架的结构设计对马口铁的擦伤存在重要影响。由于现在的炉架基本采用“||”直线设计制造(图3),致使马口铁在炉架上进、出料平移时产生了同一线条上的重复摩擦,这种同一点上的重复摩擦易产生擦伤。如果把炉架的结构采用“/\”斜线制造(图4),便可使马口铁在炉架上平移时没有重复摩擦点产生,擦伤机率得以大幅降低。


     

采用“||”直线设计制造防擦伤、节能管状炉架

5 /\”斜线型管状炉架


 以下两个原因造成了风动擦伤。一是由于目前大多数烘房的循环风机的循环风压、风量均未随生产产品规格的变化进行调控,同时循环风机的相关技术因素又造成了烘房循环风的风波过大,这样就导致0.20mm以下的马口铁在烘炉运行中因循环风的波动产生漂移摩擦而被炉架擦伤。

二是由于烘房炉架的变形。当炉架两个插链条孔的中心距变化超出±2mm的标准范围时,会造成链条不规则扭曲,由于链条的链板间隙﹤0.15mm,这样在运行时就让炉架产生了大于5mm以上的左右摆动,致使马口铁被炉架擦伤。由于炉架的变形量过大,如果企业对一条烘房更换了数批或数家标准误差的炉架,烘房炉架规格的不规则问题会更加突出,严重时还会导致链条脱轨、掉链。

 支架印的成因分析

这种现象易发于高锡层马口铁。马口铁的锡层因熔点低(熔点231℃、软点180℃,13~160℃最稳定),可塑性强,因此对表面接触的温度差十分敏感。以奶粉罐用马口铁为例,它在底涂干燥时,适应的干燥温度为180℃,此时其表面锡层已进入软化阶段。而烘房炉架经过冷却收料返回到烘房入口时,炉架的温度已变成常温状态。当烘房炉架接受马口铁进入烘房高温区时,炉架与马口铁因介质重量差异造成了二者不同的吸热量,此时的炉架温度仅80℃,而马口铁已达到180℃,导致马口铁与炉架接触面的锡层分子结构产生变化而出现一种叫作“灰锡”的支架印。这种情况在寒冷天气如冬季特别容易发生。

鉴于炉架受气温的影响特别小,有的厂家曾尝试利用烘房后排气80℃温度预热炉架来减少支架印,但收效甚微。个中原因是,当马口铁干燥后为了在收料时不粘铁,就必须对马口铁强制冷却;在冷却区域,同样是因为炉架与马口铁材料介质体重量差异,马口铁已达到常温状态,而炉架却高于100℃,二者的温度差仍然造成了马口铁接触面的锡层分子结构产生变化而出现支架印。

 传统解决方法均不能彻底消除擦伤与支架印

综上所述,造成擦伤与支架印主要归因于烘房炉架的技术,此外也涉及烘房温度、涂料等因素。全球的供应商和生产商都在分析和寻求解决方案,也曾尝试过以下各种工艺和处理方法,但还是无法彻底解决问题。

强化炉架的结构形状 以在中国市场备受青睐的德国LTG烘房来说,其45英寸规格的炉架单只重量均没有超过1680g,材料规格3×10+3×7,旨在让炉架的传热系数尽量与马口铁相近。这类炉架必须满足材质、热处理、拉丝工艺等诸多要求才可以保障炉架的机械特性,让炉架在无变形的状态下工作。但同时也带来了因炉架支杆太软,当运行速度大于100/分时易造成马口铁进入炉架时发生“撞铁”而产生废品的问题。为此LTG生产了6×10工字钢炉架,虽然在运行中满足了高速烘房的条件,但因单只炉架超重36g又增加了支架印的产生几率。一些设备制造商为了达到炉架刚性要求,甚至采用了4.5+4.5×9的材料规格,让单只炉架的重量达到2310g,更是加剧了支架印的产生。

炉架上安装滚轮 自上世纪90年代起,在炉架上开始有了安装陶瓷滚轮→铜材滚轮→铁氟龙滚轮的演变,目前大多采用在炉架的节点处加装¢12×2铁氟龙滚轮,每个炉架安装13~20颗,在烘房干燥时让马口铁靠在炉架的滚轮上,通过利用铁氟龙远低于金属的传热系数来避免支架印和擦伤。

然而,这必须建立在两个前提条件的基础上。一是所有滚轮的面必要平整。否则当因炉架本身的不平整度而导致滚轮只有50%以下靠在马口铁上时,随着着靠点的轮压增加,马口铁进入干燥炉后一旦温度达到180℃,锡层便会处于软化状态,受循环风的影响而发生抖动,导致马口铁在几个着靠点处出现锡层黑点甚至有裸铁。

二是滚轮的安装必须满足轮向的直线度,让马口铁在进、出炉架平面移动时无阻力平稳输送,从而达到无擦伤的目的。但有些厂家安装在炉架上的滚轮没有轮向直线要求,有的还是卡扣式的滚轮,由于轮向左右斜线,导致马口铁在进、出入炉架时的擦伤几率增加。

炉架上安装铁氟龙缠绕带 在炉架的节点处分别缠绕50mm/点的¢6.5×1螺旋式铁氟龙,这个工艺让马口铁与炉架之间产生了实质性的隔离,的确可以防止擦伤和支架印。但经过一段时间的运行,烘房的挥发溶剂会粘到了螺旋缝隙中,由于无法被清洗干净,日积月累,最终马口铁将被溶剂的烧结物擦伤。

 彻底解决擦伤与支架印的原则

根据作者30年来对烘房炉架的理解,以及与全球技术专家的技术交流,要彻底解决印涂铁(铝)干燥时产生的炉架擦伤与支架印,要遵循以下两大原则。

一是烘房的炉架必须钢性强,无变形、无振动,以减少马口铁在干燥时产生的擦伤几率。

二是选择与马口铁传热系数相近的介质材料来制造炉架,以减少烘房干燥工艺中工件传热系数的差距,避免支架印的产生。


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