汽车涂装磷化除渣用压滤机的选择

曹菽芬*，李连超

（宁波吉利汽车研究开发有限公司，浙江 宁波 315000）

随着现代工业的发展，在要求节能环保的情况下，企业对固液分离技术及设备提出了更高的要求。在汽车涂装工艺中，涂装前会采用磷化工艺来提高涂层的附着力和耐蚀性，但在磷化成膜过程中不可避免地会产生沉渣。这是由于：一方面，钢板上溶解下来的铁只有一部分能参与成膜，另一部分必然会被氧化成三价铁，而三价铁极易形成沉淀；另一方面，磷化液配比控制不当会导致过量的磷酸锌析出。若沉渣在槽液中过多，不但会污染磷化液，缩短其使用寿命，增加倒槽和清洗的次数，提高运行成本，而且这些沉渣会附着在工件表面，影响整车的涂层质量，若被带入电泳槽，还会影响电泳液的稳定性以及缩短超滤装置的使用寿命。若采用喷淋磷化，磷化渣易堵塞喷管和喷嘴。因此磷化渣含量不能超过一定的量(一般控制在0.3 g/L以下)，必须及时除渣。压滤机是一种优良的固液分离设备，采用正压、高压脱水，具有滤饼水分少，能耗低，滤液清澈透明，且一般可以不加絮凝剂等优点，被广泛应用于各行业。本文探讨了压滤机在汽车涂装前处理除渣系统中的选型与应用。

磷化除渣系统如图1所示。富渣磷化液因重力作用沉降于锥斗内，上部的清液通过溢流管回到磷化槽。富渣磷化液经止推板入料孔由泵打入压滤机的各滤室内，在压力作用下通过过滤介质沿滤板上沟槽从四角上的滤液孔流出，汇总后流回磷化槽。而磷化渣截留在滤室内形成滤饼。当滤饼达到一定厚度后，压力升高，阻力变大，排液量越来越少。这时，入料口处的压力传感器发出信号，入料泵停止供料，手动关闭阀门V4，打开压缩空气控制阀V5，压缩空气由入料孔吹入，对滤饼进行吹干，以减少其中磷化液的含量。吹水一段时间后，V5关闭，自动卸料，拉板装置运行，滤板依次拉开，滤饼因自重而从板框中卸下，落入集渣盘内，至此完成一个工作循环。

1 磷化压滤机的组成

磷化压滤机主要由压紧板、止推板、主梁、过滤件组合(包括滤板及过滤介质)、液压系统、电控系统及其他附件组成，能承受0.6 ～ 0.8 MPa的操作压力，一般采用油缸作为动力源。操作时，油缸活塞杆推动压紧板向前运行，压紧在压紧板与止推板之间的滤板和滤布，形成一个个滤室。

1. 1 滤板

图1 磷化除渣工艺的流程Figure 1 Procedure flow of the phosphating slag-removal process

滤板品种较多，常用的材质有钢、聚丙烯、超高分子量聚乙烯等。由于磷化液呈酸性，因此一般采用高品质的聚丙烯滤板。聚丙烯滤板以模压技术制造，强度高，质量轻，耐腐蚀，耐酸碱，无毒无味。因磷化液有少许气味，故滤板多采用暗流形式(如图2所示)。

1. 2 滤布

过滤磷化渣所用的滤布要求耐酸性强，一般采用丙纶材质，具有单复丝或复丝结构，经过严格的热定型后能保证结构变形最小。滤布由两张滤布片与进料孔连接套缝合而成，并捆扎在滤板上。或采用嵌入式滤布(如图3所示)，即先在滤布的边缘缝入O形密封圈，安装时再将密封圈嵌入滤板中，从而有效防止毛细渗漏。

图2 暗流式滤板Figure 2 Dark flow type filter plate

图3 嵌入式滤布Figure 3 Embedded filter cloth

2 磷化除渣压滤机的选型

产渣量与车身磷化面积、材质和磷化工艺等因素有关，具体参数的选取须全面考虑各种相关因素。一般来说，车身产渣量为3 ～ 5 g/m2，磷化槽液含渣量的允许范围为0.12 ～ 0.25 kg/m3，除渣效率为80% ～90%(主要与滤布的孔径有关，一般配孔径为25 μm的滤布)，车身磷化面积为100 ～ 120 m2。

以某汽车厂涂装车间设计净产能N为45 JPH(即每小时下线45台车)的整车车身生产线为例，车身磷化面积A0= 120 m2，单位面积产渣量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%，磷化渣湿密度ρ = 1 050 kg/m3(按磷化液的密度计)，排渣周期T = 24 h(排渣周期因厂而异，一般为16 ～ 24 h)，于是单位时间磷化车身面积A = NA0= 45 h-1× 120 m2= 5 400 m2/h。

单位时间产渣量 m = αA = 5 g⋅m-2× 5 400 m2⋅h-1= 27 000 g/h = 27 kg/h，按 30 kg/h 来设计。

整个排渣周期产渣量 G = mT = 30 kg⋅h-1× 24 h = 720 kg。

2. 1 滤板选型及过滤面积计算

滤板的边长一般有250、320、450、630、800、1 000、1 250、1 500、1 600和2 000 mm。不同尺寸的滤板决定了压滤机的过滤面积和腔室容积，单板过滤面积与滤板数量之积即为整个压滤机的过滤面积，单个腔室容积与滤板数量之积即为整个压滤机的腔室容积。滤板数量越多，压滤机越长。考虑到单位时间产渣量、过滤面积等因素，压滤机的滤板尺寸选择800 mm × 800 mm。

滤室厚度(d1)主要有20、25、30、35和40 mm，它直接决定了生成滤饼的厚度。若滤室太窄，则生成的滤饼太薄，单个过滤周期形成的滤饼量低，经济性差；若滤室太宽，则滤饼太厚，会导致滤饼的固含量分布不均，滤饼中心的固含量小，俗称滤饼夹心。此外，靠近滤布处的滤饼固含量高容易导致滤饼阻力大，渗透性差，影响过滤，滤室厚度过大甚至会令中心层的污泥几乎不能被过滤。根据经验，滤室厚度一般为25 mm。

选取如图4所示的滤板，它的长(L)和宽(W)均为800 mm，密封面宽度(b)为40 mm，中心入料孔直径(d)为65 mm。

图4 滤板的尺寸Figure 4 Size of the filter plate

(1) 单板过滤面积 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) 单个滤室的滤饼质量 m1= ρV = 1 050 kg⋅m-3× 0.012 75 m3= 13.38 kg。

(4) 所需滤板的数量 n = G/m1= 720 kg ÷ (13.38 kg) ≈ 54。

(5) 过滤面积 S = nA1= 54 × 1.02 m2≈ 55 m2。

在设计时应考虑留一定的余量，因此压滤机的过滤面积以70 ～ 100 m2为宜。

本文仅提供了一种情况的计算。在实际运用中，车身磷化面积与车型有关，而槽液允许含渣量、磷化液的湿密度等也会有所不同，各参数须根据具体情况而定。

2. 2 进料泵的选择

进料泵的流量(Q泵)的计算如式(1)所示。

其中：η为除渣效率，按90%计算；J为节拍，指某工艺段每小时生产的汽车的数量，取J = N。

因压滤机进料压力为0.6 ～ 0.8 MPa，而0.1 MPa相当于1 m水柱压强，故进料泵扬程一般选70 m左右。

3 结语

压滤机作为重要的固液分离设备，已经有上百年的应用历史，而磷化是涂装前处理的关键工序之一，磷化除渣的效果直接关系到磷化质量，最终影响汽车涂层效果。除渣的压滤机显得尤为重要。在生产中需全面考虑各相关因素，根据具体情况确定参数，才能选到合适的压滤机。