马金环 苗瑛 王品懿
中汽（天津）系统工程有限公司， 天津 300380
摘要：涂装前处理是汽车制造中能耗和废物产生量较多的环节之一，基于此，本文对汽车涂装前处理主脱脂环节能耗进行了重点论述。
关键词：涂装前处理；主脱脂；节能
一、涂装前处理概述
1、目的。涂装前处理是为了去除被涂物表面上的所有污物。通过用化学方法生成一层有利于提高涂层防腐蚀性的非金属转化膜，保证涂层具有良好的防腐蚀、装饰性能。
2、主要内容
①预清理。通常，任何材质的工件在进入前处理前，均应进行预清理，用于除去那些采用清洗方式不能除去的过度污物。预清理可降低对其后前处理的污染，减轻前处理各工艺槽的负担。预清理一般采用人工方法进行。
②脱脂。其是除去工件表面油污。工件上的各种油污不仅阻碍了磷化膜的形成，还影响涂层的结合力、干燥性能、装饰性能和耐蚀性能。脱脂去油和磷化处理对整个涂层性能较重要。
③表面调整。利用表面调整剂调整金属表面，可消除碱液除油或酸洗除锈等造成的表面状态不均匀性，使金属表面形成大量极细的结晶中心，从而加快磷化反应速度，有利于磷化膜的形成。对于高质量的汽车涂装，磷化前的表面调整已成为不可缺少的工序。
④磷化。它是指金属表面与含磷酸二氢盐的酸性溶液接触，发生化学反应而在金属表面生成稳定的不溶性无机化合物膜层的一种表面化学处理方法，所生成的膜称为磷化膜。磷化膜具有微孔结构，在通常大气条件下较稳定，具有一定的防锈能力，用作漆膜的底层，可提高涂层附着力和耐蚀性能。磷化膜作为电泳涂漆之底层，在汽车行业得到广泛应用。
⑤水洗。在涂装前处理工序中，水洗旨在洗净前一道工序的残余药品，避免带入下一道工序；为防止工件处理后工序间干燥引起质量不良，采用常温水洗。
二、主脱脂过程
汽车涂装前处理工艺流程为：预脱脂→主脱脂→一次喷水洗→一次浸水洗→表调→磷化→二次喷水洗→二次浸水洗→新鲜纯水洗→沥干。对主脱脂而言，其工作过程为：白车身从一端进入脱脂池，从另一端出脱脂池，在车身出脱脂池时，循环喷淋泵将脱脂液加压，通过喷淋头将脱脂液喷向白车身。
为了保证喷淋脱脂效果，在脱脂池中，还存在循环流路，该循环流路通过循环泵将槽液进行循环，同时，通过铁屑分离器、袋式过滤器等将脱脂液中的杂质如铁屑、颗粒物、焊渣等分离。为了保证脱脂液脱脂性能，脱脂液一般维持在50～60℃，该过程通过循环喷淋泵后的板式换热器实现，温度低于设定值时，板式换热器自动开启蒸气阀，通过蒸气将脱脂液加热。在车身经喷淋头下方区域时，脱脂液会喷淋在车身上，大部分脱脂液在重力作用下跌落到脱脂池，少部分会被车身带走；当脱脂池液位较低时，系统会自动打开补液口阀门，向脱脂槽中补入清水；若脱脂槽液位高时，槽液通过溢流口溢流至预脱脂槽。当向脱脂槽补入清水时，脱脂槽中脱脂剂浓度会降低，为了保证脱脂效果，根据测试指标情况，向脱脂槽中补加脱脂剂。该过程日常监测指标为总碱度、温度和喷淋压力。
三、主脱脂过程动能消耗
1、循环泵动能消耗。
为了保障槽液均一性、槽液中金属颗粒物、油脂等能从槽液中分离，在主脱脂过程中，需开启循环泵，对槽液进行循环，槽液循环泵功率固定，开启时间一般随着班次固定，循环泵通过电力驱动，消耗的是电能，根据循环泵的功率及运行时间，可确定其动能消耗。
2、喷淋循环泵动能消耗。与循环泵一样，在脱脂过程中，主脱脂通过喷淋方式清洗白车身，为了保障喷淋压力，通过喷淋循环泵对槽液进行加压和循环。喷淋循环泵功率是固定的，开始时间一般随班次固定，其消耗的是电能，根据喷淋循环泵的功率及泵的运行时间，其动能可核算。
3、补充清水加热消耗的能量。主脱脂过程维持在较高温度，而补充的清水温度是常温，因此，需通过换热器加热该部分补充清水。由于清水温度基本固定，水的热容固定，若在确定补加水量前提下，可得到该过程热量。
4、散热损失。槽液及循环管道中的脱脂液温度一般高于环境温度，在槽液、循环管道中脱脂液温度与环境温度存在温差时，槽液及循环管道会向环境辐射散热，导致槽液温度减低。
5、车身带走的能量。虽然白车身在进入本过程之前，先经过热水洗、预脱脂浸渍洗2个过程，但实践发现，当热水洗、预脱脂温度为50℃时，主脱脂维持在40℃基本能实现能量平衡，预计在主脱脂为50℃以上时，在主脱脂过程，白车身会有4～12℃的温升(冬季和夏季差异较大)。
6、其他部分动能消耗。主要包括脱脂剂搅拌单机动能消耗、脱脂剂输送投加泵消耗动能等。其中，脱脂剂投加是临时的，一般在检查脱脂液碱度低于控制指标时，通过手动开启投加泵进行投加，投加泵一般流量较小，功率小，且投加时间相对较短，此部分相对整体能耗可忽略不计。
通过以上过程，可看到对主脱脂动能核算而言，动能精确核算的关键环节在于清水补加环节、散热损失、车身带走能量等部分。其中，清水补加是自动完成，在不进行设备改造的情况下，较难获得精确数据。散热损失及车身带走的能量如是通过理论计算，并结合实际操作，均存在诸多困难。在对以上因素进行核算后，寻找最佳的节能模式。
四、主脱脂过程主要动能消耗
1、主脱脂过程清水补加。在主脱脂过程控制的3个指标是总碱度、温度和喷淋压力。其中，总碱度与脱脂槽中的脱脂剂浓度密切相关，总碱度指标基本反映了脱脂剂的浓度；实际上，所有脱脂剂的说明中，都会有投入质量与增加固定量脱脂液碱度的关系。而补充脱脂剂，主要是因脱脂液中加入了清水，通过补充脱脂剂，维持脱脂液总碱度在控制范围内。补加脱脂剂的量是已知的，浓度控制基本在一个范围内，通过补加脱脂剂的量，与脱脂剂的浓度关系，可获得补加清水的量。为了核算脱脂液总碱度与浓度，分别配置不同浓度的脱脂液，检测浓度与总碱度的关系，其结果表明，在脱脂液总碱度控制在某一区间时，脱脂剂的浓度(也就是脱脂液质量分数)是固定的。通过统计脱脂剂投加总量，则可得到该过程补加清水的量。
2、主脱脂散热损失。通过计算了解主脱脂散热损失，该过程相对复杂。但在日常生产中，一般情况有停产间隙。该过程与生产过程的区别在于无车身进入、循环泵和喷淋泵关闭，换热器关闭。因此，通过停止生产间隙，温度的下降基本能反应温度的降低，或由于无循环，在这种情况下温度的降低稍比温度维持损耗的热量小，但这能反应真实情况。记录停产期间温度的变化，结果表明，随着停线时间的延长，温度降低量逐渐增大，但温度降低量与停线时间关系曲线的斜率逐渐减小，这是因在刚停线时温度较高，与外界温差越大，温度下降幅度越高。因此，此时间内的温降也就越大，随着温度的降低，槽液温度与外界温差减小，温度下降幅度变小，单位时间温度降低量减小。
3、车身带走的能量。车身带走的能量主要是因车身与脱脂液有温度差，同时，由于车身材料比热小，是热的良导体，脱脂液的热量会转移到车身上，且与散热一样，车身温度一定情况下，脱脂液温度越高，则车身带走的热量也就越高；相反，在脱脂液温度一定情况下，车身温度越高，则带走的热量越小，这也是夏天能耗要远低于冬天能耗的原因。
基于以上分析，对主脱脂热能总消耗进行统计，核算出总热能消耗，根据蒸气的热值及换热效率，基本能核算出主脱脂过程的蒸气消耗。通过验证，结合蒸气热值、换热器效率等因素，计算出消耗的蒸气量，与实际获得蒸气量进行比较，二者误差在10％以内；同时，发现散热损失、车身带走的热量占到整体热量消耗的90％以上。
参考文献：
[1]王锡春.汽车涂装节能减排的新工艺技术[J].现代涂料与涂装，2015(04)．
[2]杨报军.汽车涂装前处理主脱脂环节能耗分析[J].现代涂料与涂装，2015(11).