一种控制电工钢涂层膜厚的装置及方法与流程

本发明涉及极厚涂层电工钢生产加工技术领域，更具体地指一种控制电工钢涂层膜厚的装置及方法。

背景技术：

具有高效、低能耗的超临界、超超临界大型发电机组已成为电力工业的未来发展方向，而与之配套的大型发电机制造所需的关键材料极厚涂层电工钢，极厚涂层电工钢就是在带钢退火后，在表面涂覆厚度达到4-7μm的极厚涂层，比常规涂层厚度＜1μm产品生产难度大，技术含量高。极厚环保涂层电工钢的膜厚，不仅是关系到涂层绝缘性能的好坏，也关系到大型发电机组长时间稳定高效的运行。因此，精确控制带钢表面膜厚至关重要。

现有的电工钢连续退火涂层机组采用涂层机为三辊逆式涂层机，所引进的涂敷技术为三辊逆式单面涂敷技术。逆涂主要是指与带钢接触的涂层辊旋转方向与带钢运行方向相反；而顺涂则是指与带钢接触的涂层辊旋转方向与带钢运行方向相同。这类涂层机适用于中、高速(例：70mpm以上)涂层线，它主要以取液辊速度控制膜厚(固定其它变化因素)，从而得到控制良好、膜厚均匀的涂层。但是上述三辊逆式涂层机存在以下问题：1)在生产极厚涂层料时容易将正常管路的堵塞，需要频繁清洗影响正常的生产；2)仅依靠计量辊控制膜厚，无法进一步提高对涂层膜厚精度的控制，无法满足极厚涂层膜厚控制的高精度要求；3)环保涂层使用逆式涂层机，涂层膜厚控制精度不高。

专利cn101082483a，公开一种彩涂带钢涂层膜厚的在线检测方法，包括下列步骤：①采用电子计量测重显示仪对液体涂料的重量进行连续检测；②对涂层消耗的液体涂料重量值进行放大、转化及定量取样；③以单位时间作为涂层消耗平衡基准参考点，将生产线运行参数、原始数据及过程检测数据送入数学模型处理器，通过量纲转化的基本数学模型进行计算处理；④输出涂料消耗值和涂层膜厚值。本发明设备投资少，简单易行，经济效益显著。采用本发明可实现在线闭环检测，不仅大大缩短了检测时间和反馈时间，还可消除人为操作检测的误差，使检测精度由原来的±1.5μm提高到±0.5μm，并避免了人为测量湿膜所造成的彩涂带钢污损及安全隐患。生产中操作工可随时对生产线涂层膜厚进行监控，并及时进行调整。

专利cn101362127a，公开一种硅钢两辊式涂层机机架摆动方法和装置，本发明涉及硅钢两辊式涂层机涂敷技术。一种硅钢两辊式涂层机机架摆动方法，是当带钢通(11)道线发生变化造成上下涂层膜厚不一致时，将涂层机整体摆动到涂层机上、下涂层辊(5、4)的轴心连线与出口带钢垂直，使带钢与上、下涂层辊的接触区(12)一致，达到均匀带钢上下表面膜厚。所述涂层机轴线摆动的角度(a)为0～10°。本发明可克服带钢上下表面膜厚不一致的缺陷，提高带钢表面涂层质量，并可实现上下涂层辊的可替换性。

专利cn1301197a，公开一种压力进给涂层涂覆系统，本发明是将涂层涂覆到卷材上的一装置和一方法。该装置包括一进给喷嘴(2)，进给喷嘴(2)连接于加强杆(11)，加强杆(11)连接于簧片(30)，簧片(30)连接于一进给喷嘴滑动位置/力调节器(17)。进给喷嘴(2)包括一流体储液器(12)、一进给管子(6)、一测量表面(4)、诸端密封件(27)和一后密封件(3)。当框架偏转和覆盖有聚合物的滚筒变形时，加强杆簧片允许进给喷嘴(2)的转动，所以可保持适当的几何形状，对于特定的喷嘴形状，就可增大控制和具有更广的薄膜厚度控制范围。该装置允许更强的膜厚控制，能够以比目前所能达到的快得多的速度进行加工处理，并具有更广范围的薄膜厚度。该装置允许在更广的流变性能范围内涂覆涂层。能够以更高的固体比例性能更好地涂覆涂层。

专利cn1873535a，公开一种涂布方法和涂布装置，本发明涉及一种能够使涂布膜的膜厚控制特别是周缘部的膜厚均匀化容易进行的涂布方法。在面状涂布单元(act)(40)中，在载物台(80)上载置基板(g)，使抗蚀剂液供给机构(86)和喷嘴移动机构(88)工作，通过长喷嘴(82)的涂布扫描，在基板(g)上从基板的一端向另一端形成抗蚀剂液的面状涂布膜(100)。此时面状抗蚀剂涂布膜(100)在向基板(g)的外侧扩展的过程中与线状涂布膜(76)接触乃至一体化，面状抗蚀剂涂布膜(100)外缘的位置被线状涂布膜(76)所规定，同时膜厚也得以控制。

专利cn102965644a，公开一种膜厚控制方法及装置，本发明公开了一种膜厚控制方法及膜厚控制装置，所述膜厚控制方法用于膜处理工艺中的膜厚控制，所述膜厚控制方法包括步骤：在进行所述膜处理工艺的膜处理容器的不同区域设置能够影响所述膜处理容器内不同区域的所述膜处理工艺反应温度的多个加热器；在进行所述膜处理工艺时，通过所述多个加热器，将各所述不同区域的反应温度提升至各自的温度预设值；获得所述膜处理工艺后的所述不同区域的膜厚数据，根据所述膜厚数据与目标膜厚的差距调整所述不同区域的温度预设值。本发明能够获得较佳的膜厚均匀性。

上述专利主要是针对涂层膜厚测量和控制膜厚缺陷，给出了改进喷涂装置和成膜固化的烘烤工艺等技术方案，并没有给出涂覆方法和取液辊在漆盘液面中的沉浸深度、膜厚厚度控制之间的关系的相关技术方案。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

本发明针对上述现有技术的缺陷问题，为了提高环保涂层质量和膜厚高精度控制，提出一种控制电工钢涂层膜厚的装置及方法，通过找到取液辊于漆盘液位之间的关系，设计了膜厚控制计算公式，采用液位控制技术实现对环保涂层膜厚的高精度控制，保证膜厚精度控制要求。

(二)技术方案

一种控制电工钢涂层膜厚的装置，包括带钢7、计量辊8、取液辊9、涂覆辊10，所述计量辊8、涂覆辊10分别与取液辊9相连接，所述涂覆辊10的上方设有带钢7；还包括涂液混合罐1、小流量循环泵2、涂液管路3、涂液4、漆盘5、激光液位检测器6；所述涂液混合罐1和漆盘5内装有涂液4，涂液混合罐1通过小流量循环泵2、涂液管路3与漆盘5相连，所述漆盘5的上方安装有激光液位检测器6；所述取液辊9的辊面沉浸在漆盘5的涂液4中。

根据本发明的一实施例，涂层机采用三辊单面顺式涂敷方式，按照带钢7前进方向，涂覆辊10顺转、取液辊9逆转、计量辊8顺转。

根据本发明的一实施例，所述漆盘液位与涂层膜厚的关系，具体公式计算如下设定：

ts：带钢上涂层厚度(湿)；ta：涂层辊上涂层厚度(湿)；tp：取液辊上涂层厚度(湿)；vs：带钢速度；va：涂层辊线速度；vp：取液辊线速度；vm：计量辊线速度；ql：流出取液辊和计量辊间隙的液体数量；g：取液辊和计量辊间的间隙；r：取液辊半径；h：漆盘液位高度；l：取液辊长；d：取液辊沉浸在漆盘液位下弧线长度；

由ts＝(va/vs)×ta(1)

ta＝(vp/va)×tp(2)

tp＝(ql/vp)(3)

公式可得(1)、(2)(3)相乘可得：

ts＝(ql/vs)(4)；

由数学函数得到：

由ql＝b×l×d(7)

得到

因此，由公式(4)、(8)得到漆盘液位与膜厚的公式：

(三)有益效果

采用了本发明的上述控制电工钢涂层膜厚的装置及方法，通过找到取液辊于漆盘液位之间的关系，设计了膜厚控制计算公式，采用液位控制技术实现对环保涂层膜厚的高精度控制，保证膜厚精度控制要求。本发明通过毫米级的激光液位测量计和小流量循环泵，实现对漆盘液位的精准控制，可以到达毫米级控制的工艺要求，在漆盘处增加激光液位检测器，在涂层机加也处增加小流量循环泵，实现漆盘液位毫米级的自动控制，不仅能精准控制漆盘液位，也能减少涂液溢出造成的涂液浪费和现场环境的污染。本发明通过对涂层机涂覆工艺的改进和对漆盘液位的精准控制，实现了改善涂层质量和厚涂层膜厚的精确控制，使膜厚控制均匀性不断提高，解决了极厚涂层硅钢片因涂层质量不稳定造成的生产制约，满足国内大型发电机用电工钢对厚度偏差±1.5μm的要求。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是本发明装置结构图；

图2是三辊单面顺涂示意图；

图3是涂层机取液辊与漆盘液面结构示意图。

附图标记说明：

1、涂液混合罐；2、小流量循环泵；3、涂液管路；4、涂液；5、漆盘；6、激光液位检测器；7、带钢；8、计量辊；9、取液辊；10、涂覆辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

因为电工钢极厚涂层为环保涂层，容易在循环管道中形成结块堵塞，现有技术中使用循环涂层系统的涂层机，但是带有循环涂层系统的涂层机容易造成堵塞影响生产，本发明取消涂液自循环系统，能有效避免，涂液在管道结块堵塞的情况，提高涂层质量。取消涂液自循环系统，对漆盘中涂液高度控制要求更高，特别是取液辊沉浸于液面的深度，将对涂层膜厚有这较大关系。由于取液辊机械位置固定，因此控制漆盘的液位就尤为重要。本方明是通过找到取液辊于漆盘液位之间的关系，设计了膜厚控制计算公式。在实际生产中针对不同膜厚控制要求，通过对漆盘液面的控制，提高涂层膜厚控制水平，从而满足生产的需要。

结合图1，一种控制电工钢涂层膜厚的装置，包括涂液混合罐1、小流量循环泵2、涂液管路3、涂液4、漆盘5、激光液位检测器6、带钢7、计量辊8、取液辊9、涂覆辊10。涂液混合罐1和漆盘5内装有涂液4，涂液混合罐1通过小流量循环泵2、涂液管路3与漆盘5相连，漆盘5的上方安装有激光液位检测器6；计量辊8、涂覆辊10分别与取液辊9相连接，涂覆辊10的上方设有带钢7，取液辊9的辊面沉浸在漆盘5的涂液4中。

现有技术中，涂层机采用三辊单面逆式涂敷方式：按照带钢前进方向，涂覆辊逆转、取液辊逆转、计量辊逆转。涂层机三辊单面逆式涂敷方式为确保涂层的均匀性，在涂覆辊涂敷以前，要采用预涂喷嘴预涂，而且预涂喷嘴的高度对钢板膜厚及表面质量有直接影响。涂层机三辊单面逆式涂敷方式计量辊的刮刀需使用，而且计量辊刮刀与计量辊间的压力靠操作工手工调节，对钢板膜厚有直接影响。涂层机三辊单面逆式涂敷方式适用于粘度较小的水溶性涂料：粘度≤15s(23℃，din53211，4mm)。

结合图2，本发明涂层机采用三辊单面顺式涂敷方式：按照带钢7前进方向，涂覆辊10顺转、取液辊9逆转、计量辊8顺转(或者计量辊可完全打开不用)。采用涂层机三辊顺式单面涂敷方式时，预涂喷嘴预涂作用取消，预涂喷嘴刷毛去掉，降低预涂喷嘴的高度使之不接触带钢。采用三辊顺式涂敷方式时，计量辊的刮刀不起作用，应将计量辊的刮刀打开。三辊顺式涂敷方式适用于粘度较大的水溶性涂料：粘度＞15s(23℃，din53211，4mm)。不同粘度的无取向电工钢水溶性涂料只有选择不同的涂敷方式才能保证整个带钢宽度方向上涂膜的均匀性。

一种控制电工钢涂层膜厚的方法，涂液4在涂液混合罐1中完成配制，经小流量循环泵2和涂液管路3加入漆盘5中；取液辊9沉浸在漆盘5中涂液4中，并将涂液4经过计量辊8的流量控制，带给涂覆辊10，涂覆辊10将涂液4涂覆在带钢7表面完成涂覆；激光液位检测器6能毫米级精准控制在漆盘5中的涂液4液面。

结合图3，漆盘液位与涂层膜厚的关系，具体公式计算如下设定：

ts：带钢上涂层厚度(湿)；ta：涂层辊上涂层厚度(湿)；tp：取液辊上涂层厚度(湿)；vs：带钢速度；va：涂层辊线速度；vp：取液辊线速度；vm：计量辊线速度；ql：流出取液辊和计量辊间隙的液体数量；g：取液辊和计量辊间的间隙；r：取液辊半径；h：漆盘液位高度；l：取液辊长；d：取液辊沉浸在漆盘液位下弧线长度；

由ts＝(va/vs)×ta(1)

ta＝(vp/va)×tp(2)

tp＝(ql/vp)(3)

可得：ts＝(ql/vs)(4)

由数学函数得到：

由ql＝b×l×d(7)

得到

因此，由公式(4)、(8)得到漆盘液位与膜厚的公式：

从推导的漆盘液位与膜厚的公式可以看出，涂层膜厚与取液辊浸没在漆盘涂液中的深度成正比例关系。漆盘液位的高低控制直接影响膜厚控制精度。因此，要精准控制顺涂涂层机的涂层膜厚，必须要稳定控制漆盘中涂液液位。

注：因影响涂层膜厚的因素是多方面的，本统计数据是在下述变量恒定情况下测得。(1)取液辊线速度，其它情况一定条件下取液辊线速度大涂层量大；(2)计量辊线速度，其它情况一定条件下计量辊线速度大涂层量小；(3)机组速度，其它情况一定条件下机组速度大涂层量小；(4)取液辊和计量辊间隙，其它情况一定条件下间隙大涂层量大；(5)涂层液的粘度，其它情况一定条件下粘度高涂层量大；(6)涂层辊的压紧力，其它情况一定条件下压力越大涂层量越小；(7)涂层辊硬度，其它情况一定条件下硬度高涂层量大。

综上所述，采用了本发明的技术方案，控制电工钢涂层膜厚的装置及方法，通过找到取液辊于漆盘液位之间的关系，设计了膜厚控制计算公式，采用液位控制技术实现对环保涂层膜厚的高精度控制，保证膜厚精度控制要求。本发明通过毫米级的激光液位测量计和小流量循环泵，实现对漆盘液位的精准控制，可以到达毫米级控制的工艺要求，在漆盘处增加激光液位检测器，在涂层机加也处增加小流量循环泵，实现漆盘液位毫米级的自动控制，不仅能精准控制漆盘液位，也能减少涂液溢出造成的涂液浪费和现场环境的污染。本发明通过对涂层机涂覆工艺的改进和对漆盘液位的精准控制，实现了改善涂层质量和厚涂层膜厚的精确控制，使膜厚控制均匀性不断提高，解决了极厚涂层硅钢片因涂层质量不稳定造成的生产制约，满足国内大型发电机用电工钢对厚度偏差±1.5μm的要求。