Конвекционные сушильные устройства — наиболее многочисленный вид сушильных устройств, насчитывающий наибольшее количество разновидностей. Нагрев изделий в этих устройствах осуществляется контактной передачей тепла от циркулирующего горячего воздуха к окрашенной поверхности изделия, подвергающегося сушке. Рабочее сушильное пространство изготовляют в виде закрытых камер, огражденных со всех сторон теплоизолирующими поверхностями.

Конвекционные сушильные устройства разделяют на два вида:
а) камерные периодического действия;
б) тоннельные или коридорные непрерывного действия.

Камерные устройства характеризуются тем, что окрашенные изделия загружают в них периодически, причем в течение всего процесса сушки они находятся в неподвижном состоянии. В коридорные сушильные устройства изделия загружают непрерывно и равномерно, причем в процессе сушки они находятся в постоянном или периодическом движении.

Камерные устройства изготовляют в виде небольших сушильных шкафов в виде одно- и многосекционных сушилок; коридорные — строятся в виде одно- и многоходовых коридоров с открытыми проемами для входа и выхода изделий. Камерные сушилки делают проходными или тупиковыми. Окрашенные изделия могут загружаться в них вручную или механически. Коридорные сушилки делают только проходными. Окрашенные изделия могут загружаться в них конвейерами непрерывного или периодического действия.

В качестве теплоносителя во всех сушильных устройствах может применяться пар, горячая вода, топочные газы или электричество.

Ввиду того, что за последние годы в ведущих отраслях машиностроения все шире применяются материалы горячей сушки с температурами (для грунтов порядка 140—160°, для эмалей 120—130°), был разработан новый, более экономичный вид конвекционных сушильных устройств для высокотемпературной сушки — камеры с прямым нагревом топочными газами. Продукты сгорания (газа или жидкого топлива), выйдя из топки, смешиваются с определенным количеством воздуха и направляются прямо в камеру через воздуховоды, разполо-женные в нижней зоне по всей его длине.

Конвекционные сушильные камеры обладают тем преимуществом, что в них обеспечивается высокая степень равномерности нагрева и чистоты воздуха, необходимых для получения декоративного покрытия. Для сушки декоративных покрытий очень важен равномерный доступ горячего воздуха по всем частям узла, детали или изделия. Это особенно хорошо достигается в так называемых турболентных сушильных камерах. Создаваемые турболентные потоки воздуха приводят к периодическому изменению давления в сушилке, что позволяет воздуху подходить ко всем наружным и внутренним поверхностям. Периодическое изменение давления осуществляется с помощью турболентного клапана на нагнетательном воздуховоде вентилятора, который ритмично открывается и закрывается. Такие камеры применяются для сушки крупных изделий железнодорожного и городского транспорта.

Все сушила оснащены автоматическими самозаписывающими приборами, осуществляющими контроль за температурой, а многие — устройствами для автоматического ее регулирования.

Индукционные сушильные устройства в технике сушки окрашенных изделий пока еще не получили широкого применения. Сущность этого метода заключается в нагревании металлических предметов индукционными токами, образующимися в них под влиянием пульсирующего магнитного поля, в котором находятся нагреваемые предметы. Быстро пульсирующее магнитное поле обычно создается внутри контура проводника, через который пропускается ток большой силы и высокой частоты, причем нагреваемые окрашенные изделия помещаются внутри контура. Контурам проводника придают нужные размеры и располагают их последовательно друг за другом. В результате получается большей или меньшей длины сушильный тоннель, внутри которого и нагреваются окрашенные металлические изделия. Индукционные сушильные устройства могут быть периодического и непрерывного действия.

Некоторый практический интерес представляют появившиеся недавно индукционные сушильные устройства с нагревом токами промышленной частоты — 50 пер/сек. Их применение эффективно и рентабельно при сушке окрашенных изделий из листового железа. Если учесть, что температура сушки окрашенных изделий в большинстве случаев не превышает 100—150°, а подогрев листового металла на всю его глубину не требует больших затрат электроэнергии, то есть все основания считать, что этот метод сушки в отдельных случаях может найти промышленное применение.

Терморадиационные сушильные устройства обладают в определенных условиях решающими преимуществами перед конвекционными и приобретают все большее широкое распространение.

Терморадиационная сушка основана на принципе поглощения краской и окрашенным изделием тепловых лучей нагретого тела излучателя. Возникающее в результате этого повышение температуры окрашенной поверхности вызывает быстрое высыхание лакокрасочного слоя, превращающегося в твердую пленку, которая в большинстве случаев приобретает более высокие физико-механические свойства, чем пленка, полученная при обычной печной сушке.

На Горьковском автозаводе внедрен новый прогрессивный способ сушки лакокрасочных покрытий при помощи инфракрасных лучей в терморадиационной установке, позволяющий значительно сократить продолжительность сушки лакокрасочных материалов.

Принцип действия терморадиационной установки основан на особом свойстве инфракрасных лучей: избирательной проникающей способности их через различные среды.

Инфракрасные лучи с длиной волны 4—5 мк способны проникать через воздух и слой краски, практически теряя незначительную часть своей энергии. Основная же часть электромагнитной энергии инфракрасного излучения задерживается и аккумулируется металлом окрашенного изделия, где она переходит в тепловую энергию. Благодаря этому металл приобретает более высокую температуру, чем окружающий воздух (примерно на 30-40°).

Тепло от металла передается краске. Распространение тепла в окрасочном слое идет в направлении от нижних слоев краски, прилегающих к металлу, к наружным слоям. В этом же направлении происходит высыхание краски. На протяжении всего периода сушки пары растворителя могут свободно улетучиваться, так как отвердение верхних слоев краски наступает в последнюю очередь.

Рис. 1. Схема панельного излучателя закрытого типа с электрообогревом:
1 — стержень; 2 — изолятор; 3 — наполнитель; 4 — трубка.

Рис. 2. Схема терморади-ационной сушильной камеры с газовым обогревом.

Сушильная камера установки проходного типа состоит из отдельных секций. Стенки секций камеры коробчатые, выполнены из листовой стали. Полости стенок заполнены шлаковатой.

Количество устанавливаемых плит — 60. Температура на поверхности плиты достигает 350—370°. Включение и выключение излучателей производятся со специального пульта.

Для уравнивания температуры в различных зонах камеры предусмотрено вентиляционное устройство, осуществляющее интенсивную рециркуляцию воздуха. Для отвода части воздуха, загрязненного парами растворителей, предусмотрен воздуховод, соединенный с атмосферой. Кроме того, оборудуется воздуховод для подсоса свежего воздуха. Внутри по всей длине камеры проходит монорельс подвесного конвейера, транспортирующий окрашенные детали со скоростью 0,6—1,2 м/мин.

Следует сказать, что излучатели инфракрасных лучей закрытого типа наряду с положительными сторонами имеют и недостатки: излучатель закрытого типа сложен в процессе производства и изготавливать его каждому заводу затруднительно, кроме того, ввиду одинакового нагрева обеих сторон плиты половина тепла идет не на полезное излучение, а на нагрев стенок камеры, что не экономично.

Более просты в изготовлении и более производительны излучатели инфракрасных лучей открытого типа — рефлекторы с нагревательными элементами в виде стальных трубок, в которых заложен электронагреватель. Камеры с рефлекторами значительно удобнее и экономичнее в эксплуатации, так как все тепло они отдают непосредственно деталям.

Большой интерес представляет излучатель открытого типа конструкции Гипротракторосельхозмаша и НИИтракторосельхозмаша. Панель представляет собой коробку размером 1100 X 350 X 100 мм, открытую с одной стороны. В коробке закреплен экран-рефлектор, изготовленный из полированного электрохимическим способом алюминия. Задняя стенка коробки изолирована асбестовым картоном. Перед экраном по длине коробки установлены три-четыре нагревательных трубчатых элемента (ТЭН) мощностью 1 —1,5 кет, нагреваемые до 400°. Благодаря отражающему экрану вся обращенная внутрь сторона коробки является излучающей панелью и все тепло отражается внутрь камеры.

При наличии промышленного газа более экономичным видом является газовый обогрев панелей. Из имеющихся конструкций крупногабаритных терморадиационных камер наиболее совершенной является терморадиационная крупнопанельная бестопочная сушильная камера с газовым обогревом, разработанная НИИтрак-торосельхозмашем.

Сушильная камера с газовым обогревом представляет собой металлический каркас, закрытый со всех сторон теплоизоляционными щитами, наполненными внутри шлаковатой. Внутри камеры, вплотную к щитам, установлено восемь терморадиационных панелей, которые являются источником излучения инфракрасных лучей. В нижней части панелей установлены газовые горелки.

Рис. 3. Схема излучающей панели с газовым обогревом.

Вентилятор отсасывает через верхние короба воздух из камеры и через патрубки из панелей — продукты сгорания.

Для увеличения интенсивности сушки внутренних полостей и экранированных мест детали обдуваются газовоздушной смесью, имеющей температуру 125—130°. Газовоздушная смесь подается через щель в полу камеры тем же вентилятором отсоса.

Панель представляет собой закрытую сварную коробку из листового металла толщиной 3 мм. Основные габаритные размеры панели: длина 2000 мм, высота 1300 мм и ширина 180 мм. Внутри панелей в нижнем выступе установлена газовая горелка, которая нагревает панель до 350°. Обслуживание горелок производится через дверцу. Камера снабжена защитным козырьком.

Ввиду того, что газы по мере движения вверх к выходу из панели охлаждаются, на внутренней стороне излучающей стенки приварены ребра постепенно возрастающей высоты, увеличивающие общую нагреваемую поверхность. Это обеспечивает передачу одинакового количества тепла от каждого участка излучающей панели, а следовательно, и одинаковую температуру стенки по всей высоте.

Для зажигания основных горелок между панелями установлены специальные запальные горелки, которые зажигаются и гасятся от кнопки, находящейся на пульте управления.

Для этого типа сушильной камеры разработана система автоматического зажигания, управления и регулировки режимов работы, что упрощает обслуживание, обеспечивает безопасность и исключает возможность пережога или недосыхания краски.

Температура воздуха в разных зонах по высоте и длине сушила изменяется незначительно и колеблется в пределах 160—180°.

Наиболее эффективным является применение терморадиационной сушки для меламино-алкидных и моче-вино-формальдегидных эмалей. Глифталевые и пента-фталевые эмали в условиях терморадиационной сушки также высыхают быстрее, но несколько медленнее, чем меламино-алкидные и мочевино-формальдегидные эмали.

Это объясняется тем, что терморадиационная сушка, являющаяся высокотемпературной, ускоряет процессы бескислородной полимеризации и конденсации, происходящие путем взаимного насыщения непредельных связей молекул связующего состава. В мочевино- и меламино-формальдегидных смолах в основном происходит именно такая полимеризация. В масляных же эмалях значительная часть молекул укрупняется путем присоединения кислорода.

При высокой температуре этот процесс очень мало ускоряется, поэтому и скорость высыхания этих эмалей меньше.

Продолжительность высыхания по сравнению с сушкой в конвекционных установках сокращается в среднем в 8—10 раз.

Следует учесть, что для крупных узлов сложной конфигурации (особенно большой ширины), в которых расстояние разных участков поверхности от источника излучения колеблется в пределах 300—1000 мм, продолжительность сушки необходимо удваивать. Скорость нагрева деталей и скорость сушки падают при увеличении толщины металла.

Рис. 4. График зависимости продолжительности высыхания лакокрасочных материалов от толщины металла:
1 — эмаль ФСХ-23; 2 — эмаль ФСХ-15; 3 — грунт № 138; 4 — автоэмаль серая.

На рис. 4 показан график зависимости продолжительности высыхания различных лакокрасочных материалов от толщины металла изделий при температуре панелей 350°.

Радиационно-конвекционная сушка. Наряду с терморадиационными сушильными камерами, которые применяются во всех случаях, когда покрытие наносится методом электроокраски и во многих случаях после окраски распылением, получили применение радиационно-конвекционные камеры, в которых сушка производится как излучением, так и горячим воздухом. Радиационно-конвекционные камеры применяют в основном для сушки последних слоев покрытий. Чисто радиационная сушка требует соблюдения постоянного расстояния между окрашенной поверхностью и излучателем, так как в противном случае могут возникнуть местные перегревы поверхности и изменение оттенка покрытия в этом месте. Таким образом, покрытия на деталях сложной конфигурации с сильно выступающими частями в радиационной сушильной камере будут просыхать неравномерно. Кроме того, часто наружные светлые слои покрытия требуют более «мягких» (низкотемпературных) режимов, которые нецелесообразно создавать в радиационных камерах ввиду снижения их к. п. д. Поэтому радиационные камеры имеют ограниченную область применения.

В комбинированных радиационно-конвекционных камерах нагрев изделия более равномерен, хотя продолжительность сушки несколько увеличена. Излучающей поверхностью в них являются не отдельные панели, а вся поверхность внутренних стен камеры, представляющей собой туннель прямоугольного или круглого сечения с двойными стенками. Отдельно стоящая топка обычно работает на газе.

Продукты сгорания поступают из топки в коллектор, а оттуда в пространство между стенками камеры, нагревая внутреннюю, излучающую поверхность (выполненную из стального листа) до 300—450°. По выходе из излучателей они проходят через теплообменник, где нагревают до нужной температуры воздух, непрерывно подаваемый в рабочую часть сушилки. Схема движения воздуха та же, что и в обычных конвекционных сушильных камерах с частичной рециркуляцией. Радиационно-конвекционные камеры являются нестандартным оборудованием и выполняются по индивидуальным проектам.