涂镀层钢板技术的发展(下)

2002-09-05 00:00 来源: 我的钢铁 作者:mysteel
    1、电镀锌
    1.1 电镀锌生产工艺
    电镀锌工艺主要有以下几种:卧式槽工艺,立式槽工艺和径向槽工艺。
    卧式槽工艺有数种,主要有新日铁的LCC-H法,川崎制铁的QCD-H法,NKK和松德维奇的半双槽法;立式槽工艺有住友技术及安德鲁茨重力槽法,近年来重力槽法发展较快;径向槽型式又分为:美钢联式,ITALSIDER式,TDM式等,以美钢联的CAROSEL法较多。其中以80年代开发的重力法优点多些,主要有如下几点:
   (1)不需要设置边部屏蔽罩。
   (2)单双面电镀产品切换很方便,不必停机,也不需要过渡卷。
   (3)电镀过程产生的氢气逸出很方便。
   (4)带钢与阳极之间距离小,仅为8mm,可节省电能。
   (5)使用涂钛不溶阳极,对电镀液无影响,并省掉了频繁更换阳极的操作。
   (6)电流效率高,可达98%。
   因此近年来重力槽法发展比较快[1-4]
     1.2 电镀锌板生产技术趋势
    (1)机组向高产能力发展。机组向高产能力发展,20世纪80年代中以来,全世界约兴建了10余套设计能力在25万t/a以上的机组,其中能力最大的机组当属美国USS与福特汽车公司合资的Desco厂的电镀锌机组,设计能力达77万t/a。
    (2)强化表面清洗。趋向高密度电流清洗,也有在入口活套装置前后分别设预清洗段、清洗段及电解清洗段,以提高板面清洁度。
    (3)设置拉矫机。入口设带喷淋装置的拉矫机以改善板面平直度。
    (4)发展重镀工艺。镀层趋向加厚,单面镀层最大厚度已超过120g/m2,以适应汽车工业需求。
    (5)缩小带钢与阳极间距,降低电耗。
    (6)提高电镀液与带钢相对流速,防止电镀液局部贫化。
    (7)提高电流效率,最高可达98%。
    (8)采用不溶性阳极。新型不溶性阳极寿命可达4000h以上,不但省掉了频繁更换阳极的麻烦,使镀液清洁,而且由于极板稳定,镀层更均匀。
    (9)单、双面电镀更换更加灵活。
    (10)发展锌合金镀层板。发展生产锌镍合金镀层板,采用Carosel工艺还可生产锌铁合金镀层板,以满足汽车工业需求。
    (11)采用多种后处理。设有活化处理、磷化处理、钝化处理及涂有机涂层等后处理,以满足用户各种要求。
    (12)趋向全线交流调速电机传动,高水平自动化控制。
    1.3 我国镀锌板生产概况
    1979年武钢建成了我国第1套产能15万t/a的热镀锌机组,80年代宽带热镀锌年产量很低。到了90年代,陆续建设了十余套连续镀锌机组,连续镀锌生产获得空前发展。加上宝钢1550冷轧厂2000年刚投入运转的2套镀锌机组,及天津南辰镀锌机组,镀锌机组总设计能力达245万t/a,其中电镀锌机组设计能力40万t/a。已投产的镀锌机组很多已超过设计能力,如本钢、攀钢热镀锌机组2000年生产镀锌板均超过设计能力30%以上。目前正在建设的热镀锌机组有3套,鞍钢2套40万t/a热镀锌机组,邯钢1套30万t/a热轧板热镀锌机组,共计120万t/a设计能力。
    我国镀锌板生产存在如下问题:
    (1)机组单套产能小
    除宝钢4套镀锌机组中有3套设计能力较大外,其余机组设计能力均在20万t/a以下,宝钢以外的12套连续镀锌机组平均设计产能只有11.2万t/a,单套机组产能小。
    (2)建材型镀锌机组
    除刚刚投产的宝钢1550冷轧厂的镀锌机组外,其余的镀锌机组均为建材型的,还能生产一些家电镀锌板,不能生产轿车镀锌板。缺少高质量镀锌板。
    (3)缺少锌合金镀层板
    锌合金镀层板性能更为优越,其中锌铝,铝锌、锌铁及锌镍等合金镀层板在国外已有相当大的生产份额,我国仅武钢及宝钢刚投产的1550冷轧厂的热镀锌机组能生产少量锌铁合金镀层板。
    (4)使用外购原料机组多
    建成的16套机组中有9套使用外购镀锌基板,约占总产能的34.7%,这些机组大量使用进口原料。
    (5)分布不均衡
    镀锌机组基本建在我国东部,集中在华东,中南及东北;西南、华北地区各有1套热镀锌机组,西北地区还设有宽带连续镀锌机组。
    (6)产品质量不尽人意
    由于基板质量不理想、装备水平低等原因,有相当数量的镀锌板质量只能满足较低质量要求。
    2、彩涂板
    2.1 彩涂板生产工艺
    按涂装方式彩涂板生产工艺主要分为辊涂法、贴膜法及粉涂法3种(幕流法世界仅1套,这里从略)。
    现将其工艺特点分别简述如下:
   (1)辊涂法
    辊涂法是应用得最广泛的一种工艺方法,全世界共有300余套这种类型的机组。
    在工艺段带材先经过碱液清洗、漂选、脱油除污,再进行表面预处理(铬化或磷化)、干燥,带材进入涂装室,由涂装机的沾料辊沾液态涂料,经涂敷辊将涂料涂到带材的上、下表面,涂有湿膜的带材进入固化炉加热烘烤,温度由低至高,将湿膜中的溶剂完全挥发出去,并将含溶剂的废气排出送至焚烧炉处理。涂层固化后的带材要经过淬水冷却、热风干燥。
    辊涂工艺通常受涂装机一次涂湿膜厚度及烘烤固化炉溶剂负荷的限制,若产品要求涂膜厚度大,则要多次涂敷及烘烤固化,因此辊涂机组分为一涂一烤、二涂二烤、三涂三烤等多种类型,这样不但能满足不同涂层厚度的要求,还可以更经济合理地利用涂料。世界上二涂二烤机组最多。
    辊涂工艺机组可以高速、大产量生产。产品广泛用在室外建筑上,也用在室内装饰、家电、家具、器具等领域。
    (2)贴膜法
    采用贴膜法生产彩涂板其涂装前的预处理基本与辊涂法相同,预处理后带材下表面涂背漆,再将PVC塑胶膜用热固粘结剂贴在基板的上表面,经冷却、压平,就获得了外观美丽的彩色贴膜板。有些彩涂机组是辊涂与贴膜两用机组,在同一机组上,可用两种工艺分别生产辊涂与贴膜两种类型彩涂板。
    这种贴膜彩涂板外观美丽,具有防火、耐腐蚀,抗酸碱等性能,其耐火性、抗污染性具佳。但价格较高,其产品主要应用于家电、家具、室内装饰及车船内部装饰。这类机组一般生产能力较小。
   (3)粉涂法
    粉涂法是一种新工艺,其分为粉末枪与粉末云两种技术,几年前在欧洲与日本等地已经有多套采用粉末枪技术的彩涂机组投产,其工艺速度低,生产能力小。最近美国开发的MSC粉末云工艺使粉涂技术有很大提高。其工艺如下:
    粉涂法的预处理类似于传统的辊涂法预处理,也需要将带材表面碱液清洗脱油除污,表面铬化、热风干燥。预处理后的基板外表面涂上粉末粘结剂,经感应加热到175℃,进行干燥,形成5-10μm的干燥膜,再通过辊冷将基板冷却到40℃,处理好的基板穿过装在箱体里的粉涂装置、粉涂装置处在一个强大的静电场下,粉末旋转刷产生涂料粉末云,形成粉末云的固体涂料颗粒带有很高的电荷,飞向高速运行的基板,产生足够大的边界穿透力,粉末颗粒便均匀地沉积在带钢表面上。
    涂上干粉膜的带材通过2个感应式固化炉进行固化,及1个保温炉处理,经淬水冷却,完成了工艺段处理。
    粉涂法产品涂膜厚度、色彩、光泽均匀;耐划伤、抗腐蚀、抗粉化、抗褪色性好;涂料中没有溶剂,也没有热固粘结剂,无爆炸及火灾防患;是环保安全型工艺。
    其产品应用于建筑、轻工、家电、家具、计算机等领域。
    2.2 彩涂板生产技术发展趋势
    彩涂板生产技术总发展趋势如下:
    (1)采用高质量的基板
    无论采用哪种涂装工艺对基板的技术要求都愈来愈高。大多钢基彩涂板要求平整锌花,无锌花热镀锌钢卷或电镀锌钢卷,近年有增加锌合金镀层卷做基板的趋势,贴膜彩涂板多采用冷轧卷做基板,某些高档产品还以不锈钢做基板,无论哪种基板对表面,板形及尺寸精度的要求都很高。
   (2)改进预处理工艺
    预处理与基板及涂料紧密配合,应用新的预处理工艺系统,增加预处理液的稳定性,增强彩涂板抗蚀性和可挠性,减轻环境污染。
    (3)注重新涂料的开发
    对一般的聚酯、聚偏氟乙烯(PVDF)和塑料溶胶等涂料系统进行改良,获得超级颜色重现性;更好的抗紫外线、抗SO2、抗污染性;提高抗腐蚀性、抗划伤性。以获得超级耐环境腐蚀性能。国外近些年还推荐使用水基液态涂料,以改善环保问题。
   (4)机组设备更完善
    彩涂机组设备更趋完善,辊涂机组最具代表性:
    ①设置拉伸矫直机,在机组入口段设带蠕动塔的拉伸矫直机,这不但改善了板形,还能防止机组换卷送料系统停车时在带材表面留下痕迹;
    ②新型双涂头涂装机,新型双涂头涂装机,两涂头上下布置,采用液压驱动更换涂敷辊,仅需1-2s就能完成换色,并减少占地面积;
    ③新型单滑轨涂装机,最近研制出这种涂装机,并装有压力传感器,消除了辊系间多重间隙误差,比传统的堆积式滑轨涂装机涂装精度高,能实施涂层厚度最佳控制,节约涂料;此外,涂装机辊子调整采用步进电机,驱动系统设在涂装室外,不必采用防爆电机;
    ④高效安全的固化炉,设有各段炉温自动控制,带材垂度控制,可溶挥发物浓度控制等系统,使固化炉高效安全运行,采用高质量燃料或间接燃烧热风加热并附设废气焚烧炉,以保护环境,节约能源;
    (5)蓄热式焚烧炉,采用蓄热式焚烧炉能将99%以上的挥发溶剂焚烧干净,环保好,又能大大降低燃耗,所排烟气温度低于200℃,因此不必设余热锅炉。
    (6)PET复合贴膜彩色板技术兴起
    近年来英国贝克斯公司开发的PET复合贴膜彩色技术兴起,PET是指聚乙烯对苯二(甲)酸盐,一般使用透明的25μm厚的膜,广泛用做磁性录音材料、照象、电绝缘、电容器和包装材料的基膜。PET膜力学性能好,具有良好的耐热性;除强碱外,具有良好的抗化学腐蚀性;抗温性;抗污染性;抗去污剂和抗溶剂性。
    PET复合贴膜彩色板是一种为PET膜与油漆复合涂装技术,透明的PET膜层压到彩涂板的表面;另一种为层压PET膜底部印画彩涂技术,用直接照象印画法将图画印到PET膜上,再用厚度约5μm聚乙烯类树脂粘结剂将印好的PET膜层压到涂好底漆的基板上,底漆多采用热固化性的环氧树脂。
    (7)注重产品的多样化、高档化
    全世界彩涂板生产动向是趋向产品的多样化、高档化,目前已有近1000种花色品种。
    (8)粉末云工艺引起关注
    最近美国MSC研制出粉末云涂装技术,其产生的静电压比粉末枪技术约大1000倍,可以对基板边界产生足够大的穿透力,单位区域内粉末通过量可以提高3-9倍,首次粉末沉积率约提高1倍,可达到90%。1999年夏已有MSC粉末云彩涂机组投产,涂装带钢宽度达1300 mm,机组工艺段速度为100m/min。
    粉末涂装工艺很有优势,主要有如下几方面:①生产安全环保好,涂料无溶剂,生产中不产生易爆易燃挥发物;②产品性能更佳,涂层厚度、色彩光泽均匀,耐划伤,耐腐蚀性更好,品种更多;③节约建设投资。省去庞大的涂装室的通风系统,庞大的固化炉、焚烧炉及相应的钢结构平台等,降低了投资;④生产成本低,降低了投资,涂料费,人工费及能耗,因此生产成本低。
    MSC粉末云技术能适应高速高效涂装,克服了粉末枪技术的缺点,具有很强的竞争能力,引起了业内人士广泛关注。
    2.3 我国彩涂板生产概况
    我国彩涂板生产起步晚,20世纪80年代末才开始陆续建设彩涂机组,目前共有10套彩涂机组在生产,总设计能力约60万t/a。
    由于彩涂板市场需要的薄规格比例大,订单批量小等原因,多数彩涂机组还没有达到设计能力,10套彩涂机组中以宝钢彩涂机组每年生产量最大,约17万t/a,以大连浦金彩涂机组运行得最好,作业率很高,设计能力5万t/a的机组(工艺速度60m/min),2000年生产彩涂板10万t。
目前宝钢与海尔集团分别在建设2号彩涂机组,设计能力分别为17万t/a与7万t/a,均为建材型机组。宝钢2号彩涂机组将生产高档建材彩涂板。
    我国彩涂板生产及应用存在下述问题:
    (1)质量不够稳定
    一些企业产品在涂层色差、光泽、板形、漏涂等方面存在问题。
    (2)涂料存在问题
    国产涂料品种、质量不能完全满足要求;进口涂料价格高,提高了涂装成本,降低了竞争力;贴膜彩色板所需塑胶膜尚需依赖进口。
    (3)基板质量不尽人意
    目前国内彩涂基板无论是质量还是数量还不能完全满足要求,每年基板进口量很大。
    (4)配套技术跟不上
    彩涂板应用设计规范不够系统,缺乏加工技术及相关材料的系统配套。
    (5)应用推广力度不够
    许多用户缺少彩涂板应用知识,相当数量的用户选择彩涂板停留在色彩、价格选择上。
    3 结语
    涂镀层钢板是一种技术含量高,具有高附加值的钢材,是重要钢材品种之一。20世纪90年代涂镀层钢板在我国发展迅速,但还远不能满足市场需求,特别是镀锌板、彩涂板,由于市场前景好,不少钢厂都在筹划建设新的生产机组。筹建中首先明确市场定位及前工序特点再确定涂镀层的工艺、设备及规模,才能更好地发挥出投资效果,使产品更具有竞争力。
参 考 文 献
1 沈永淦,李忠娟,董雁鹏.中国钢铁统计[R]。国家冶金工业局规划发展司、冶金信息标准研究院,2000年。
2 宣梅灿,邵文华.宝钢1420冷轧生产线新技术应用介绍.[J].轧钢,1997,(1)。
3 王亚科.彩涂板产需扫描.中国冶金报,[N],1999年10月30日。
4 DavidJ.Ward.汽车用镀锌产品及其对生产线配置的影响.钢铁[J],2000,35。
作者:宋 加(北京钢铁设计研究总院)


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