彩涂基板工艺

普通彩涂基板的生产朱兆顺杨文博武钢集团鄂钢公司技术部，湖北鄂州 436002摘要：结合鄂钢冷轧薄板厂镀锌线的生产工艺及设备，对彩涂用热镀锌板的质量要求及质量控制作了分析，主要叙述了彩涂板的生产工艺和彩涂用热镀锌板的生产工艺，同时提出了对热镀锌板质量的改进措施。

关键词：彩涂基板；热镀锌工艺；涂层质量；气刀控制。

1 前言彩色涂层板在现代生产生活中应用比较广泛，其生产过程主要是在冷轧薄板表面涂敷上彩色涂料以改善其表面质量和抗腐蚀能力。

彩色涂层钢板的质量主要反映在涂层性能上，涂层的性能又分为力学性能、物理性能和抗腐蚀性能。

对于普通彩基板，在保证涂层性能条件下，可适当降低锌层重量以节约成本。

本文介绍了鄂钢冷轧薄板厂彩色涂层钢板基板用镀锌钢板的生产工艺与质量控制。

2 基板产品技术要求2.1基板表面质量要求影响彩涂工艺的镀锌板的表面缺陷主要有漏镀和锌花结构，其他缺陷还有锌粒、锌疤、折叠、裂纹、水印等。

2.2.1漏镀镀锌板出现漏镀的地方，涂层以后该位置同样会出现漏涂现象。

另一种漏镀的现象是漏钢，起因是热镀锌的基材由于某种原因生了很厚的黄锈，这种氧化皮在还原炉种又得不到充分还原，也会出现漏镀情况，漏镀的地方呈粗糙的针孔黑点。

由于漏镀会使彩涂过程也出现漏涂情况，所以作为彩涂基板的镀锌板不允许有漏镀缺陷。

2.1.2锌花结构锌花结构是指镀锌板表面锌花的大小、锌花的波动程度和锌层的厚度。

锌花结构好的镀锌板彩涂后的产品表面质量更高，更适合特殊用途。

有些后加工产品对镀锌板的表面质量要求更高，需要在小锌花的基础上再进行光整处理，经光整后完全消除了锌花，这种称为光整锌花的基材，平整度非常高，涂层后的产品用途范围更加广阔。

鄂钢公司冷轧薄板厂在镀锌机组配置了光整装置，生产的经光整后的无锌花镀锌板，更加适合彩涂工艺。

各型号的镀锌板锌层重量应符合表1的规定。

表1 锌层重量2.2基板外形尺寸要求生产彩色涂层板的基材板型对涂敷质量至关重要，影响涂层表面质量的板型缺陷主要有：浪边、瓢曲和镰刀弯。

2.2.1浪边和瓢曲浪边是指金属带材沿长度方向出现高低起伏的波浪形弯曲，使表面失去平直性。

瓢曲是指在钢板或钢带长度及宽度方向同时出现高低起伏波浪，称为“瓢形”的现象。

有浪边和瓢曲缺陷的基材在彩涂生产线上会出现边部漏涂现象，漏涂的形式因浪边和瓢曲的峰值和谷值呈间断性或连续性，大大影响涂层的表面质量。

特别是对于缠绕式辊涂机组，由于带钢正面涂层时有支撑辊支撑，正面较少出现漏涂，但是涂背面时，由于正面已涂上涂料，不可能用辊子往下压住带钢，因此容易出现漏涂现象，波浪度越大的浪边漏涂就显得越严重。

浪边和瓢曲不仅影响彩色涂层板的涂层质量，还因为其使涂敷辊各处受压力不均匀，对涂敷辊带来一定的危害，影响涂敷辊的寿命，加大产品的成本。

2.2.2镰刀弯镰刀弯又叫侧面弯，是指金属板、带沿长度方向的弯曲，一面呈凹入曲线，另一相对面呈凸出曲线，以凹入高度（mm）表示。

镰刀弯严重的板材作基材时，在生产线高速运行时容易出现跑偏的现象，影响带钢对中和导向。

同时由于带钢的经常左右偏移，在涂敷过程中容易刮伤涂敷辊的辊面，使正面涂层出现条状的刮痕纹。

在定点对定点涂敷方式时，还会出现混色现象，影响了涂层的外观质量。

板形还有沿长度方向扭曲、沿宽度方向扭曲、中间浪弯和中间厚边部薄等多种缺陷，这些都会影响彩涂的板面质量效果和物理性能的检测。

作为彩色涂层钢板基材热镀锌带钢宽度允许偏差见表2，镰刀弯最大值见表3，基材表面不平度见表4。

表2 基材宽度允许偏差表3 基材镰刀弯最大值表4 基材表面不平度2.3基板性能要求基材的工艺力学性能检验按其不同的基材种类和加工性能，主要有拉力试验、冷弯试验、锌层弯曲试验、杯突试验、锌层重量和硬度试验等几种。

热镀锌钢板力学和工艺性能应符合表5、表6、表7的规定。

表5 力学和工艺性能注：1.锌层弯曲，距试样边部5mm外不允许出现锌层脱落，但允许表面出现不漏钢基的裂纹。

2.钢基冷弯，试样弯曲处不允许出现裂纹和分层。

3.拉力试验，试样标距L0为80mm，宽度b0为20mm。

4.JG镀锌钢板和钢带的抗拉强度仅供参考。

表6 SC和CS类镀锌钢板及钢带的杯突冲压深度表7 杯突试验3 彩涂产品工艺及设备3.1彩涂板生产典型工艺流程入口钢卷小车上卷→开卷机→入口双切剪→缝合机→1#张力辊→1#纠偏辊→入口立式活套→2#纠偏辊→2#张力辊→1#碱洗装置→刷洗装置→2#碱洗装置→1#热水漂洗装置→2#热水漂洗装置→1#热风干燥装置→立式化涂机→立式化涂炉→3#张力辊→3#纠偏辊→初涂机→初涂固化炉→1#纠偏型雾化水冷装置→2#热风干燥器→4#张力辊→4#纠偏辊→1#精涂机→2#精涂机→精涂固化炉→2#纠偏型雾化水冷装置→3#热风干燥器→5#张力辊→5#纠偏辊→出口立式活套→6#纠偏辊→6#张力辊→出口剪→卷取机→卸卷小车→打捆→称重→检验、入库3.2彩色涂层钢板生产设备3.2.1入口段设备：钢卷小车、开卷机、夹送辊、剪切机、缝合机、去毛刺机、张力辊、预清洗槽、入口活套。

3.2.2 涂敷段设备二次碱洗槽、预涂机、烘干炉、初涂机、精涂机、固化炉、覆膜/印花机、冷却系统。

3.2.3出口段设备：出口剪、卷取机、卸卷小车、打捆机、成品磅。

4 彩涂基板镀锌工艺镀锌生产主要工艺流程如下：上卷→开卷→切头尾→焊接→脱脂（碱喷淋+碱刷洗+电解清洗+水刷洗+水清洗）→热风干燥→入口活套→退火还原→热镀锌→空气冷却→水淬冷却→热风干燥→光整→热风干燥→拉矫→钝化→耐指纹→烘干→出口活套→涂油→分切→卷取→卸卷、取样→称重→包装。

4.1表面清洗清洗段分为碱溶液喷淋清洗、碱溶液刷洗、电解清洗、水刷洗、水清洗，主要是清除带钢表面残留的油脂性物质。

4.1.1 喷淋段带钢浸入化学脱脂液之前，首先采用压力为0.4MPa～0.7MPa的脱脂液喷射带钢，以便击碎污染物硬壳。

脱脂液使用强碱性，不含硅酸盐的高效低泡脱脂粉，在中温下快速脱除带钢表面的矿物油、动植物油及其他油脂。

脱脂液浓度为1%～3%，即每立方米软水中加入10㎏～30kg脱脂粉并搅拌均匀。

脱脂温度为50℃～90℃。

4.1.2 碱刷洗段此段利用尼龙刷辊刷洗带钢表面，尼龙刷辊必须逆着带钢运行方向以不低于1200转/分的转速高速旋转。

刷辊距带钢表面压下量为20mm。

4.1.3电解脱脂段电解脱脂采用电流密度为20A/dm2的电流，脱脂液温度50℃～90℃，脱脂时间3秒～12秒；脱脂液浓度变化应小于2～5个碱点，每立方米槽液补加脱脂剂0.4kg～0.6㎏时，游离碱点可上升1～3点。

当槽液中油脂含量大于5g/m3时，碱点应处于最低值，此时槽液报废更新。

4.1.4清水刷洗和清洗段采用三对刷辊边喷边刷，水温65℃～80℃，喷水压力0.5MPa～0.7Mpa。

两级热水漂洗，应不间断向末级槽中补充净水，补充量为1t/h，再向初级漂洗槽溢流。

水刷洗槽用水来自初漂洗槽。

4.2连续退火带钢连续热镀锌生产中的退火炉，实际上和一般直通式连续退火炉相似。

它由预热炉、还原炉、冷却段三个基本部分组成。

热镀锌原板经过退火炉要达到两个目的。

第一，带钢在退火炉内要加热到一定温度。

首先在预热炉中把带钢预热到再结晶温度，然后在还原炉中把带钢加热到再结晶温度以上并保温、均热，然后带钢在冷却段被冷却到入锌锅温度。

第二，要使带钢具有以个清洁的无氧化物存在的活性表面，并且使带钢密封地进入锌锅中进行镀锌。

4.3 镀锌带钢经连续退火炉出来后进入锌锅，经锌锅内浸没辊后通过气刀吹刮带钢表面锌液，形成镀锌层，然后经过后续干燥和冷却。

4.3.1锌层重量(厚度)控制影响锌层重量有自然带锌量和刮锌量两个方面的因素：（1）影响自然带锌量的因素：主要是带钢的速度，一般性因素有锌液的含铁量（2）影响刮锌量的因素：主要有气刀气体的压力、气刀与带钢的距离、气刀缝隙的宽度、气刀距液面的距离、气刀的角度等；一般性因素有带钢的板型、钢带的张力、生产线的速度等。

一般情况下，钢带的速度越快，镀锌量越大。

这时因为生产线速度越快，泵升作用越强，带出的锌液越多；同时气流对锌液作用的时间越短，刮去的锌越少，这两方面的因素就使镀锌量增加。

4.3.2 气刀控制气刀系统是靠压缩后的气体通过气刀缝隙之后，能形成想刀一样的气流，对带钢表面从锌锅带出的锌液有“劈”和“刮”的作用，可以使其剥离开来，流回锌锅，从而将多余的锌液除去，较准确的控制镀锌量。

气刀控制镀锌量原理见下图。

图1 气刀控制锌层重量原理图（1）气刀气体角度对锌层厚度的影响：气刀两侧的吹气方向不应都垂直于板面，而应该相差1～2°。

如果气刀的角度都垂直板面，则两股气流的交汇线正好在带钢平面上的边缘处，超出钢带宽度的气流产生的漩涡会干扰边部的正常刮锌，从而可能产生边部过镀锌缺陷。

（2）气刀气体压力对镀锌量的影响：气刀压力同时影响刀气流的速度和质量两个方面，使决定锌层质量的最主要因素。

如果气刀的缝隙固定，气刀内气体的压力越大，气流速度则越快，喷到钢带表面的气体的质量越大，所以刮锌力越强，锌层重量越小。

（3）气刀与带钢的距离对镀锌量的影响：试验得出随着气刀与带钢距离的增加，镀锌量使增加的。

实际生产中，气刀与带钢的距离一般为15～30mm。

（4）气刀距锌液的高度对镀锌量的影响：在带钢的锌液未凝固时，气刀距离锌液的高度越大，则带钢表面的锌液由于重力流回锌锅的数量就越多，在其他条件不变时，镀锌量越小。

气刀系统由气刀本体、气刀升降装置、气刀专用风机等组成，安装在锌锅液面上方、带钢通过线的两侧。

图2 气刀结构原理图4.4表面处理（钝化）表面处理即向镀锌带钢表面均匀喷涂铬酸盐溶液，防止镀锌表面产生白锈，提高其耐腐蚀性能。

镀锌钝化产品不涂油，涂油产品不钝化。

钝化装置由钝化槽、两对喷淋喷嘴、两对挤干辊(一用一备)和循环系统组成。

4.5常见缺陷及原因分析热镀锌钢板的常见表面缺陷及产生原因见表8。

表8 热镀锌钢板常见表面缺陷及产生原因5 涂层质量控制5.1表面预处理预处理段一般包括脱脂和化学成膜两个工序，两工序在整个涂层工艺中起到承上启下的重要作用，是确保后续涂敷质量的关键步骤。

因此，只有控制好其操作质量，才能为后续涂敷工序打下良好的基础。

预处理的目的主要有两个方面：①提高涂层钢板的耐蚀性；②提高有机涂层与基板的附着力。

化学转化膜的形成方式主要有反应型和辊涂型两种。

（1）反应型化学转化膜形成过程要注意：处理液浓度、温度必须在规定范围内；挤干辊辊面应保持完好；喷淋法处理槽应保证喷嘴和喷管不堵塞，喷射压力在规定范围内；成膜段的出口处基材表面的膜层应是一层连续的，均匀的湿润水膜。

（2）辊涂型成膜的质量控制要注意：化学液的浓度和温度、辊面质量、辊间平行度、辊速和辊缝。

化学涂膜的膜层很薄，干燥温度也要求比较低。