陳志源，張 強

（中冶南方工程技術(shù)有限公司上海分公司，上海 201900）

0 前言

電鍍錫產(chǎn)品和電鍍鉻產(chǎn)品同為包裝材，生產(chǎn)工藝相近，因此國內(nèi)外有些包裝材生產(chǎn)廠家從靈活生產(chǎn)、節(jié)約建設(shè)總投資出發(fā)，設(shè)計了鍍錫和鍍鉻兩種工藝兼容的共用機組生產(chǎn)線。目前全世界共有鍍錫板及鍍鉻板生產(chǎn)線共約177條［1］，鍍鉻專用線約15條，鍍錫鍍鉻共用線約20條。其中，國外鍍錫／鍍鉻共用線保持連續(xù)生產(chǎn)切換的有2條，分別是荷蘭塔塔corus公司1條，韓國東部制鋼1條。國內(nèi)除在中山中粵馬口鐵工業(yè)有限公司有1條鍍錫／鍍鉻兩用生產(chǎn)線外，其他大型鋼鐵企業(yè)還沒有鍍錫／鍍鉻共用線。

本文重點介紹了鍍錫／鍍鉻兩用機組在切換點后的雙通道工藝流程及前處理、電鍍、軟熔、鈍化主要工藝設(shè)備情況。由于本機組是一條高速超薄鍍錫／鍍鉻兩用生產(chǎn)機組，其生產(chǎn)工藝及設(shè)備配置與傳統(tǒng)鍍錫及鍍鉻機組有所差異，本文旨在說明鍍錫／鍍鉻兩用機組生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)電鍍錫／電鍍鉻工藝的不同處，并對主要工藝選型進行探討。

1 電鍍錫／鍍鉻兩用機組工藝流程

1.1 電鍍錫／鍍鉻兩用機組生產(chǎn)工藝

本次建設(shè)的兩用機組電鍍錫段和電鍍鉻段工藝都采用弗洛斯坦不可溶陽極法，其中電鍍鉻采用二步法電鍍工藝。兩用機組采用“先鍍鉻、后鍍錫”的工藝布置，先鍍鉻工藝降低清洗后距離過長導致的氧化、生銹出現(xiàn)鍍后白斑、色差等問題的風險［2］，后鍍錫減輕鍍后因帶鋼通道過多生成黑灰的風險［3］；本次鍍錫鍍鉻兩用機組入口、出口各采用一套圓盤剪，入口段圓盤剪用于鍍錫產(chǎn)品切邊，出口段圓盤剪用于鍍鉻產(chǎn)品切邊；由于鍍鉻產(chǎn)品表面硬度高、對圓盤剪要求較高，采用進口圓盤剪，鍍錫產(chǎn)品則采用國產(chǎn)圓盤剪。

1.2 電鍍錫／鍍鉻兩用機組工藝流程

如圖1所示，機組在切換點后電鍍工藝有兩個流程：

鍍鉻流程：酸洗—酸沖洗—電鍍金屬鉻—沖洗—電鍍氧化鉻—沖洗。電鍍鉻采用含NH4F體系鍍液，第一步電鍍金屬鉻設(shè)置1個預浸槽，預浸槽鍍液采用獨立循環(huán)以控制電鍍液中Fe離子濃度。預浸后設(shè)置5個電鍍槽，單面電鍍電流4.5 kA／道，電鍍電壓30 V，極板20套。電鍍槽后設(shè)置2個帶出槽，帶出槽用于清洗帶鋼并防止電鍍液隨帶鋼帶去。之后帶鋼進入電鍍氧化鉻段，設(shè)有1個預浸槽1個氧化鉻鍍槽，單面電鍍電流7.5 kA／道，電鍍電壓30 V，極板4套，鍍氧化鉻段帶出槽3個，通過二步電鍍后在帶鋼表面覆上一層金屬鉻和氧化鉻薄膜，經(jīng)過清洗后然后烘干、糾偏轉(zhuǎn)向通過雙通道送往切換點。

鍍錫流程：酸洗—酸沖洗—保濕—電鍍錫—邊部打印、中部打印—軟熔—后處理（鈍化）。電鍍錫采用含MSA鍍液，帶鋼經(jīng)酸洗、沖洗后通過旁通經(jīng)保濕槽送往鍍錫鍍槽。設(shè)置1個預浸槽，預浸槽鍍液采用獨立循環(huán)，帶鋼在微酸性環(huán)境中去除保濕過程中的氧化膜。電鍍錫槽數(shù)量為10個，單面電鍍電流4.5 kA／道，電鍍電壓30 V，極板40套。電鍍槽后面設(shè)置了3個帶出槽，用于清洗帶鋼并防止電鍍液隨帶鋼帶去，帶出槽的溶液含微量的電鍍液，通過蒸發(fā)器濃縮后返回電鍍循環(huán)系統(tǒng)使用。帶出槽之后設(shè)置1個助熔槽，通過添加助熔劑為接下來的軟熔處理做準備，均勻鍍層的光亮度，預防鍍層缺陷發(fā)生。帶鋼經(jīng)助溶處理之后進入擠干、烘干、糾偏、轉(zhuǎn)向輥等，進入邊部打印機和滿幅打印機在帶鋼表面作記號，以區(qū)分差厚鍍層。隨后帶鋼進入軟熔段，通過全感應(yīng)軟熔將帶鋼表面的鍍錫層溶化，立即進入水淬槽進行冷卻，調(diào)整合金層的厚度。之后帶鋼進入后處理設(shè)備，經(jīng)后處理（鈍化）后在帶鋼表面覆上一層鈍化薄膜。后處理設(shè)備包括2個含鉻化學處理槽，1個無鉻化學處理槽，2個帶出槽，可通過停機穿帶切換不同的通道實現(xiàn)有鉻鈍化和無鉻鈍化切換生產(chǎn)，后處理段單面電鍍電流3.0 kA／道，電鍍電壓20 V，極板6套，帶鋼經(jīng)過帶出槽清洗后清除帶鋼表面的化學溶液，然后烘干、糾偏轉(zhuǎn)向通過雙通道送往切換點。

圖1 切換點后電鍍工藝示意圖

2 電鍍錫／鍍鉻兩用機組工藝設(shè)計選型

2.1 機組產(chǎn)品概況

產(chǎn)品規(guī)格：厚度0.12～0.55 mm，寬度700～1 230 mm

產(chǎn)品品種：一次材（SR）和二次材（DR）

設(shè)計產(chǎn)量20萬噸，鍍錫層厚度為：0.5 g／m2、1.1 g／m2、2.8 g／m2、5.6 g／m2、8.4 g／m2、11.2 g／m2。

鍍鉻層厚度：金屬鉻最小厚度為50 mg／m2，最大厚度為 150 mg／m2；氧化鉻最小厚度為5 mg／m2，最大厚度為 35 mg／m2。

2.2 前處理工藝

前處理用來除去帶鋼表面的油、干油和氧化物，鍍前原板清潔度越高，鍍錫／鍍鉻板耐蝕性能越好［4］。前處理工藝的選擇基于生產(chǎn)產(chǎn)品表面殘留物量、表面質(zhì)量狀態(tài)以及生產(chǎn)速度，本次新增的電鍍錫／電鍍鉻共用機組生產(chǎn)線同時生產(chǎn)一次材和二次材，選用堿洗、電解清洗、堿刷洗、漂洗、烘干、拉矯、電解酸洗、酸沖洗、烘干工藝。若只生產(chǎn)一次鍍錫／鍍鉻產(chǎn)品，由于前道工序連退或罩退后的產(chǎn)品殘油殘鐵量較小，清洗能力可以減?。蝗舨捎谜滞嗽匣蜻B退成品板型不佳，可采用先拉矯，后堿洗、電解清洗、漂洗、電解酸洗、電鍍工藝。

2.3 電鍍工藝

常見的鍍鉻電鍍液分類有：（1）以氟化物為催化劑的鍍鉻工藝；（2）以氯、溴、碘及穩(wěn)定的羧酸作催化劑的鍍鉻工藝；（3）以稀土作添加劑的鍍鉻工藝。

一般來說將只含H2SO4為添加劑的標準鍍鉻溶液稱為第1代鍍鉻液，將含有氟的復合鍍鉻及使用MgO和H3BO3的快速鍍鉻稱為第2代鍍鉻，將不含氟化物無腐蝕的高效鍍鉻工藝稱為第3代鍍鉻工藝。在第3代鍍鉻添加劑中有：烷基磺酸、鹵化物、鹵酸鹽、鹵代羧酸、鹵代二羧酸、氨基酸、吡啶羧酸、稀土化合物、羥基酸、乙二酸、醛類等。但第三代電鍍液成本較高，在一定程度上會影響其推廣應(yīng)用［5］，目前世界上主流電鍍鉻機組還是以第2代電鍍液為主。本工程選用新日鐵公司傳統(tǒng)設(shè)計以氟化銨為添加劑的電鍍液，鍍液鉻酸酐濃度為150 g／L，氟化銨濃度 3.5 g／L。

常見的鍍錫電鍍液有兩種：一種是苯酚磺酸鍍液體系（PSA），一種是新型環(huán)保的甲基磺酸鹽（MSA）。甲基磺酸鹽鍍錫與苯酚磺酸鍍錫相比具有如下優(yōu)點：無毒及完全生物降解，廢水處理簡單，不含游離酚類等有毒物質(zhì)，沉積物產(chǎn)生率低，生產(chǎn)范圍寬，高導電性，降低能源消耗，運行速度高，運行成本低等優(yōu)點，相比傳統(tǒng)30 g／L的PSA電鍍工藝，MSA電鍍工藝可以在14 g／L的錫濃度下工作，減少錫帶出損耗；MSA鍍液對鐵離子污染的容忍性高，最高可達30 g／L，在鐵離子濃度15 g／L時，傳統(tǒng)PSA鍍液工藝的錫泥損失2%～3%，而MSA鍍液工藝只有0.7%的錫泥損失。MSA電鍍后產(chǎn)品與PSA電鍍后產(chǎn)品相比顏色偏黃，下游用戶習慣接受PSA電鍍后產(chǎn)品可能需經(jīng)過一段驗證試驗適應(yīng)期。隨著目前國內(nèi)首鋼、沙鋼、中山中粵、梅鋼等大型鋼鐵廠都開始投產(chǎn)并運行MSA鍍液體系的電鍍錫機組，其應(yīng)用將越來越成熟，MSA工藝鍍錫也向著產(chǎn)品低鉛、無鉻化處理方向發(fā)展，必將成為未來的發(fā)展趨［6］。

2.4 軟熔工藝

軟熔目的是為了消除原板電鍍錫后錫層的針孔，并在錫層與基板之間形成具有高耐蝕性能的錫鐵合金層，常用軟熔方法有：電阻軟熔、全感應(yīng)軟熔和聯(lián)合軟熔。本機組采用全感應(yīng)加熱法軟熔，高頻全感應(yīng)加熱法具有加熱速度快，有利于減少錫層氧化，溫度控制精度高，不與帶鋼接觸，能減少燒點缺陷等優(yōu)點，在歐洲高速電鍍錫機組中應(yīng)用較多［7－11］。

本工程感應(yīng)加熱器頻率是170 kHz，額定功率是3 100 kW（根據(jù)帶鋼規(guī)格調(diào)整），感應(yīng)加熱器移動行程4.5 m。本工程感應(yīng)軟熔頻率選擇較高，對交流電流頻率波動控制較好，錫層在熔融時流動頻率與加熱器頻率成正比，流動較均勻，不易產(chǎn)生木紋缺陷。同時嚴格控制加熱溫度與時間，減少過熱斑和水淬斑缺陷發(fā)生。

2.5 鈍化工藝

本工程鍍錫鈍化采用5槽鈍化，滿足多種鈍化工藝的要求以及節(jié)水要求。具備噴涂式無鉻鈍化能力，通過在鈍化后增加噴涂式無鉻鈍化設(shè)備，可實現(xiàn)311鈍化及無鉻鈍化切換。以滿足歐洲等地區(qū)提出的無鉻鈍化要求，并實現(xiàn)鈍化液零排放。鈍化工藝示意圖如圖2所示。

圖2 鈍化工藝示意圖

2種鈍化生產(chǎn)過程分別如下：

311鈍化流程：帶鋼經(jīng)C1、C2槽鈍化，R1槽空過，R2、R3槽帶出。

無鉻鈍化流程：帶鋼跳過C1、C2槽，進入R1槽前處理，經(jīng)R2、R3槽帶出后擠干，無鉻鈍化液噴涂，平整輥平整，測量膜厚，烘干。

311鈍化液為重鉻酸鈉，濃度25 g／L。無鉻鈍化前處理液為碳酸鈉，無鉻鈍化液為鉬酸鹽與植酸體系鈍化液［12－14］，電鍍電壓30 V，單面電鍍電流每道3 kA，極板6套。

3 結(jié)語

本文介紹了國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)鍍錫鍍鉻共用機組工藝設(shè)計流程及主要工藝選型，從機組設(shè)備組成、工藝流程等方面介紹了鍍錫／鍍鉻兩用機組的技術(shù)特點、裝備水平，重點介紹了鍍錫／鍍鉻雙通道的工藝流程和鈍化、電鍍、軟熔工藝，為國內(nèi)自主設(shè)計鍍錫／鍍鉻雙通道兩用機組起到一定參考作用。

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