電鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組的工藝流程

陳志源，張 強(qiáng)

（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(guó)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(jì)了鍍錫和鍍鉻兩種工藝兼容的共用機(jī)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(zhuān)用線約15條，鍍錫鍍鉻共用線約20條。其中，國(guó)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(guó)東部制鋼1條。國(guó)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(méi)有鍍錫／鍍鉻共用線。

本文重點(diǎn)介紹了鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組在切換點(diǎn)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(jī)組是一條高速超薄鍍錫／鍍鉻兩用生產(chǎn)機(jī)組，其生產(chǎn)工藝及設(shè)備配置與傳統(tǒng)鍍錫及鍍鉻機(jī)組有所差異，本文旨在說(shuō)明鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)電鍍錫／電鍍鉻工藝的不同處，并對(duì)主要工藝選型進(jìn)行探討。

1 電鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組工藝流程

1.1 電鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組生產(chǎn)工藝

本次建設(shè)的兩用機(jī)組電鍍錫段和電鍍鉻段工藝都采用弗洛斯坦不可溶陽(yáng)極法，其中電鍍鉻采用二步法電鍍工藝。兩用機(jī)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(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的氧化、生銹出現(xiàn)鍍后白斑、色差等問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)［2］，后鍍錫減輕鍍后因帶鋼通道過(guò)多生成黑灰的風(fēng)險(xiǎn)［3］；本次鍍錫鍍鉻兩用機(jī)組入口、出口各采用一套圓盤(pán)剪，入口段圓盤(pán)剪用于鍍錫產(chǎn)品切邊，出口段圓盤(pán)剪用于鍍鉻產(chǎn)品切邊；由于鍍鉻產(chǎn)品表面硬度高、對(duì)圓盤(pán)剪要求較高，采用進(jìn)口圓盤(pán)剪，鍍錫產(chǎn)品則采用國(guó)產(chǎn)圓盤(pán)剪。

1.2 電鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組工藝流程

如圖1所示，機(jī)組在切換點(diǎn)后電鍍工藝有兩個(gè)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(gè)預(yù)浸槽，預(yù)浸槽鍍液采用獨(dú)立循環(huán)以控制電鍍液中Fe離子濃度。預(yù)浸后設(shè)置5個(gè)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(gè)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(jìn)入電鍍氧化鉻段，設(shè)有1個(gè)預(yù)浸槽1個(gè)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(gè)，通過(guò)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(guò)清洗后然后烘干、糾偏轉(zhuǎn)向通過(guò)雙通道送往切換點(diǎn)。

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(guò)旁通經(jīng)保濕槽送往鍍錫鍍槽。設(shè)置1個(gè)預(yù)浸槽，預(yù)浸槽鍍液采用獨(dú)立循環(huán)，帶鋼在微酸性環(huán)境中去除保濕過(guò)程中的氧化膜。電鍍錫槽數(shù)量為10個(gè)，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(gè)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(guò)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(gè)助熔槽，通過(guò)添加助熔劑為接下來(lái)的軟熔處理做準(zhǔn)備，均勻鍍層的光亮度，預(yù)防鍍層缺陷發(fā)生。帶鋼經(jīng)助溶處理之后進(jìn)入擠干、烘干、糾偏、轉(zhuǎn)向輥等，進(jìn)入邊部打印機(jī)和滿(mǎn)幅打印機(jī)在帶鋼表面作記號(hào)，以區(qū)分差厚鍍層。隨后帶鋼進(jìn)入軟熔段，通過(guò)全感應(yīng)軟熔將帶鋼表面的鍍錫層溶化，立即進(jìn)入水淬槽進(jìn)行冷卻，調(diào)整合金層的厚度。之后帶鋼進(jìn)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(gè)含鉻化學(xué)處理槽，1個(gè)無(wú)鉻化學(xué)處理槽，2個(gè)帶出槽，可通過(guò)停機(jī)穿帶切換不同的通道實(shí)現(xiàn)有鉻鈍化和無(wú)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(guò)帶出槽清洗后清除帶鋼表面的化學(xué)溶液，然后烘干、糾偏轉(zhuǎn)向通過(guò)雙通道送往切換點(diǎn)。

圖1 切換點(diǎn)后電鍍工藝示意圖

2 電鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組工藝設(shè)計(jì)選型

2.1 機(jī)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(jì)產(chǎn)量20萬(wàn)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(lái)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(jī)組生產(chǎn)線同時(shí)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??；若采用罩退原料或連退成品板型不佳，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(jiàn)的鍍鉻電鍍液分類(lèi)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(lái)說(shuō)將只含H2SO4為添加劑的標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻溶液稱(chēng)為第1代鍍鉻液，將含有氟的復(fù)合鍍鉻及使用MgO和H3BO3的快速鍍鉻稱(chēng)為第2代鍍鉻，將不含氟化物無(wú)腐蝕的高效鍍鉻工藝稱(chēng)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(lèi)等。但第三代電鍍液成本較高，在一定程度上會(huì)影響其推廣應(yīng)用［5］，目前世界上主流電鍍鉻機(jī)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(jì)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(jiàn)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(diǎn)：無(wú)毒及完全生物降解，廢水處理簡(jiǎn)單，不含游離酚類(lèi)等有毒物質(zhì)，沉積物產(chǎn)生率低，生產(chǎn)范圍寬，高導(dǎo)電性，降低能源消耗，運(yùn)行速度高，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)鐵離子污染的容忍性高，最高可達(dá)30 g／L，在鐵離子濃度15 g／L時(shí)，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(hù)習(xí)慣接受PSA電鍍后產(chǎn)品可能需經(jīng)過(guò)一段驗(yàn)證試驗(yàn)適應(yīng)期。隨著目前國(guó)內(nèi)首鋼、沙鋼、中山中粵、梅鋼等大型鋼鐵廠都開(kāi)始投產(chǎn)并運(yùn)行MSA鍍液體系的電鍍錫機(jī)組，其應(yīng)用將越來(lái)越成熟，MSA工藝鍍錫也向著產(chǎn)品低鉛、無(wú)鉻化處理方向發(fā)展，必將成為未來(lái)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(jī)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(diǎn)缺陷等優(yōu)點(diǎn)，在歐洲高速電鍍錫機(jī)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(dòng)行程4.5 m。本工程感應(yīng)軟熔頻率選擇較高，對(duì)交流電流頻率波動(dòng)控制較好，錫層在熔融時(shí)流動(dòng)頻率與加熱器頻率成正比，流動(dòng)較均勻，不易產(chǎn)生木紋缺陷。同時(shí)嚴(yán)格控制加熱溫度與時(shí)間，減少過(guò)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(mǎn)足多種鈍化工藝的要求以及節(jié)水要求。具備噴涂式無(wú)鉻鈍化能力，通過(guò)在鈍化后增加噴涂式無(wú)鉻鈍化設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)311鈍化及無(wú)鉻鈍化切換。以滿(mǎn)足歐洲等地區(qū)提出的無(wú)鉻鈍化要求，并實(shí)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(guò)程分別如下：

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

無(wú)鉻鈍化流程：帶鋼跳過(guò)C1、C2槽，進(jìn)入R1槽前處理，經(jīng)R2、R3槽帶出后擠干，無(wú)鉻鈍化液噴涂，平整輥平整，測(cè)量膜厚，烘干。

311鈍化液為重鉻酸鈉，濃度25 g／L。無(wú)鉻鈍化前處理液為碳酸鈉，無(wú)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(yǔ)

本文介紹了國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)鍍錫鍍鉻共用機(jī)組工藝設(shè)計(jì)流程及主要工藝選型，從機(jī)組設(shè)備組成、工藝流程等方面介紹了鍍錫／鍍鉻兩用機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)、裝備水平，重點(diǎn)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(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)鍍錫／鍍鉻雙通道兩用機(jī)組起到一定參考作用。

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