國產(chǎn)鋁合金罐蓋涂層生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議

張建輝

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著建筑、包裝、汽車等與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的行業(yè)的不斷發(fā)展，同時(shí)為了滿足當(dāng)今社會(huì)日益增長(zhǎng)的對(duì)于環(huán)保、節(jié)能方面的需求，鋁板帶材的應(yīng)用范圍越來越廣泛，因此許多大型、復(fù)雜的鋁材深加工設(shè)備及其產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，鋁合金罐蓋/拉環(huán)涂層生產(chǎn)線就是其中之一。

同其它工業(yè)設(shè)備發(fā)展歷程相近，用于生產(chǎn)罐蓋/拉環(huán)涂層生產(chǎn)的大型工業(yè)涂裝設(shè)備，先在西方發(fā)達(dá)國家興起，當(dāng)發(fā)展到一定程度后，進(jìn)入包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家。此前這類設(shè)備的技術(shù)及生產(chǎn)工藝均被國外制造商所壟斷，售后服務(wù)及后續(xù)維護(hù)費(fèi)用昂貴且不便。隨著國內(nèi)對(duì)終端產(chǎn)品用途了解程度的加深，以及設(shè)備使用過程中關(guān)鍵技術(shù)如工藝技術(shù)的掌握，該整條生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)被國內(nèi)制造商消化吸收，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善及創(chuàng)新。本文對(duì)國產(chǎn)罐蓋涂層生產(chǎn)線的工藝流程及生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，探討國產(chǎn)涂層設(shè)備現(xiàn)狀的以提升設(shè)備潛能。

1 鋁合金罐蓋料/拉環(huán)涂層工藝流程

鋁合金罐蓋由兩個(gè)工件即蓋體與封口片—拉環(huán)組成，它們分別用不同合金、不同厚度的鋁帶在高度自動(dòng)化線上生產(chǎn)。一般來說，蓋體(基礎(chǔ)蓋)采用5082合金或5182合金薄帶，拉環(huán)及封口片材料則多采用5052合金，封口片—拉環(huán)組合件(tab)可簡(jiǎn)稱拉環(huán)[1]。罐蓋涂層生產(chǎn)線既可以涂層罐蓋，也可以涂層拉環(huán)。

罐蓋和拉環(huán)的涂層生產(chǎn)工藝流程可概括為，鋁基材經(jīng)過清洗鈍化等前處理操作后，在精密涂裝機(jī)上涂4g/m2～5g/m2環(huán)氧酚醛改性涂料，再進(jìn)行烘烤固化。易拉罐用涂層鋁卷多用于食品包裝，因此對(duì)涂料工藝的要求極度嚴(yán)格，必須符合國家食品藥品監(jiān)督管理局(SFDA)的相關(guān)規(guī)定，涂料必須取得食品級(jí)認(rèn)證才能投入生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，前處理鈍化劑一般采用無毒食品級(jí)鈍化劑，該鈍化劑目前主要由歐美化學(xué)公司提供，專門用于食品類金屬涂層的表面處理；涂料所用樹脂一般采用進(jìn)口或合資品牌，需通過食品級(jí)認(rèn)證，可用于食品類金屬包裝物的表面涂裝；對(duì)基板也有嚴(yán)格的要求，要求基材中有毒元素含量Pb≤0.01%，Cd≤0.01%，As≤0.01%。在滿足以上要求的前提下，制定出符合生產(chǎn)易拉罐蓋料和拉環(huán)料的預(yù)涂層鋁卷，生產(chǎn)工藝流程為，來料→開卷→脫脂處理→鈍化→涂層→固化→卷取→成品。

2 罐蓋涂層生產(chǎn)線的組成

涂層生產(chǎn)線即為罐蓋料生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。其主要組成部分如下：

(1)開卷機(jī)。設(shè)備通常配置2臺(tái)開卷機(jī)，其目的是為機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)，減少輔助時(shí)間提高設(shè)備作業(yè)效率而設(shè)。一般來說，其結(jié)構(gòu)型式為懸臂式漲縮軸結(jié)構(gòu)，懸臂軸采用外端軸承支撐結(jié)構(gòu)。

(2)入口活套塔。一般為立式架構(gòu)式。帶材在活套內(nèi)呈現(xiàn)多道S形穿過固定輥和活動(dòng)輥，依靠活動(dòng)輥的位置改變來調(diào)整帶材在活套內(nèi)長(zhǎng)度，保證貯存足夠的帶材，使機(jī)列的處理區(qū)可在恒帶速下運(yùn)行，同時(shí)在卷材的尾部與新卷縫合時(shí)入口區(qū)可停止，縫合后再放開貯存的帶材。

(3)前處理段。在前處理段主要對(duì)帶材表面進(jìn)行去污處理，一般由多段堿洗段和漂洗段組成。目前，鋁及鋁合金的堿性溶液脫脂一般采用磷酸鈉、氫氧化鈉和硅酸鈉。為了保證較好的清洗效果，需要將水溫加熱到一定溫度，一般要求在50℃左右。帶材出前處理段后還要經(jīng)過擠干輥的擠壓。

(4)化學(xué)鈍化段。該段是向清洗后的鋁帶表面輥涂化學(xué)預(yù)處理液，經(jīng)后續(xù)的烘干后形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，在帶材表面及后續(xù)涂層間起承上啟下的作用，從而達(dá)到提高油漆與基材結(jié)合力的目的。設(shè)備采用正、反面同時(shí)涂覆的形式。

(5)涂布段。該段用以向清洗后的鋁帶表面輥涂底漆，涂布機(jī)有3輥式(供漆輥、中間輥、涂布輥)或兩輥式(供漆輥、涂布輥)，一般3輥全部為驅(qū)動(dòng)輥，可配成“V”字形或直線形，并配有擺動(dòng)的刮板；輥縫由安裝在涂布輥兩端軸承座下壓力傳感器提供壓力反饋，輥縫自動(dòng)調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)壓力控制，并可與安裝在生產(chǎn)線系統(tǒng)中的測(cè)厚儀一起實(shí)現(xiàn)閉環(huán)厚度控制[2]。

(6)固化爐。固化爐采用熱風(fēng)循環(huán)的烘干方式，通過熱風(fēng)加熱固化帶材單面或雙面上的涂料(蒸發(fā)掉涂料中易揮化成分)，能源為天然氣或焚燒爐的余熱。為了降低爐內(nèi)廢氣濃度，爐體設(shè)有排廢氣口及排廢風(fēng)機(jī)，廢氣經(jīng)焚燒爐處理后排放。

(7)出口活套塔。同入口活套塔。

(8)卷取機(jī)。一條涂層生產(chǎn)線可配1～2個(gè)卷取機(jī)，主要從生產(chǎn)效率上考慮，其卷軸的結(jié)構(gòu)形式為懸臂式漲縮軸結(jié)構(gòu)，懸臂軸采用外端軸承支撐結(jié)構(gòu)。

(9)焚燒爐。焚燒爐為線外設(shè)備，主要用來處理廢氣，由換熱室、燃燒室等組成，廢氣首先進(jìn)入換熱室預(yù)熱，然后進(jìn)入燃燒室燃燒，至700℃以上；燃燒后的高溫氣體經(jīng)過換熱器，一部分熱量送給初涂烘干爐，另一部分進(jìn)入蒸氣鍋爐進(jìn)行余熱回收。

3 國內(nèi)鋁合金罐蓋涂層生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有10條國產(chǎn)罐蓋涂層生產(chǎn)線投入使用，主要分布在市場(chǎng)消費(fèi)量巨大的沿海地區(qū)以及山東、河南、北京、重慶等地。其中廈門保灃實(shí)業(yè)有限公司擁有3條1650mm生產(chǎn)線(帶材寬度)，設(shè)計(jì)速度50m/min～60m/min，年產(chǎn)量近6萬t，是國產(chǎn)罐蓋涂層生產(chǎn)線最為集中、生產(chǎn)量最大的企業(yè)；鄒平新三元鋁材公司擁有2條涂層生產(chǎn)線，帶材寬度分別為1850mm和1100mm，分別負(fù)責(zé)罐蓋料和拉環(huán)的生產(chǎn)，最高設(shè)計(jì)速度達(dá)到80 m/min，年產(chǎn)量超過3萬t，其中1850mm生產(chǎn)線裝機(jī)水平相對(duì)較高，是國產(chǎn)罐蓋涂層生產(chǎn)線代表之一。國產(chǎn)生產(chǎn)線還包括河南萬達(dá)鋁業(yè)有限公司的2條生產(chǎn)線、北京艾爾制罐有限公司的1條生產(chǎn)線、重慶地區(qū)的1條生產(chǎn)線及廣東珠海的1條生產(chǎn)線等。從這些生產(chǎn)線的使用效果來看，雖與國外高水平進(jìn)口設(shè)備仍存在一定差距(主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)和生產(chǎn)效率方面)，但國內(nèi)罐蓋涂層生產(chǎn)線設(shè)計(jì)制造單位在借鑒進(jìn)口設(shè)備的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷改善及創(chuàng)新，已取得了顯著進(jìn)步，部分技術(shù)甚至優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

(1)單位產(chǎn)品能耗降低。隨著近幾年對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視，國內(nèi)設(shè)計(jì)制造商利用卷涂工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣進(jìn)行充分收集加以焚燒，可將焚燒產(chǎn)生的熱能充分合理的進(jìn)行利用，在焚燒及熱能再利用技術(shù)上的研發(fā)及創(chuàng)新成果，使國內(nèi)設(shè)備制造商掌握了更好、更精準(zhǔn)的技術(shù)與方法，從而顯著降低能耗。據(jù)國內(nèi)采用進(jìn)口高水平罐蓋涂層生產(chǎn)線的生產(chǎn)廠家統(tǒng)計(jì)，罐蓋料噸產(chǎn)品天然氣消耗量約80m3～120m3；而國產(chǎn)制造商優(yōu)化了設(shè)備組合、提高了熱利用效率取得了不錯(cuò)的效果，目前國內(nèi)先進(jìn)的罐蓋涂層生產(chǎn)線罐蓋料噸產(chǎn)品天然氣消耗量約20m3～40m3。

(2)設(shè)備性能得到了較大提升。從反映該生產(chǎn)線性能的幾個(gè)核心指標(biāo)來看，國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)取得了較大進(jìn)步，具體如下(國內(nèi)先進(jìn)生產(chǎn)線指標(biāo))：(a)涂膜厚度控制，通過設(shè)計(jì)制作涂布機(jī)精度及壓力的閉環(huán)控制，其精度偏差可以控制在≤±1g/m2(罐蓋料，外涂4.5g±1g/m2，內(nèi)涂11g±1g/m2；拉環(huán)料，4.5g±1g/m2)；(b)生產(chǎn)線烘箱溫度偏差±1℃；(c)生產(chǎn)線烘箱出口左、中、右板溫度(PMT)偏差≤2℃；(d)鋁板帶經(jīng)過烘箱后屈服強(qiáng)度左、中、右偏差<10MPa；(e)涂膜層在經(jīng)過高溫127℃、60min殺菌時(shí)，無泛白、失光、脫落等現(xiàn)象。

(3) 可以滿足環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于涂層生產(chǎn)線來說，滿足環(huán)保要求的壓力主要來自兩個(gè)方面，一是廢水達(dá)標(biāo)排放，二是廢氣達(dá)標(biāo)排放。目前國產(chǎn)生產(chǎn)線廢水排放可以達(dá)到國家環(huán)保要求，主要通過混合反應(yīng)和多級(jí)過濾等手段實(shí)現(xiàn)。而廢氣處理后也可以達(dá)到該行業(yè)國家及地方現(xiàn)行環(huán)保實(shí)行的指標(biāo)要求(VOCs非甲烷總烴<50mg/m3)。

4 發(fā)展建議

雖然國產(chǎn)罐蓋涂層生產(chǎn)線取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但在該設(shè)備的設(shè)計(jì)制造過程中，建議從以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化。

(1)提高單機(jī)產(chǎn)能，注重生產(chǎn)效率。國外高水平罐蓋涂層生產(chǎn)線最高生產(chǎn)速度可達(dá)到150m/min以上，單機(jī)產(chǎn)能可達(dá)5萬t/a以上，而國產(chǎn)同類設(shè)備最高速度目前為80m/min(有設(shè)計(jì)速度120m/min的生產(chǎn)線尚未投產(chǎn))，尚未有生產(chǎn)線單機(jī)產(chǎn)能超過4萬t的。國產(chǎn)設(shè)備還有不小的提升空間，這主要是從提高涂布速度以及與之配套的前處理及固化等工序著手。

(2)優(yōu)化廢氣排放，更加注重環(huán)保。雖然國產(chǎn)生產(chǎn)線廢氣處理后也可以達(dá)到該行業(yè)國家及地方現(xiàn)行環(huán)保實(shí)行的指標(biāo)要求，但在國家加大環(huán)境保護(hù)力度的趨勢(shì)下，優(yōu)化廢氣排放趕超國外最優(yōu)排放指標(biāo)顯得尤為重要(此類設(shè)備國外高水平生產(chǎn)商可以將VOCs非甲烷總烴控制在20mg/m3以下)。

(3)完善控制系統(tǒng)，提高成品率。目前國外高水平涂層生產(chǎn)線均配備涂膜測(cè)厚系統(tǒng)，配置有同位素測(cè)厚儀，涂膜厚度閉環(huán)控制，精度較高；而國內(nèi)設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)線有時(shí)候?yàn)榱斯?jié)約投資，未考慮涂膜厚度閉環(huán)控制，靠現(xiàn)場(chǎng)工人操作經(jīng)驗(yàn)去保證，膜厚不均勻現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，造成一定的廢品和出現(xiàn)質(zhì)量異議。另外不能實(shí)現(xiàn)涂膜厚度閉環(huán)控制對(duì)于涂布機(jī)穩(wěn)定化生產(chǎn)也存在不利。

(4)揉進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，增加含金量。目前國外高水平涂層生產(chǎn)線供應(yīng)商不但參與設(shè)計(jì)、制造，而且參與生產(chǎn)線調(diào)試和試生產(chǎn)直至設(shè)備驗(yàn)收全過程，在此期間積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)工藝經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行下一條生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)將生產(chǎn)工藝揉進(jìn)了設(shè)備設(shè)計(jì)，為生產(chǎn)線的成功提供了更為可靠的保障。因此建議國內(nèi)供應(yīng)商在設(shè)備設(shè)計(jì)階段就考慮加入工藝設(shè)計(jì)的元素，避免出現(xiàn)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)工藝匹配性不佳的狀況。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)罐蓋涂層生產(chǎn)線與進(jìn)口設(shè)備相比，差距日益減小，且部分技術(shù)已優(yōu)于國際同類型設(shè)備，加上設(shè)備成本價(jià)格優(yōu)勢(shì)，國產(chǎn)生產(chǎn)線已具備一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大、生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，保持發(fā)展勢(shì)頭，該生產(chǎn)線一定會(huì)像其它國產(chǎn)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品一樣，立足國內(nèi)，走向世界。