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冷轧薄板连续电镀铬机组

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-13  浏览次数:1001

陈声鹤  王文

(宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂,上海 201299)

摘要:为满足市场和冷轧薄板厂自身发展需求,进一步增加产品规模、扩大品种范围,在食品包装行业采用镀铬板代替镀锡板。为便于镀铬板的生产,设计、组建、投产了连续镀铬机组。该机组经三年时间的生产实践,其产能已达到设计水平,产品质量满足了用户要求。对该机组作简要的介绍,以供同行参考。

关键词:冷轧薄板;电镀铬;机组

中图分类号: TG150. 5      文献标识码: B

文章编号: 1001-3849(2011)04-0022-04

引 言

食品包装行业大多采用镀锡板进行包装,但由于我国是锡资源稀缺的国家,镀锡板的价格较高,为此寻求镀锡板的替代品是食品包装行业所迫切需要解决的问题,根据国外的发展经验,镀铬板(TFS)是最佳的选择。镀铬板与镀锡板相比具有镀层薄、附着力好、耐蚀和良好的印刷性等特点,因此该种板材在国外已有30余年的应用历史,镀铬板在我国尚属于起步阶段,目前仅有少数企业能生产镀铬板,且其基板全部由韩国浦项和日本JFE进口提供,其产量有限,因此限制了镀铬板的消费和使用。

为适应国内市场对镀铬薄板的需求,某公司冷轧薄板厂于2005年开始建设TFS连续电镀铬机组,该机组是某公司第一条镀铬机组,也是目前国内速度最快、规格最薄、工艺最先进的镀铬板专用生产线。该电镀机组于2007年底建成并投入试运行,至今已运行了将近3年的时间,该电镀铬机组能够生产最大宽度为1 050mm的镀铬板,实际生产能力已超过原设计的20万吨/年。机组的现场形貌如图1所示。

该机组选用“两步法”工艺和含氟化物型镀液。主要工艺为:冷轧薄带钢首先在高浓度CrO3一步液中镀金属铬、再在低浓度CrO3二步液中镀氧化铬,这样可获得厚度理想且均匀的铬层和氧化膜。该镀铬工艺允许的电流密度大、Cr沉积效率较高,适合高速机组生产,该机组的技术参数如表1所示。

镀铬机组的组成与镀锡机组十分相似,可分为入口段、工艺段和出口段,但其具有一定的特殊性,本文将对冷轧薄板厂的TFS机组构成作一个简单的介绍,以供国内同行参考。

1 入口段

入口段包括上卷和卸卷、传带、焊接和活套等工序,所有工作实现完全自动化,套筒和尾卷也可以自动卸下。

1)开卷机 采用悬臂涨缩式卷筒结构。卷筒通过旋转油缸可以涨开和收缩,它由四块扇形板、带有斜锲面的滑动铜板、空心轴、拉杆等组成。第二套开卷机轮流作业。

2)焊机 带钢经双层剪切除不合要求的头部后,带钢头部停留在焊机入口前面,待前钢卷生产完后,在焊机处将前行钢卷带尾和后行钢卷带头焊接起来,使生产线连续运行。

焊机采用窄搭接滚压焊机,搭接量的设置根据带钢的厚度进行调整,v焊接约15 m/min,在带钢中心线上,离焊缝80mm的位置进行冲孔,以便焊缝检测装置探知焊缝的位置,方便对带钢进行自动跟踪。焊缝的焊接质量主要通过检测焊接温度,在下焊轮处安装有一个温度探测器用于检测焊接时的焊接温度,对于焊接温度没有处在允许范围内的焊缝,焊机将自动报警,进行重焊。

在焊机操作中,为每种规格的钢卷预先设置了焊接参数,包括钢卷硬度等级、规格及搭接量。因此,操作人员可以对每种钢卷进行自控焊接,不需要手动操作。

3)圆盘剪和废边卷取机 圆盘剪是将带钢从某一宽度向设定宽度连续剪切的机械装置,其剪刀由安装在带钢两侧的上下两片刀组成。圆盘剪型式为双刀头旋转式结构,主要由固定底座、滑动底座、开口度调整装置、主传动装置、机架回转装置及圆盘剪本体(机架、连接轴、离合器、刀架箱、重叠量调整装置、侧间隙调整装置)等组成。除固定底座和宽度调整装置以外,其余均可分为操作测和传动测两部分,两部分的结构和功能完全相同,左右对称。正确调节刀片的间隙和刀片的重叠量,对于延长刀刃的使用寿命和保证带钢的切边质量是非常重要的。

在圆盘剪切边过程中,为保证边丝不被带入镀铬机组,划伤镀槽内的胶辊,在圆盘剪处增加了溜槽。

4)压毛刺机 圆盘剪切边时,在带钢边部会留下毛刺,若边部存在的毛刺进入电镀机组,会增加胶辊的磨损,胶辊磨损的磨屑进入到镀液中会污染镀液,影响到镀层的质量,为此带钢剪边后,用一台压毛刺机将带钢边部的毛刺辗平。压毛刺机由一个具有转向辊功能的支撑辊和分别在工作侧和传动侧的压毛刺辊组成。压毛刺辊螺旋压下,压下量通过弹簧进行调节,并可由气缸快速打开。其压毛刺效果主要由带钢边缘的压入量及毛刺辊压力有关。

5)入口活套 入口活套为垂直活套,用于储存入口段钢卷切换时间所需要的钢卷长度存储量,能够满足工艺段最大速度的需要量。入口降速、焊接、钢卷切换和入口加速等顺序控制完全自动化。入口活套由安装在底部的固定辊、安装在活套小车上的移动辊、移动小车和提供带钢张力的驱动装置(马达,减速器,卷轮)以及支撑顶部机械装置的钢结构组成。活套塔内有24个固定辊, 22个活动辊,这些辊子的表面都镀铬,辊型为梯形凸辊,防止带钢跑偏。另外,在两个小车中间设有纠偏辊,将带钢纠偏到正常位置。活套塔装有极限位置保险装置,防止小车与活套相撞。

2 工艺段

1)拉矫机 镀铬成品板要求在任何条件下都保持带钢的平直度,特别是对于极薄规格的产品,不仅要使生产出的卷材表观平直,而且要保证长度方向上弯曲极小且切板后仍能保持平直。也就是说,在得到这种弯曲极小的带钢的同时,还必须使其残余内应力低而均匀,这样才能确保钢板在后道工序如横切、纵切以及冲切后仍保持平直,实现这一功能的重任落在拉矫机的身上。拉矫机安装在工艺段的入口,保证带钢良好的平直度,才可以使工艺段获得稳定的高速度和高质量的电镀层。此外,该拉矫机不仅可以消除C翘,也设置了消除L翘的多辊单元。为满足不同运行模式的要求,该拉矫机设置有三种运行模式,即使用(延伸率控制)、不使用(张力控制)及释放模式(焊缝通过拉矫机时)。

2)电镀 TFS机组电镀铬采用的是二步法,该方法是先在铬酐质量浓度较高的镀铬液(150g/L)中沉积一层金属铬(δ为0. 01~0. 02μm),再在较低铬酐质量浓度(50g/L)的镀液中沉积一层铬的水合氧化物(δ为0. 015~0. 030μm),从而获得具有良好耐腐蚀性和印刷性能的镀铬层[1-2]。

镀铬槽由1个预浸槽4个镀铬槽组成,在镀铬槽的后面,设置了2个回收槽,回收槽将镀液回收,通过清洗来防止电镀溶液被带出。图2为镀铬段工艺示意图。

镀氧化铬段由1个预浸槽1个电镀槽和3个冲洗槽组成。镀氧化铬段是镀铬工艺的最终环节,需要彻底清除板面,因此3号冲洗槽采用的是去离子水,而1#冲洗槽内的铬离子质量浓度控制在30g/L以下,以确保镀层质量[3]。

为满足连续电镀和镀液强腐蚀的特性,电镀阳极板采用铅-锡合金,为了使带钢边部不产生增厚的镀层,阳极板除有效面积外全部用3 mm厚的玻璃钢包制,图3为阳极板结构示意图。为防止槽电压的上升,极板的安装保持一定的倾斜度,极板与带钢之间的距离在40~50mm之间。

由于镀液的强氧化性,阳极板表面的铅-锡合金会被氧化,生成的氧化物会从阳极表面脱落污染镀液,因此采用阳极护套。在镀铬机组中,镀液的强氧化性会对与镀液接触的材料产生严重腐蚀,因此在电镀段采用大量的防腐蚀材料和防腐蚀技术,包括电极板、管道、槽体,防止CrO3和氟化物的腐蚀。

3)静电涂油机

静电涂油机通过旋转式雾化器将油雾化,雾化器与高压供电连接在一起,使雾化的油粒子带上电荷。在旋转式雾化器的作用下,油微粒形成一个均匀的分散烟雾,由于同性电荷排斥和异性电荷吸引的原理,烟雾中带电粒子和接地带钢之间形成静电引力,雾化油被吸附到移动的带钢上。雾化油的均匀性保证了在整个带钢宽度上的均匀沉积。涂油装置利用压力泵供油,每个喷雾器喷出精确的涂油量,而且流量控制与带钢速度成比例。

3 出口段

1)出口活套 出口活套用于储存出口段钢卷切换时间所需要的钢卷长度存储量,能够满足工艺段最大速度的需要量。出口降速、钢卷切换和出口加速等顺序控制完全自动化。

2)表面缺陷检查 带钢表面缺陷检查仪安装在电镀铬出口段。该设备可以识别带钢表面不同的缺陷,包括白点、淬水斑、木纹、划伤及凹坑。该设备基于多功能高速照相机和快速图像处理能力。另外,还能自动储存缺陷数据,包括各种缺陷的位置信息等可以识别。

3)出口钢卷处理 出口段带钢剪切由滚筒剪实施,包括样品取样和分卷。飞剪可以240m/min的速度进行分卷,以100m/min的速度进行剪切焊缝和取样。剪切长度和剪切数量还可以自由设定,样品采用电磁皮带分选,被集中收集在样品箱内。在出口处安装了两套卷取机,卸卷、传带及通道选择完全自动化,包括卷取钢卷的套筒也可以自动装上。

4 电气和自动化

电镀铬机组配置了从L0到L3的自动化系统,L0覆盖传动、能源供给和介质测量。其数据经过处理形成易于在HMI上操作的格式固定的有效数据,例如张力、电镀电流及软熔温度等状态信息。1级机上的信息集中存储在线提供给2级机使用,使整个生产过程的质量能自动控制。3级机根据用户的需求,控制全厂的生产,包括安排生产计划、进度和及时交货。通过这种方式,跟踪生产的整个流程,不仅满足更高的质量需求,而且可以完成连续生产的任务。

5 安全和环保

电镀铬机组在设计过程中首要考虑的是环境友好性的问题,对操作员工的安全和健康及环境保护作了充分的考虑。整个电镀系统在密封的环境下进行,槽盖采用密封设计,电镀过程产生的烟雾可以被废气系统排出,槽内保持一定的负压。各种化学原料集中管理,配置采用自动化操作,镀液成分的控制也自动实现,电镀机组产生的废液全部排放到能介车间集中统一处理。最大程度降低铬对操作人员的危害,以及对环境的污染。

6 结 论

某公司冷轧薄板厂TFS机组于2007年底完成调试工作,机组的平均速度为400~450 m/min,达到了设计的要求。但由于镀液的强氧化性,机组在实际运行中出现了一些对产品质量有重大影响的问题,经工厂技术人员和国内高校及科研机构的共同协作攻关,目前机组能稳定生产,产量达到设计能力,产品的质量满足用户要求,产品已出口到多个国家。

参考文献

[1]张宏。镀铬簿钢板(TFS)新产品的开发和应用[J].南方金属, 2002, 127: 13-18

[2]刘天成,卢燕萍。国产无锡镀铬薄钢板镀层的XPS研究[J].表面技术, 2003, 32(5): 20-22

[3]陈声鹤,吴首民,周庚瑞。镀铬板性能影响因素的研究[J].机械工程自动化, 2010(160): 101-104

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