國產鋁合金罐蓋涂層生產線現狀分析及發展建議

張建輝

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著建筑、包裝、汽車等與人們日常生活息息相關的行業的不斷發展，同時為了滿足當今社會日益增長的對于環保、節能方面的需求，鋁板帶材的應用范圍越來越廣泛，因此許多大型、復雜的鋁材深加工設備及其產品應運而生，鋁合金罐蓋/拉環涂層生產線就是其中之一。

同其它工業設備發展歷程相近，用于生產罐蓋/拉環涂層生產的大型工業涂裝設備，先在西方發達國家興起，當發展到一定程度后，進入包括中國在內的發展中國家。此前這類設備的技術及生產工藝均被國外制造商所壟斷，售后服務及后續維護費用昂貴且不便。隨著國內對終端產品用途了解程度的加深，以及設備使用過程中關鍵技術如工藝技術的掌握，該整條生產線設備技術被國內制造商消化吸收，并在此基礎上進行了完善及創新。本文對國產罐蓋涂層生產線的工藝流程及生產現狀進行了分析，探討國產涂層設備現狀的以提升設備潛能。

1 鋁合金罐蓋料/拉環涂層工藝流程

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

罐蓋和拉環的涂層生產工藝流程可概括為，鋁基材經過清洗鈍化等前處理操作后，在精密涂裝機上涂4g/m2～5g/m2環氧酚醛改性涂料，再進行烘烤固化。易拉罐用涂層鋁卷多用于食品包裝，因此對涂料工藝的要求極度嚴格，必須符合國家食品藥品監督管理局(SFDA)的相關規定，涂料必須取得食品級認證才能投入生產。生產過程中，前處理鈍化劑一般采用無毒食品級鈍化劑，該鈍化劑目前主要由歐美化學公司提供，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口或合資品牌，需通過食品級認證，可用于食品類金屬包裝物的表面涂裝；對基板也有嚴格的要求，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，制定出符合生產易拉罐蓋料和拉環料的預涂層鋁卷，生產工藝流程為，來料→開卷→脫脂處理→鈍化→涂層→固化→卷取→成品。

2 罐蓋涂層生產線的組成

涂層生產線即為罐蓋料生產的關鍵設備。其主要組成部分如下：

(1)開卷機。設備通常配置2臺開卷機，其目的是為機組連續生產，減少輔助時間提高設備作業效率而設。一般來說，其結構型式為懸臂式漲縮軸結構，懸臂軸采用外端軸承支撐結構。

(2)入口活套塔。一般為立式架構式。帶材在活套內呈現多道S形穿過固定輥和活動輥，依靠活動輥的位置改變來調整帶材在活套內長度，保證貯存足夠的帶材，使機列的處理區可在恒帶速下運行，同時在卷材的尾部與新卷縫合時入口區可停止，縫合后再放開貯存的帶材。

(3)前處理段。在前處理段主要對帶材表面進行去污處理，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過擠干輥的擠壓。

(4)化學鈍化段。該段是向清洗后的鋁帶表面輥涂化學預處理液，經后續的烘干后形成一層化學轉化膜，在帶材表面及后續涂層間起承上啟下的作用，從而達到提高油漆與基材結合力的目的。設備采用正、反面同時涂覆的形式。

(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輥全部為驅動輥，可配成“V”字形或直線形，并配有擺動的刮板；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，輥縫自動調節，可實現閉環壓力控制，并可與安裝在生產線系統中的測厚儀一起實現閉環厚度控制[2]。

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

(7)出口活套塔。同入口活套塔。

(8)卷取機。一條涂層生產線可配1～2個卷取機，主要從生產效率上考慮，其卷軸的結構形式為懸臂式漲縮軸結構，懸臂軸采用外端軸承支撐結構。

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

3 國內鋁合金罐蓋涂層生產線現狀分析

據統計，目前已有10條國產罐蓋涂層生產線投入使用，主要分布在市場消費量巨大的沿海地區以及山東、河南、北京、重慶等地。其中廈門保灃實業有限公司擁有3條1650mm生產線(帶材寬度)，設計速度50m/min～60m/min，年產量近6萬t，是國產罐蓋涂層生產線最為集中、生產量最大的企業；鄒平新三元鋁材公司擁有2條涂層生產線，帶材寬度分別為1850mm和1100mm，分別負責罐蓋料和拉環的生產，最高設計速度達到80 m/min，年產量超過3萬t，其中1850mm生產線裝機水平相對較高，是國產罐蓋涂層生產線代表之一。國產生產線還包括河南萬達鋁業有限公司的2條生產線、北京艾爾制罐有限公司的1條生產線、重慶地區的1條生產線及廣東珠海的1條生產線等。從這些生產線的使用效果來看，雖與國外高水平進口設備仍存在一定差距(主要體現在控制系統和生產效率方面)，但國內罐蓋涂層生產線設計制造單位在借鑒進口設備的基礎上，經過不斷改善及創新，已取得了顯著進步，部分技術甚至優于進口設備，主要表現在以下3個方面：

(1)單位產品能耗降低。隨著近幾年對節能環保的重視，國內設計制造商利用卷涂工藝生產過程中產生的有機廢氣進行充分收集加以焚燒，可將焚燒產生的熱能充分合理的進行利用，在焚燒及熱能再利用技術上的研發及創新成果，使國內設備制造商掌握了更好、更精準的技術與方法，從而顯著降低能耗。據國內采用進口高水平罐蓋涂層生產線的生產廠家統計，罐蓋料噸產品天然氣消耗量約80m3～120m3；而國產制造商優化了設備組合、提高了熱利用效率取得了不錯的效果，目前國內先進的罐蓋涂層生產線罐蓋料噸產品天然氣消耗量約20m3～40m3。

(2)設備性能得到了較大提升。從反映該生產線性能的幾個核心指標來看，國內設備制造企業取得了較大進步，具體如下(國內先進生產線指標)：(a)涂膜厚度控制，通過設計制作涂布機精度及壓力的閉環控制，其精度偏差可以控制在≤±1g/m2(罐蓋料，外涂4.5g±1g/m2，內涂11g±1g/m2；拉環料，4.5g±1g/m2)；(b)生產線烘箱溫度偏差±1℃；(c)生產線烘箱出口左、中、右板溫度(PMT)偏差≤2℃；(d)鋁板帶經過烘箱后屈服強度左、中、右偏差<10MPa；(e)涂膜層在經過高溫127℃、60min殺菌時，無泛白、失光、脫落等現象。

(3) 可以滿足環保要求，實現達標排放。對于涂層生產線來說，滿足環保要求的壓力主要來自兩個方面，一是廢水達標排放，二是廢氣達標排放。目前國產生產線廢水排放可以達到國家環保要求，主要通過混合反應和多級過濾等手段實現。而廢氣處理后也可以達到該行業國家及地方現行環保實行的指標要求(VOCs非甲烷總烴<50mg/m3)。

4 發展建議

雖然國產罐蓋涂層生產線取得了長足進步，但在該設備的設計制造過程中，建議從以下幾方面進行優化。

(1)提高單機產能，注重生產效率。國外高水平罐蓋涂層生產線最高生產速度可達到150m/min以上，單機產能可達5萬t/a以上，而國產同類設備最高速度目前為80m/min(有設計速度120m/min的生產線尚未投產)，尚未有生產線單機產能超過4萬t的。國產設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)優化廢氣排放，更加注重環保。雖然國產生產線廢氣處理后也可以達到該行業國家及地方現行環保實行的指標要求，但在國家加大環境保護力度的趨勢下，優化廢氣排放趕超國外最優排放指標顯得尤為重要(此類設備國外高水平生產商可以將VOCs非甲烷總烴控制在20mg/m3以下)。

(3)完善控制系統，提高成品率。目前國外高水平涂層生產線均配備涂膜測厚系統，配置有同位素測厚儀，涂膜厚度閉環控制，精度較高；而國內設計制造的生產線有時候為了節約投資，未考慮涂膜厚度閉環控制，靠現場工人操作經驗去保證，膜厚不均勻現象經常發生，造成一定的廢品和出現質量異議。另外不能實現涂膜厚度閉環控制對于涂布機穩定化生產也存在不利。

(4)揉進工藝設計，增加含金量。目前國外高水平涂層生產線供應商不但參與設計、制造，而且參與生產線調試和試生產直至設備驗收全過程，在此期間積累了豐富的現場工藝經驗，在進行下一條生產線設計時將生產工藝揉進了設備設計，為生產線的成功提供了更為可靠的保障。因此建議國內供應商在設備設計階段就考慮加入工藝設計的元素，避免出現設備和現場工藝匹配性不佳的狀況。

5 結語

目前國內罐蓋涂層生產線與進口設備相比，差距日益減小，且部分技術已優于國際同類型設備，加上設備成本價格優勢，國產生產線已具備一定的市場競爭力，隨著市場需求的擴大、生產技術的不斷改進，保持發展勢頭，該生產線一定會像其它國產優勢產品一樣，立足國內，走向世界。