涂镀层板生产与发展研究
涂镀层板生产与发展研究之一——产量分析
为防止钢材腐蚀,对钢材表面涂镀是现今使用得最长久,最广泛,最有效的方式,其中对薄钢板涂镀应用得最普遍的包括热镀锌板,电镀锌板、镀锡板、彩涂板、热镀铝板、热镀铅板等品种。
涂镀层钢板增强耐腐蚀能力,美化产品外观,有利后部工序加工,减少环境污染等,深受广大用户的喜爱与欢迎。涂镀层钢板已发展成非常重要的钢材品种。本文仅就世界涂镀层生产量、我国电镀锡板、热镀锌板及彩涂板的生产概况、存在问题及人们关心的一些问题做一粗浅探讨。
世界及我国涂镀层钢板的生产量
1 世界涂镀层钢板的生产量
国外涂镀层钢板生产起步于上个世纪20—30年代,90年代以来钢板涂镀生产技术和涂镀层钢板的质量都有很大提高。目前世界镀锌板年产量约8000万t,镀锡板年产量约1500万t,彩涂板年产量约1100~1200万t。加上少量其它涂镀层板,每年各种涂镀层钢板总产量约为10700万t,占世界钢材总生产量的11%~12.5%。
目前世界主要产钢国家涂镀层商品板卷产量已超过冷轧商品板卷的产量,并稳定在一个较高的比例上。美国、日本1999~2003年冷轧板及涂镀层钢板比例详见表1、表2。
表1 美国冷轧板、涂镀层板的比例
年份 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | ||||
万t | % | 万t | % | 万t | % | 万t | % | |
钢材总量 | 9634.4 | 100 | 9892.9 | 100 | 8975.7 | 100 | 9072 | 100 |
其中:冷轧板 | 1454.8 | 15.1 | 1552.1 | 15.7 | 1278 | 14.2 | 1307.9 | 14.4 |
镀锡板 | 342.1 | 3.6 | 339.4 | 3.4 | 290.5 | 3.2 | 310.1 | 3.4 |
镀锌板 | 1691.6 | 17.6 | 1666.4 | 16.8 | 1569.8 | 17.5 | 1590.9 | 17.5 |
其它涂镀层板 | 190.5 | 1.9 | 194 | 2 | 172.5 | 1.9 | 192.2 | 2.1 |
涂镀层板合计 | 2224.2 | 23.1 | 2199.8 | 22.2 | 2032.8 | 22.6 | 2093.2 | 23.1 |
表2 日本冷轧板、涂镀层板的比例
年份 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | ||||
万t | % | 万t | % | 万t | % | 万t | % | |
钢材总量 | 8116.7 | 100 | 7795 | 100 | 7983 | 100 | 8011.4 | 100 |
其中:冷轧板 | 700.4 | 8.6 | 663.6 | 8.5 | 705.5 | 8.8 | 739 | 9.2 |
镀锡板 | 142.4 | 1.8 | 131 | 1.7 | 125.7 | 1.6 | 120.7 | 1.5 |
镀锌板 | 1235.7 | 15.2 | 1177.8 | 12 | 1275.2 | 16 | 1352.8 | 16.9 |
其它涂镀层板 | 239.1 | 2.9 | 208.5 | 2.7 | 213.6 | 2.7 | 219.9 | 2.7 |
涂镀层板合计 | 1617.2 | 19.9 | 1517.3 | 19.5 | 1614.5 | 20.2 | 1693.4 | 21.1 |
* 其它涂层板主要是彩涂板,* *该钢材总量不包含特钢钢材产量。
1999~2002年,美国冷轧板卷占钢材总量的14.2%~15.7%,同期涂镀层板卷占钢材总量的22.2%~23.1%。
2000~2003年日本冷轧商品板卷产量占普碳钢材总量的6.8%~9.2%,同期涂镀层商品板卷产量占普碳钢材总量的17.1%~21.1%。
涂镀层板占钢材的比例是相当高的。
2 我国涂镀层钢板生产量
我国涂镀层钢板生产起步晚,但上世纪90年代以来发展速度较快,特别是进入21世纪,有了突飞猛进的进步。涂镀层板卷产量占钢材总量的比例逐年提高,1994~1998年期间涂镀层板卷产量占钢材总量的0.8%~1.8%,2001~2004年期间涂镀层板卷产量占钢材总量的2.2%~2.7%,详见表3。
表3 我国涂镀层钢板生产量
*
其它涂层板仅按彩涂板统计
涂镀层板生产与发展研究之二——镀锡板
我国镀锡板生产发展概况 镀锡板生产技术发展趋势
涂镀层板生产与发展研究之三 ——热镀锌板
我国热镀锌板生产发展概况 热镀锌板生产技术发展趋势 3)强调基板表面清洁
涂镀层板生产与发展研究之四——彩涂板
我国彩涂板生产发展概况 彩涂板生产技术发展趋势 5)冷压花生产技术发展 涂镀层板生产与发展研究之五——问题探讨 几个热点问题
年份
2002
2003
2004
2005
2006.1~6
万t
%
万t
%
万t
%
万t
%
万t
钢材总量
19374
100
24041
100
29903
100
37117
100
22195
100
其中:冷轧板
599
3.1
630
2.6
1236
4.1
1567
4.2
568
2.6
镀层板
382
2
422
1.8
527
1.8
847
2.3
556
2.5
彩涂板
59
0.3
133
0.6
113
0.4
173
0.5
107
0.5
涂镀层板合计
441
2.3
555
2.3
640
2.1
1020
2.8
663
3
1994年~1998年涂镀层板卷产量占钢材总量的0.8~1.8%,2002~2006年上半年涂镀层板卷产量占钢材总量的2.1~3.0%。
该数据是来自中国钢铁协会的统计,按当前状况,很难把全国涂镀层板的产量全都统计进来,全国钢材总量中含有一定的重复钢材量,考虑这些因素,涂镀层板占钢材总量的实际比例会更大。
1979年武钢建成从德国引进的一套设计能力10万t/a的电镀锡机组,开始了镀锡板的大机组生产。90年代初,广东中山市中粤马口铁工业有限公司从韩国先后引进两套设计能力6万t/a的电镀锡机组,两套机组分别于1990年及1994年投产。1996年镀锡板生产量仅为19.6万t/a,1994~1996年国产镀锡板的市场占有率仅为16.9%~29.0%。
由于镀锡板国内市场看好,许多钢铁厂家及地区纷纷筹建镀锡机组,也吸引外商到中国投资建设镀锡板生产机组,到目前为止,已有10余套镀锡机组投产,其中宝钢1420冷轧厂于1998年3月全面投产,该厂是镀锡板专业生产厂,建有酸洗一冷轧联合机组,专门生产薄规格的冷轧卷,镀锡基板专用连续退火机组,准备机组,两套产能20万t/a的镀锡机组及高精度镀锡板剪切机组。
宝钢1420冷轧厂具有生产DI罐镀锡板能力,目前月产已超过1500t,由宝翼制罐厂制成二片罐,质量不错,投放市场受到用户好评。此外该厂还能生产薄规格宽镀锡板0.28mm×1162mm,这标志着我国镀锡板生产迈上了新台阶。
到2004年我国镀锡板年生产能力已达140万t,实际生产量已达136万t,镀锡板产量逐年提高很快,到1999年国内镀锡板需求得到缓解,国产镀锡板的市场占有率达80.3%,2001~2004年期间国内基本没有投产新的镀锡机组。由于市场需求旺盛,最近又有企业在筹建新的镀锡机组,如广东中山中粤马口铁工业有限公司正在建设生产能力7.5万t/a的3号电镀锡机组,这是一套全部国产化机组,2005年下半年已建成,此前建成的镀锡机组均为引进国外技术与装备。广州太平洋马口铁有限公司对其镀锡机组进行了改造,产能由12万t/a提高到15万t/a,并计划进一步提升产能到20万t/a。2005年宝钢益昌薄板全面扩建及技术提升,建成引进6辊双机架平整兼2次冷轧机组,2006年动工建成产能20万t/a镀锡机组,同期配套建设连续酸洗机组、连续退火机组,计划于2007年全部建成投产,届时将具有30万t/a高品质镀锡板生产能力。目前,武钢、宝钢等企业也在筹划新镀锡板生产厂及生产线,但还没有进入实施阶段。
我国镀锡板生产存在的问题
严重缺少镀锡基板:
能自供镀锡基板的企业仅为宝钢、武钢,其余镀锡企业基板均要依靠进口,不但生产成本高,而且国外镀锡基板资源有限,采购也愈来愈困难,削弱了我国镀锡板生产的竞争能力。
产品质量还需提高:
有些企业产品质量不稳定,包括厚度公差、平直度、镀层均匀、剪切精度、表面光洁度、硬度等与进口板有差距。
缺乏高品质镀锡板: 仅宝钢能生产DI罐镀锡板,其它企业均不能生产。
单套机组产能低: 除宝钢1420冷轧的两套电镀锡机组外,其余机组产能均在15万t/a或以下,目前已建成机组平均产能为11.7万t/a。单套机组产能低会带来占用土地多、劳动生产率低、环保处理问题分散等许多问题。
布局极不均衡:
镀锡生产机组分布主要集中在我国东南沿海地区,东北、华北、西南、西北广大地区还没有一套镀锡生产机组。
1)镀锡板厚度减薄
厚度0.10~0.12mm的镀锡板在旋入式密封盖与深冲扁形罐盒方面已实用化,饮料罐采用拉伸工艺后,厚度可减至0.08mm。德国市场50年代牛奶罐厚度为0.24mm,到了80年代厚度减至0.12~0.15mm。食品罐罐身、罐底从0.28~0.32mm减至0.17~0.22mm。上世纪3501饮料罐平均重为75g,到了近几年3501饮料罐的平均重已减为28g。
2)镀层厚度减薄
近年已很少使用50#、75#、100#镀锡板,大量使用25#镀锡板。DI罐镀锡层厚度为2.8/1.8g/m2,极薄合金镀锡层板镀层厚度0.5~0.8g/m2。
3)无锡板比例增高
无锡板与镀锡板用途相近,但成本明显低,是镀锡板的代用品,日本无锡板的使用约占40~50%。
4)采用高密度电流电解清洗
根据机组速度选用缠绕槽或喷射流型,对2次冷轧基板,采用2段清洗。清洗段中部设喷洗段代替刷洗段,以减少设备维修量。
5)镀锡机组设置拉伸矫直机
设置拉伸矫直机,改善板形,使浪形高度<1.5mm,急峻度≤0.6%。
6)采用混合加热软熔
电阻+高频感应(100~200KHz)混合加热。
7)镀槽电镀液浓度自动控制
使用X-荧光分析仪,从取样器测定Sn含量,从而得到浓度补充量,控制氧气吹入量,控制Sn溶解速度,使镀液浓度稳定。
8)使用不溶性阳极,寿命可达10个月。消除极板溶解引起间距变化造成的镀层不匀,省掉了频繁更换与铸造锡阳极,极板间距减小可降低电耗,便于收集镀槽废气。
9)在线微小缺陷检测
采用激光表面检测及漏磁微小夹杂检测,能够测出90%的表面缺陷和5×10-4mm的微小夹杂。
10)配有高速高精度剪切机组
配有高速高精度横剪机,速度可达到300m/min,并配有与罐料布料吻合的花样模式刀刃,长度公差可达0.15~0.18mm,宽度剪切精度为0~0.12%,直角精度<1°,还配有测厚仪及针孔检测仪。
图1 镀锡基板酸轧联合机组
图2 镀锡基板连续退火机组
图3 连续镀锌机组
20世纪50~70年代,我国先后建设了约15套单张溶剂法热镀锌机组,总产能约10万t/a。这种工艺以热叠轧酸洗板为原料。因其产品质量差,成本高,污染环境,故于20世纪80年代先后被淘汰。1979年武钢从德国引进建成了我国第1套产能15万t/a的连续热镀锌机组,此后20年间我国宽带热镀锌发展缓慢,80年代宽带热镀锌板年产量很低,到了上个世纪90年代,陆续建设了10余套连续镀锌机组,连续镀锌生产获得较快发展。全国共有11套连续热镀锌机组,总产能已达182万t/a。
到了本世纪初,随着国民经济快速发展,钢铁工业结构调整,扁平材的比例增加,其中热镀锌机组的建设获得突飞猛进的发展。在国营特大型钢铁企业,如宝钢、鞍钢、武钢、马钢、本钢、邯钢、唐钢等都建设了热镀锌机组,他们经济实力雄厚,技术力量强,所建镀锌机组技术从国外引进,装备水平高,机组产能高,产品定位高,销售市场主要面向汽车、家电及优质建材。其中有些机组为国营企业与国外合资,如宝钢与新日铁、阿塞洛合资建在宝钢四冷轧的45万t/a的镀锌机组,鞍钢与德国蒂森·克虏伯合资建在大连开发区的产能40万t/a镀锌机组,广钢与JFE合资建在广东南沙的产能40万t/a镀锌机组;这些机组均以轿车面板为主打产品。
这期间民营企业也相继投资建设热镀锌机组,投资者以钢材经销商为中坚力量,以建设单独镀锌机组为主,他们熟悉原料卷采购,有很多下游用户,对市场及经营都很有办法。资金更雄厚的民营企业家也有将全套冷轧厂建起。这些机组基本采用国内技术与设备,少数机组引进少量配件及单体关键设备,机组产能多在20万t/a以下,以10~15万t/a的机组居多,产品主要面向一般建材市场。总体投资低,生产成本低,也很具有竞争力。
2005年我国国营特大型钢铁企业(包括合资企业)拥有40余套高产能热镀锌机组,总产能将超过1500万t/a;民营企业将建成80余套热镀锌机组,总产能将近1500万t/a。从镀锌板产能看,国营与民营企业几乎各占半壁江山,但从产品档次、质量、原料、能源供应、技术力量等各方面来看,当然还是国营特大型钢铁企业实力更胜一筹。
我国热镀锌板生产存在的问题
低产能机组过多: 我国近年建设的产能20万t/a以下的热镀锌机组过多,有的机组设计产能只有10万t/a或更小。这些机组也要配套全部公辅设施,占用土地多;造成环保问题分散处理,难题较多;产品质量不高;对国家资源造成浪费。
汽车型镀锌机组产能过剩:
近年宝钢、鞍钢-蒂森克虏伯、武钢、本钢、马钢、广钢—JFE等都建设了汽车型镀锌机组,加上拟建中的机组,总产能超过500万t/a,假设机组产能的60%生产轿车面板,则可生产360万t/a。2005年我国计划生产轿车228万辆,需板材134万t,其中镀锌板仅有50万t;到2010年我国计划生产400万辆轿车,需板材226万t,其中镀锌板仅有86万t。而目前建设(包括拟建)这么多汽车型镀锌机组,若过剩的汽车镀锌板不能出口,只好生产建材板,一套汽车型镀锌机组的投资是同样产能建材型的4~5倍,只用来生产一些建材镀锌板很不经济。
缺少建材锌合金镀层板:
这些年建成的汽车型镀锌机组基本都配置了锌铁合金化炉,锌铁合金镀层板产能已不缺乏;宝钢、攀钢、新大中等均建设了铝锌(galvalume)或兼镀铝锌机组,但产量不多;而建材用锌铝(galfan)合金镀层板在国内还不能生产,这些建材锌合金镀层板具有很优越的性能,在国外已有不小的生产份额,我国缺少这类建材锌合金镀层板。
使用外购原料机组多:
国内已建成的许多单独镀锌机组几乎都需使用外购镀锌基板,外购基板还消耗了大量包装材及运费。
布局不均衡:
我国近年虽然建设了百余套镀锌机组,但基本建在我国东部,集中在上海,江苏、河北,辽宁、湖北、山东、浙江、四川、福建等省市,约占总产能的90%以上,还有一多半的省市没有一套宽带热镀锌机组,分布极不均衡。
产品质量不尽人意:
现在镀锌板市场不够规范,不少企业标准意识淡薄,为了降低生产成本,一再降低镀锌层厚度,锌层厚度又决定了其使用寿命。通常建材室外用锌层重量为275g/m2,镀层厚度20um,寿命为20年,但目前市场上的镀锌板锌层多为150~200g/m2,甚至80~100g/m2,这使室外用镀锌板建筑物的寿命大打折扣,给用户带来了重大损失;家电用非铬钝化镀锌板尚处于开发阶段,未形成商业化生产能力。
1)机组向高产能发展
20世纪90年代以来建设的热镀锌机组向高产能发展,全球产能在30万t/a以上的热镀锌机组约有60余套,总生产能力超过2800万t/a。
2)机组专业化
生产汽车镀锌板与建材镀锌板采用不同类型的机组生产,机组工艺、单体设备配置及炉子选型更为合理,使投资效果明显,产品成本降低。
近年来建成的汽车板镀锌机组基本选用碱液电解清洗及全辐射管加热炉的美钢联工艺,甚至在活套装置前后皆设置清洗段。为了降低投资,建材型镀锌机组多采用改良森吉米尔工艺,但机组多设置了清洗段,使基板表面更清洁,产品质量更好。
4)趋向采用塔式炉
采用塔式炉比卧式炉投资约高25%~30%,过去机组生产能力在30万t/a以上时,受炉长限制往往采用塔式炉,否则多选用卧式炉。20世纪90年代以后,生产厂更注重塔式炉的优点:炉子气密性好;炉辊数量少、寿命长;维护费用低;有利于改善板形;缩短炉长等。许多生产能力在25万t/a或更小的镀锌机组也选用了塔式炉。如法国索拉克钢铁公司1990年12月建成的产能25万t/a的热镀锌机组;卢森堡迪德朗日钢厂1991年9月建成的产能25万t/a热镀锌机组;美国加州的BHP镀铝锌机组等。我国也有数套新投产的热镀锌机组采用了塔式炉。
5)炉子有多项改进
利用加热废气预热带钢以节约能源,并可避免带钢变形;连续炉根据产品性能要求设置形式各异的冷却段;设置热张力调整辊,优化带钢的炉内张力;加热段设置高精度的防热翘曲辊,加热段增加感应加热器;采用鼓-抽式脉冲控制烧嘴、多级燃烧辐射管等加热技术,提高了烧嘴的调节范围和辐射管寿命,有利于加热的均匀性,并可降低NOx含量,利于环保;改进炉辊辊型设计及炉辊表面喷涂技术。
6)不断改进镀锌设备
镀锌设备包括气刀,沉没辊、稳定辊及附属设备,锌锅及加锌设备等。多年来气刀制造商不断致力于改进气刀,方登、奥钢联、杜玛、柯勒等几家著名专业厂商生产的气刀各有特色,总的方向是使气刀能自动跟踪带钢,并与带钢保持稳定距离;使气刀能整体组装调整,有准确的定位机构;能实现对喷嘴区域压力稳定的动态控制;采用双唇回转气刀和更佳的刀唇间隙曲线,设置快速刀唇清理装置;设置气刀水平方向快、慢速打开及准确复位系统等,使气刀有了很大改进。沉没辊辊面流锌槽的形状、间距及轴承也都有所改进,提高了稳定性及寿命。锌锅多采用熔沟式陶瓷锌锅,锌锅容积趋向加大,以利于锌液稳定,现代大型机组通常沉没辊的下缘距锅底至少800mm,而生产汽车板的热镀锌机组锌锅容积应更大些。无芯锌锅的发展也较为成熟,SMS还开发了无沉没辊锌锅,根据电磁移动场形成磁流体动力学封闭原理设计出垂直型锌锅,带钢垂直从锌锅内的锌液中穿过,锌锅内无任何易腐蚀件。这种技术已完成工业试验阶段,并已获得韩国东部制钢的订单,引起业内人士的关注。
7)选用性能更佳的平整机
采用四辊光整机,设有干、湿2种平整工艺、大、小2种直径工作辊;并且工作辊辊面采用喷丸或电子束毛化处理,以满足对延伸与表面光洁度的不同要求。对于不同品种的产品,采用光整机与拉矫机不同的配合方式,可获得良好的效果。
8)不断完善后处理
根据用户不同的需求,可采用钝化处理、磷化处理、合金化处理或涂敷有机涂层。目前正不断开发研制更好的钝化剂配方。目前钝化处理主要采用铬酸盐,但添加了氟化物、磷酸等活化剂,从而可获得较厚的铬酸盐膜;当钝化液中有氟化物时,可加速钝化膜的形成,并使钝化膜细致光亮;在无毒或低毒的无机缓蚀剂作为钝化剂的研究中,无毒的水溶性丙烯酸树酯中加入了少量钼酸盐和磷酸盐得到了一种钝化液(即ACM),用来代替有毒的铬酸盐进行钝化处理,可推迟镀锌层产生白锈的时间,其抗蚀性已接近铬酸盐钝化水平,虽然目前该技术还未十分成熟,但出于环保考虑,无铬钝化取代铬酸盐钝化已是大势所趋。采用经过磷化处理的热镀锌钢板可代替传统的电镀锌钢板用在家电外板上,其既可延长产品寿命,又能降低材料成本。热镀锌机组在线磷化处理很具有发展潜力。耐指纹处理及无机润滑膜、有机润滑膜的应用均为研究热点。
9)发展锌合金镀层板
锌合金镀层钢板比镀锌钢板具有更优越的性能,因此其生产比例逐年提高,其中发展较快的有铝锌合金镀层(Galvalume)、锌铝合金镀层(Galfan)及锌铁合金镀层(Galvanneal)。最近日新制钢又开发了镀锌铝镁合金镀层(ZAM),其耐蚀性为传统镀锌板的10倍。
铝锌合金、锌铝合金镀层钢板比一般热镀锌板具有更好的耐蚀性、涂装性、成型性等,适用于建材、轻工等行业。锌铁合金镀层钢板比锌铝合金、铝锌合金镀层钢板具有更好的涂装性、涂后耐蚀性及焊接性,因而广泛用于汽车制造业。
为适应锌合金镀层钢板生产,镀锌机组多采用升降移动式双镀锅,以便能快速更换镀层种类。1998年美国应达公司研制的无芯锌锅投产,这种锌锅能耗低、投资少,很适于合金镀层生产。锌铁合金扩散炉趋向于加热段采用高频感应加热,均热段采用电阻加热,从而实现了按优化曲线退火,可更精确地控制镀锌层中的铁含量。
10)发展无锌花钢板
用无铅镀锌可生产无锌花钢板,这种镀层可减少晶间腐蚀,因而其使用寿命长,有利于环保,适用于汽车制造业并适于作为彩涂基板。几年前欧洲就已停止生产普通锌花钢板,所以无锌花钢板生产具有明显的发展趋势。
11)发展超深冲及高强度钢镀锌板
生产汽车用重深冲、超深冲级热镀锌板,皆采用IF钢,连续炉不设过时效段,简化了炉体结构及生产控制;生产企业着重开发高强度钢热镀锌板,通常高强度钢中Si、Mn含量较高,不利于锌层粘着,通过化学成分的调整,特别是添加Mo元素实现了低Si含量双相钢镀锌板及双相钢镀锌合金化板的成功生产;用Al替代Si得到的TRIP热镀锌钢板,与传统的CMnSi型TRIP钢相当,但Al元素的添加给炼钢与热轧工序带来一些问题,而该问题正在解决。
12)开发生产超薄镀层板
近年来气刀等设备经不断改进,可生产出镀层为25~30g/m2双面热镀锌板,该板多用于电器行业,可取代部分电镀锌或部分电镀锡钢板。
13)单面热镀锌板日趋减少
单面热镀锌工艺较烦琐,且生产成本高,因而趋向以单面电镀锌板或双面差厚热镀锌板取代。
14)重视发展热轧热镀锌板
随着人们对节能经济材的重视及薄板坯连铸连轧生产的发展,可生产出更多薄规格的热轧带卷,热轧热镀锌板生产得到重视和发展,其产品主要应用于建筑领域,作为钢结构件、电缆架、通风管道、粮仓等。目前全世界热轧热镀锌板约占镀锌板总产量的8%~9%,我国邯钢、唐钢等企业均已建成热轧热镀锌机组。
15)致力于镀锌生产软件的开发
通过改进涂层和基板的化学成分,改善镀锌板的焊接性;优化锌锅锌液成分及冷却条件,稳定锌锅条件,生产最小浮渣的镀锌板。开发预测锌锅中AL含量的数学模型,运用ASAME应变测试分析系统和有限元仿真软件,结合用户冲压工艺,为用户合理选材。
16)自动化控制水平愈来愈高
全线采用计算机控制,可实现对机组全线速度、张力、轧件对中,炉子各段温度、炉内气氛,锌锅温度最佳化及镀层厚度闭环控制等。
图4 连续热镀锌机组
上个世纪80年代末我国才陆续建设彩涂机组,这些机组多建在钢铁厂及合资企业,彩涂工艺设备基本从国外引进,到1999年底,共建8套机组,约60万t/a产能。2000~2003年彩涂生产快速增长,2004~2005年产能过剩,困难较多,2005年国产彩涂板173万t。国营特大钢铁企业宝钢、鞍钢、本钢、首钢、唐钢、济钢、昆钢、邯钢、武钢、攀钢等都相继建成产能12~17万t/国外技术的彩涂机组,机组产能较高,装备水平也较高;许多民营企业投资彩涂板生产,其多采用国产设备,产能较小,但上马快,投资低,产品主要面向建材、装饰行业;外资、台资也纷纷登陆兴建彩涂机组,这些机组大部分集中在沿海地区。1999年以来,随着彩涂板市场兴旺,彩涂板的生产及消费进入了快速增长期。从2000~2004年,生产量以平均39.0%递增,到2005年全国彩涂板产能大于800万t/a。还有一批彩涂机组正在建设之中,届时全国总产能将超过900万t/a或更高;冶金行业外新建彩涂机组数量及产量已多于行业内;彩涂板生产主要集中在华东、华北地区,按已统计到的不完整数据,这两大区彩涂板生产能力占全国总能力的66.5%,若按省份计,则以广东省产能最高,约占全国总产能的10.1%,而西北地区尚未统计到产能。
存在问题
缺少良好基板:
贴膜彩板采用冷轧卷作基板,建材彩涂基板用量最大,其理想的基板应为无锌花平整热镀锌及锌合金镀层钢卷,轻工、家电类彩涂板可用电镀锌钢卷基板,卫生洁具多用铝板基板。尽管目前用量最大的建材用热镀锌基板产能很大,但缺少无锌花平整热镀锌钢卷及锌合金镀层钢卷。
涂料存在问题:
国产涂料品种、质量不能完全满足需求,固化时间长,不适应速度较高的机组,抗紫外线能力差,缺少功能型涂料,合资厂生产的涂料树脂及颜料需进口;进口涂料价格高,提高了涂装成本,降低了竞争力;贴膜彩色板所需塑胶膜尚需依赖进口。
缺少高档产品:
目前国内虽已建成很多彩涂机组,但均为二涂二烤的辊涂机组,很难生产涂层较厚的彩涂板,一些沿海空气中盐分较高地区的建筑物,或空气中SO2或NOX含量略高的工业区的厂房应使用总漆膜厚度约60μm的彩涂板;一些功能性彩涂板如机场、体育场馆、博览会场馆所需抗污染彩涂板、防虫、隔热彩涂板等均需以较高的价格从国外进口。还缺少适用大跨度建筑物的高强度彩涂板,目前国产彩涂板花色品种也比较单调。
产品不够规范:
许多用户缺少彩涂板应用知识,相当数量的用户在选择彩涂板时停留在色彩选择上,为了降低造价,不合理地降低基板厚度、锌层厚度及涂层厚度,尤其使室外建筑物寿命大打折扣,造成资源严重浪费。
低产能机组过多:
我国彩涂机组的数量已相当大,但其中产能4万t/a以下的机组甚多,有些机组产能只有1万t/a左右,其中有些受投资时资金限制,设备比较简陋,问题较多,甚至连焚烧炉都不设置,这种机组无论是产品质量还是环保都存在问题,还占有了大量宝贵的土地资源,很不合理。
总体产能过剩:
全国新建彩涂机组过多,产能远超过市场需求,致使许多彩涂机组开工率很低,甚至停产。
1)采用高质量基板
种涂装工艺对基板的表面、板形及尺寸精度要求都愈来愈高。室外用一般采用小锌花平整热镀锌钢卷,最好采用无锌花平整热镀锌钢卷;近年锌合金(Galfan、Galvalume)热镀卷的趋势在增加。室内用可采用电镀锌钢卷。贴膜彩涂板采用冷轧板,卫生洁具采用铝板卷。
2)改进预处理工艺及预处理液。设备数量少,成本低成为主流工艺,不断改进预处理液的稳定性、抗蚀性,韩国已使用Cr+3预处理液,日本已研制不含Cr+6的预处理液,以改善环保。
3)注重新涂料的开发
对一般聚酯、聚偏氟乙烯(PVDF)和塑料溶胶进行改良,获得超级颜色重现性,抗紫外线、抗SO2、提高耐蚀性;开发耐污染、吸热等功能性涂料。
4)机组设备更完善。
A采用新型焊机。镀锌板焊接性不好,机组多采用缝合机。三菱电机研发了镀锌板焊机。带钢过辊涂机不需要抬涂敷辊,避免了带钢缝合区对辊面的伤害,减少抬涂敷辊漏涂带钢的长度。
B新型辊涂机。新型的单滑轨涂装机消除了多重辊系间误差,通过增设博士刀及传感器,使涂层更匀。开发辊帘式流动涂装机—涂料流入2个涂辊之间,由涂辊间隙决定涂膜厚度,膜厚可精确控制,板面无辊印,彩涂板表面有独特的金属光泽。初涂时采用辊涂,精涂时采用幕帘涂装机,将液态涂料幕流到钢带表面,涂过的钢带不会留下辊痕。
C完善固化炉。采用补风净化技术,补入新风必须严格过虑,进风口装中效过滤器和亚高效过滤器,新风过虑后含尘量<1.5mg
/Nm3;间接燃烧的后燃烧系统,采用焦炉或混合煤气做燃料时,供热集中到废气焚烧炉内,将补风温度加热到足够高,送到固化炉各区段,燃烧产物不进入固化炉;区段控温技术,各区段温度是同时调节热风及冷风量实现,设有整套的热冷风控制系统,提高热利用率;利用焚烧炉烟气预热补风,采用蓄热式换热技术(RTO),排烟温度<200℃。
D配置先进的自动化仪表。如在线色差仪、湿膜测厚仪与干膜测厚仪等。
图5 单滑轨辊涂机
图6 间接加热固化炉
冷压花比热压花成本低,在北美有广泛的用。压花机类似二辊平整机,上下辊刻有花纹,对彩板进行压轧变形,通过换辊可获得皮纹、砖纹、花岗岩纹等,美观有立体感、强度高。冷压花机可设在线上或线外,轧制力可达50t,速度可达210m/min。
图7 冷压花彩板房屋
6) 注重产品的多样化、功能化、高档化
A深冲型彩涂板。以加工时涂膜变形状态的详细解析结果为基础,开发了随钢板压缩变形而相应变形的涂膜,做精确的树脂设计,研制出附着性、耐蚀性均好的深冲型彩涂板。
B“柚子皮”彩涂板。在涂料中加入若干微米级的添加剂,成膜时上浮,表面具有柚子皮那样细微凹凸的彩板,需要精确控制表面凹凸,形成适当波长,与“后涂层”板一起使用形成同样外观,柚子皮彩涂板表面使缺陷不显眼,很具隐蔽性。
C防静电彩涂板。广泛用于办公自动化、录像机等方面。涂膜带电电压能降低1/4,彩涂板附着的灰尘大幅度减少,加工、组装时可减少擦拭灰尘等工序,仍有良好的加性、成型性、耐药性。
D耐污染彩涂板。冰箱等厨房用电器要耐油、调料及洗涤剂污染。研制出涂膜表面硬、内部柔韧的“倾斜型涂膜”,将聚酯树脂同硬化密胺树脂结合,提高分子结构密度,膜加热后,膜表面硬化密胺聚积,涂膜表层硬难以污染,涂膜内层密胺量少柔韧好加工。
E高吸热性彩涂板。电器产品高性能化、小型化,增加了电器单位体积的热负荷,需将机内热量快速有效逸散。吸热彩涂板的涂膜通过对树脂、添加剂与颜料分子的专门设计,可吸收热量产生的红外线,再通过钢板散逸出去,使电器机内温度降低约10℃,可省去电器散热用风散,减少散热孔。
1 镀锡板的市场与消费
我国镀锡板用于罐头工业约占1/3弱,饮料业约占1/3强,轻工及其它约占1/3强。从2001~2004年镀锡板进口量逐年有所增加,国产镀锡板市场占有率略有下降,这时市场需求旺盛,而在该期间没有新的镀锡机组投产,国产镀锡板产量增加没有市场需求增加得快所致。2001~2004年我国镀锡板实际产量为116~136万t/a,进口量为31~59万t/a,每年约有15万t/a的出口量,市场占有率为87.4%~75.9%。
在包装领域,对要求强度大,密封好的包装,或需要保存时间较长的食品,镀锡板仍是首选用材。国内饮料行业还有市场潜力,其原因是价格比铝板便宜,但饮料包装要求镀锡板很薄,强度高,冲压性能好,技术难度很大,总之镀锡板市场还有空间。
2 镀锌板与彩涂板的市场与消费
我国热镀锌板与彩涂板结构相似,主要消费在建筑业,约占70%~80%,其次是轻工、家电、交通、船舶、铁路、农牧业,但我国镀锌板约有5%用于汽车业。
根据钢协及海关统计数据,镀锌板产量逐年增加,2001~2003年,产量为220~267万t/a,进口量与产量相近,出口量约10万t/a,从2004年开始,钢铁结构调整期间建设的机组陆续发挥作用,产量大幅提高,进口量下降,出口量提高,市场占有率有所提高,2004年钢协统计镀锌板产量为417万t/a,2005年上半年环比产量增幅更大。彩涂板情况相似。但由于近几年热镀锌及彩涂机组建设数量太多,其中冶金行业外及民营企业数量太多,其产量难以纳入钢协统计资料,这给市场研究带来相当困难。
从钢协统计资料看,2005年1~9月份钢材产量同比增长25.8%,其中涂镀层板同比增长57.4%,而下游行业增长速度明显放慢,汽车增长10%,家用洗衣机增长14.4%,冰箱3.7%,房地产23.6%,同比回落约5.3%,涂镀层板生产总量供大于求已形成,总之今后一段时间,热镀锌板及彩涂板市场竞争激烈,存在阶段性产能相对过剩。
1 涂镀行业与上游资源协调发展
特大型钢铁企业都拥有自己的原料系统,从冶炼到冷轧,可以根据订单及时调整钢质级别及尺寸规格,做到交货周期短;由于内部自供料,可节约中间环节的运输、包装、涂油、钝化等费用;特大型钢铁企业还建有高炉、转炉、焦炉,可产生副产品煤气,制氧机可产生副产品氮气等有利能源;此外由于其建设的机组数量多,机组分工专业化生产,可提高效率,稳定产品质量,这些都增强了其竞争能力。但我国总体矿产资源短缺,现在特大型钢铁企业都在积极寻找矿产资源、能源,与国外大矿山签订长期供货合同或合资,如宝钢、武钢、首钢、马钢、唐钢等企业都先后分别与巴西、澳大利亚合资开采铁矿石,以保持自己长远的竞争力。
单一生产涂镀层板的企业往往不具备上述优势,但他们多以国产设备为主,投资少、折旧少、财务费用低、工人工资低、退休职工少、企业负担轻等也是竞争优势,这样企业应建立稳定基板供应渠道,建立长期合作关系或加盟大钢铁集团。
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矿石、能源涨价对涂镀层板影响相对较小,锌市场供应短缺直接影响涂镀层板
自2004年以来,矿石、能源价格不断攀升,对钢铁产品成本有直接影响,但对热镀锌板的成本影响相对较小,这是因为热镀锌板是钢材深加工产品,其追加成本高,附加值高,矿石所占成本比例小。另外,热镀锌板的基板多采用长流程生产工艺,其前工序中有些工序为负能消耗,比用废钢、电炉等短流程工艺节能。但锌锭涨价直接影响镀锌板效益。2003年开始,钢铁市场强劲,镀锌板生产迅猛发展造成锌精矿短缺。2002年锌锭平均价格约8600元/t,2005年锌锭价格最高涨至25000元/t,2006年锌锭价格最高达38000元/t。全球锌资源19亿t,储量2.2亿t,基础储量4.6亿t。全球的锌产销缺口有增大趋势,锌锭价格不断走高。
3 建议建材涂镀层板实行市场准入制
汽车、家电用各种原材料(包括涂镀层板)把关十分严格,劣质材料难以混入。建材市场十分庞大控制不严。目前建材镀锌板、彩涂板虽已都有了产品标准,很多生产企业并不执行,有些生产企业想执行标准,又担心提高产品成本,在市场竞争中处于不利地位。因此国家应采取强制性措施,设立市场准入制,对那些不合标准的镀锌板、彩涂板不准进入市场,形成市场公平有序竞争,保护用户及生产企业利益。
4 建议适当发展电镀锡板、电镀锌板
2000年以来,电镀锡板、电镀锌板市场坚挺,近几年国内外新建电镀锡机组、电镀锌机组较少,我国钢铁结构调整以来,建成不少冷轧厂及涂镀层机组,但还没有生产电镀锡及电镀锌的冷轧厂。特别是镀锡基板存在世界性严重短缺,若想短时间提高镀锡基板的产量是很困难的。最近国际、国内市场热镀锌、彩涂板价格均下滑,但电镀锡板涨幅较大;国际市场电镀锌板售价也有小幅上扬。我国每年进口镀锌板中,电镀锌板所占比例都不小。可见我国电镀锡板及电镀锌板市场看好。而电镀锡板、电镀锌板生产技术条件要求很高,尤其对上游工序及基板的技术要求是非常严格,建议在有条件的大型钢铁企业适当建设电镀锡板、电镀锌板生产系统,并尽早对电镀锡基板、电镀锌工艺及设备进行研发。
5 推进建立行业组织
世界有国际铅锌组织,美国彩涂行业在1962年建立了NCCA,欧洲彩涂行业有ECCA,定期召开会员会交流信息、研究市场、确定技术项目、统计数据、出版手册及刊物等。但我国尚无涂镀行业组织,建议国内主要涂涂企业联合建立行业组织,交流信息,抵制不正当竞争,应对国际贸易纠纷。
结束语:
目前我国涂镀层板生产已有了空前发展,成绩很大;但也存在诸多问题,如镀锡基板及电镀锌板生产短缺;建材热镀锌、彩涂板涂镀层过薄,产品质量欠佳,市场无序竞争,今后还将面临热镀锌、彩涂板产能阶段性相对过剩等问题,只能不断解决上述这些问题,加强行业自律,融入国际市场,在竞争中求生存发展。