国产铝合金罐盖涂层生产线现状分析及发展建议

张建辉

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

随着建筑、包装、汽车等与人们日常生活息息相关的行业的不断发展，同时为了满足当今社会日益增长的对于环保、节能方面的需求，铝板带材的应用范围越来越广泛，因此许多大型、复杂的铝材深加工设备及其产品应运而生，铝合金罐盖/拉环涂层生产线就是其中之一。

同其它工业设备发展历程相近，用于生产罐盖/拉环涂层生产的大型工业涂装设备，先在西方发达国家兴起，当发展到一定程度后，进入包括中国在内的发展中国家。此前这类设备的技术及生产工艺均被国外制造商所垄断，售后服务及后续维护费用昂贵且不便。随着国内对终端产品用途了解程度的加深，以及设备使用过程中关键技术如工艺技术的掌握，该整条生产线设备技术被国内制造商消化吸收，并在此基础上进行了完善及创新。本文对国产罐盖涂层生产线的工艺流程及生产现状进行了分析，探讨国产涂层设备现状的以提升设备潜能。

1 铝合金罐盖料/拉环涂层工艺流程

铝合金罐盖由两个工件即盖体与封口片—拉环组成，它们分别用不同合金、不同厚度的铝带在高度自动化线上生产。一般来说，盖体(基础盖)采用5082合金或5182合金薄带，拉环及封口片材料则多采用5052合金，封口片—拉环组合件(tab)可简称拉环[1]。罐盖涂层生产线既可以涂层罐盖，也可以涂层拉环。

罐盖和拉环的涂层生产工艺流程可概括为，铝基材经过清洗钝化等前处理操作后，在精密涂装机上涂4g/m2～5g/m2环氧酚醛改性涂料，再进行烘烤固化。易拉罐用涂层铝卷多用于食品包装，因此对涂料工艺的要求极度严格，必须符合国家食品药品监督管理局(SFDA)的相关规定，涂料必须取得食品级认证才能投入生产。生产过程中，前处理钝化剂一般采用无毒食品级钝化剂，该钝化剂目前主要由欧美化学公司提供，专门用于食品类金属涂层的表面处理；涂料所用树脂一般采用进口或合资品牌，需通过食品级认证，可用于食品类金属包装物的表面涂装；对基板也有严格的要求，要求基材中有毒元素含量Pb≤0.01%，Cd≤0.01%，As≤0.01%。在满足以上要求的前提下，制定出符合生产易拉罐盖料和拉环料的预涂层铝卷，生产工艺流程为，来料→开卷→脱脂处理→钝化→涂层→固化→卷取→成品。

2 罐盖涂层生产线的组成

涂层生产线即为罐盖料生产的关键设备。其主要组成部分如下：

(1)开卷机。设备通常配置2台开卷机，其目的是为机组连续生产，减少辅助时间提高设备作业效率而设。一般来说，其结构型式为悬臂式涨缩轴结构，悬臂轴采用外端轴承支撑结构。

(2)入口活套塔。一般为立式架构式。带材在活套内呈现多道S形穿过固定辊和活动辊，依靠活动辊的位置改变来调整带材在活套内长度，保证贮存足够的带材，使机列的处理区可在恒带速下运行，同时在卷材的尾部与新卷缝合时入口区可停止，缝合后再放开贮存的带材。

(3)前处理段。在前处理段主要对带材表面进行去污处理，一般由多段碱洗段和漂洗段组成。目前，铝及铝合金的碱性溶液脱脂一般采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠。为了保证较好的清洗效果，需要将水温加热到一定温度，一般要求在50℃左右。带材出前处理段后还要经过挤干辊的挤压。

(4)化学钝化段。该段是向清洗后的铝带表面辊涂化学预处理液，经后续的烘干后形成一层化学转化膜，在带材表面及后续涂层间起承上启下的作用，从而达到提高油漆与基材结合力的目的。设备采用正、反面同时涂覆的形式。

(5)涂布段。该段用以向清洗后的铝带表面辊涂底漆，涂布机有3辊式(供漆辊、中间辊、涂布辊)或两辊式(供漆辊、涂布辊)，一般3辊全部为驱动辊，可配成“V”字形或直线形，并配有摆动的刮板；辊缝由安装在涂布辊两端轴承座下压力传感器提供压力反馈，辊缝自动调节，可实现闭环压力控制，并可与安装在生产线系统中的测厚仪一起实现闭环厚度控制[2]。

(6)固化炉。固化炉采用热风循环的烘干方式，通过热风加热固化带材单面或双面上的涂料(蒸发掉涂料中易挥化成分)，能源为天然气或焚烧炉的余热。为了降低炉内废气浓度，炉体设有排废气口及排废风机，废气经焚烧炉处理后排放。

(7)出口活套塔。同入口活套塔。

(8)卷取机。一条涂层生产线可配1～2个卷取机，主要从生产效率上考虑，其卷轴的结构形式为悬臂式涨缩轴结构，悬臂轴采用外端轴承支撑结构。

(9)焚烧炉。焚烧炉为线外设备，主要用来处理废气，由换热室、燃烧室等组成，废气首先进入换热室预热，然后进入燃烧室燃烧，至700℃以上；燃烧后的高温气体经过换热器，一部分热量送给初涂烘干炉，另一部分进入蒸气锅炉进行余热回收。

3 国内铝合金罐盖涂层生产线现状分析

据统计，目前已有10条国产罐盖涂层生产线投入使用，主要分布在市场消费量巨大的沿海地区以及山东、河南、北京、重庆等地。其中厦门保沣实业有限公司拥有3条1650mm生产线(带材宽度)，设计速度50m/min～60m/min，年产量近6万t，是国产罐盖涂层生产线最为集中、生产量最大的企业；邹平新三元铝材公司拥有2条涂层生产线，带材宽度分别为1850mm和1100mm，分别负责罐盖料和拉环的生产，最高设计速度达到80 m/min，年产量超过3万t，其中1850mm生产线装机水平相对较高，是国产罐盖涂层生产线代表之一。国产生产线还包括河南万达铝业有限公司的2条生产线、北京艾尔制罐有限公司的1条生产线、重庆地区的1条生产线及广东珠海的1条生产线等。从这些生产线的使用效果来看，虽与国外高水平进口设备仍存在一定差距(主要体现在控制系统和生产效率方面)，但国内罐盖涂层生产线设计制造单位在借鉴进口设备的基础上，经过不断改善及创新，已取得了显著进步，部分技术甚至优于进口设备，主要表现在以下3个方面：

(1)单位产品能耗降低。随着近几年对节能环保的重视，国内设计制造商利用卷涂工艺生产过程中产生的有机废气进行充分收集加以焚烧，可将焚烧产生的热能充分合理的进行利用，在焚烧及热能再利用技术上的研发及创新成果，使国内设备制造商掌握了更好、更精准的技术与方法，从而显著降低能耗。据国内采用进口高水平罐盖涂层生产线的生产厂家统计，罐盖料吨产品天然气消耗量约80m3～120m3；而国产制造商优化了设备组合、提高了热利用效率取得了不错的效果，目前国内先进的罐盖涂层生产线罐盖料吨产品天然气消耗量约20m3～40m3。

(2)设备性能得到了较大提升。从反映该生产线性能的几个核心指标来看，国内设备制造企业取得了较大进步，具体如下(国内先进生产线指标)：(a)涂膜厚度控制，通过设计制作涂布机精度及压力的闭环控制，其精度偏差可以控制在≤±1g/m2(罐盖料，外涂4.5g±1g/m2，内涂11g±1g/m2；拉环料，4.5g±1g/m2)；(b)生产线烘箱温度偏差±1℃；(c)生产线烘箱出口左、中、右板温度(PMT)偏差≤2℃；(d)铝板带经过烘箱后屈服强度左、中、右偏差<10MPa；(e)涂膜层在经过高温127℃、60min杀菌时，无泛白、失光、脱落等现象。

(3) 可以满足环保要求，实现达标排放。对于涂层生产线来说，满足环保要求的压力主要来自两个方面，一是废水达标排放，二是废气达标排放。目前国产生产线废水排放可以达到国家环保要求，主要通过混合反应和多级过滤等手段实现。而废气处理后也可以达到该行业国家及地方现行环保实行的指标要求(VOCs非甲烷总烃<50mg/m3)。

4 发展建议

虽然国产罐盖涂层生产线取得了长足进步，但在该设备的设计制造过程中，建议从以下几方面进行优化。

(1)提高单机产能，注重生产效率。国外高水平罐盖涂层生产线最高生产速度可达到150m/min以上，单机产能可达5万t/a以上，而国产同类设备最高速度目前为80m/min(有设计速度120m/min的生产线尚未投产)，尚未有生产线单机产能超过4万t的。国产设备还有不小的提升空间，这主要是从提高涂布速度以及与之配套的前处理及固化等工序着手。

(2)优化废气排放，更加注重环保。虽然国产生产线废气处理后也可以达到该行业国家及地方现行环保实行的指标要求，但在国家加大环境保护力度的趋势下，优化废气排放赶超国外最优排放指标显得尤为重要(此类设备国外高水平生产商可以将VOCs非甲烷总烃控制在20mg/m3以下)。

(3)完善控制系统，提高成品率。目前国外高水平涂层生产线均配备涂膜测厚系统，配置有同位素测厚仪，涂膜厚度闭环控制，精度较高；而国内设计制造的生产线有时候为了节约投资，未考虑涂膜厚度闭环控制，靠现场工人操作经验去保证，膜厚不均匀现象经常发生，造成一定的废品和出现质量异议。另外不能实现涂膜厚度闭环控制对于涂布机稳定化生产也存在不利。

(4)揉进工艺设计，增加含金量。目前国外高水平涂层生产线供应商不但参与设计、制造，而且参与生产线调试和试生产直至设备验收全过程，在此期间积累了丰富的现场工艺经验，在进行下一条生产线设计时将生产工艺揉进了设备设计，为生产线的成功提供了更为可靠的保障。因此建议国内供应商在设备设计阶段就考虑加入工艺设计的元素，避免出现设备和现场工艺匹配性不佳的状况。

5 结语

目前国内罐盖涂层生产线与进口设备相比，差距日益减小，且部分技术已优于国际同类型设备，加上设备成本价格优势，国产生产线已具备一定的市场竞争力，随着市场需求的扩大、生产技术的不断改进，保持发展势头，该生产线一定会像其它国产优势产品一样，立足国内，走向世界。