CN103372523B

CN103372523B - 一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法

Info

Publication number: CN103372523B
Application number: CN201210126517.6A
Authority: CN
Inventors: 李登峰; 杨勇杰; 黄杰; 赵斌; 崔光华
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: CN103372523A

Abstract

一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法，采用对上、下涂辊表面包覆橡胶，橡胶表面刻槽，槽形为等腰三角形、等腰梯形或弧形；等腰三角形槽尺寸：槽顶宽a为0～0.6mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.0mm；等腰梯形槽尺寸：槽顶宽a为0～0.4mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.1mm，槽底宽b为0.1～0.8mm；弧形槽尺寸为：槽深h为0.1～0.4mm，槽顶宽a为0～0.4mm，曲率半径r为0.4～1.2mm，螺距p为0.3～1.1mm。本发明通过刻槽辊型满足不同涂层厚度的工艺需求，实现涂层均匀化涂布。

Description

一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法

技术领域

本发明涉及带钢涂层技术，特别涉及一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法。

背景技术

辊涂是冷轧带钢涂层工序最为常见的涂布方式，无驱动两辊式涂层机结构简单，操作维护方便，尤其适用于易于流平的涂料(包括水溶性涂料或高固体含量涂料)的涂布，例如冷轧硅钢卷材的连续涂布作业。一般地，带钢在线运行进入涂层机时，无驱动、类似挤干辊的两橡胶辊在水平带钢的上、下方布置；进入涂辊前的带钢，上方由涂液供给槽向上涂辊给液，下涂辊或由给液管槽供液，或浸入漆盘汲液，涂层厚度基本只能通过上、下两橡胶辊之间的压力调整来实现。

中国专利申请号200710044754通过涂层机框架摆动，使得出口带钢与框架垂直，带钢与上下涂辊的接触区一致的方法，保证上下表面膜厚均匀。中国专利申请号200920289715.8和200920289716.2提供了侧辊和涂辊、涂辊和带钢之间的压力，从而调整涂层厚度和均匀度。然而该类型的涂层机设备配置一般较为简单，对涂层厚度的调控手段十分有限，故进一步地，中国专利申请号200610155838.3在带有刻槽的两个无驱动橡胶辊涂层机上，结合具体的涂液特性，披露一种三角槽型，实现了1～3μm膜厚的涂布控制。即使如此，当涂液成分、比重等性质变化，或带钢运行速度变化，或涂层的厚度要求更厚或更薄时，即使调整辊间压力，该类刻槽涂辊也难以能满足涂层膜厚的控制需求。

表面带有刻槽的橡胶辊多用于纺织和印刷行业，尤其在半导体制造领域，已由使用经验的积累转为理论指导的完善。例如美国专利US6645297B1所述涂辊表面两端边缘区域槽深逐渐变浅，能在基板上交替重复地形成均匀的绝缘层和耐焊层，印刷制造出电路板。再如Dainippon Screen公司申请的美国专利4949667和5028457描述了一种梯形槽和一种三角梯形槽，能将高粘度的电子浆料均匀印刷在电路板上。这类半导体印刻制造方面得到应用的涂辊刻槽技术，大多需要以涂料理化特性、工作环境等精细控制条件为前提，且涂层膜厚要求各异，不能直接借鉴到冶金行业的冷轧带钢涂层领域。

因此可见，冷轧带钢行业使用的无驱动两辊式涂层机，其涂层厚度仅能通过辊间压力来调节，故本发明基于橡胶涂辊表面刻槽的方法，完善涂层厚度的控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法，通过选用合适的刻槽辊型满足不同涂层厚度的工艺需求、相同涂层的厚度差异化需求、实现各类涂层的均匀化涂布，并保证较高的涂辊正常使用寿命。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法，采用对上、下涂辊表面包覆橡胶，橡胶表面刻槽，槽形为等腰三角形、等腰梯形或弧形；等腰三角形槽的尺寸为：槽顶宽a为0～0.6mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.0mm；等腰梯形槽的尺寸为：槽顶宽a为0～0.4mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.1mm，槽底宽b为0.1～0.8mm；弧形槽的尺寸为：槽深h为0.1～0.4mm，槽顶宽a为0～0.4mm，曲率半径r为0.4～1.2mm，螺距p为0.3～1.1mm，以此能获得单面干膜0.5～38g/m²的涂层厚度。

进一步，所述的上、下涂辊直径为150～450mm。

所述的上、下涂辊表面橡胶材质邵氏硬度为45～78°。

所述的上、下涂辊表面橡胶材质为氯丁二烯、氯磺化聚乙烯或聚氨酯。

所述的下、上两涂辊上各刻槽的总截面积之比(S_l下/S_l上)在1.00～1.08的范围内。

另外，本发明将单根涂辊的全长划分为三部分或五部分，且，分隔沿辊身中心对称，相邻分隔辊身区域设置的槽深差Δh≠0，但螺距p相同；Δh>0或Δh<0，涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚或减薄。

将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分，辊身分区原则为：定义待涂敷带钢的长度为l’，对于三部分划分涂辊，辊身Ⅱ长度为40％～70％l’；对于五部分划分涂辊，辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8％～15％l’，辊身Ⅲ长度为40％～60％l’。

单根涂辊的邵氏硬度差在1°内，上下涂辊硬度差在2°内。

本发明选择的涂辊直径为150～450mm。当带钢运行速度较快时，选取较大的涂辊辊径，能平衡掉涂辊为带钢提供过多的涂液量，且单位面积受到的冲击力小，保证了涂辊的使用寿命；但若涂液流变性不佳，则控制涂层厚度的精度相比较差。较快的机组速度首先需要保证涂辊运行的安全性，具有一定槽顶宽a的等腰梯形槽能稳定承受带钢对涂辊的冲击，故在三种基本槽型中为优选。

当涂液性质为悬浮液，或者比重较大时，应当重点防止因涂液偏析或流平不佳，影响涂层均匀性；当涂液粘度高或固含量高时，涂层厚度容易偏厚或产生不均匀的花纹。此时三种基本槽型中，优选弧形槽或等腰三角槽。不论哪种槽型，最好考虑较小的涂辊辊径，且均要求槽深h较小，槽顶宽a较小或螺距p较大；机组速度较快时更当如此考虑。

涂辊表面橡胶材质要求的硬度一般为邵氏45～78°，且韧性和耐磨性、耐溶剂性、抗老化性好。合适的橡胶材质可从氯丁二烯(Neoprene)，氯磺化聚乙烯(Hypalon)、聚氨酯(Polyurethane)橡胶中选择，且橡胶表面不能表现为疏水性。硬度相对偏软的胶辊，更容易将涂料供给带钢，从而获得较高的涂敷量。

采用无驱动两辊式的涂层方法，下表面因涂料受重力而回流，故其涂层厚度较上表面偏薄，从而偏离了实际工艺对上下表面膜厚的控制要求。依据涂液类型不同，为满足上下表面涂布量一致，则下、上两辊(S_l下/S_l上)总截面积之比一般在1.00～1.08的范围内。由此可按照两表面涂层厚度的具体工艺要求，灵活调整上、下涂辊槽型的总截面积S_l。

对于同一表面的涂层厚度，有时要求带钢边、中、边部的涂布量有所差别，此时可将单根涂辊的全长划分为三部分或五部分；辊身分隔沿辊身中心轴对称。相邻分隔辊身区域存在槽深差异Δh(Δh>0或Δh<0)，但螺距p相同；这样涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚或减薄。采用五部分划分或三部分划分涂辊的槽型时，上、下涂辊的辊身长度一般互不一致，以避免上、下涂辊分隔处的膜厚产生突变。辊身分区原则为：定义待涂敷带钢的长度为l’，单位，mm，对于三部分划分涂辊，辊身Ⅱ长度为(40％～70％)l’；对于五部分划分涂辊，辊身Ⅱ或Ⅳ长度为(8％～15％)l’，辊身Ⅲ长度为(40％～60％)l’，单位，mm。

涂辊硬度直接影响胶辊带液能力和涂层均匀性缺陷的形成，一般要求单根涂辊的邵氏硬度差在1°内，上下两辊硬度差在2°内。软质橡胶的选用容易得到良好的涂层，可减弱部分涂层缺陷；但当其抗磨损能力差于硬质橡胶时，可考虑适当增大槽顶宽a。涂辊辊间压力过小则不能保证膜厚均匀性和稳定性，过大则容易对涂辊槽齿造成伤害，损害涂辊寿命。

胶辊刻槽时，刀具从涂辊一端移向另一端，从而产生槽线螺旋方向。一般地，同一涂辊只有一个螺向，上下两辊螺向相同。但当上、下两辊螺向相异时，可产生额外效果。如图8、9所示，上、下两涂辊螺向相异，分别为右旋和左旋时，上、下两辊槽齿间的涂液都易于向左移动，造成左侧涂层有偏厚倾向。涂液粘度、比重越大，涂辊辊径越小，带钢运行速度越快，则左侧涂层增厚倾向越大，可将左侧涂辊辊间压力加大，更易于膜厚的精确控制；与此同时，涂辊左侧受力也较大，容易磨损甚至有带钢跑偏倾向。

本发明的有益效果：

1.对粘度10～180秒(4mm，DIN 53211)、比重1.0～1.9g/ml、固体份5～75％等不同种类和性质的涂液，选用合适的刻槽辊型能普遍适用。

2.对上下表面涂层平均厚度不一、或同一表面边中边部膜厚不同等特殊工艺要求，选用合适的刻槽辊型能获得单面干膜0.5～38g/m²的涂层厚度。

3.选用合适的刻槽辊型，能减清涂层均匀性缺陷，提高橡胶涂辊运行的稳定性，保证涂辊正常使用寿命不小于600km。

附图说明

图1为本发明涂辊刻槽槽型为等腰三角形槽的示意图。

图2为本发明涂辊刻槽槽型为等腰梯形槽的示意图。

图3为本发明涂辊刻槽槽型为弧形槽的示意图。

图4为本发明涂辊五部分划分的示意图。

图5为图4的A部放大示意图。

图6为本发明涂辊三部分划分的示意图。

图7为图6的B部放大示意图。

图8为本发明涂辊螺向右旋的示意图。

图9为本发明涂辊螺向左旋的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明涂辊刻槽槽型为等腰三角形槽，其四个基本尺寸为槽深h，槽底夹角θ，螺距p，槽顶宽a；其中，槽顶宽a为0～0.6mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.0mm。

图2所示为等腰梯形槽，其五个基本尺寸为槽深h，槽顶宽a，槽底宽b，螺距p，槽底夹角θ；其中，槽顶宽a为0～0.4mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.1mm，槽底宽b为0.1～0.8mm。

图3所示为弧形槽，其四个基本尺寸为槽深h，槽顶宽a，曲率半径r，螺距p；其中，槽深h为0.1～0.4mm，槽顶宽a为0～0.4mm，曲率半径r为0.4～1.2mm，螺距p为0.3～1.1mm。

对于同一表面的涂层厚度，有时特别要求带钢边、中、边部的涂布量有所差别，此时可将上、下涂辊1、2的全长划分为三部分或五部分，如图4～图7所示，其分别为五部分辊身Ⅰ～Ⅴ和三部分辊身Ⅰ～Ⅲ；辊身分隔沿竖直轴对称。相邻分隔辊身区域存在槽深差异Δh(Δh>0或Δh<0)，但螺距p相同；这样涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚(如图4、图5)或减薄(如图6、图7)。采用五部分划分或三部分划分涂辊的槽型时，上、下涂辊的辊身长度一般互不一致，以避免上、下涂辊分隔处的膜厚产生突变。辊身分区原则为：定义待涂敷带钢的长度为l’，单位，mm，对于三部分划分涂辊，辊身Ⅱ长度为(40％～70％)l’；对于五部分划分涂辊，辊身Ⅱ或Ⅳ长度为(8％～15％)l’，辊身Ⅲ长度为(40％～60％)l’，单位，mm。

胶辊刻槽时，刀具从涂辊一端移向另一端，从而产生槽线螺旋方向。一般地，同一涂辊只有一个螺向，上下涂辊螺向相同。但当上、下两辊螺向相异时，可产生额外效果。如图8、图9所示，上、下涂辊1、2螺向相异，分别为右旋和左旋时，上、下涂辊槽齿间的涂液都易于向左移动，造成左侧涂层有偏厚倾向。涂液粘度、比重越大，涂辊辊径越小，带钢运行速度越快，则左侧涂层增厚倾向越大，可将左侧涂辊辊间压力加大，更易于膜厚的精确控制；与此同时，涂辊左侧受力也较大，容易磨损甚至有带钢跑偏倾向。

实施例1

涂料性质和涂层结果见表1，橡胶涂辊工艺状况如表2所述。

表1

表2

槽型参数设计说明：

本例中的涂布作业背景是机组速度较慢、涂料的比重和固含较大，故选择涂辊首先考虑涂辊槽齿的给液能力和涂布均匀性。选取了邵氏50°、辊径180mm的软质小胶辊，同时采用槽顶宽a为0、夹角θ为120°的三角槽型，兼顾了涂液流平性和涂辊使用寿命。由于涂液比重大，故应考虑下/上两辊总截面积之比(S_l下/S_l上)>1。

单位长度1m内的上/下涂辊总横截面积分别为94.74/98.97mm²，下/上两辊(S_l下/S_l上)总截面积之比为1.04，这样保证了下表面膜厚与上表面一致或稍偏厚的工艺需求。该涂辊正常涂布的使用寿命≥600km。

实施例2

涂料性质和涂层结果见表3，橡胶涂辊工艺状况如表4所述。

表3

表4

对涂辊辊身进行五部分划分刻槽，如图4所示，参数见表5.

表5

槽型参数设定说明：

本实施例例中的机组速度适中，涂液流平性较好，但涂层厚度的工艺要求较为特殊且严格。选择了软质较大直径胶辊、槽齿形状坚固的梯形槽，可满足苛刻工艺的稳定实现。由于要求较厚的下表面膜厚，则需设定下/上两辊总截面积之比(S_l下/S_l上)>1；又因同一表面边、中、边部膜厚不同，故将涂辊辊身分隔成几段进行刻槽。

以中央区域的辊身Ⅲ槽型为基准，单位长度1m内的上/下涂辊总横截面积分别为240.81/256.86mm²，下/上两辊总截面积之比(S_l下/S_l上)为1.07，这样保证了下表面膜厚比上表面平均高0.5g/m²的工艺需求。图4和表5所示辊身五分隔的槽型，使得涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚了0.5g/m²。该涂辊正常涂布的使用寿命≥750km。

实施例3

涂料性质和涂层结果见表6，橡胶涂辊工艺状况如表7所述。

表6

表7

槽型参数设定说明：

本例中的涂布作业背景是机组速度较快，故选择硬度高达邵氏75°的耐磨胶辊。槽顶宽a为0的弧形槽配合流平性好的涂液使用，可使得涂层条纹最少化。工艺要求下表面膜厚高于上表面0.5g/m²，本应考虑下/上两辊总截面积之比(S_l下/S_l上)>1，但本例仍采用上下相同的涂辊槽型，将涂层机框架倾斜以得到较厚的下表面膜厚。

相同槽型的上下涂辊，其单位长度1m内的总横截面积为123.35m²；虽然槽顶宽a为0，但胶辊刻槽加工过程中存在的尺寸精度造成实际a值约0.01～0.02mm。因上/下涂辊螺向相异，导致涂液过多流向WS侧，故为使膜厚均匀，WS侧的涂辊压力稍高于DS侧。该涂辊正常涂布的使用寿命≥850km。

对于冶金行业冷轧带钢涂布工序采用的无驱动两辊式橡胶辊涂层机，本发明能普遍适用，且尤其适用于环保型水溶性涂料和高固体含量涂料的均匀涂布。

Claims

1.一种两辊涂覆的涂层厚度控制方法，采用对上、下涂辊表面包覆橡胶，橡胶表面刻槽，槽形为等腰三角形、等腰梯形或弧形；等腰三角形槽的尺寸为：槽顶宽a为0～0.6mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.0mm；等腰梯形槽的尺寸为：槽顶宽a为0～0.4mm，槽深h为0.1～0.6mm，槽底夹角θ为50～120°，螺距p为0.3～1.1mm，槽底宽b为0.1～0.8mm；弧形槽的尺寸为：槽深h为0.1～0.4mm，槽顶宽a为0～0.4mm，曲率半径r为0.4～1.2mm，螺距p为0.3～1.1mm，以此能获得单面干膜0.5～38g/m²的涂层厚度；

将单根涂辊的全长划分为三部分或五部分，且，该划分沿辊身中心对称，相邻分隔辊身区域设置槽深差Δh≠0，但螺距p相同；Δh>0时，涂层膜厚从中间区域向两边区域逐渐增厚；Δh<0时，膜厚从中间向两边逐渐减薄。

2.如权利要求1所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，所述的上、下涂辊直径为150～450mm。

3.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，所述的上、下涂辊表面橡胶材质邵氏硬度为45～78°。

4.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，所述的上、下涂辊表面橡胶材质为氯丁二烯、氯磺化聚乙烯或聚氨酯。

5.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，所述的下、上两涂辊上各刻槽的总截面积之比即S_l下/S_l上在1.00～1.08的范围内。

6.如权利要求3所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，所述的下、上两涂辊上各刻槽的总截面积之比即S_l下/S_l上在1.00～1.08的范围内。

7.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分，辊身分区原则为：定义待涂敷带钢的长度为l’，单位，mm；对于三部分划分涂辊，辊身Ⅱ长度为40％～70％l’；对于五部分划分涂辊，辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8％～15％l’，辊身Ⅲ长度为40％～60％l’，单位，mm。

8.如权利要求3所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分，辊身分区原则为：定义待涂敷带钢的长度为l’，单位，mm；对于三部分划分涂辊，辊身Ⅱ长度为40％～70％l’；对于五部分划分涂辊，辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8％～15％l’，辊身Ⅲ长度为40％～60％l’，单位，mm。

9.如权利要求5所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，将单根涂辊的全长划分采用五部分或三部分，辊身分区原则为：定义待涂敷带钢的长度为l’，单位，mm；对于三部分划分涂辊，辊身Ⅱ长度为40％～70％l’；对于五部分划分涂辊，辊身Ⅱ或Ⅳ长度为8％～15％l’，辊身Ⅲ长度为40％～60％l’，单位，mm。

10.如权利要求1或2所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，单根涂辊的邵氏硬度差在1°内，上下涂辊硬度差在2°内。

11.如权利要求3所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，单根涂辊的邵氏硬度差在1°内，上下涂辊硬度差在2°内。

12.如权利要求5所述的两辊涂覆的涂层厚度控制方法，其特征是，单根涂辊的邵氏硬度差在1°内，上下涂辊硬度差在2°内。