CN105220125B - 生产锌镁合金镀层钢板及彩涂板的联合机组及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生产锌镁合金镀层钢板和彩涂板的联合机组及其生产方法。所述联合机组主要由入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段组成。本发明的联合机组，能够最大限度地利用彩涂机组的入口段及出口段，在节约机组设备初始投资的同时，同一机组上可生产镀锌基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板三种产品，一条机组三种用途，可提高生产的灵活性、市场的快速响应性及生产效率。

Description

生产锌镁合金镀层钢板及彩涂板的联合机组及其生产方法

技术领域

本发明属于钢带表面涂镀的深加工技术领域，提供了一种生产锌镁合金镀层钢板和彩涂板的联合机组及生产方法。

背景技术

近几年，随着经济的高速发展，我国建设了大量的彩涂机组，面对激烈的市场竞争，如何灵活地调整产品结构、快速响应市场需求，降低生产成本，是企业生存和发展的关键。

目前，单一的彩涂机组只能生产彩涂板。彩涂板基板大多使用镀锌钢带，而镀锌钢带的耐蚀性相对较差，服役寿命较短。以镀锌钢带为基板的彩涂机组越来越不能满足市场对于更高耐蚀性的涂镀层板带以及多样化镀层板带产品的需求。增加彩涂板品种，改进彩涂板生产工艺与设备，成为钢铁企业技术研发的重要组成部分。

发明内容

本发明提供一种生产锌镁合金镀层钢板和彩涂板的联合机组，从而实现同一机组能够生产三种镀层产品：锌镁合金镀层钢板、镀锌板基板的彩涂板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板。

一方面，本发明提供一种生产锌镁合金镀层钢板和有机涂层彩涂板的联合机组，所述联合机组能够生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板；所述联合机组包括入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段；其中：通过所述入口段、脱脂段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段构成一条连续彩涂机组，以生产镀锌板基板的彩涂板；所述连续PVD真空镀膜段设置在脱脂段和出口段之间，并通过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段和出口段构成一条连续机组，以生产锌镁合金镀层钢板；所述连续PVD 真空镀膜段设置在脱脂段和化学辊涂段之间，并通过入口段、脱脂段、连续 PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段构成一条连续彩涂机组，以生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板。

根据本发明的实施例，所述连续PVD真空镀膜段依次由入口多级压差室、真空脱气装置、等离子清洗装置、溅射室、出口多级压差室、合金化炉及风冷装置按序布置构成。

根据本发明的实施例，所述连续PVD真空镀膜段通过多个转向辊与脱脂段和化学辊涂段连接，所述连续PVD真空镀膜段通过多个转向辊与脱脂段和出口段连接。

根据本发明的实施例，在所述多个转向辊中还设置有多个张力辊，以实现不同机组的不同区段对钢带张力的控制。

另一方面，提供一种锌镁合金镀层钢板和彩涂板的联合生产方法，所述联合生产方法能够生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板；所述联合生产方法包括：采用镀锌钢带为基板生产锌镁合金镀层钢板时，钢带由入口段进入机组，经过脱脂段对钢带表面进行脱脂处理，通过转向辊进入连续PVD真空镀膜段进行连续PVD真空镀镁和锌镁合金化，制得锌镁合金镀层钢带，然后成品锌镁合金镀层钢带由出口段输出；采用镀锌钢带为基板生产镀锌板基板的彩涂板时，钢带由入口段进入机组，经过脱脂段进行表面脱脂处理，通过化学辊涂段将有机涂层涂敷于钢带表面，初涂段和精涂段分别进行初涂和精涂，在覆膜段对精涂后的钢带表面进行覆膜，成品彩涂板由出口段输出；采用镀锌钢带为基板生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板时，钢带经过入口段进入机组，经过脱脂段进行表面脱脂处理，通过转向辊进入连续PVD真空镀膜段进行连续PVD真空镀镁和锌镁合金化，制得锌镁合金镀层钢带，再通过化学辊涂段进行辊涂，进入初涂段和精涂段分别进行初涂和精涂，在覆膜段对精涂后的钢带表面覆膜，成品彩涂板由出口段输出。

根据本发明的实施例，所述生产锌镁合金镀层钢板在连续PVD真空镀膜段经入口多级压差室、真空脱气装置、等离子清洗装置、直流磁控溅射室、出口多级压差室、合金化炉及风冷装置进行连续PVD真空镀镁并完成锌镁合金化过程，制得锌镁合金镀层钢板，并且连续PVD真空镀膜段的各真空腔室在工作状态下保持各自的工艺真空状态。

根据本发明的实施例，所述连续PVD真空镀膜段的入口多级压差室内的工作压力从1×10⁵Pa呈梯度降至3×10^-3Pa，所述出口多级压差室内的工作压力从3×10^-3Pa呈梯度升至1×10⁵Pa。

根据本发明的实施例，基带温度为40-110℃,靶功率密度为3W /cm²，工作压力为0.1Pa。

根据本发明的实施例，所述锌镁合金镀层钢带在所述合金化炉内合金化时的温度为415±3℃，合金化时间为10s-20s。

根据本发明的实施例，为生产锌镁合金镀层钢板，连续PVD真空镀镁厚度为400±20nm。

根据本发明的联合机组，能够最大限度地利用原有彩涂机组的入口段及出口段，在节约机组初始设备投资的同时，可实现在同一机组上生产三种产品：镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板，提高企业对市场的快速响应能力和生产效率。

另外，由于PVD固有的物理气相沉积特点，连续PVD真空镀镁层表面均匀一致，从而能够保证锌镁合金镀层钢板和锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板的表面质量。

附图说明

图1示出联合机组的流程示意图；

图2示出生产锌镁合金镀层钢板的流程示意图；

图3示出生产镀锌板基板的彩涂板的生产流程示意图；

图4是示出生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板的生产流程示意图；

图5示出机组中连续PVD真空镀膜段的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及示例性实施例，进一步详细描述本发明的原理，以使本发明的技术解决方案更加清晰。现有彩涂机组只能生产单一的镀锌板基板的彩涂板，本发明可以生产耐腐蚀性更好，服役寿命更长的锌镁合金镀层板及其彩涂板，能够在同一机组上生产如下三种涂镀层钢带产品：锌镁合金镀层钢板、镀锌板基板的彩涂板和锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板。生产锌镁合金镀层钢板是在镀锌层上采用连续PVD(Physical VaporDeposition，简写为 PVD，即物理气相沉积)技术真空镀镁，并通过合金化退火使得镀层中发生反应扩散，形成具有优良耐蚀性及综合应用性能的合金相，制备的锌镁合金镀层钢板的耐腐蚀性显著提升——虽然镀锌层上采用连续PVD沉积的镁仅占总镀层质量的1.3wt％，但是锌镁合金镀层钢板的耐腐蚀性提高为基板(镀锌钢板)的10倍以上，锌镁合金镀层是一种高效镀层，在当今全球锌资源短缺的大形势下，对于镀层钢带节约锌资源具有重要意义。三种涂镀层板带产品丰富了涂镀层钢带的产品市场，为用户增加了涂镀层产品的选择余地。

本发明的联合机组由入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段组成，能够构成三种不同的钢带连续生产机组，分别用于生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板以及锌镁合金镀层钢板，其中：

(1)通过所述入口段、脱脂段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段构成一条连续彩涂机组，以生产镀锌板基板的彩涂板(即镀锌-彩涂板)；

(2)将连续PVD真空镀膜段设置在脱脂段和化学辊涂段之间，并通过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段构成一条连续彩涂机组，用以生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板(即锌镁合金-彩涂板)；

(3)将连续PVD真空镀膜段设置在脱脂段和出口段之间，并通过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段和出口段构成一条连续机组，用以生产锌镁合金镀层钢板。

下面详细描述锌镁合金镀层钢板和彩涂板联合机组的生产过程。

参照图1-图4，根据本发明，生产锌镁合金镀层钢板和有机涂层彩涂板的联合机组主要由入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段组成。

这里，入口段、脱脂段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段是彩涂板生产中所涉及的常用生产区段，在此不再赘述。

本发明生产锌镁合金镀层钢板和以其为基板的彩涂板的联合机组中，设置连续PVD真空镀膜段是本发明的关键技术和技术难点之一。众所周知，在独立的、完全封闭的真空腔室中保持真空、实现PVD真空镀膜相对容易，但在大气环境中，实现连续PVD真空沉积是比较困难的。本发明通过设置入口多级压差室(设置7级相对独立而内部连通的真空腔室，各真空腔室内部真空度逐级升高，内部压力从第1级的1×10⁵Pa减小至第7级的3×10^-3Pa，各真空腔室的真空由真空泵经真空回路抽真空而得)和出口多级压差室(设置 7级相对独立而内部连通的真空腔室，各真空腔室内部真空度逐级减低，内部压力从第1级的3×10^-3Pa升高至第7级的1×10⁵Pa，各真空腔室的真空由真空泵经真空回路抽真空而得)，从而人为地在大气中创设出一段相对独立的真空区段-连续PVD真空镀膜段。本发明采用连续PVD技术对钢带进行连续真空镀镁，连续PVD技术采用真空条件下的直流磁控溅射，利用气体放电溅出镁靶上的镁原子，使得镁沉积在连续运行的钢带上。通过在彩涂机组的脱脂段和化学辊涂段之间设置连续PVD真空镀膜段，从而能够在同一机组上生产镀锌板-彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金-彩涂板三种镀层钢板。

根据本发明的实施例，连续PVD真空镀膜段主要由入口多级压差室、真空脱气装置、等离子清洗装置、直流磁控溅射室、出口多级压差室、合金化炉及风冷装置组成。

入口多级压差室内，内部压力逐级降低，钢带经过第7级后，通过真空脱气腔室和等离子清洁腔室，然后到达连续PVD镀室，真空脱气腔室和等离子清洁腔室的内部压力不高于3×10^-3Pa，各真空腔室的真空由真空泵经真空回路抽真空而得。

与入口多级压差室相对应，出口多级压差室设置7级相对独立而内部连通的真空腔室，各真空腔室内部压力逐级升高，第7级与外界大气相通。

真空脱气装置能够在极短的时间内迅速加热钢带表层，从而实现钢带表面的加热和气体脱附。

等离子清洗装置可对钢带表面进行等离子清洗，从而实现钢带表面的深度物理清洁和晶格活化，有利于提高之后的连续PVD溅射镁的膜-基结合力。

镀锌钢带在连续PVD镀室内完成表面的真空镀镁过程。

钢带镀镁后，在合金化炉中完成反应扩散，镀层中形成合金相，锌镁合金镀层钢板的耐腐蚀性得到显著提升。

风冷装置包括风箱和风机，风机向风箱连续输送大流量的冷风，冷风通过风箱的狭缝喷射至连续走行的钢带表面，迅速带走钢带表面的热量，从而将钢带降至室温(例如40℃以下)。

根据本发明的实施例，为了便于机组类型及镀层产品品种的切换，本机组视需要可以在脱脂段与连续PVD真空镀膜段之间、连续PVD真空镀膜段内部以及连续PVD区段与化学辊涂段或出口段之间设置多个转向辊。例如，连续PVD真空镀膜段可以通过多个转向辊与脱脂段和化学辊涂段连接；连续 PVD真空镀膜段可以通过多个转向辊与脱脂段和出口段连接。

根据本发明的实施例，该联合机组设置多个张力辊，以实现对不同机组类型不同工艺区段的张力控制。

本发明的联合机组，能够在同一机组上生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层板板基板的彩涂板三种涂镀层钢板，从而提高企业对市场的快速响应性和生产效率。

本发明的联合机组还提供不同涂镀层钢板的生产方法，在生产不同镀层钢板时，钢带运行通过机组的不同区段，从而在同一机组上，能够根据生产需要，生产出不同的涂镀层钢板。

具体地，当生产锌镁合金镀层钢板时，钢带依次经过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段和出口段，即钢带不经过化学辊涂段、初涂段、精涂段和覆膜段。当生产镀锌板基板的彩涂板时，钢带依次经过入口段、脱脂段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段，而不经过连续PVD真空镀膜段。在生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板时，钢带依次经过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段，以完成锌镁合金镀层钢板生产过程并在锌镁合金镀层钢板表面涂敷有机涂层。

根据本发明的实施例，生产锌镁合金镀层钢板和锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板时，入口多级压差室内的压力可以从1×10⁵Pa呈梯度降至3×10^-3Pa，出口多级压差室内的压力可以从3×10^-3Pa呈梯度升至1×10⁵Pa。锌镁合金镀层钢带在直流磁控溅射室内溅射时的温度为40-110℃，靶功率密度为3W /cm²，工作压力为0.1Pa。钢带在合金化炉内的温度为(415±3)℃，合金化时间为 (10-20)s，镀层中生成合金相，锌镁合金镀层的耐腐蚀性能得到显著提升，极大地延长镀层钢板的服役寿命。

此外，生产锌镁合金镀层钢板和锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板时，镀镁厚度(400±20)nm。由于PVD(物理气相沉积)固有的原子沉积特点，连续PVD真空镀镁表面均匀一致。

下文将参照附图，结合具体的实施例，描述本发明的生产锌镁合金镀层钢板和彩涂板的联合机组及其生产方法。

图1示出本发明实施例的联合机组示意图，该联合机组能生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板。

该生产方法包括：采用镀锌钢带为基板生产锌镁合金镀层钢板时，钢带依次经过入口段进入机组、经过脱脂段进行脱脂处理、通过转向辊进入连续 PVD真空镀膜段进行连续PVD真空镀镁和锌镁合金化，制得锌镁合金镀层，通过转向辊从出口段输出锌镁合金镀层钢带成品卷。

采用镀锌钢带为基板生产彩涂板时，钢带经入口段进入机组、经过脱脂段进行脱脂处理、通过化学辊涂段进行辊涂、进入初涂段和精涂段进行初涂和精涂、在覆膜段对精涂后的钢带进行覆膜，然后从出口段输出彩涂板成品卷。

采用锌镁合金镀层钢板为基板生产彩涂板，钢带由入口段进入机组、经过脱脂段进行脱脂处理、通过转向辊进入连续PVD真空镀膜段进行连续PVD 真空镀镁和锌镁合金化，制得锌镁合金镀层，再通过化学辊涂段进行辊涂、进入初涂段和精涂段进行初涂和精涂、在覆膜段对精涂后的钢带表面进行覆膜，然后从出口段输出彩涂板成品卷。

图2示出作为锌镁合金镀层钢板生产机组时的工艺流程图。图3示出了作为彩涂板机组(以镀锌板为基板)的工艺流程图。图4示出了锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板机组的工艺流程图。图5示出了连续PVD真空镀膜段的工艺流程图。

如图2至图4所示，本发明的联合机组由入口段1、脱脂段2、两个转向辊3和4、张力辊5、连续PVD真空镀膜段6、两个转向辊7和8、化学辊涂段9、初涂段10、精涂段11、覆膜段12及出口段13组成。

图2至图4中，虽然示出的脱脂段和连续PVD真空镀膜段之间的转向辊以及连续PVD真空镀膜段和化学辊涂段之间的转向辊均为两个，但是，相关技术人员可以根据车间的空间位置及生产工艺需要，灵活地设置转向辊。

另外，如图5所示，连续PVD真空镀膜段由入口多级压差室14、真空脱气装置15、等离子清洗装置16、直流磁控溅射室17、出口多级压差室18、合金化炉19及风冷装置20组成。

下面将结合图1至图4，详细地描述本发明所述联合机组的生产方法。

生产锌镁合金镀层钢板时(如图2所示)，钢带通过入口段1和脱脂段2，经转向辊3和4、张力辊5和连续PVD真空镀膜段6，经过连续PVD真空镀镁后，经转向辊7和8直接进入出口段，即生产锌镁合金镀层钢板时，钢带不经过化学辊涂段9、初涂段10、精涂段11和覆膜段12，这些区段的设备并不投入实际的生产运行(图2中，虚线所表示的区段)。

以镀锌钢板为基板生产彩涂板时(如图3所示)，钢带通过入口段1和脱脂段2，经转向辊3和8进入化学辊涂段9、初涂段10、精涂段11、覆膜段 12及出口段13。即以镀锌钢板为基板生产彩涂板时，钢带不经过连续PVD 真空镀膜段(如图3中虚线所表示的区段)。

以锌镁合金镀层钢板为基板生产彩涂板(如图4所示)时，钢带通过入口段1和脱脂段2，经转向辊3和4以及张力辊5进入连续PVD真空镀膜段 6，连续PVD真空镀镁后，经转向辊7和8进入化学辊涂段9、初涂段10、精涂段11、覆膜段12和出口段13。

在实施中，连续PVD真空镀膜段的入口多级压差室内的工作压力经七级真空腔室逐级减压，内部压力从第1级的1×10⁵Pa降至第7级的3×10^-3Pa，出口多级压差室内的工作压力经7级真空腔室逐级升压，内部压力从第1级的3×10^-3Pa升至第7级的1×10⁵Pa。

钢带进入直流磁控溅射室以执行镀镁，锌镁合金镀层钢带在直流磁控溅射室内溅射时的温度为40-110℃，靶功率密度为3W /cm²，工作压力为0.1Pa。连续PVD真空镀镁后，进入合金化炉进行反应扩散，合金化后得到锌镁合金镀层，合金化炉温度为(415±3)℃，合金化时间为(10-20)s。

连续PVD真空镀镁厚度为(400±20)nm。

本发明通过在原有彩涂机组上增设连续PVD真空镀膜段，使得同一机组能够生产如下三种涂镀层产品：锌镁合金镀层钢板、镀锌板基板的彩涂板和锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板，从而提高企业对市场的快速响应能力，丰富涂镀层产品品种，提高生产效率。同时，本发明锌镁合金镀层钢板以及以其为基板的彩涂板，镀层钢板的耐腐蚀性能得以极大提升，钢板的服役寿命得以显著提高。

虽然参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解：在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对机组做出多种形式和细节上的改变。

Claims (8)

1.一种生产锌镁合金镀层钢板和有机涂层彩涂板的联合机组，其特征在于，所述联合机组能够生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板；

所述联合机组包括入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段；其中：

通过所述入口段、脱脂段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段构成一条连续彩涂机组，以生产镀锌板基板的彩涂板；

所述连续PVD真空镀膜段设置在脱脂段和出口段之间，并通过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段和出口段构成一条连续机组，以生产锌镁合金镀层钢板；

所述连续PVD真空镀膜段设置在脱脂段和化学辊涂段之间，并通过入口段、脱脂段、连续PVD真空镀膜段、化学辊涂段、初涂段、精涂段、覆膜段及出口段构成一条连续彩涂机组，以生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板，

其中，所述连续PVD真空镀膜段依次由入口多级压差室、真空脱气装置、等离子清洗装置、溅射室、出口多级压差室、合金化炉及风冷装置按序布置构成。

2.根据权利要求1所述的联合机组，其特征在于：

所述连续PVD真空镀膜段通过多个转向辊与脱脂段和化学辊涂段连接，

所述连续PVD真空镀膜段通过多个转向辊与脱脂段和出口段连接。

3.根据权利要求2所述的联合机组，其特征在于，在所述多个转向辊中还设置有多个张力辊，以实现不同机组的不同区段对钢带张力的控制。

4.一种锌镁合金镀层钢板和彩涂板的联合生产方法，其特征在于，所述联合生产方法能够生产镀锌板基板的彩涂板、锌镁合金镀层钢板以及锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板；

所述联合生产方法包括：

采用镀锌钢带为基板生产锌镁合金镀层钢板时，钢带由入口段进入机组，经过脱脂段对钢带表面进行脱脂处理，通过转向辊进入连续PVD真空镀膜段进行连续PVD真空镀镁和锌镁合金化，制得锌镁合金镀层钢带，然后成品锌镁合金镀层钢带由出口段输出；

采用镀锌钢带为基板生产镀锌板基板的彩涂板时，钢带由入口段进入机组，经过脱脂段进行表面脱脂处理，通过化学辊涂段将有机涂层涂敷于钢带表面，初涂段和精涂段分别进行初涂和精涂，在覆膜段对精涂后的钢带表面进行覆膜，成品彩涂板由出口段输出；

采用镀锌钢带为基板生产锌镁合金镀层钢板基板的彩涂板时，钢带经过入口段进入机组，经过脱脂段进行表面脱脂处理，通过转向辊进入连续PVD真空镀膜段进行连续PVD真空镀镁和锌镁合金化，制得锌镁合金镀层钢带，再通过化学辊涂段进行辊涂，进入初涂段和精涂段分别进行初涂和精涂，在覆膜段对精涂后的钢带表面覆膜，成品彩涂板由出口段输出，

其中，所述生产锌镁合金镀层钢板在连续PVD真空镀膜段经入口多级压差室、真空脱气装置、等离子清洗装置、直流磁控溅射室、出口多级压差室、合金化炉及风冷装置进行连续PVD真空镀镁并完成锌镁合金化过程，制得锌镁合金镀层钢板，并且连续PVD真空镀膜段的各真空腔室在工作状态下保持各自的工艺真空状态。

5.根据权利要求4所述的联合生产方法，其特征在于，所述连续PVD真空镀膜段的入口多级压差室内的工作压力从1×10⁵Pa呈梯度降至3×10^-3Pa，所述出口多级压差室内的工作压力从3×10^-3Pa呈梯度升至1×10⁵Pa。

6.根据权利要求4所述的联合生产方法，其特征在于，基带温度为40-110℃，靶功率密度为3W /cm²，工作压力为0.1Pa。

7.根据权利要求4所述的联合生产方法，其特征在于，所述锌镁合金镀层钢带在所述合金化炉内合金化时的温度为415±3℃，合金化时间为10s-20s。

8.根据权利要求4所述的联合生产方法，其特征在于，为生产锌镁合金镀层钢板，连续PVD真空镀镁厚度为400±20nm。