上世紀(jì)80年代，彩色涂層板生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入中國。30多年來，伴隨中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，彩涂板已廣泛應(yīng)用于建筑、家電、家居、交通、醫(yī)療器械等各個(gè)領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)彩涂板生產(chǎn)工藝是利用輥涂方法將溶劑涂料連續(xù)涂敷在金屬帶材表面，經(jīng)加熱固化形成彩色涂層，這種溶劑彩涂屬于污染型生產(chǎn)工藝。
2008年，我國明確提出要大力發(fā)展環(huán)保型涂料，并出臺(tái)了多項(xiàng)涂料轉(zhuǎn)型規(guī)定，以解決工業(yè)發(fā)展伴生的環(huán)境污染嚴(yán)重影響民生的問題，綠色環(huán)保被確定為國家經(jīng)濟(jì)工作的重中之重。2020年9月，習(xí)近平主席在聯(lián)合國一般性辯論時(shí)提出“碳達(dá)峰、碳中和”的宏偉目標(biāo)，明確了更高質(zhì)量地可持續(xù)發(fā)展。按照國家政策導(dǎo)引，涂料行業(yè)計(jì)劃在未來10年大幅削減傳統(tǒng)溶劑型涂料的比例，使其所占市場(chǎng)份額由目前的50%銳減至5%。
01 踐行綠色初心，對(duì)標(biāo)國際發(fā)展
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國有400多條溶劑彩涂生產(chǎn)線，每年共釋放50多萬噸VOCs（Volatile organic Compounds，揮發(fā)性有機(jī)化合物）有害氣體，若焚燒處理這些有害氣體則需要消耗4億多立方米天然氣，向大氣排放20多萬噸CO2。
要改變這種沿用了30多年的污染型溶劑彩涂工藝，首先要從涂層介質(zhì)的原材料入手，將溶劑涂料改為環(huán)保型涂料。溶劑涂料所含固體成分僅為55%，其余45%為有機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑在涂料的制作合成、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、稀釋攪拌、涂裝、固化等過程中釋放大量VOCs，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而粉末涂料100%為固體成分，不含溶劑，可徹底杜絕有機(jī)溶劑釋放的可能性（圖1）。因此，與溶劑彩涂相比，粉末彩涂最突出的特點(diǎn)就是綠色環(huán)保，采用粉末彩涂技術(shù)生產(chǎn)及使用彩涂板能實(shí)現(xiàn)VOCs零排放的環(huán)保效果。
圖1 溶劑涂料與粉末涂料成分對(duì)比
粉末彩涂技術(shù)起源于法國，1962年法國工程師發(fā)現(xiàn)了利用正負(fù)電荷相吸的方法將帶有高壓靜電的粉末牢固吸附在鋼板表面。在隨后的20年時(shí)間里，粉末靜電噴涂技術(shù)發(fā)展比較緩慢，始終停留在單件吊掛噴涂、速度2～4米/分鐘的低效率生產(chǎn)狀態(tài)。上世紀(jì)70年代，德國、英國、美國、日本等國家相繼推出金屬卷材粉末噴涂技術(shù)，將單件吊掛噴涂工藝提升為連續(xù)卷材噴涂，生產(chǎn)效率得到很大提升，但機(jī)組速度仍然較低，最高生產(chǎn)速度也僅在30米/分鐘左右。
我國粉末彩涂技術(shù)長(zhǎng)期以來一直滯后于歐美，絕大部分粉末彩涂板生產(chǎn)仍停留在低效率的單件吊掛噴涂狀態(tài)。2010年后，國內(nèi)新建的幾條金屬卷材粉末彩涂機(jī)組最高生產(chǎn)速度也僅為10米/分鐘，并且只能進(jìn)行單面噴涂。
02 解決三大難題，創(chuàng)出八大優(yōu)勢(shì)
2010年，中冶京誠率先提出金屬卷材高速連續(xù)粉末彩涂的創(chuàng)新思路，針對(duì)嚴(yán)重影響和制約粉末彩涂生產(chǎn)速度及產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性、共通性技術(shù)難題展開一系列研發(fā)工作。歷時(shí)5年時(shí)間，中冶京誠粉末噴涂研發(fā)團(tuán)隊(duì)開展數(shù)千次試驗(yàn)，分析上萬件試樣，申報(bào)幾十項(xiàng)專利，研發(fā)出了環(huán)保型高速連續(xù)粉末噴涂生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備，成功解決了一次著粉率低、固化時(shí)間長(zhǎng)、背面涂層二次固化產(chǎn)生脆裂三大制約粉末噴涂生產(chǎn)速度的技術(shù)難題，創(chuàng)出了八大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
1.高速：最高噴涂速度可達(dá)100米/分鐘，遠(yuǎn)超國內(nèi)外同類機(jī)組30米/分鐘的噴涂速度，大大提高粉末彩涂生產(chǎn)線的工作效率。
2.高著粉率：采用自主研發(fā)的強(qiáng)放電噴槍配套強(qiáng)輸出獨(dú)立荷電系統(tǒng)，將高壓柜輸出電流從微安級(jí)提升至毫安級(jí)，大大增強(qiáng)噴槍與帶鋼之間的電場(chǎng)強(qiáng)度，大幅提高帶鋼對(duì)粉末的吸附能力，一次著粉率可達(dá)80%以上，遠(yuǎn)超國內(nèi)外同類機(jī)組60%的著粉率，大幅降低了產(chǎn)線的一次性投資和生產(chǎn)運(yùn)行成本。
3.高均勻性：采用自主研發(fā)的高均勻性噴槍配套高精度氣控系統(tǒng)，涂層的膜厚偏差可控制在±5um以內(nèi)，遠(yuǎn)超彩涂板國家標(biāo)準(zhǔn)，為高端粉末彩涂板的生產(chǎn)提供技術(shù)保證。
4.快速固化：創(chuàng)新采用紅外輻射固化工藝，不同于熱風(fēng)爐從里（基材）到外（涂層）的熱傳導(dǎo)方式，紅外輻射爐對(duì)粉末涂層進(jìn)行固化時(shí)，紅外線的熱穿透力極強(qiáng)，熱傳導(dǎo)效率極高，在涂層固化時(shí)熱量迅速穿透涂層進(jìn)入基材，涂層與基材幾乎同時(shí)加熱，粉末涂層固化時(shí)間從2分鐘大幅縮短至30秒以下，顯著降低了產(chǎn)線的一次性投資和生產(chǎn)運(yùn)行成本。
5.雙色雙面：創(chuàng)新采用先進(jìn)的雙面雙色全粉末噴涂工藝，通過對(duì)背面涂層進(jìn)行預(yù)熱，避免背面涂層二次固化產(chǎn)生脆裂，有效保證背面涂層質(zhì)量，同時(shí)節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)真正意義上的環(huán)保生產(chǎn)。
6.快速換色技術(shù)：采用自動(dòng)換色沖洗系統(tǒng)，大大縮短供粉回收循環(huán)系統(tǒng)的清洗時(shí)間。
7.在線質(zhì)量控制技術(shù)：采用自主研發(fā)的在線去除包邊技術(shù)、去除厚邊技術(shù)、去除積粉、掉粉技術(shù)，大大提高涂層的外觀質(zhì)量，為高端粉末彩涂板的生產(chǎn)提供技術(shù)保證。
8.高安全性技術(shù)：噴涂及供粉回收系統(tǒng)采用多級(jí)防火防爆技術(shù)，為高安全性生產(chǎn)提供技術(shù)保證。
03 三步成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)輸出領(lǐng)跑
2016年11月，中冶京誠在山東科瑞成功熱試國內(nèi)首條年產(chǎn)10萬噸高速連續(xù)粉末彩涂機(jī)組（圖2），實(shí)現(xiàn)了VOCs零排放的環(huán)保目標(biāo)，開創(chuàng)了國內(nèi)高速連續(xù)粉末彩涂技術(shù)的第一品牌CERIPOWDER?,標(biāo)志著金屬卷材高速連續(xù)粉末彩涂技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室階段正式進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。該機(jī)組生產(chǎn)線速度高達(dá)100米/分鐘，遠(yuǎn)超國外同類機(jī)組生產(chǎn)速度，并且擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國內(nèi)金屬卷材高速連續(xù)粉末彩涂技術(shù)的空白，被《世界金屬導(dǎo)報(bào)》評(píng)為“2016年世界鋼鐵工業(yè)十大技術(shù)要聞”。
圖2 山東科瑞粉末彩涂機(jī)組
該機(jī)組生產(chǎn)的粉末彩涂板各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到國家彩涂板標(biāo)準(zhǔn)（表1），其加工性能（折彎、硬度、柔韌性、耐刮等）優(yōu)于溶劑彩涂板。同時(shí)，由于粉末噴涂可實(shí)現(xiàn)厚涂，粉末彩涂板的耐候性能亦優(yōu)于溶劑彩涂板。
表1 粉末彩涂板性能測(cè)試指標(biāo)
該機(jī)組的一次上粉率可達(dá)80%以上，過噴的粉末經(jīng)回收系統(tǒng)回收重新使用，其綜合利用率超過98%。剩余的2%廢粉，可由粉末生產(chǎn)企業(yè)回收，重新加工后再使用，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了涂裝“三廢”零排放，創(chuàng)造出極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2021年8月，中冶京誠在廣東三水成功熱試國內(nèi)首條立式高速連續(xù)粉末彩涂機(jī)組。立式噴涂工藝大大提高了涂層均勻性，減小了涂層厚度偏差，杜絕了積粉、掉粉等問題，更好地保證了涂層外觀質(zhì)量。
2022年7月，中冶京誠與中國電器科學(xué)研究院股份有限公司簽訂阿爾及利亞粉末彩涂機(jī)組工藝段設(shè)備供貨合同，中冶京誠金屬卷材高速連續(xù)粉末彩涂技術(shù)成功走向海外，實(shí)現(xiàn)輸出領(lǐng)跑。
04 經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場(chǎng)前景廣闊
高速連續(xù)粉末彩涂機(jī)組與溶劑彩涂機(jī)組入口段、出口段設(shè)備布置及生產(chǎn)成本基本一致，噸鋼成本的差別集中體現(xiàn)在工藝段的涂敷及固化上，主要涉及到電力、天然氣、涂料、壓縮空氣、水等幾個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)比年產(chǎn)10萬噸彩涂板噸鋼涂敷固化段綜合成本（鋼板厚度為0.35mm），溶劑彩涂噸鋼成本約672元，粉末彩涂噸鋼成本約623元，兩種彩涂工藝成本基本持平。隨著粉末涂料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，粉末涂料的生產(chǎn)成本將會(huì)進(jìn)一步大幅降低，粉末彩涂板生產(chǎn)成本還將隨之大幅降低。
市場(chǎng)調(diào)查顯示，歐洲地區(qū)彩鋁粉末卷板平均價(jià)格比溶劑卷板高出30%以上；國內(nèi)目前已建成的金屬卷材粉末彩涂生產(chǎn)線，產(chǎn)品售價(jià)亦為可觀，粉末彩涂卷板噸鋼銷售價(jià)格比溶劑彩涂卷板高出600至2000元。可見，與溶劑彩涂板相比，粉末彩涂板的售價(jià)更高。
低成本、高售價(jià)，高速連續(xù)粉末彩涂機(jī)組必將廣獲市場(chǎng)青睞。
05 結(jié)語
中冶京誠金屬卷材高速連續(xù)粉末彩涂技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從項(xiàng)目應(yīng)用中積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，日前，已經(jīng)能夠根據(jù)客戶產(chǎn)品需求和市場(chǎng)定位，靈活選擇臥式、立式、立臥結(jié)合工藝技術(shù)，提供多種定制化服務(wù)，以滿足高端家電板、高端建材板，以及小家電板、防火門防盜門板等中低端建材板眾多產(chǎn)品的質(zhì)量要求，為客戶最大限度降低一次性投資和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，提高產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)效益。
中冶京誠金屬卷材高速連續(xù)粉末彩涂技術(shù)的問世及生產(chǎn)線的成功應(yīng)用，為彩涂板行業(yè)解決VOCs排放問題找到了新辦法，為彩涂板轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新途徑，從引進(jìn)到輸出，以綠色高效實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑。
