先进的硅钢涂层技术

先进的硅钢涂层技术

编者按：无取向（NGO）硅钢市场需求高级涂层控制技术和涂层产品。过去安装的退火涂层生产线因为涂层部分的过时设计难以满足高的质量要求。高精度涂层生产设备确保了最好的结果，其被广泛用于包括无取向硅钢产品的涂层生产线中。安装这套工艺设备可以只需短时间停机和适量的投资来替换常规涂层设备。

从汽车、电力到基础设施的很多领域都使用无取向硅钢，其作为电机、发电机和变压器的铁芯。大厚度范围的电工绝缘涂层薄板的工业需求明显增加，使其制造技术成为在市场竞争中发展的关键因素。目前市场上需求涂层厚度在0.5μm到8μm之间的无取向硅钢。

随着产品质量标准和要求的不断提高，以及材料的节省与环保要求，无取向硅钢的生产者意识到挑战和责任。

在1980年以前安装的典型的涂层生产区装备了挤干辊涂机。其包括一系列在带钢的两面喷洒涂层材料的喷嘴，以及一对使涂料沿带宽分布的挤干辊。这种技术不能精确调节涂层厚度，还会产生大量蒸汽，并且因不能够有效再循环使用剩余涂料溶液而造成很大浪费。而且，存在涂料汇集板带边部导致膜厚度增加的问题。

为使钢铁制造商更方便的满足市场需求，设计了一种高精度涂层生产设备，涂层厚度在线测量，在涂层过程中有着精确的控制。

高精度涂层生产工艺包含三个主要设备：

——自动四辊式涂层机；

——干涂层厚度测量传感器；

——涂层厚度控制系统。

1自动四辊卧式涂层机

四辊水平涂层机是全自动化涂层机，具有很高操作灵活性，并能够在带钢的一侧或两侧精确计量涂料量。

该涂层机可以在前向和反向程序模式下工作，具有大涂层厚度范围功能。一般前向程序模式用于薄涂层或高粘度涂层，而反向程序模式用于厚涂层或低粘度涂层。

带有两个涂机的涂层段允许一台涂机在工作位置，而另一台处于维修状态；每个涂机可以不切断带钢而离线维修（例如换辊）（图1）。

自动涂层机主要特点包括：

——设计底座支撑构架用来减少操作过程中的震动。

——侧架和辊面之间空间大，使得清洗和维修便捷。

——随机配给涂层溶液和循环系统，使得与循环槽循环的涂液损耗降至最低。

——在板带接头、维护和未对准补偿时，精确控制调节涂敷辊位置的电动伺服驱动蜗轮装置。

——控制涂层厚度的基本参数—涂料辊与拾料辊间的压力，由伺服电机设定，并且通过测压元件连续地测量。这确保了精确的工作辊位和相互位置。

——辊子表面进行了修磨，寿命更长。

2涂层溶液的准备

两个独立的准备系统允许由一种涂层液转换为另一种涂层液，同时使得未涂

层带钢的损失最少。

每个系统可以用浓缩液和去离子水（必要时稀释用）配备出需要的涂层溶液。

自动化系统准确地控制温度、溶液搅拌和流量、浓度和其他工艺参数。涂层机收集盘中的溶液会通过重力返回到再循环槽中。

这种设计最大限度地减少了会对质量产生不利影响的紊乱和气泡的产生。

由于涂层材料具有腐蚀性，槽子和管道用不锈钢制造，因为它确保了出色的抗腐蚀性。

在维修期间或改变涂层产品前，洗涤系统可自动冲洗槽子和管道。

3涂层厚度测量方法

市场需求一种小公差的超薄干的电工绝缘涂层。

因此钢铁生产厂不仅需要控制准确的涂敷，而且还必须能够测量它。

只有具有厚度控制的精确涂层机的生产者才能够充分满足现代市场的要求。

在彩色涂层生产线中，涂料是标准溶液，涂层控制执行“湿式”，即涂层结束后立即测量湿膜厚度以迅速调节涂层机设置（如果有必要的话）。如果知道化学品的特性，最终的干厚度可以进行预测，并且有相当程度的准确性。

相反地，干燥涂层产品只是一系列的值，最终涂层厚度不能由“湿式”测量方法预测出。它必须在干燥状态测量出。这种情况在电工绝缘涂层材料上出现。

测量干涂层厚度的唯一方法是通过安装在干燥炉出口处带钢上下表面的传感器测量。

经验表明，合适的传感器是基于近红外光谱的应用。这些测量设备发出近红外辐射到涂层感光底层，依赖于涂料在钢带上的数量和类型，发射出的辐射或多或少的被反射到设备并被聚焦到检测器，检测器检测到的信号与涂料的数量成一定比例（图2）。

红外测量传感器安装在干燥炉的出口，装在一个机电式扫描架上；记录的数据加以处理并在控制系统屏幕上显示出涂层的轮廓。这些传感器的测量不受人为因素影响，而且有很好的精度和可重复性，对恶劣环境不敏感，不需要日常维修。

4控制涂层厚度

涂层机通常是稳定的机器，虽然如此，但在几个原因下瞬态会发生。

当要求涂层厚度和/或产品类型发生变化时会有有计划的瞬态。在其他工艺参数发生不可预知变化的情况下，也会产生瞬态。例如，涂料溶液是分批准备的，有时用新桶替换空桶，这时干燥残留会不同。

因为涂层厚度是无取向硅钢涂层过程中最重要的参数。厚度控制可以被用来帮助操作员处理这些瞬态。

涂层厚度控制系统正是通过融合高精度全自动涂层机和连续干燥涂层厚度测量来实现精确控制的。

测量到的干厚度值通过闭环用来远程调整涂层机的设置或在控制台的视频页显示测量数据给操作员，进而调整涂层机的设置。

任何与参考值的偏差由改变涂层设备设置自动补偿，以达到目标厚度值。基于板带跟踪完成目标值修正或达到新的目标值。

在操作员调整的情况下，传感器测得的干膜厚度显示在HMI的状况页面上，使得操作员能够干涉和检查调整参数。

工艺参数改变后，均需要时间来达到设定的新值，这取决于干厚度测量传感器到涂层机的物理距离和处理速度（图3）。

现有生产线上这个距离有着重要意义，这通常展现出一个有限的处理速度和

常规干燥设备。

基于追踪系统的控制系统使涂层后到测量干厚度之间产生时间延迟。

与测量传感器联系的涂层机的操作参数的设定值在生产线试运行时根据产品大纲确定。

因此，在生产改变时这套系统帮助减少偏差材料的数量。当使用不同批次有不同干燥残留特性的浓缩溶液时，它有助于使干涂层厚度达到设定值。最后但并非最不重要，操作者不需要总是检查浓缩液干燥残留。

5替换过时的涂层设备

过去设计的涂层设备常包括一个预处理槽和挤干辊，这样，当拆除的时候，为一对辊式涂层机留有充裕的空间。

新系统紧凑，可以很容易地安装于生产线上。干涂层测厚传感器需要很小空间，可以安装在干燥炉出口的简单支架上。

为了最小化生产线的停机时间，拆除现有设备前可以设置一涂层设备的旁路；停机时生产的产品可以作为半成品卖出。

新设备安装只需要很少的土建和停机时间。

6优势

上面描述的解决方案是先进的涂层技术，它结合了精确设计的涂层机，高测量精度，快速执行和先进的过程控制模块。

其主要目标是提高生产线的生产力和生产厚度范围广泛的具有严格公差的涂层产品。

其可以节约生产成本：

——减少涂层材料消耗；

——更快的程序改变次数（即偏离公差的材料更少）；

——减少需要的离线质量检查（减少实验室费用）。

更好的竞争力来自：

——改进涂层厚度的均匀性和耐受性；

——重要的产品满足更严格的公差。

当应用到现有生产线上时，它确保了：

——有限的投资成本，很短的启动时间和快速的投资回报；

——和传统的喷射-槽系统相比，更低的运行成本；

——质量提高，并且可生产厚度范围广泛的产品；

——显著减少了废水并处理了蒸汽，有良好的生态兼容性。

它的许多优点使它在生产高质量无取向硅钢产品中占有重要地位。