电镀锡／镀铬两用机组的工艺流程

2018-03-06陈志源

重型机械 2018年1期

陈志源，张强

（中冶南方工程技术有限公司上海分公司，上海 201900）

0 前言

电镀锡产品和电镀铬产品同为包装材，生产工艺相近，因此国内外有些包装材生产厂家从灵活生产、节约建设总投资出发，设计了镀锡和镀铬两种工艺兼容的共用机组生产线。目前全世界共有镀锡板及镀铬板生产线共约177条［1］，镀铬专用线约15条，镀锡镀铬共用线约20条。其中，国外镀锡／镀铬共用线保持连续生产切换的有2条，分别是荷兰塔塔corus公司1条，韩国东部制钢1条。国内除在中山中粤马口铁工业有限公司有1条镀锡／镀铬两用生产线外，其他大型钢铁企业还没有镀锡／镀铬共用线。

本文重点介绍了镀锡／镀铬两用机组在切换点后的双通道工艺流程及前处理、电镀、软熔、钝化主要工艺设备情况。由于本机组是一条高速超薄镀锡／镀铬两用生产机组，其生产工艺及设备配置与传统镀锡及镀铬机组有所差异，本文旨在说明镀锡／镀铬两用机组生产工艺与传统电镀锡／电镀铬工艺的不同处，并对主要工艺选型进行探讨。

1 电镀锡／镀铬两用机组工艺流程

1.1 电镀锡／镀铬两用机组生产工艺

本次建设的两用机组电镀锡段和电镀铬段工艺都采用弗洛斯坦不可溶阳极法，其中电镀铬采用二步法电镀工艺。两用机组采用“先镀铬、后镀锡”的工艺布置，先镀铬工艺降低清洗后距离过长导致的氧化、生锈出现镀后白斑、色差等问题的风险［2］，后镀锡减轻镀后因带钢通道过多生成黑灰的风险［3］；本次镀锡镀铬两用机组入口、出口各采用一套圆盘剪，入口段圆盘剪用于镀锡产品切边，出口段圆盘剪用于镀铬产品切边；由于镀铬产品表面硬度高、对圆盘剪要求较高，采用进口圆盘剪，镀锡产品则采用国产圆盘剪。

1.2 电镀锡／镀铬两用机组工艺流程

如图1所示，机组在切换点后电镀工艺有两个流程：

镀铬流程：酸洗—酸冲洗—电镀金属铬—冲洗—电镀氧化铬—冲洗。电镀铬采用含NH4F体系镀液，第一步电镀金属铬设置1个预浸槽，预浸槽镀液采用独立循环以控制电镀液中Fe离子浓度。预浸后设置5个电镀槽，单面电镀电流4.5 kA／道，电镀电压30 V，极板20套。电镀槽后设置2个带出槽，带出槽用于清洗带钢并防止电镀液随带钢带去。之后带钢进入电镀氧化铬段，设有1个预浸槽1个氧化铬镀槽，单面电镀电流7.5 kA／道，电镀电压30 V，极板4套，镀氧化铬段带出槽3个，通过二步电镀后在带钢表面覆上一层金属铬和氧化铬薄膜，经过清洗后然后烘干、纠偏转向通过双通道送往切换点。

镀锡流程：酸洗—酸冲洗—保湿—电镀锡—边部打印、中部打印—软熔—后处理（钝化）。电镀锡采用含MSA镀液，带钢经酸洗、冲洗后通过旁通经保湿槽送往镀锡镀槽。设置1个预浸槽，预浸槽镀液采用独立循环，带钢在微酸性环境中去除保湿过程中的氧化膜。电镀锡槽数量为10个，单面电镀电流4.5 kA／道，电镀电压30 V，极板40套。电镀槽后面设置了3个带出槽，用于清洗带钢并防止电镀液随带钢带去，带出槽的溶液含微量的电镀液，通过蒸发器浓缩后返回电镀循环系统使用。带出槽之后设置1个助熔槽，通过添加助熔剂为接下来的软熔处理做准备，均匀镀层的光亮度，预防镀层缺陷发生。带钢经助溶处理之后进入挤干、烘干、纠偏、转向辊等，进入边部打印机和满幅打印机在带钢表面作记号，以区分差厚镀层。随后带钢进入软熔段，通过全感应软熔将带钢表面的镀锡层溶化，立即进入水淬槽进行冷却，调整合金层的厚度。之后带钢进入后处理设备，经后处理（钝化）后在带钢表面覆上一层钝化薄膜。后处理设备包括2个含铬化学处理槽，1个无铬化学处理槽，2个带出槽，可通过停机穿带切换不同的通道实现有铬钝化和无铬钝化切换生产，后处理段单面电镀电流3.0 kA／道，电镀电压20 V，极板6套，带钢经过带出槽清洗后清除带钢表面的化学溶液，然后烘干、纠偏转向通过双通道送往切换点。

图1 切换点后电镀工艺示意图

2 电镀锡／镀铬两用机组工艺设计选型

2.1 机组产品概况

产品规格：厚度0.12～0.55 mm，宽度700～1 230 mm

产品品种：一次材（SR）和二次材（DR）

设计产量20万吨，镀锡层厚度为：0.5 g／m2、1.1 g／m2、2.8 g／m2、5.6 g／m2、8.4 g／m2、11.2 g／m2。

镀铬层厚度：金属铬最小厚度为50 mg／m2，最大厚度为 150 mg／m2；氧化铬最小厚度为5 mg／m2，最大厚度为 35 mg／m2。

2.2 前处理工艺

前处理用来除去带钢表面的油、干油和氧化物，镀前原板清洁度越高，镀锡／镀铬板耐蚀性能越好［4］。前处理工艺的选择基于生产产品表面残留物量、表面质量状态以及生产速度，本次新增的电镀锡／电镀铬共用机组生产线同时生产一次材和二次材，选用碱洗、电解清洗、碱刷洗、漂洗、烘干、拉矫、电解酸洗、酸冲洗、烘干工艺。若只生产一次镀锡／镀铬产品，由于前道工序连退或罩退后的产品残油残铁量较小，清洗能力可以减小；若采用罩退原料或连退成品板型不佳，可采用先拉矫，后碱洗、电解清洗、漂洗、电解酸洗、电镀工艺。

2.3 电镀工艺

常见的镀铬电镀液分类有：（1）以氟化物为催化剂的镀铬工艺；（2）以氯、溴、碘及稳定的羧酸作催化剂的镀铬工艺；（3）以稀土作添加剂的镀铬工艺。

一般来说将只含H2SO4为添加剂的标准镀铬溶液称为第1代镀铬液，将含有氟的复合镀铬及使用MgO和H3BO3的快速镀铬称为第2代镀铬，将不含氟化物无腐蚀的高效镀铬工艺称为第3代镀铬工艺。在第3代镀铬添加剂中有：烷基磺酸、卤化物、卤酸盐、卤代羧酸、卤代二羧酸、氨基酸、吡啶羧酸、稀土化合物、羟基酸、乙二酸、醛类等。但第三代电镀液成本较高，在一定程度上会影响其推广应用［5］，目前世界上主流电镀铬机组还是以第2代电镀液为主。本工程选用新日铁公司传统设计以氟化铵为添加剂的电镀液，镀液铬酸酐浓度为150 g／L，氟化铵浓度 3.5 g／L。

常见的镀锡电镀液有两种：一种是苯酚磺酸镀液体系（PSA），一种是新型环保的甲基磺酸盐（MSA）。甲基磺酸盐镀锡与苯酚磺酸镀锡相比具有如下优点：无毒及完全生物降解，废水处理简单，不含游离酚类等有毒物质，沉积物产生率低，生产范围宽，高导电性，降低能源消耗，运行速度高，运行成本低等优点，相比传统30 g／L的PSA电镀工艺，MSA电镀工艺可以在14 g／L的锡浓度下工作，减少锡带出损耗；MSA镀液对铁离子污染的容忍性高，最高可达30 g／L，在铁离子浓度15 g／L时，传统PSA镀液工艺的锡泥损失2%～3%，而MSA镀液工艺只有0.7%的锡泥损失。MSA电镀后产品与PSA电镀后产品相比颜色偏黄，下游用户习惯接受PSA电镀后产品可能需经过一段验证试验适应期。随着目前国内首钢、沙钢、中山中粤、梅钢等大型钢铁厂都开始投产并运行MSA镀液体系的电镀锡机组，其应用将越来越成熟，MSA工艺镀锡也向着产品低铅、无铬化处理方向发展，必将成为未来的发展趋［6］。

2.4 软熔工艺

软熔目的是为了消除原板电镀锡后锡层的针孔，并在锡层与基板之间形成具有高耐蚀性能的锡铁合金层，常用软熔方法有：电阻软熔、全感应软熔和联合软熔。本机组采用全感应加热法软熔，高频全感应加热法具有加热速度快，有利于减少锡层氧化，温度控制精度高，不与带钢接触，能减少烧点缺陷等优点，在欧洲高速电镀锡机组中应用较多［7－11］。

本工程感应加热器频率是170 kHz，额定功率是3 100 kW（根据带钢规格调整），感应加热器移动行程4.5 m。本工程感应软熔频率选择较高，对交流电流频率波动控制较好，锡层在熔融时流动频率与加热器频率成正比，流动较均匀，不易产生木纹缺陷。同时严格控制加热温度与时间，减少过热斑和水淬斑缺陷发生。