上世紀80年代，彩色涂層板生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入中國。30多年來(lái)，伴隨中國經(jīng)濟高速發(fā)展，彩涂板已廣泛應用于建筑、家電、家居、交通、醫療器械等各個(gè)領(lǐng)域。然而，傳統彩涂板生產(chǎn)工藝是利用輥涂方法將溶劑涂料連續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，并出臺了多項涂料轉型規定，以解決工業(yè)發(fā)展伴生的環(huán)境污染嚴重影響民生的問(wèn)題，綠色環(huán)保被確定為國家經(jīng)濟工作的重中之重。2020年9月，習近平主席在聯(lián)合國一般性辯論時(shí)提出“碳達峰、碳中和”的宏偉目標，明確了更高質(zhì)量地可持續發(fā)展。按照國家政策導引，涂料行業(yè)計劃在未來(lái)10年大幅削減傳統溶劑型涂料的比例，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，對標國際發(fā)展
據統計，目前全國有400多條溶劑彩涂生產(chǎn)線(xiàn)，每年共釋放50多萬(wàn)噸VOCs（Volatile organic Compounds，揮發(fā)性有機化合物）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(wàn)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%為有機溶劑，這些有機溶劑在涂料的制作合成、運輸、儲存、稀釋攪拌、涂裝、固化等過(guò)程中釋放大量VOCs，對環(huán)境造成嚴重污染。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VOCs零排放的環(huán)保效果。
圖1 溶劑涂料與粉末涂料成分對比
粉末彩涂技術(shù)起源于法國，1962年法國工程師發(fā)現了利用正負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卷材噴涂，生產(chǎn)效率得到很大提升，但機組速度仍然較低，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(cháng)期以來(lái)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，國內新建的幾條金屬卷材粉末彩涂機組最高生產(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
2010年，中冶京誠率先提出金屬卷材高速連續粉末彩涂的創(chuàng )新思路，針對嚴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(kāi)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)團隊開(kāi)展數千次試驗，分析上萬(wàn)件試樣，申報幾十項專(zhuān)利，研發(fā)出了環(huán)保型高速連續粉末噴涂生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備，成功解決了一次著(zhù)粉率低、固化時(shí)間長(cháng)、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：
1.高速：最高噴涂速度可達100米/分鐘，遠超國內外同類(lèi)機組30米/分鐘的噴涂速度，大大提高粉末彩涂生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率。
2.高著(zhù)粉率：采用自主研發(fā)的強放電噴槍配套強輸出獨立荷電系統，將高壓柜輸出電流從微安級提升至毫安級，大大增強噴槍與帶鋼之間的電場(chǎng)強度，大幅提高帶鋼對粉末的吸附能力，一次著(zhù)粉率可達80%以上，遠超國內外同類(lèi)機組60%的著(zhù)粉率，大幅降低了產(chǎn)線(xiàn)的一次性投資和生產(chǎn)運行成本。
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，涂層的膜厚偏差可控制在±5um以?xún)?，遠超彩涂板國家標準，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）的熱傳導方式，紅外輻射爐對粉末涂層進(jìn)行固化時(shí)，紅外線(xiàn)的熱穿透力極強，熱傳導效率極高，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(zhù)降低了產(chǎn)線(xiàn)的一次性投資和生產(chǎn)運行成本。
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(guò)對背面涂層進(jìn)行預熱，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)節能降耗，實(shí)現真正意義上的環(huán)保生產(chǎn)。
6.快速換色技術(shù)：采用自動(dòng)換色沖洗系統，大大縮短供粉回收循環(huán)系統的清洗時(shí)間。
7.在線(xiàn)質(zhì)量控制技術(shù)：采用自主研發(fā)的在線(xiàn)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(guān)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采用多級防火防爆技術(shù)，為高安全性生產(chǎn)提供技術(shù)保證。
03 三步成功應用，實(shí)現輸出領(lǐng)跑
2016年11月，中冶京誠在山東科瑞成功熱試國內首條年產(chǎn)10萬(wàn)噸高速連續粉末彩涂機組（圖2），實(shí)現了VOCs零排放的環(huán)保目標，開(kāi)創(chuàng )了國內高速連續粉末彩涂技術(shù)的第一品牌CERIPOWDER?,標志著(zhù)金屬卷材高速連續粉末彩涂技術(shù)由實(shí)驗室階段正式進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。該機組生產(chǎn)線(xiàn)速度高達100米/分鐘，遠超國外同類(lèi)機組生產(chǎn)速度，并且擁有完全自主知識產(chǎn)權，填補了國內金屬卷材高速連續粉末彩涂技術(shù)的空白，被《世界金屬導報》評為“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組
該機組生產(chǎn)的粉末彩涂板各項檢驗指標均達到國家彩涂板標準（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 粉末彩涂板性能測試指標
該機組的一次上粉率可達80%以上，過(guò)噴的粉末經(jīng)回收系統回收重新使用，其綜合利用率超過(guò)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)現了涂裝“三廢”零排放，創(chuàng )造出極大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
2021年8月，中冶京誠在廣東三水成功熱試國內首條立式高速連續粉末彩涂機組。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(wèn)題，更好地保證了涂層外觀(guān)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組工藝段設備供貨合同，中冶京誠金屬卷材高速連續粉末彩涂技術(shù)成功走向海外，實(shí)現輸出領(lǐng)跑。
04 經(jīng)濟效益顯著(zhù)，市場(chǎng)前景廣闊
高速連續粉末彩涂機組與溶劑彩涂機組入口段、出口段設備布置及生產(chǎn)成本基本一致，噸鋼成本的差別集中體現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。對比年產(chǎn)10萬(wàn)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(zhù)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)調查顯示，歐洲地區彩鋁粉末卷板平均價(jià)格比溶劑卷板高出30%以上；國內目前已建成的金屬卷材粉末彩涂生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)品售價(jià)亦為可觀(guān)，粉末彩涂卷板噸鋼銷(xiāo)售價(jià)格比溶劑彩涂卷板高出600至2000元?？梢?jiàn)，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)，高速連續粉末彩涂機組必將廣獲市場(chǎng)青睞。
05 結語(yǔ)
中冶京誠金屬卷材高速連續粉末彩涂技術(shù)研發(fā)團隊從項目應用中積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗，日前，已經(jīng)能夠根據客戶(hù)產(chǎn)品需求和市場(chǎng)定位，靈活選擇臥式、立式、立臥結合工藝技術(shù)，提供多種定制化服務(wù)，以滿(mǎn)足高端家電板、高端建材板，以及小家電板、防火門(mén)防盜門(mén)板等中低端建材板眾多產(chǎn)品的質(zhì)量要求，為客戶(hù)最大限度降低一次性投資和生產(chǎn)運營(yíng)成本，提高產(chǎn)線(xiàn)經(jīng)濟效益。
中冶京誠金屬卷材高速連續粉末彩涂技術(shù)的問(wèn)世及生產(chǎn)線(xiàn)的成功應用，為彩涂板行業(yè)解決VOCs排放問(wèn)題找到了新辦法，為彩涂板轉型升級提供了新途徑，從引進(jìn)到輸出，以綠色高效實(shí)現領(lǐng)跑。
