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食品級 鍍錫板 表面質量 控制 技術要點 簡介

食品級鍍錫板表面質量控制 

鍍錫板是薄鋼板經鍍錫而制成的產品。現代工業生產的鍍錫板通常是兩面鍍有商業純錫的冷軋低碳薄鋼板,它集鋼的強度和成形性與錫的耐蝕性、焊接性和外觀于一體。鍍錫板被廣泛用于食品工業和各種容器、沖壓制品、包裝材料的非食品工業,具有無毒無味、質量輕、易于加工成型等優點[1]。隨著人們生活水平的提高和生活節奏的加快,對食品級鍍錫板的需求呈強勁增長趨勢,但是隨著法律法規的不斷完善以及消費者食品安全意識的不斷提高, 市場和消費者對食品級鍍錫板的產品質量提出了新的要求。因此,在新的市場環境下,開展鍍錫板表面控制技術的研究與應用具有重要意義。

1 新市場環境下鍍錫板表面控制技術要求

食品級鍍錫板一般要經過分裁、涂布、印刷、裁模、制罐、灌裝做成鋼制三片罐,最終流向市場,進入千家萬戶。隨著人們生活水平的逐步提高,食品級鍍錫板消費量呈逐年增加趨勢,2017年僅三片罐年消費量就超過 400億只。在市場對食品安全事故零容忍的背景下,一旦鍍錫板表面缺陷未被及時發現, 而流通至市場環節,輕則整批次訂單下架召回; 重則生產企業被勒令停產整頓,甚至關停。因此,食品生產企業以及金屬包裝企業對鍍錫板的表面質量提出了不同于其他鋼鐵產品的特殊要求。近兩年,金屬包裝企業推廣的一罐一碼、罐體在線檢測技術、印刷離線自動檢測技術,均為保障零缺陷產品流向市場的重要技術手段; 同時,逐步要求鍍錫板生產企業進行食品安全管理體系建設和認證。這些措施充分體現了鍍錫板表面質量控制的特殊性和重要性。


2 鍍錫量均勻性控制技術
2.1鍍錫量不均勻的影響及產生原因

鍍錫板鍍錫量是影響三片罐制罐焊接的關鍵因素之一。當鍍錫量不均時,由于焊接電流不匹配,極易引起焊縫虛焊且極難被發現,往往造成產品流向銷售終端后內容物漏罐,形成批量退貨。同時鍍錫量也是決定馬口鐵耐蝕性能的指標之一,當用其儲 存腐蝕性較強的酸性食品時,鍍錫量不均勻還會產 生化學性脹罐,縮短食品保質儲存時間,給食品安全帶來質量隱患[2]。目前,國內大部分鍍錫生產線采用了酸性弗洛斯坦電鍍錫工藝,通過對鍍錫板加負電,使溶液中的 Sn2 + 吸附到帶鋼表面,形成錫層。可溶性陽極鍍錫生產線,由于陽極間距不均勻,還造成帶鋼在寬度方向鍍層不均; 另外鍍錫板生產時,由于電鍍電流的邊緣效應,帶鋼邊部的電流密度過于集中,導致帶鋼邊緣電鍍量增加 2 ~ 3 倍,從而形成邊部亮邊缺陷。


2. 2 解決方案及研究方向

為了解決可溶性陽極生產線鍍錫量不均勻的問題,現在鍍錫行業傾向于采用不溶性陽極生產線,鍍液中的 Sn2 + 由生產線外的溶錫系統提供,從根本上解決了陽極與帶鋼間距不一致的問題,鋼帶寬度方向上鍍錫量均勻。另外采用邊緣罩控制技術,屏蔽帶鋼邊部電流,有效阻止帶鋼邊部錫層增厚。以上兩種技術的應用大大緩解了鍍錫量不均的問題。

但是,不同企業控制鍍錫量能力不同的關鍵原因為: (1) 由于不溶性陽極板本身存在電阻,容易造成電鍍電流密度變化,從而影響鍍錫量的均勻性; (2) 隨著生產的進行,不溶性陽極表面二氧化銥會慢慢消耗,引起局部阻抗增大,造成鍍錫量分布不均勻; (3) 當帶鋼焊縫通過邊緣罩時,邊緣罩被迫自動打開,造成帶鋼頭尾邊部鍍錫量異常。

隨著三片罐制罐線生產速度的提升,對鍍錫板鍍錫量均勻性要求將會更加苛刻。一方面需要企業積累經驗,規范操作,減輕鍍錫量不均及減少不良品的產生; 另一方面仍需行業專業人員從原理、設備上進行攻關,采用新技術,實現鍍錫量均勻性控制的突破。

3 鍍錫板鈍化工藝研究
3. 1 鍍錫板鈍化膜對產品質量的影響

帶鋼經鍍錫、軟熔工藝后,還要對鍍錫板進行鈍化處理。目前,一般采用重鉻酸鈉溶液進行陰極電解鈍化,形成氧化鉻和氫氧化鉻組成的鈍化膜。該鈍化膜不但具有很好的耐蝕性,而且可以抑制因鍍錫鋼板長期儲藏以及涂料加熱烘烤過程中發生的因錫氧化變黃和由于保存含硫食品易引起的容器變黑。

涂印過程中產生的雙酚 A、三聚氰胺、甲醛、塑化劑等有毒有害物質越來越受到關注。高端食品生產企業紛紛要求金屬包裝制罐企業采用更加綠色環保安全的涂料,例如環氧氨基涂料。

鍍錫板鈍化膜是決定鍍錫鋼板涂飾所要求的潤濕性和附著性的關鍵因素[3]。但是由于鍍錫板鈍化膜不穩定,特別是 與新型環保安全涂料匹配性較差,導致漆膜附著力差、抗硫和抗酸達不到要求,限制了綠色環保涂料的推廣。

另一方面鉻酸鹽中 Cr6 + 毒性很大,嚴重污染環境,危害人體健康; 在鈍化模中存在的 Cr3 + ,存放一段時間后,在空氣中( 特別是高溫或存在強氧化介質環境) ,Cr3 + 易被氧化而檢測出微量 Cr6 + 。所以,鍍錫板采用不含鉻元素的無鉻鈍化技術是必然發展趨勢。2006年7月1日ROHS 指令和2007年6月1日REACH 指令的強制實施,均作出了限制 Cr6 + 有害物質的使用要求。


3. 2 鍍錫鈍化工藝控制研究方向

(1) 在無鉻鈍化技術尚未突破的前提下,各鍍錫板生產企業應與金屬包裝企業、涂料制造商進行聯合研究,通過鍍錫鈍化工藝改進、涂布印刷工藝改進和涂料配方的改進,實現更加環保安全涂料的推廣應用。

(2) 相關企業能否加快鍍錫板無鉻鈍化技術研發的步伐,徹底打破無鉻鈍化產品對傳統鈍化方式的依賴,優先擁有自主知識產權,有效控制生產成本,不僅關系到企業的未來競爭力,更是響應國家環保要求,承擔社會責任的具體體現,社會意義重大。


4 鍍錫板黑灰控制技術研究
4. 1 鍍錫板黑灰影響及產生原因分析

黑灰是鍍錫板表面質量的主要缺陷之一,是在鍍錫過程中產生的、呈高度彌散狀的物質,嚴重時鋼板表面呈棕黃色霧狀、分布不均勻、擦拭到測試紙上則為黑色粉末。黑灰的產生與存在不僅影響產品的外觀,還嚴重影響錫層與鈍化膜之間、鈍化膜與涂料之間的結合力,特別是當黑灰嚴重時,在涂漆覆蓋后 ( 如制飲料罐) ,將誘導點腐蝕的產生。同時黑灰的產生破壞了合金層的完整性,降低了鍍錫鋼板的耐蝕性。另外當鍍錫板用于不進行涂漆的產品時,黑灰控制不合格還將直接導致產品降級。

鍍錫板黑灰主要產生于電鍍、軟熔和鈍化三段工藝及生產中的摩擦過程。電鍍中由于部分錫化合價改變而形成錫的氧化物,這些氧化物以共沉積的方式進入鍍層,后續軟熔導致氧化物在表面浮出,同時軟熔工藝也會導致錫化合價的改變。在陰極電解鈍化階段,鈍化液濃度、pH 值、溫度、老化程度、陰極鈍化電量以及雜質離子均對黑灰的產生有不同程度的影響,這些因素是黑灰缺陷產生的重要原因。另外在收卷和運輸過程中也會產生少量黑灰缺陷。

4. 2 黑灰缺陷的控制措施及存在的問題

從生產經驗來看: 

(1) 控制錫泥的過量產生可以減少電鍍階段黑灰缺陷產生的可能性; 

(2) 加強對生產環節的嚴格控制,尤其注意保證淬水水質、鈍化槽液提前過濾及鈍化沖洗質量、后活套各輥的表面清潔,均可減輕黑灰缺陷的產生。由于黑灰缺陷的產生與設備、工藝條件、操作的規范性均有關系,它是一系列因素疊加產生的質量 缺陷。當前對黑灰缺陷的產生機理仍然存在爭議, 需進行系統研究,加上生產條件的限制,黑灰缺陷在實際的生產過程中仍無法完全消除,因此對于鍍錫板黑灰缺陷產生的原因和控制措施還需進一步深入研究。

5 蚊蟲污染缺陷控制治理

5. 1 蚊蟲污染缺陷產生規律及影響

春夏兩季,隨著天氣變熱,蚊蟲類污染鍍錫板表面缺陷開始突顯,到秋季隨著天氣轉涼,蚊蟲活動性變差,該缺陷達到一年之中的頂峰。蚊蟲類表面缺陷不僅會影響鍍錫板表面美觀性,還會影響鍍錫板的耐腐蝕性。表面有蚊蟲缺陷的鍍錫板制作成的食品包裝容器,如果混入蚊蟲,給企業帶來的損失難以估計。為了保證食品級鍍錫板的安全性,清潔化生產勢在必行。


5.2 蚊蟲污染缺陷預防措施

(1) 食品級鍍錫板生產企業應突破一般鋼鐵行

業要求,建立清潔化衛生生產車間,實現封閉作業生產,最大限度在根源與渠道上遏制蚊蟲污染。

(2) 企業應對生產車間周圍區域進行統一規劃,蚊蟲源例如廠區垃圾池、公共場所遠離生產車間,降低蚊蟲進入車間的概率。

(3) 對鍍錫生產線外圍安裝滅蚊燈和驅蚊燈, 將蚊蟲消滅在產線以外。

(4) 對容易產生蚊蟲污染的重點設備進行重點防護,如對鍍錫生產線出入口地下活套、拉矯機等設備安裝防蚊蟲防護網,以杜絕生產過程中蟲體污染鍍錫板表面。

(5) 在制度方面,制定蚊蟲防治方案,形成制度化、規范化、常態化的蚊蟲治理機制,全方位控制鍍錫板蚊蟲污染缺陷,減少或杜絕產線蚊蟲污染表面缺陷的產生,保證鍍錫板表面質量,進而保證食品安全。


6 結語

鍍錫板作為金屬包裝材料中最重要的原材料, 其表面質量直接決定了產品和客戶檔次的高低,影響到企業在行業中的地位; 特別是隨著國家法律法規逐步完善,以及消費者食品安全意識的增加,鍍錫板生產企業應在鍍錫量均勻性控制技術、無鉻鈍化技術、鍍錫板黑灰產生機理和控制措施等方面開展系統研究,實現食品級鍍錫板專業化生產,為市場和消費者提供安全可靠的食品級鍍錫產品。


參考文獻

[1]劉連喜,劉建兵,等. 中國金屬包裝產業及包裝材料的發展現狀及趨勢[J]. 河北冶金,2015,( 7) : 76 ~ 79.

[2]陳遠洪,張誠,喬培培,等. 不溶性陽極鍍錫時兩種鍍錫量不均情況的探討[J]. 電鍍與涂飾. 2016,6( 8) : 14 ~ 15.

[3]張鵬,劉連喜,孫力,等. 環氧酚醛涂料印鐵工藝對鍍錫板附著力影響的正交研究[J]. 河北冶金,2018,( 1) : 34 ~ 37.

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