一、技術(shù)名稱：金屬涂裝前常溫鋯化處理節(jié)能技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：輕工行業(yè) 汽車、家電、機(jī)電、建材、裝備制造業(yè)、鋁型材、彩涂板等金屬制品行業(yè)
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前，我國(guó)用于金屬涂裝行業(yè)的磷化液年消耗量在200萬(wàn)t以上。由于常溫磷化防腐性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，所以約60%企業(yè)使用中溫磷化技術(shù)(50-60℃)，每噸磷化液升溫并維持工段溫度需10.6tce，能耗較高。應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量6萬(wàn)tce/a，CO2減排約16萬(wàn)t/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
鋯化技術(shù)采用氟鋯酸作為主劑，利用氟鋯酸的水解反應(yīng)在金屬基材表面形成一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的無(wú)定型氧化物轉(zhuǎn)化膜；轉(zhuǎn)化膜依靠鋯化物與金屬基材牢固結(jié)合，同時(shí)，依靠鋯化液中的高分子化合物與涂層強(qiáng)烈結(jié)合，從而獲得高性能的金屬表面皮膜，從而達(dá)到優(yōu)異的附著力和防腐能力。其在冷軋板上的成膜機(jī)理如反應(yīng)方程式（1）、（2）所示。
Fe+3HF↔FeF3+3/2H2 （1）
H2ZrF6+2H2O↔ZrO2+6HF （2）
通過(guò)反應(yīng)方程式（1）的腐蝕反應(yīng)，HF被消耗，使反應(yīng)（2）的平衡向右移動(dòng)形成ZrO2，膜的主要成分以Zr的氧化物和氫氧化物。在此過(guò)程中，Zr的氧化物和氫氧化物的羥基可與高分子化合物結(jié)合，常溫下可形成納米尺寸厚度的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜。
該技術(shù)采用鋯化液替代磷化液對(duì)金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，省略了磷化工藝中對(duì)槽液進(jìn)行加熱處理的升溫環(huán)節(jié)，降低了能耗。
2.關(guān)鍵技術(shù)
在常溫條件下，鋯化技術(shù)對(duì)金屬表面處理的效果超越傳統(tǒng)的加熱磷化處理工藝。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的常溫鋯化技術(shù)廣泛存在金屬件二次腐蝕或返銹問(wèn)題，該技術(shù)首次將稀土元素鈰引入鋯化前處理工藝，鋯化液在與高分子化合物成膜過(guò)程中，鈰摻雜入復(fù)合鋯化膜中，使形成的納米厚度鋯化膜在結(jié)構(gòu)上更為致密均勻，可有效防止處理后金屬件的二次氧化，解決了常溫鋯化技術(shù)推廣中的過(guò)度腐蝕和返銹問(wèn)題。在處理中低檔冷軋板時(shí)，返銹率小于0.5%，遠(yuǎn)低于國(guó)際平均水平（約40%）。
3.工藝流程
金屬涂裝前常溫鋯化處理技術(shù)與傳統(tǒng)磷化工藝的流程對(duì)比見(jiàn)圖1、圖2。
傳統(tǒng)磷化工藝通常為：
預(yù)脫脂→脫脂→水洗→水洗→表調(diào)→中溫磷化（需加熱）→封閉→水洗→水洗→水洗→水洗→干燥；
采用鋯化節(jié)能技術(shù)，其工藝通常簡(jiǎn)化為：
預(yù)脫脂→脫脂→水洗→水洗→常溫鋯化液處理（無(wú)需加熱）→水洗→干燥。
圖1 常溫鋯化工藝與中溫磷化工藝的對(duì)比示意圖
五、主要技術(shù)指標(biāo)
1.能耗：0.5tce/km2處理面積；
2.工段操作溫度：環(huán)境溫度（5-35℃）；
3.前處理槽容量：6t-200t；
4.廢水量（日）：＜3t，以6t處理槽計(jì)；
5.噴淋泵功率：44kW/h。
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)于2011年6月通過(guò)了遼寧省科技廳組織的科技成果鑒定，目前已在遼寧、浙江、江蘇、山東、天津、廣東等地進(jìn)行了推廣應(yīng)用。該技術(shù)的核心產(chǎn)品先后通過(guò)了日本三洋、日本三菱重工、海爾集團(tuán)、一汽集團(tuán)、通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)公司（SGS）的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，達(dá)到相關(guān)企業(yè)的性能指標(biāo)要求。該技術(shù)相繼在三菱重工海爾（青島）空調(diào)機(jī)有限公司、海爾開(kāi)立冷凍設(shè)備有限公司、德意電器有限公司、大連三洋冷鏈有限公司、一汽大連客車有限公司、大連愛(ài)麗絲有限公司、山東小鴨零售設(shè)備有限公司、中國(guó)步陽(yáng)集團(tuán)、丹東曙光集團(tuán)、永康索福門(mén)業(yè)等四十多家知名企業(yè)中得到應(yīng)用。經(jīng)過(guò)3年多連續(xù)運(yùn)行，證明金屬表面的常溫鋯化處理技術(shù)成熟、生產(chǎn)穩(wěn)定性好且顯著降低了企業(yè)的能耗。
七、典型應(yīng)用案例
典型用戶：三菱重工海爾（青島）空調(diào)機(jī)有限公司、海爾開(kāi)立冷凍設(shè)備有限公司、大連三洋冷鏈有限公司、一汽大連客車有限公司、步陽(yáng)集團(tuán)、德意電器有限公司、賽德隆國(guó)際電器（中國(guó)）有限公司、丹東曙光集團(tuán)黃海客車有限責(zé)任公司、浙江索福門(mén)業(yè)等。
典型案例1
技術(shù)提供單位：大連工業(yè)大學(xué)，大連九合表面技術(shù)有限公司
建設(shè)規(guī)模：年處理防盜門(mén)30萬(wàn)樘。主要技改內(nèi)容：原有中溫磷化線改造，去除加熱裝置、設(shè)備清理，主要設(shè)備對(duì)原有磷化槽、噴淋設(shè)備的改造。節(jié)能技改投資額38萬(wàn)元，建設(shè)期2個(gè)月。每年需要使用常溫鋯化液14t，與加溫磷化工藝相比可節(jié)約319tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為32萬(wàn)元，投資回收期約1年。
典型案例2
技術(shù)提供單位：大連工業(yè)大學(xué)，大連九合表面技術(shù)有限公司
建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)300萬(wàn)臺(tái)冷藏設(shè)備，1200萬(wàn)m2涂裝面積。主要技改內(nèi)容：設(shè)備清理，首次投槽。主要設(shè)備是對(duì)噴淋設(shè)備進(jìn)行改造。節(jié)能技改投資額6萬(wàn)元，建設(shè)1個(gè)月。每年可節(jié)能2023tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益172萬(wàn)元，投資回收期約1個(gè)月。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
據(jù)估算，2010年我國(guó)涂裝的板材面積就達(dá)300億m2以上，未來(lái)3-5年內(nèi)，60%的中溫磷化技術(shù)將更新為以鋯化技術(shù)或硅烷化技術(shù)為代表的新型涂裝前處理技術(shù)。該技術(shù)推廣的領(lǐng)域涉及到金屬制品的各個(gè)相關(guān)行業(yè)，如汽車、家電、機(jī)電、建材、裝備制造業(yè)、鋁型材、彩涂板等諸多行業(yè)，節(jié)能潛力較大。
預(yù)計(jì)未來(lái)5年，可在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域推廣20%，形成的年節(jié)能能力約為23萬(wàn)tce，年減排能力約61萬(wàn)tCO2。
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