李强

摘要：传统镀锌、镀铝钢板生产需经酸洗、冷轧、离线镀涂等多道工序，存在投资大、流程长、环境污染严重等问题。本文提出一种在热轧成品出口处直接喷锌粉、铝粉，利用轧后余热实现在线热熔镀锌铝的新型工艺。该工艺省去了镀锌镀铝厂房建设与酸洗工序，显著降低投资与运营成本，并从根本上消除了废酸污染。文章系统分析了工艺实施中的九大关键技术难题，包括热轧表面清洁、温度精准控制、喷涂均匀性、快速冷却、输送防划伤、矫直与卷取适应性、剪切防护、端部补镀及镀层附着性等，并提出了相应的解决思路与技术方案。本研究为实现热轧—镀涂一体化高效绿色生产提供了理论依据与技术参考。

关键词：热轧成品；在线热熔镀锌铝；热喷涂；表面处理；工艺集成

1  引言

随着钢铁工业向绿色化、短流程、低成本方向转型升级，传统镀锌、镀铝钢板的生产模式面临日益严峻的挑战。传统的离线镀涂工艺不仅需要独立的厂房与生产线，还包含酸洗、冷轧、退火、镀涂等多个环节，存在设备投资大、能耗高、环境污染严重等问题。尤其酸洗工序产生的大量废酸及含酸废水，已成为制约行业绿色发展的瓶颈之一。

为简化生产流程、降低综合成本，探索利用热轧成品出口的余热直接进行在线镀涂具有重要工程价值。热轧钢板终轧后温度通常在800℃以上，经过层流冷却至一定温度范围，若能在此阶段直接喷涂锌粉、铝粉，利用钢板自身热量使粉末熔融并形成镀层，则可省略后续冷轧、酸洗及离线镀涂等工序，实现热轧—镀涂一体化生产。

本文基于热轧成品出口的工艺特点，系统分析在线喷锌粉、铝粉实现热熔镀锌铝的技术优势，深入剖析该工艺面临的九大关键技术难题，并提出相应的解决方案，为后续工业化应用提供理论支撑。

2  工艺优势分析

2.1 节省建设与运营成本

传统镀锌生产线需独立建设厂房，配备酸洗槽、镀锌锅、退火炉、冷却塔等大型设备，投资动辄数亿元。本工艺直接利用热轧产线末端空间进行在线镀涂，无需额外征地建设，可节省厂房建设费用、设备投资及相关配套设施费用。同时，由于工序简化，人工成本、设备维护成本及能耗成本均显著降低。

2.2 消除酸洗污染

传统镀锌工艺中，酸洗工序使用盐酸或硫酸去除热轧带钢表面的氧化铁皮，过程中产生大量废酸及含酸废水，处理难度大、成本高，且存在环境风险。本工艺省略酸洗步骤，从源头避免了酸性污染物的产生与排放，符合钢铁行业超低排放与绿色制造的要求。

2.3 降低全流程综合成本

除投资与环保优势外，该工艺还带来了显著的生产成本节约。省略冷轧工序意味着减少了轧制能耗与轧辊损耗；省略离线镀涂工序则降低了锌、铝原料的加热能耗与金属损耗。整体而言，从热轧坯料到镀层成品，全流程综合成本可大幅降低，同时生产周期缩短，资金周转效率提高。

3  关键技术难题与解决方案

3.1 热轧表面氧化与清洁控制

问题描述：热轧成品出口钢板表面普遍存在氧化铁皮、粉尘及轧制油污等污染物。若直接喷涂锌粉、铝粉，污染物将阻碍金属粉末与基体的直接接触，导致镀层附着力差、局部漏镀、镀层起皮等质量问题。

解决方案：需在喷涂前开发高效的在线表面处理技术。可采用高压水射流与刷洗组合方式去除松散的氧化铁皮，辅以激光清洗或等离子清洗技术去除微观油污与残留氧化物。同时，应在保护气氛或惰性气体屏蔽下进行喷涂，防止二次氧化。最终实现表面洁净度达到Sa2.5级以上，确保锌铝镀层与基体的冶金结合。

3.2 温度精准控制

问题描述：锌的熔点为419.5℃~420℃，铝的熔点为660℃。为实现粉末喷到钢板表面瞬间熔融，钢板表面温度需高于粉末熔点。然而温度过高会导致镀层过厚、流淌，或基体晶粒粗化；温度过低则粉末无法完全熔融，形成松散堆积层。热轧出口温度通常在800℃以上，需经冷却段降温至目标温度区间，控制精度要求高。

解决方案：需在热轧层流冷却段后增设精密温度调控区，采用气雾冷却或水冷+回温组合方式，将钢板温度精确控制在420℃~680℃之间，具体目标温度根据镀层成分（纯锌、纯铝或锌铝混合比例）动态设定。同时，沿宽度方向需保证温度均匀性，温差控制在±10℃以内，避免横向镀层不均。

3.3 熔融后快速冷却

问题描述：锌铝粉末熔融后需在液态状态下完成铺展，随后快速凝固形成致密镀层。若冷却速度过慢，镀层易发生氧化、合金层过度生长或晶粒粗化，降低耐腐蚀性能与表面质量。

解决方案：在喷涂工位后设置快速冷却区，可采用气雾冷却、高压水幕冷却或超音速气冷等方式，实现冷却速率可控。对于薄规格带钢，需控制冷却强度避免板形恶化。冷却后镀层温度应降至200℃以下，确保后续输送与卷取过程中镀层不被损伤。

3.4 喷粉设备与均匀性控制

问题描述：喷粉系统需满足全断面覆盖、厚度可调、均匀一致的要求。传统喷枪易出现中心厚、边缘薄的问题，且粉末流量难以稳定控制。

解决方案：开发专用多喷嘴阵列式喷粉装置，沿带钢宽度方向布置多组独立控制的喷头，每组喷头可调节粉末流量与喷射角度。采用闭环反馈控制系统，实时检测镀层厚度与宽度方向分布，动态调整各喷嘴的喷粉量。同时，喷粉系统应具备粉末回收与循环利用功能，提高原料利用率。

3.5 输送与防划伤机构

问题描述：镀后钢板在输送过程中需避免机械接触损伤镀层。传统辊道输送方式中，钢带与辊面存在相对滑动，易造成镀层划伤与磨损。

解决方案：在镀后输送段采用非接触式气浮输送技术，通过高压气流将钢带悬浮于辊道上方，避免物理接触。对于必须接触的部位，应采用软质耐高温衬垫辊道，如陶瓷纤维包裹辊或耐高温橡胶辊，减小接触压力与摩擦系数。

3.6 矫直与卷取适应性改造

问题描述：传统矫直机采用多辊弯曲矫直方式，对镀层表面易造成压痕与折裂；传统卷取机在卷取过程中，层间相对滑动可能导致镀层摩擦脱落。

解决方案：矫直方面，可开发低应力拉伸矫直工艺，采用较小的弯曲曲率与张力组合，避免镀层因过大变形而开裂。卷取方面，卷取机芯轴增设柔性衬层，如聚氨酯衬套或气垫式卷筒，减少内层与芯轴的相对滑动；同时优化卷取张力设定，在保证卷形稳定的前提下尽量降低层间压力。

3.7 剪切过程防护

问题描述：剪切时钢板边缘与剪刃、输送台面接触，易造成镀层划伤与边缘剥落。

解决方案：在剪刃处增设导向保护装置，采用非金属耐磨材料制作导向板。对于高端产品，可考虑采用激光切割或水射流切割等非接触切割方式，完全消除机械接触损伤风险。剪切后应对切口边缘进行检查，必要时进行局部补涂。

3.8 端部补镀

问题描述：剪切后钢板端部无镀层覆盖，裸露的基体金属在大气环境中易发生锈蚀，影响产品整体防腐性能。

解决方案：在剪切工位后增设端部补镀装置。可采用局部喷涂方式，对上下表面端部区域进行二次喷涂；或采用电刷镀技术在端部快速沉积锌铝镀层。补镀区域宽度建议为10~20mm，确保端部完全覆盖。

3.9 镀层附着性与浸入性

问题描述：锌铝镀层与热轧基体的结合强度取决于界面反应与润湿性。若界面未能形成有效的金属间化合物层，镀层易在后续加工中剥落。

解决方案：通过优化喷涂时的钢板温度、粉末粒度、喷涂距离及保护气氛，促进锌铝熔体与基体的润湿与扩散。适当提高基体温度可增强界面扩散反应，形成Fe-Al或Fe-Zn金属间化合物层，提高结合强度。同时，可对粉末进行合金化改性，如添加微量稀土元素，改善熔体流动性及界面结合性能。

4  工艺集成与产线布局建议

为实现上述工艺的工业化应用，需对现有热轧产线末端进行针对性改造。建议产线布局如下：

1. 热轧出口段：保持原有轧制与层流冷却系统，增加精密温度调控段。

2. 表面处理段：设置高压水射流+刷洗+激光清洗组合装置，实现表面洁净。

3. 喷涂段：布置多喷嘴阵列喷粉系统，配备闭环厚度控制系统与惰性气体保护罩。

4. 快速冷却段：采用气雾冷却+水幕冷却组合，实现可控快速凝固。

5. 输送段：采用气浮输送与软质辊道相结合方式。

6. 矫直段：低应力拉伸矫直机。

7. 剪切段：增设导向保护装置或激光切割设备。

8. 端部补镀段：局部喷涂或电刷镀装置。

9. 卷取段：柔性衬层卷取机。

五、结论

（1）热轧成品出口在线喷锌粉、铝粉实现热熔镀锌铝的工艺，省去了镀锌镀铝厂房建设与酸洗工序，可大幅节省投资与运营成本，并从根本上消除废酸污染，具有显著的经济效益与环境效益。

（2）该工艺面临表面清洁、温度控制、喷涂均匀性、快速冷却、输送防划伤、矫直与卷取适应性、剪切防护、端部补镀及镀层附着性等九大关键技术难题，需逐一突破方可实现稳定工业化生产。

（3）通过开发在线表面清洁技术、精密温度控制技术、多喷嘴阵列喷粉系统、非接触式输送机构、低应力矫直与柔性卷取设备，并优化喷涂工艺参数以增强镀层附着性，有望实现热轧—镀涂一体化高效生产。

（4）本研究为钢铁企业利用现有热轧产线开发高附加值镀层产品提供了新的技术路径，对推动行业绿色化、短流程转型具有积极意义。

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作者简介：李强，主要从事轧钢生产和轧钢工艺与表面处理技术研究工作。