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关于煤矿钢结构防腐蚀方法的调研报告 调研时间2010年2月17日 调研单位平禹煤电公司凤白庙矿 调研课题煤矿钢结构腐蚀危害及防腐蚀方法 背景 在钢结构工程中,钢结构构件的防腐蚀非常重要。我国2001年因腐蚀造成的损失高达4979亿元,相当于国民经济总产值的5,仅在石油和化学工业造成的经济损失就达400多亿,腐蚀给国民经济带来极大的损失和危害,因此,引起了各行业的高度重视。我们为此企业平禹煤电公司白庙矿就钢结构防腐问题进行了一次调研,白庙矿工作人员给我们讲解了常用钢结构防腐的方法。 内容 一、钢结构腐蚀及其危害 钢铁由于强度高、易加工、成本较低等优势广泛应用于国民经济和人民生活的各个领域。但由于氧气水份和其它腐蚀介质的作用,钢铁很容易发生腐蚀,最终被氧化成疏松的腐蚀产物而彻底失效,它给人类带来了巨大的经济损失和危害。目前,世界钢铁的年产量约7亿吨,其中每年约有1.4亿吨因腐蚀而消耗掉,同时由于钢铁腐蚀造成的停产,效率降低、成本增高、产品污染和人身事故等间接损失更是难以估算。 煤矿钢结构是结构支护、提升重物等关键的承力部件,这些钢结构受到大气、工业气体、烟雾、露水、雨水等介质的作用而产生腐蚀。如果不对这些钢结构进行有效的防护,其服役奉命将大大降低,甚至提前报废,严重影响煤矿的安全生产,给国家造成巨大的经济损失。 二、钢结构的常用防腐蚀方法 钢结构的常用防腐蚀方法主要有玻璃防腐,热浸镀锌防腐,涂料重防腐,火焰喷涂防腐,电弧喷涂防腐等。其中在煤矿钢结构上获得广泛应用的主要是涂料重防腐和电弧喷涂防腐。 1、玻璃钢防腐 玻璃钢防腐是用玻璃纤维与树脂叠层物的涂敷层进行防腐,其防腐原因主 要是机械屏蔽,即玻璃钢将钢铁与腐蚀介质相隔离,以阻止和减缓腐介质对钢铁的侵蚀,保护钢铁不受腐蚀,由于玻璃涂层对钢铁仅起简单的机械隔离作用,且与钢基体结合力差,损坏后修补难度大,效果不好,因此涂层耐腐蚀寿命较短,一般仅为10a左右,桥采用玻璃钢防腐仅使用4a,虽然玻璃钢涂层60完好,但其下部的钢铁腐蚀已十分严重。 2、热浸镀锌防腐 热浸镀锌防腐是经过酸洗除锈的钢构件浸入480520℃高温镀熔35min 使钢铁表面沾挂一层锌液,经冷却形成镀层。热浸镀锌镀层能够对钢铁提供机械机械屏蔽盒电化学保护双重作用,涂层与钢铁表面结合力较好,但镀锌涂层厚度一般仅为80μm左右,锌涂层被逐渐腐蚀后局部露出钢铁基体,导致涂层最终失效,因此热浸镀锌防腐耐磨腐蚀年限稍短,仅可提供钢铁中等年限的防腐保护,另外,热镀锌生产工艺局限性较大,对钢井架,井筒装备等大构件应用十分困难,而且对于形状复杂的钢构件,由于受高温影响,可能会导致钢构件的变形而影响最终作用。 3、涂料重防腐 涂料重防腐是底漆,中间漆和面漆组成的油漆涂层体系进行防腐。其防腐原理主要是机械屏蔽,即油漆涂层将铜钢与腐蚀介质相隔离,以阻止和减缓腐蚀介质对钢铁的侵蚀,保护钢铁不受腐蚀。 由于油漆涂层无阴极保护作用,耐老化、抗紫外线性能差,与基体结合力低,抗损伤能力差等原因,使得油漆涂层耐腐蚀奉命一般为8-15a。涂料初次涂装后,需定期刷面漆进行维护,如进行彻底维护时还需对钢结构件重新喷砂除锈再涂装油漆,无论是国外涂料还是国内涂料都以无数的应用实例充分证明了这一点,涂料重防腐的初期投资不高,但后期维护费用较高,而且废旧的漆皮,重新喷砂除锈会对环境产生严重的污染,如衮矿集团济宁二号井副井井架采用油漆涂装2a之后即出现腐蚀现象,现在需要不断维护,其维护费用不断增加。 4、火焰喷涂防腐 火焰喷涂是以氧气、乙炔气混合燃烧为热源,将金属锌、铝丝加热到熔融或高塑性状态,在压缩空气流或火焰流的泄引下,熔融或高塑性的金属颗粒被雾化喷涂至工件表面形成涂层,加热丝村熔化温度在2500℃左右。 由于受氧气、乙炔气源影响,火焰温度低,锌铝丝不能很好熔化,无法与钢铁基体形成很好的机械镶嵌结合,导致涂层结合力差,很难达到国家标准规定值,从而大大降低了其防腐效果,另外火焰喷涂为单丝送进,生产效率低,无法应用于大面积钢结构防腐施工,仅适用焊缝修补等少量面积的防腐施工。 5、电弧喷涂防腐 通过具有平直特性的电弧喷涂电源,两根带正负电的金属锌、铝或其他合金丝材连续被送到电弧喷枪端头,在端部短路接触产生电弧熔化,溶融铝的高温液滴被压缩空气喷吹雾化,喷涂至工件表面,与基体形成良好的电弧喷涂涂层。丝材被熔化温度达6000℃。 由于电弧喷涂丝材熔化温度高,丝材熔化均匀,无半熔化或高塑性的喷涂颗粒,喷涂粒子携带较大的热能和动能撞击,涂层与基体具有优良的涂层结合力,在弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固,防腐长久有效,这一点是其他从任何表面防腐涂层无法达到的。 电弧喷涂层防腐原理为阴极保护和机械屏蔽相结合,在腐蚀环境下,即使防腐涂层局部破损,它仍具有牺牲自己保护钢铁基体之效果。涂层阳极与钢铁基体阴极的面积比大于等于1。另外,电弧喷涂层的厚度可根据设计进行施工,能够达到较厚的厚度,使得涂层耐蚀寿命大大延长。 电弧喷涂防腐涂层是由电弧喷涂层和有机封闭涂层组成,其耐腐蚀寿命还是二者之和,而是二者之和的15-2.3倍,这是世界上公认的最佳协同效应。经合理设计涂层厚度,其耐腐蚀寿命完全可以达到30a以上,30a以后的维护仅需在电弧喷涂层上刷封闭涂料,无需重新喷涂,实现一次防腐,长久不腐。 通过以上技术分析可得出结论,电弧喷涂技术相对于其他防腐方法具有生产效率高,涂层结合好,耐蚀寿命长,经济效益显著等突出特点,是煤矿钢结构的长效防腐发展趋势。 三、煤矿钢结构的长效防腐发展趋势 国外发达国家关于热喷涂锌、铝涂层的大量腐蚀试验数据表明,只有热喷涂锌、铝涂层加封闭的复合涂层体系才可提供30a以上的腐蚀保护,挪威、英国、美国、法国等大量应用实例显示,热喷涂层已成功实现对钢铁桥梁、码头钢结构、水工闸门、户外各类塔架等实现30a以上的防腐保护。美国、英国、日本、欧洲 各国热喷防腐标准规定不同涂层体系及其腐蚀年限的对应关系,并且明确规定只有热喷涂层才或提供20a以上的腐蚀保护。这些都为电弧喷涂防腐涂层提供了设计依据和质量保证,也为热喷涂防腐在煤矿钢结构上应用提供了最有价值的应用实例旁证。 在欧洲和北美地区钢结构件的防腐发展过程,20世纪40年代为油漆防腐, 50-70年代为重防腐涂料防腐、热浸锌防腐、火焰喷涂防腐、电弧喷涂防腐并存。80年代后,电弧喷涂防腐技术得到广泛应用。我国目前煤矿钢结构仍大量采用涂料重防腐,由于其防腐寿命较短,且后期维护费用庞大,维护期间严重影响生产等,因此已越来越显现出局限性。 近年来,由于电弧喷涂防腐技术优点显著,在国内有识之士的倡导和有关单位领导的大力支持下,电弧喷涂技术在我国煤矿钢结构防腐领域得到推广应用,如中国矿业大学的大正公司自1993年起已把电弧喷涂防腐技术成功应用于兖州矿业集团吉林济宁三号井副井,中平能化集团十三矿副井等多个煤矿钢结构长效防腐。 调研人魏威龙