[分享] 首钢高炉工程防腐配套方案及涂装应用

首钢京唐公司高炉工程的防腐配套方案分析及涂装应用

周雁1,赵君岩1,张劲锴1,李郁翠1,孙振瀛2,姚学民2,李建杰2,张展2

(1.首钢京唐公司,河北唐山063000；2.科瑞达涂料公司,天津300457)

摘要：通过对首钢京唐钢铁公司高炉项目钢结构工程在唐山曹妃甸地区的高腐蚀环境下优选防腐配套工艺方案及涂装应用,解决了大型冶金建设项目钢结构工程在海洋性腐蚀环境下达到低投入、长效防腐蚀的问题。

关键词：金属钢结构；防腐蚀涂料；多层异类；系统供货

0.前言

首钢搬迁曹妃甸地区整体建设,首先面对的就是金属钢结构的腐蚀问题。在工业发达国家中,腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%～4%,每年腐蚀生锈的钢铁约占产量的20%,约30%的设备因腐蚀而报废。在中国,由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上,占国民生产总值的4%。长期以来,人们一直采用多种技术对金属加以保护,防止或延缓腐蚀的发生。由于防腐涂料具有性能优异、使用方便、价格低廉等一些其他材料无法比拟的优点,因此在选择防腐措施时成为优先考虑的对象。随着世界海洋工业的迅速发展和环境保护法对海洋涂料工业的影响,海洋防腐涂料也向高性能及环保型方向发展,出现了许多有发展前景的新技术。我们依据曹妃甸地区特有的自然环境,从2006年初开始,经过大量的试验工作取得了充分的试验数据,设计了曹妃甸地区钢结构防腐工程涂料配套方案,于2007年7月开始在首钢京唐钢铁公司高炉项目中广泛应用。

1.腐蚀环境分析

曹妃甸地区属暖温带季风大陆性气候,四季分明、气候干燥、雨少风多。夏季高温、多阴雨,秋季冷暖适宜、晴天多,冬季寒冷、少雷多雾。年平均气温12℃,平均地面温度14.2℃,年平均相对湿度66%。年平均蒸发量1909.6mm,年平均气压101.64kPa,全年无霜期大约210d,港口冬季结冰约80多天。年平均降水量约500～700mm,全年75％左右的降水集中在6、7、8三个月的夏季。日照时间较长,太阳辐射强,日照百分率高达65%,全年平均日照约2900h。

建设前期,曹妃甸地区的腐蚀环境基本属于海洋大气腐蚀,海洋性大气环境的相对湿度大,大气中含有海盐粒子。沉积在金属表面上的海盐粒子,或者表面上原有的具有很强吸湿性的盐分与金属腐蚀物,会溶于水膜中形成强腐蚀性介质,而且海盐粒子为氯化物,渗透腐蚀性强,可以渗入钝化膜腐蚀底材,即便是不锈钢也会因其而产生点蚀。到2008年10月包括炼铁等部分项目的正式生产,周围的腐蚀环境则变为海洋工业大气腐蚀。这种大气中含有两种腐蚀介质,即化学污染的有害物质和海洋环境的海盐粒子,对金属危害更重。按照我国对大气环境腐蚀分级与分类标准(GB/T15975—1995)描述,曹妃甸地区的腐蚀环境基本属于Ⅳ～Ⅴ级的腐蚀类型,即中腐蚀～较强腐蚀。同时该地区日照长,太阳辐射强的特点对保护涂层的耐候性要求很高。因此选择合适的防腐配套方案至关重要。

2.防腐配套方案的选择依据

2.1选择防腐涂料的原则

底漆：曹妃甸地区属高湿、高盐碱自然环境,潮气的侵蚀对钢结构腐蚀是主要原因,在基料的选择上采用目前最好的防腐材料——改性环氧树脂,该树脂可有效地防止酸、碱、盐的侵蚀,防止水汽渗透,与金属表面结合牢固。选用超细锌粉及纳米防腐材料可增强涂层表面致密性防止渗透,同时使底层钢铁与底漆有电接触,当涂层遭受电化学腐蚀时,由于锌比铁有更低的电极电位,锌首先被腐蚀,成为“牺牲材料”,利用电化学原理,选用反应型材料,因此保护了钢铁免受腐蚀。中间漆：利用片状金属材料在涂膜中起到隔离、屏蔽作用,防止水、水蒸气、电解质的渗透,屏蔽空气对钢结构的氧化。面漆：利用互穿网络理论使涂膜具有优异的耐候、保光、保色性,涂膜坚硬耐磨,耐水、耐化学性能优异并具有极好的装饰性和保护性。

2.2防腐蚀涂层有效保护期的设计

保护期是指使用至下一次维护的间隔时间,或是使用至失去保护作用的时间。根据保护对象的工程造价、折旧期限、维修费用与剩余价值的比例等设计防腐蚀涂层的目标有效保护期。大型结构或装置的造价高,更新换代的资产损失和对生产的影响很大,要求防腐蚀涂层的有效保护期尽可能长,允许多次维修甚至重涂。

一般把在大气中使用涂层的有效使用期分4个档次：

短期：＜5a

中期：5～10a

长期：10～20a

超长期：＞20a

考虑防腐维修困难且费用较高,设计上应采用中长效防腐配套方案,同时采用严格的表面处理、合理的涂装工艺、严格的检验以及详细的施工规范。

2.3底漆、中层漆和面漆的配套性的选择
一个良好的涂层体系是由底漆、中层漆和面漆组成。底漆对底材和中层漆有较高的附着力和粘结力,并有缓蚀防锈作用；中层漆是过渡层,起抗渗作用；面漆则起抵抗腐蚀介质和外部应力的作用。三者构成的涂层,发挥总体效果。涂层一般采用“多层异类”结构。
3试验部分
3.1配套方案(见表1)
3.2试验数据(见表2)

表1底漆、中层漆和面漆的配套性的选择

表2试验数据

注:相对使用年限指配套涂层对钢结构起保护作用,在没有意外被破坏的条件下钢结构底材不受腐蚀的年限。
3.3结果
2006年4月科瑞达涂料化工有限公司在首钢设计院关于《首钢搬迁曹妃甸地区钢结构防腐蚀》论证会上提出以上的分析和配套方案。相对使用年限15～20a的方案得到甲方认同,于2007年8月8日正式供货。在炼铁项目的高炉系统、联合料仓系统、送煤系统、热风炉系统、除尘系统等工程中供货并提供技术服务。
4.防腐涂料的涂装应用
炼铁项目是首钢搬迁的重要组成部分,5500m3高炉为全国第一,项目集成采用了当今国际炼铁领域的10大类68项先进技术,结构防腐尤为重要。从2007年8月开始,按照统一技术规定开始施工。为保证涂装质量,我们规范了表面处理标准和施工要求,加强管理,具体方法如下：
4.1表面处理方法
钢材在涂装之前的表面处理方法主要有：喷砂处理、动力(电动、风动)工具处理、手动工具处理、化学处理、高压水/超高压水处理。该项目主要采用喷砂和手工除锈。喷砂处理适用于较大规模的底材处理。手工除锈是打砂处理的重要补充。
4.2表面处理标准
参照国际标准ISO8501和国家标准GB8923-88,表面除锈等级必须达到Sa2.5级。粗糙度等级参照ISO8503-1/3中的30～70μm,清洁度等级参照ISO8502-3中的3级。施工规范参照TSCF《Guide for Ballast Tank Coatings Systems & Surface Preparation》(压载舱涂料体系及表面处理指南),喷砂除锈达到标准ISOSa2.5,手工除锈达到ISOSt3级。施工初期,大颗粒沙子较多,喷砂后粗糙度较大,个别喷砂面粗糙度在100μm左右。涂底漆后涂膜薄的部位盖不住形成点锈。我们采用掺细砂的方法把粗糙度减至标准范围内。
4.3涂装方法
涂装有刷涂、辊涂、空气喷涂和高压无气喷涂等方法。结构制作时采用高压无气喷涂的方法,现场安装后大部分采用辊涂的方法,异型件等内边角处刷涂。
4.4涂装环境 涂装施工环境的气候条件,温度应为10～30℃,相对湿度不宜大于80%,要求雨、雾、雪、烈日以及较大灰尘的条件下严禁室外施工,并且涂装后4h内不得淋雨。如何在曹妃甸气候多变的环境下坚持露天施工,成为一个重要的课题,为了施工不间断,我们与施工单位协商,调整作息时间和工作内容,涂刷采用“夏日上早晚,冬天赶中间,人员跟着天气转”的方法施工,保证涂刷质量。
4.5涂装检验与质量控制
在整个的涂装过程中,我们将质量控制和检查工作贯穿几个重要阶段,即：表面处理的检查、施工前和施工过程中的检查、施工后的检查。现场服务人员每天检查判断并记录当时的工作情况,是否按规格书要求进行施工,是否按良好的施工工艺进行,是否符合涂料供应对于产品的要求。如果没有按要求施工,则及时进行适当的修正措施,并在工作继续进行前确认。

4.6施工质量过程控制

施工中,我们做好工程控制把好质量关,主要做了以下工作：

(1)做好各工序的报验和交接,上道工序不合格不得转入下道工序作业。

(2)做好材料的验收工作,材料具备合格证、产品说明书、涂料检验报告、生产许可证和防伪标志,并对进厂的材料做试刷涂试验。

(3)现场喷砂前制作喷砂试板,试板的除锈等级及粗糙度达到设计及标准要求,施工时,做到每个喷砂件除锈后与试板对照确认是否合格,喷砂后应立即涂刷底漆,间隔不超4h。

(4)高强螺栓孔、焊缝处、柱脚在施工时粘贴上美纹纸,防止喷涂上涂料。

(5)严格控制底、中、面漆的涂装时间间隔,底层漆表干后才涂下道涂料。

(6)涂装时采用高压无气喷涂机施工,保证涂层外观质量,并检测涂层厚度。

(7)施工过程中做好成品保护,安装时要轻吊轻放,防止其他物碰撞,破坏涂膜。

(8)所用涂料必须有出厂合格证、使用说明书,并要选用同一厂家的底、中、面漆、稀释剂配套使用；大面积施工前应进行试涂；涂料配制与施工所用工具,应保持清洁,不得混用；被涂物应垫起离开地面；刷涂时,层间应纵横交错,每层都应涂刷均匀、无漏涂；所用涂料的种类、名称、配比、层数均要符合设计要求。

(9)涂料应配套使用,不允许用单一底漆、中间漆或面漆作为防护涂层。同时要注意底漆、中间漆和面漆性能的配套,防止各层产生咬底现象。底漆、中间漆和面漆,应选用同一厂家的产品。

5.注意事项

5.1 涂装程序与工期相适应

由于工期要求紧迫,大部分结构涂完富锌底漆后马上安装焊接。这就要求底漆有3～6个月的裸露防腐,为了确保涂装中层漆前结构没有明显的腐蚀,项目部现场人员一方面对IH-2310电化学厚膜海洋防腐底漆(富锌底漆)严格检测,保证锌粉含量在80%以上；同时,加强涂装施工检查,一是严格控制喷砂质量,二是保证涂膜厚度在60μm以上,从而保证了工程的质量。在施工过程中,有些只涂底漆的结构暴露时间已大于6个月,底漆耐候差的特点影响对底材的防锈作用,因此,对暴露超过3个月的底材需要涂装中间漆,或中间漆加一道面漆。

5.2 用系统供货的理念管理工程质量

系统供货(Systems Service)是指材料厂家直接参与涂装生产线的管理。从涂料的生产、运输开始,一直到工程涂装结束,参与到涂装全过程中的各个环节之中,并保证涂装后的工程达到规定的质量标准。最终业主按照报验合格的涂装面积与承包方结算费用。

6.结论

(1)经过近1a的时间,配套涂层表面完好,可以达到《首钢京唐钢铁联合有限责任公司工程设计统一技术规定》的要求。为一期二步乃至后面的工程打下良好的基础。(2)富锌底漆在保证锌粉含量80%,厚度大于60μm,粗糙度小于60μm的条件下,可以在海洋大气环境下防腐3～6个月。(3)涂料涂装中,底材处理以及二次除锈是非常重要的。(4)要保证工程质量,现场施工管理至关重要。炼铁项目有着几平方公里的作业面,如果没有层层的现场管理,涂装质量不可能保证。(5)采用系统供货的理念管理工程质量,可以使业主和供货商之间建立一种更有效、更值得信任、更低成本和更好工程质量的新型伙伴关系,对保证工程质量起到很重要的作用。

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