鋼廠設備防腐涂漆的最新技術

1前言

鋼廠的許多設備，如裝卸鐵礦石和煤等原料的裝卸機和輸送皮帶，還有運出鋼鐵產品的港口起重機以及輸送各種能源介質的輸送管道和燃氣儲罐等，都是在遭受海灘飛來的鹽分和腐蝕性氣體等腐蝕的嚴酷環境下使用的。為了對鋼廠的這些基礎設施設備進行防腐維護，以前是定期重新刷漆。但是，在設備的防腐維護工作中常常不得不面臨以下諸多問題，例如：如何對涂漆層老化狀況進行點檢，如何確定重新刷漆的時間，如何按計劃確保重新刷漆所需的費用等。

另一方面，從企業的社會責任來說，預防設備事故的發生已越來越重要，決不能發生因腐蝕而引起的設備事故。鋼廠設備維護部門在采用最佳防腐技術，防止因腐蝕引起設備事故方面起著重要的作用。

基于上述原因，對鋼廠設備采用最佳防腐涂層既可以使設備穩定運轉，又可以降低設備的使用壽命周期成本（下稱“LCC”），因此與防腐保護有關的設備管理水平和防腐涂層技術得到不斷的發展。新日鐵住金公司制定了各種適用于鋼廠設備防腐涂層技術的標準，并根據需要進行更新，同時對設備維護人員和生產技術人員進行腐蝕與防腐蝕技術的教育，而且開發了獨有的設備防腐技術。

本文就鋼廠設備防腐保護而開發的涂層診斷技術和防腐涂漆技術進行介紹。

2涂層診斷技術

2.1表面形狀的三維計測

在鋼制路橋的維護管理中，一般是通過目視點檢對涂

層老化情況進行診斷。在鋼結構涂層調查手冊中，作為目視調查的項目有生銹、剝落、變退色和污損等，而且對于腐蝕的發生程度是根據生銹的面積（%）進行評價。也就是說，它是根據發生黑點銹部分的面積率來判斷腐蝕發生的程度。目視點檢法對鋼廠設備防腐保護來說也是很重要的。但是，根據點檢結果判斷是否重新刷漆和重新刷漆的時間是不容易的，這對于設備維護人員來說是一個很大的問題。因此，為使設備維護人員能準確把握涂層老化的現象，并將設備點檢結果應用于設備管理，必須對設備維護人員進行有關腐蝕與防腐蝕技術的教育。

在腐蝕與防腐蝕技術教育過程中，為有助于設備維護人員對涂層老化現象的把握，采用鹽水噴霧試驗法（下稱“SST”）來加速試樣涂層的腐蝕速度，并采用表面形狀三維計測技術對腐蝕狀況進行計測試驗。測定裝置由激光距離儀和XY工作臺構成。圖1示出該測定裝置的測定結果。圖1（a）表示試樣可測定的范圍，（b）和（c）表示采用表面形狀三維計測技術獲得的涂層表面的等高線圖和俯視圖。由圖可知，在（a）圖中看到的黑點銹就是在（b）和（c）圖中鼓起高度達數百微米的黑點。圖2用照片和三維俯視圖示出SST隨時間變化產生銹的狀況。根據這些測定結果可知，所謂涂層老化現象是指涂料在涂層表面發生鼓起后慢慢增大，不久便從鼓起的前端產生流銹，然后污損周圍這樣一個過程。由于涂層會從鋼表面剝落，因此鼓起的涂料內部會成為不利于防腐的部分。鼓起的涂料內部產生的腐蝕被稱為“涂層下的腐蝕”，由此產生的銹和銹汁會導致流銹的產生。

本試驗通俗易懂地揭示了涂層老化的發生過程，由此可知銹的發生面積（%）也就是涂料鼓起的面積率。據此，可以設定涂料鼓起高度的閾值，在表面形狀三維計測裝置內計算超過閾值高度部分的面積，從而可以計算出銹的發生面積（%）。可以說，在實驗室內采用本方法能有效診斷出試樣涂層老化的狀況。但是，由于表面形狀三維計測裝置的測定范圍有限，只有大約20mm的方形范圍，因此不得不說它難以對設備進行現場涂層診斷。

2.2電離透射電阻測定法

為有效進行涂層的現場診斷，對耐大氣腐蝕性鋼生銹診斷用的電離透射電阻測定裝置（下稱“RST”）進行了改良。具體的改進內容就是將可測定的薄膜電阻由原來的最大2G擴大至20G。由此使以前只能測定耐大氣腐蝕性鋼生銹電阻值的裝置變為可以測定防腐涂層電阻值的裝置。

在等效電路中示出了涂層電阻（RR：下稱“RST值”）。測定原理為，將小于特定頻率數的數毫安交流電流從充滿電解液的兩個活塞中流過，計算出RST值（?）。在剛涂漆后的完整涂層中，防腐涂層的RST值大于最大測定值的20G，但隨著涂層的老化，涂層上會產生很多鼓起，RST值會變為數千歐。

作為實際測定例子，介紹了2012年11月鋼廠港口起重機涂層的診斷結果。表1示出各部位的測定結果和涂層表面的照片。實際設備的RST值與根據目視點檢和涂層外觀判斷的老化狀況較一致。也就是說，處于陸地上的設備上部裝置粘附的從海上吹來的鹽分容易被雨水沖掉，其RST值大于20G，而懸臂內側涂層上粘附的鹽分很多，且不容易被雨水沖掉，其RST值非常低，大約20k，因此發生了腐蝕。由此可知，RST值有助于實際設備的涂層診斷，其特征是通過診斷獲得RST值的數據有助于對設備進行定量維護。另外，設備所有部位的涂層并不是同時同等程度老化，部分處于嚴酷腐蝕環境的部位會先發生老化，根據RST值可以確認不同部位所產生的不同老化現象。

根據以上所述，希望今后能利用RST值的定量數據制定防腐維護計劃，例如，為減少重新刷漆的費用，可對不同的部位采取不同的涂漆辦法，或只對涂層老化明顯的部位進行重新刷漆等。

3防腐涂漆技術

3.1厚漿型涂漆法

關于鋼結構的涂漆，以前作為防銹涂料通常是以含鉛的油性涂料（鉛丹防銹漆）作為底漆，以合成樹脂涂料（長油性鄰苯二甲酸樹脂涂料）作為二道墁抺漆和面漆，但從1990年左右開始改為以長久耐用性好的變性環氧樹脂涂料作為底漆，以聚氨酯樹脂涂料作為二道墁抺漆和面漆。這表明了如果要重視長久耐用性，就應當將鋼制道路橋梁涂漆指南中所列出的A涂漆方法（輕防腐涂漆方法）替換為C涂漆方法（重防腐涂漆方法）。根據這種鋼制道路橋梁涂漆技術的發展趨勢，為實現鋼廠設備防腐涂漆的長壽命化，新日鐵住金公司對公司內的設備防腐涂漆技術手冊進行了修訂。即，增加了使用變性環氧樹脂涂料作為底漆的涂漆方法。但是，鋼制道路橋梁的C涂漆法除了要進行涂漆預處理外，還要進行6次涂漆，涂漆的成本非常高，因此開發了適用于鋼廠設備防腐用的廉價的重防腐涂漆方法。

圖3（c）示出開發的厚漿型涂漆法。該涂漆法是一種經濟型涂漆方法，其涂層的厚度比C涂漆法（圖3（b））和ISO12944-5中的海洋環境用C5-M方法（圖3（d））的厚，且漆的涂刷次數少。另外，厚漿型涂漆法使用的變性環氧樹脂涂料就是把防腐性能好的變性環氧樹脂涂料改為厚漿型，底漆涂刷3次就可達到300μm厚。作為整個厚漿型涂漆法，只增加1層聚氨酯面漆，整個涂層厚度就可達330μm。

本文就改進的厚漿型變性環氧樹脂涂料的概況進行介紹。本涂料涂刷一次就可達100μm厚，因此適當添加了特定尺寸比的鱗片狀顏料，刷漆時在濕式狀態下反復涂刷就可形成厚涂層。圖4示出本厚漿型涂料涂刷一次的防腐性能和A涂漆法防腐性能的比較。根據SST2000小時后，從橫切部剝落的涂層寬度比較可知，采用A涂漆法時整個涂層面發生了剝落，而采用厚漿型涂漆法時，涂層的剝落寬度最大為2.5mm，表明具有非常好的防腐性能。

目前，上述厚漿型涂漆法已成為鋼廠室外設備的標準涂漆方法，厚漿型涂料已成為推薦的防腐涂料。

3.2能源管道內面的涂漆

在鋼廠，COG（焦爐煤氣）和LDG（轉爐煤氣）等能源輸送管道的鋪設長度高達數十千米以上。這些管道將各種燃氣等能源輸送到鋼廠各車間。但是，這些管道內部會因氣體或冷凝水的腐蝕性而慢慢被腐蝕，經過大約30年以上的時間會發生管道穿孔問題。例如，COG管道會因COG中含有的硫化氫和冷凝水中含有的亞硫酸離子等的影響，而形成含硫的層狀腐蝕生成物。另外，LDG管道會因氣體或冷凝水中含有的碳酸氣體而產生腐蝕。因此，鋼廠的能源輸送管道內面必須采用防腐技術來防止管道內面產生腐蝕。基于此因，研究了采用涂漆的方法來防止管道內面產生腐蝕的技術。在這種情況下，防腐涂料必須具有不會被氣體或冷凝水中含有的各種化學物質侵蝕的耐用性（耐藥性）和可阻斷環境腐蝕的性能。為此，開發了分子結構強、可現場施工且常溫硬化的玻璃轉變溫度（T_g）高的無溶劑環氧樹脂涂料。為確認開發涂料的防腐性能，對各種涂料的防腐性能進行了裸露試驗比較。作為試驗結果，圖5示出涂漆試樣在COG管道冷凝水中浸漬6個月后，對涂層斷面進行分析的結果。采用斷面照片和EPMA（電子探針顯微鏡分析儀）對耐藥性的溶劑涂料（a）和開發的無溶劑涂料（b）的S滲透分布狀況進行了比較。由結果可知，開發的涂料能有效抑制S從涂層表面滲透。該開發涂料目前已用作各種能源輸送管道內面和鋼制煙囪內面的防腐涂料。

3.3支管臺防腐

鋼廠鋪設的各種能源輸送管道是通過設置在支柱上的管道支架（下稱“支管臺”）支撐著。支管臺由下部的鋼制支撐臺和上部的鋼制管道卡圈構成。在支撐管道的狀態下，支管臺與管道之間會形成縫隙。具體說來就是管道與支管臺之間的縫隙、管道與鋼制卡圈之間的縫隙，在這些縫隙處有時會產生腐蝕。

松開鋼制卡圈后，對因卡圈下的縫隙腐蝕而產生的銹進行了觀察。可以認為卡圈下的縫隙腐蝕導致的生銹現象是由于雨水滲透到縫隙后不容易干燥而引起的。有時最終會導致管道發生穿孔，因此必須進行防腐處理。作為防腐處理辦法，就是從支管臺卸下管道，對縫隙部進行涂漆，但這不僅要花費大量的費用，而且在卸下管道時有可能發生煤氣泄漏，只能在停氣的情況下卸下管道。由于鋼廠的生產是24小時晝夜不停，一旦停止煤氣的輸送會對鋼廠的生產計劃產生重大不良影響，所以希望有一種能在不卸下管道的情況下進行防腐處理的方法。

因此，開發了支管臺防腐處理方法，即在管道與支管臺或與鋼制卡圈之間的縫隙中壓入容易滲透的低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料的方法。圖6示出壓入施工的示意圖。在壓入低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料時，除了涂料注入部和排出部外，要預先用密封劑對支管臺和鋼制卡圈的兩端進行密封固定，使涂料能滲透到整個縫隙中。低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料在滲透后的硬化過程中會捕捉縫隙內的水分。因此，即使縫隙內的水分滲入涂料中也沒關系，依然能確保防腐效果。

該防腐處理法除了可以應用于鋼廠的支管臺外，還可用于軋機底部和底板間的縫隙防腐以及鋼制橋梁狹隘部的防腐處理，且應用范圍不斷擴大。

3.4輕微除銹涂漆法

關于涂漆前的表面清理，一般是采用一種除銹（噴砂清理）或兩種除銹（動力設備）方法進行除銹清理。具體說來，標準的清理方法是按照ISO8501-1制定的Sa21/2或St3進行表面清理。但是，在對腐蝕相當嚴重的煤氣管道或煤氣儲罐外部進行涂漆時，如果采取普通的表面清理方法，有可能發生穿孔并導致煤氣發生泄漏，因此基本上是停氣后用氮氣清除內部氣體。但是，如支管臺防腐中所述的那樣，如果能在不停氣的情況下進行涂漆，涂漆操作就會變得簡單，成本也會降低。因此，研究了只留下薄薄一層銹的表面除銹清理（下稱“輕微除銹涂漆法”）便可確保某種程度的防腐性能的涂漆法。

所謂輕微除銹涂漆法就是在除銹作業時留下大約100μm厚的銹層。表2示出SST3000小時后的防腐性能的比較試驗。如果留下銹層的厚度在100μm以下，可以使用具有在銹中滲透性能的特殊底漆，如果在其底漆上涂刷普通厚漿型涂料，即使在SST3000小時后也能確保防腐性能。這是因為在留下的100μm以下的薄銹層中，特殊底漆能完全滲透到銹層中，抑制留下的銹發生腐蝕所致。

輕微除銹涂漆法僅適用于能源輸送管道或煤氣儲罐的內部氣體沒有放出情況下的涂漆處理。另外，試驗表明，在留下銹層的厚度大于100μm的情況下或特殊底漆的厚度大于標準涂層厚度的情況下，無法獲得防腐性能，如表2中的No.1所示。

本方法應用于實際涂漆施工時，在輕微除銹清理過程中對留下銹層的厚度進行了測定，以確認留下銹層厚度在100μm以下。還有就是采用噴水噴砂法進行除銹。例如，對煤氣儲罐的外面涂漆，采用噴水噴砂除銹法可有效進行大面積除銹，不僅除銹成本低，而且不會發生動力工具除銹時產生火花而引起火災的危險現象。但是，輕微除銹涂漆法在SST3000小時以上的長久耐用性尚未得到確認，因此根據具體情況，它僅限于無法采用普通表面除銹作業的情況下使用。

4結束語

本文介紹了可應用于鋼廠基礎設施設備的涂層診斷技術和防腐涂漆技術，并以港口起重機、能源輸送管道、支管臺和煤氣儲罐為例，介紹了各種涂層診斷技術和防腐涂漆技術的應用。以下就其內容進行簡要概括。

1）作為涂層診斷技術之一，提出了采用表面形狀三維計測法進行涂層診斷的方法，確認了涂層老化就是涂層表面發生鼓起并增大的現象。

2）作為可應用于現場的定量涂層診斷方法，提出了采用電離透射電阻測定裝置（RST）測定涂層電阻的方法。作為應用事例，列舉了港口起重機涂層RST值的測定，確認了設備粘附鹽分容易被雨水沖掉部分和不容易被雨水沖掉部分會發生不同的涂層老化。

3）靠海鋼廠室外設備的防腐涂漆法要求涂料必須具有很好的耐久性，因此可以厚漿型變性環氧樹脂涂料作為底漆實施厚漿型涂漆法。

4）作為能有效防止鋼廠能源輸送管道發生內面腐蝕的防腐涂漆料，可以使用無溶劑型高T_g環氧樹脂涂料。

5）作為應對能源輸送管道支管臺產生縫隙腐蝕的措施，提出了在縫隙中壓入低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料的防腐處理方法。

6）在能源輸送管道和煤氣儲罐的外部涂漆施工過程中，作為能夠不置換內部煤氣且不會引發火災危險的除銹涂漆施工法，提出了輕微除銹涂漆法和噴水噴砂除銹法。