关键词: 煤矿钢井架 长效防腐 电弧喷涂

1腐蚀及其对煤矿钢井架造成的危害

   钢铁的腐蚀是由于环境介质作用,铁被氧化形成疏松的腐蚀产物,这种作用永不停止,直至钢铁被腐蚀完为止。钢铁腐蚀以均匀腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、缝隙腐蚀、氢脆等形式存在。

   煤矿钢井架是煤矿关键设施,钢结构件是提升重物关键的承力部件,这些钢井架终日伫立在户外,受到户外大气、工业气体、盐雾、露水、雨水等介质的作用而产生腐蚀,如果不对这些腐蚀进行有效的防护,钢井架服役寿命将大大降低,甚至提前报废,严重影响煤矿安全生产,给国家造成巨大的经济损失。为此,煤矿钢井架防腐问题已引起各界有识之士的高度重视。举世闻名的横越泰晤士河上的伦敦塔桥因雨水渗漏,大桥两个主塔底下钢梁锈蚀严重,塔桥不得不于1993年7月关闭,结束其使用生涯;我国早期的煤矿钢井架由于没有采取防腐措施,服役20a就因腐蚀损坏而报废更换,经济损失巨大。钢铁腐蚀的现实和腐蚀引起的经验教训证明,在进行煤矿建设的同时还应对钢井架进行有效的长效防腐,实现一次防腐,钢井架终身不腐。

2钢井架几种常用防腐方法

   对钢井架几种常用的防腐方法进行综合比较,判断其优劣,方便钢井架防腐涂层优化设计,以便采用最合理的防腐方法。

2.1重防腐油漆防腐

   重防腐油漆防腐是用底漆、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,即涂层将钢铁与腐蚀介质相隔离,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,与基体结合力差,抗损伤能力差等原因,使得油漆涂层耐蚀寿命短。重防腐油漆涂层的耐腐蚀寿命为8a左右,再次维护时还需对钢铁构件重新喷砂除锈涂装油漆,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。如兖州矿业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。

2.2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,其防腐原理与油漆防腐原理相似。由于玻璃钢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短,一般仅为10a左右。台州栈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严重。

2.3热浸镀锌防腐

   热浸镀锌防腐是把经过酸洗除锈的钢构件浸入480～520℃高温锌熔池3～5min,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电化学保护且结合力好,但其厚度一般仅为80μm,耐蚀年限短,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,对钢井架这样的大构件应用困难。

2.4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,加热丝材熔化温度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,无法应用于钢井架这样的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。

2.5 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,熔融铝的高温液滴被压缩空气喷吹、雾化、喷涂至工件表面,与基体形成结合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,涂层与基体以较强的机械结合和微冶金结合,因此电弧喷铝涂层与金属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,这一点是其他任何表面防腐涂层无法达到的。

   电弧喷涂铝涂层防腐原理为阴极保护,在腐蚀环境下,即使防腐涂层局部破损,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,电弧喷涂铝涂层可达到较厚的厚度,使得涂层耐蚀寿命大大延长。

   电弧喷涂长效防腐涂层是由电弧喷涂铝涂层和有机封闭涂层组成,其耐腐蚀寿命不是二者之和,而是二者之和的1.5～2.3倍,这就是世界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:电弧喷涂技术先进,生产率高,涂层结合力好,耐蚀寿命长,长远经济效益显著。

3国外热喷涂防腐成功的应用经验

   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钢铁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,热喷涂涂层已成功实现对钢铁桥梁、码头钢结构件、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、欧共体各国热喷涂防腐标准规定不同涂层体系及其耐蚀年限的对应关系,并且明确规定只有热喷涂涂层才可以提供钢铁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,也为热喷涂防腐在钢井架上应用提供了最有价值的应用实例旁证。

4钢井架长效防腐发展趋势及应用

   在欧洲和北美地区钢结构件的防腐发展过程是: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年代以后,电弧喷涂防腐技术得到广泛应用。我国钢井架目前仍大量采用重防腐油漆防腐,其防腐技术已落后于欧美近40a。

   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钢井架防腐领域得到推广应用,如中国矿业大学大正表面新技术公司已把电弧喷涂长效防腐技术成功应用于兖州矿业集团济宁三号井副井钢井架长效防腐、平煤集团十三矿副井钢井架长效防腐等多个煤矿钢井架长效防腐。

   几年的实际使用证明,电弧喷涂防腐效果好,能有效延长钢井架寿命,大大降低钢井架维护费用,有力保证了煤矿安全高效生产。

5结论