用于桥梁钢表面锈层在线稳定化处理装置及方法与流程

本发明涉及桥梁钢的一种表面质量稳定化处理方法，属于腐蚀与防护技术领域，具体地涉及一种用于桥梁钢表面锈层在线稳定化处理装置及方法。

背景技术：

桥梁钢合金成分含量较高，属于耐候钢范围。耐候钢表面会形成致密的氧化层，阻止腐蚀介质的进入，抗大气腐蚀性能相对于碳钢表现出明显的优势。免涂装耐候钢桥，可大大节省涂装费用、有利环保、缩短施工周期，同时，极大地降低了桥梁运营期间的维护成本，因此，在适宜的环境下建造免涂装耐候钢桥，具有显著的优点。但是，在自然环境下，桥梁钢形成稳定的保护性锈层需要4年及以上的时间，并且在形成稳定化锈层之前，在早期常常出现锈液流挂现象。特别是当大气中污染物如cl^-、so2浓度较高时，流挂现象更加严重，对环境造成了一定的污染，极大影响了桥梁钢的美观，并且会导致桥梁钢的腐蚀减薄。因此，为了短时间内在其表面形成稳定锈层，需要对其表面进行锈层稳定化处理。

现今，工程建设中桥梁钢锈层稳定化常用的处理方法有：1)周期水浸法：喷砂除锈后的杆件进行浸水处理，起初每周至少2次，一个月后每周一次，连续进行3个月，维持干湿交替状态，使杆件表面生成致密均匀的锈层，如：美国阿拉斯加桥杆件周期性浸水。2)周期喷淋(水)法：对喷砂除锈后的杆件喷淋锈层稳定剂，每天1次(下雨天不用处理)，至少进行1个月，使杆件表面生成致密均匀的稳定锈层，如：新西兰桥、拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥。上述这些方法对桥梁钢的稳定化处理周期均在1个月以上，周期太长，人工成本高。

中国发明专利(申请公布号：cn207713819u，申请公布日：2018-08-10)公开了一种耐候钢锈层稳定化处理溶液喷淋装置，该装置包括电动喷雾器、橡胶导管、手柄开关、不锈钢喷杆、雾化喷嘴和回收器等。电动喷雾器上有开关，橡胶导管的一端与回收器相连接，另一端穿过电动喷雾器与手柄开关相连接，不锈钢喷杆顶端有雾化喷嘴。优点在于，结构简单、易于操作，既降低成本又保护环境。然而该专利仅涉及一种电动喷淋装置，用于喷淋处理溶液。未涉及锈层稳定化处理剂和处理方法，并且该装置只适用于施工现场对结构钢的喷淋。

中国发明专利(申请公布号：cn108396315a，申请公布日：2018-08-14)公开了一种耐候钢表面稳定化锈层快速生成处理剂及其使用方法，其中，处理剂由a剂和b剂两部分组成，a剂组成按质量百分比为：cuso4：0.4～2％、nacl：0.1～2.5％、fecl3：0.5～3％、hcl：0.1～0.5％，余量为水；b剂为保湿剂水溶液，保湿剂质量百分含量为0.2～3.5％，余量为水；所述的保湿剂为nah2po4、na5p3o10、(napo3)6、c6h5na3o7·2h2o中的一种或几种。使用该处理剂可直接对表面带氧化铁皮的耐候钢进行处理，省去了除氧化皮步骤，提高了处理速度和处理剂的实用性。该发明处理剂成分复杂，成本较高，且为离线式处理方法。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于桥梁钢表面锈层在线稳定化处理装置及方法，该方法不仅处理周期短，同时处理效果比较好。

为实现上述目的，本发明公开了一种用于桥梁钢在线锈层稳定化处理装置，该处理装置包括用于输送桥梁钢板的输送辊及位于所述输送辊上方的钢丝辊、第一刷辊和第二刷辊，所述第一刷辊上方安装设有成锈剂喷头，所述第二刷辊上方安装设有稳定剂喷头；所述第一刷辊与第二刷辊之间还设有烘干炉。

进一步地，所述钢丝辊一侧还设有鼓风机，所述鼓风机距离下方运送的桥梁钢板沿竖直方向的距离为0.3～0.5m，，在该距离范围内能将桥梁钢板表面的氧化铁皮、灰尘、杂物等有效清除。

所述烘干炉距离下方运送的桥梁钢板在竖直方向之间的距离为0.1～0.2m。，在该距离范围内能实现短时间内桥梁钢板表面锈层的固化。

进一步地，所述成锈剂喷头位于第一刷辊正上方且距离第一刷辊0.2～0.3m，成锈剂均匀的滴落在钢板表面。

所述稳定剂喷头位于第二刷辊正上方且距离第二刷辊0.2～0.3m，稳定剂均匀的滴落在钢板表面。

进一步地，所述第一刷辊下方还设有成锈剂回收槽，所述成锈剂回收槽连接成锈剂喷头，所述第二刷辊下方还设有稳定剂回收槽，所述稳定剂回收槽连接稳定剂喷头。为避免成锈剂、稳定剂等对处理装置的腐蚀，本发明优选成锈剂回收槽、稳定剂回收槽、成锈剂喷头及稳定剂喷头均为耐腐蚀材质，如聚四氟材质等。

此外，为更好的实现本发明技术目的，本发明还公开了一种采用上述装置的处理方法，待处理桥梁钢板通过输送辊的运送依次经过钢丝辊的除尘清扫、第一刷辊的辊涂、烘干炉的干燥处理及第二刷辊的辊涂，处理好的桥梁钢板送入成品区，静置干燥后，待用；

其中，成锈剂包括如下质量百分比的各化学组分：

cuso4:1～5％、fecl3:2～6％；余量为水；其中，cuso4和fecl3提供具有强氧化性的cu²⁺和fe³⁺，它们与钢板基体快速反应，先生成fe²⁺，接着在钢板表面形成γ-feooh等早期铁的稳定氧化物。

稳定剂包括如下质量百分比的各化学组分：

zn(h2po4)2:0.5～3％、kmno4:2～5％、棕色素:1～5％；

其中，zn(h2po4)2与fe²⁺生成磷酸铁盐沉淀，该沉淀具备控制早期锈蚀、形成致密稳定锈层的作用。而kmno4作为氧化剂将二价铁氧化成三价铁，同时促进红锈γ-feooh向稳定锈层α-feooh转变。而棕色素可以对钢板黄色锈层进行覆盖，使钢板呈棕色。三种组分混合后可以快速使游离的fe²⁺沉淀，向稳定锈层α-feooh转变，并使钢板呈棕色。

其中，经第一刷辊的辊涂处理后形成1～3μm厚的黄色锈层；其中，形成1～3μm厚的黄色锈层能够为后续稳定化提供足够的反应物质。

经过第二刷辊的辊涂处理后形成1.5～4μm厚的棕色锈层。该厚度的棕色锈层达到稳定状态，可以直接提供给用户使用。

进一步地，所述输送辊的运行速度为5～10m/min，该运行速度可以控制钢板在线处理速度，确保钢板的除尘清扫、成锈处理及稳定化处理效果。

进一步地，所述钢丝辊的压下力为10～100kn，位于所述钢丝辊一侧的鼓风机风量为25～30m/s。其中，在该压力范围内钢丝辊可以使钢板表面的氧化铁皮、杂物、灰尘等变得更加疏松且易脱落。鼓风机适宜的风量结合其适宜的距离能保证将桥梁钢板表面的氧化铁皮、灰尘、杂物等有效清除。

进一步地，所述成锈剂喷头控制成锈剂流量2～5l/s，使钢板表面附着成锈剂厚度0.2～0.5mm；该成锈剂为黄色锈层，在钢板表面充分且均匀的成锈。

所述稳定剂喷头控制稳定剂流量1～3l/s，使钢板表面附着稳定剂厚度0.1～0.3mm。该稳定剂在钢板表面形成稳定的棕色锈层，且该棕色锈层在钢板表面分布充分且均匀。

进一步地，所述烘干炉设置的烘干温度为40～50℃，每次烘干时间为5～10min。

进一步地，所述待处理桥梁钢板厚度为10～50mm。

本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：

1、本发明设计的处理装置为一体化设备，既能实现对桥梁钢板的表面有效处理，又避免了处理液的随意流淌对设备带来的腐蚀问题。

2、本发明设计的处理方法采用在线处理方式，不仅处理周期短，同时还不影响桥梁钢板的生产线，通过在桥梁钢表面形成1.5～4μm厚的棕色稳定锈层，为提高钢板表面质量奠定了较好基础。

附图说明

图1为本发明设计的处理装置结构示意图；

图2为采用本发明设计方法处理后钢板表面微观结构示意图；

图3为采用本发明设计方法处理后钢板表面微观结构示意图；

其中，图1中各部件标号如下：

桥梁钢板1、输送辊2、钢丝辊3、第一刷辊4、第二刷辊5、成锈剂喷头6、稳定剂喷头7、烘干炉8、鼓风机9、成锈剂回收槽10、稳定剂回收槽11。

具体实施方式

本发明公开了一种用于桥梁钢表面锈层在线稳定化处理装置，如图1所示，该处理装置包括若干个不同区，分别为除尘清扫区a、成锈处理区b、稳定化区c及成品区d，其中，各区都设有用于运送桥梁钢板1输送辊2，所述除尘清扫区a还设有钢丝辊3，本发明优选钢丝辊3位于输送辊2正上方，所述钢丝辊3与所述输送辊2之间的空隙刚好容纳桥梁钢板1，且钢丝辊3沿其周向运转的过程中可有效剥除桥梁钢板1表面的氧化铁皮、灰尘、杂物等，所述钢丝辊3一侧还设有鼓风机9，所述鼓风机9与下方运送的桥梁钢板1沿竖直方向距离为0.3～0.5m，在鼓风机9适宜风量的协同吹扫下，加快了氧化铁皮、灰尘、杂物等的脱落。

所述成锈处理区b包括第一刷辊4、位于所述第一刷辊4上方的成锈剂喷头6、位于所述第一刷辊4下方的成锈剂回收槽10，所述成锈剂回收槽10还连接成锈剂喷头6；本发明优选所述成锈剂喷头6位于第一刷辊4正上方且距离第一刷辊4为0.2～0.3m，经过除尘清扫区处理后的桥梁钢板在第一刷辊4的辊涂下表面附着均匀的成锈剂，多余的成锈剂滴落到成锈剂回收槽10内并被重新利用。

成锈工艺段结束后获得的成锈钢板首先被送入烘干炉8内静置，其中，所述烘干炉8与下方运送的桥梁钢板1在竖直方向之间的距离为0.1～0.2m，在该距离范围内，能保证表面成锈后的钢板在短时间内表面充分干燥；然后继续被送入稳定化区c，所述稳定化区c包括第二刷辊5、位于所述第二刷辊5下方的稳定剂回收槽11，所述稳定剂回收槽11还连接稳定剂喷头7；本发明优选所述稳定剂喷头7位于第二刷辊5正上方且距离第二刷辊5有0.2～0.3m，经过稳定化区处理后的桥梁钢板表面附着均匀的稳定剂，多余的稳定剂滴落到稳定剂回收槽11内并被重新利用。处理好的桥梁钢板送入成品区d，静置干燥后，待用。

本发明设计的上述处理装置稳定性好，处理速度快，同时还能有效避免涂装液随意流淌滴落对设备造成的腐蚀性问题。

为更好的实现本发明技术目的，本发明还公开了采用上述装置对桥梁钢板进行表面处理的方法，它包括如下步骤：

1)桥梁钢生产线生产的钢板冷却后通过输送辊送入除尘清扫区，待处理钢板厚度为10～50mm，除尘清扫区的钢丝辊压下力设为10～100kn，鼓风机风量为25～30m/s，确保钢板经清扫后无剥落的氧化铁皮、灰尘、杂物等。

2)经除尘清扫后的钢板继续被送入成锈处理区，控制所述成锈处理区的成锈剂喷头的成锈剂流量为2～5l/s，钢板经成锈剂处理后，其表面附着成锈剂厚度0.2～0.5mm。

3)经成锈处理后钢板送入烘干炉内静置5～10min，且控制烘干炉的烘干温度为40～50℃。

4)经步骤3)处理后钢板又被送入稳定化区，控制所述稳定化区的稳定剂喷头的稳定剂流量为1～3l/s，钢板经稳定化处理后，其表面附着稳定剂厚度0.1～0.3mm。

5)最后钢板被送至成品区，静置2～4小时干燥后，待用；

与此同时，本发明设计的成锈剂包括如下质量百分比的各化学组分：

cuso4:1～5％、fecl3:2～6％；余量为水；

稳定剂包括如下质量百分比的各化学组分：

zn(h2po4)2:0.5～3％、kmno4:2～5％、棕色素:1～5％；并且，上述处理过程的输送辊运行速度为5～10m/min，该运行速度可保证钢板在线处理速度，确保钢板的除尘清扫、成锈处理、稳定化处理效果。最终，在桥梁钢板表面形成1～3μm厚的黄色锈层及1.5～4μm厚的棕色锈层。

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

本实施例公开了采用设计的处理装置按照上述处理方法对10mm厚度的桥梁钢板进行在线表面处理，其中，使用的成锈剂、稳定剂的成分含量如表1所示，处理过程的工艺参数如表2所示，处理后钢板的性能检测情况如表3所示。并且，本实施例公开的桥梁钢板表面成锈处理后的微观结构示意图如图2所示，表面稳定化处理后的微观结构示意图如图3所示，结合图2、图3可知，无论是成锈剂，还是稳定剂，其均能在钢板表面均匀附着，其中，经过稳定剂进一步处理后，表面锈层在钢板表面附着紧密，这对于保证产品质量具备很大优势。从而说明了本发明设计的处理效果比较好。

实施例2～10

实施例2～10采用的处理装置及处理方法均与实施例1保持相同，但工艺参数不同，具体如表1、表2、表3所示。

表1本发明各实施例及对比例成锈剂及稳定剂配方

表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数

表3本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表

其中，上述对比例1、2采用的是常规手工涂刷工艺。

由上述表1、表2及表3可知，采用本发明设计的处理方法与现有处理方法相比，本发明设计处理周期较短、表面锈层厚度大，在线处理避免了人工处理造成的锈层不均匀，处理效率大幅提高，同时也降低了成本。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。