一种钢结构防腐方法及其所用装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种钢结构防腐方法及其所用装置，涉及金属防腐【技术领域】，用以解决现有热浸锌技术工艺复杂、污染和浪费严重的问题；该钢结构防腐方法包括以下步骤：1)脱脂，工件在浓度为1-20wt％的脱脂液中，于50-90℃下处理5-30min，取出，水洗；2)糙化，步骤1)所得工件于浓度为0.5-10wt％的糙化液中，处理1-10min，取出，水洗；3)干燥，步骤2)所得工件于10-50℃下干燥；4)喷涂，将步骤3)所得工件于3-300kV的电压下静电喷涂；5)烘干，步骤4)所得工件在10-100℃下烘干；本发明经过脱脂、糙化和喷涂后实现了工件的喷涂，糙化液浓度低，可重复使用，烘干温度低，能量消耗少。
【专利说明】一种钢结构防腐方法及其所用装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属防腐【技术领域】，特别是指一种采用VCI复合涂料的钢结构防腐方法及其所用装置。
【背景技术】
[0002]大型金属结构如桥梁、电视塔、高压结铁塔、避雷针铁塔、海上灯塔、大型水库闸、供水塔等等，都是长期处于海洋大气、工业大气腐蚀环境下，曝露在这种环境中的金属结构，其表面极易与周围环境发生化学及电化学作用而锈蚀，因此，需要在其表面涂覆一层防腐层以保护金属结构本体不被锈蚀。热浸锌是一种有效的金属防腐方式，已被广泛应用于各行各业的金属结构设施上。现有的热浸锌工艺是将除锈后的钢结构浸入500°c左右高温融化的锌液中，使钢结构表面附着锌层，从而起到防腐蚀的目的。
[0003]这种热浸锌工艺一般包括脱脂、酸洗、活化、烘干、入锌槽、暴光处理和清水冷却等七大步骤。通常，在酸洗过程中采用的是20 %盐酸，因而会产生大量的酸性废液；同时，在活化以及暴光处理阶段采用的是氯化锌和氯化铵溶液，这会产生大量的工业废水，此类废水处理成本较高，若直接排放会对水资源、土壤资源造成严重的污染；锌槽的温度需要长期维持在470°C以上，而烘干需要维持在180°C左右，此过程需要消耗大量的煤炭、天然气等资源，也会产生大量的锌蒸汽污染。例如，某表面处理厂每年处理5万吨左右的桥架，每吨需要用煤55千克左右，每吨标准煤燃烧排放2620千克二氧化碳，可知该厂每年排碳量7205吨左右(此数据不包括非工作时间维持锌槽所消耗的煤炭)，属于高排碳行业。
[0004]因此，这种热浸锌工艺复杂，施工环境恶劣，施工过程中有大量废气、废液产生，且处理难度大，对周边环境造成污染。同时，这种镀锌工艺的锌资源浪费严重，金属锌为不可再生资源，该工艺所用金属锌材料量大，且所形成的镀层性能一般。再者，该工艺能源浪费严重，该工艺过程中需要消耗大量的煤炭资源，以维持锌槽的温度。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种钢结构防腐方法，解决了现有技术中热浸锌工艺复杂、污染和浪费严重的问题。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种钢结构防腐方法，包括以下步骤:
[0007]I)脱脂，将待处理的工件置于质量浓度为1-20%的脱脂液中，在温度为50_90°C下，处理5-30min，取出，水洗；
[0008]2)糙化，将步骤I)所得工件置于糙化液中，处理Ι-lOmin，所述糙化液为无机酸溶液，所述无机酸溶液的质量浓度为0.5-10%，取出，水洗；
[0009]3)干燥，将步骤2)所得工件于10_50°C下进行干燥处理；
[0010]4)喷涂，将步骤3)所得干燥后的工件于3_300kV的电压下进行静电喷涂涂料处理；
[0011]5)烘干，将步骤4)所得工件在10-100°c下进行烘干处理，随后取下码垛处理。[0012]本发明对薄板电缆桥架经过脱脂、糙化、喷涂和烘干后完成了薄板工件的喷涂工作，该喷涂方法工艺简单，流程短，大大提高了喷涂工作效率；同时，该喷涂方法中糙化液的浓度低，可长期使用，预计每季度只需更换一次，所产生的酸性废液少，省去了热浸锌工艺中的活化和暴光处理工序，大大减少了工业废液、废水的排放和处理，减少了对水资源和土壤资源的污染；喷涂工序简单省事，涂料利用率高，大大降低了锌资源的浪费；而且，干燥和烘干温度低，降低了能源消耗。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述步骤4)中所用的涂料为VCI鳞片锌铝复合涂料。本发明主要采用电阻率适中的涂料进行喷涂，特别适合于气相缓释剂鳞片锌铝复合涂料
(VC1-Vapor Corros1n Inhibitor鳞片锌招复合涂料)，从而在钢结构表面形成一层复
合涂料防腐层。这种VCI鳞片锌铝复合涂料如中国发明专利CN101397413B和中国发明专利 CN101397412B 所示。
[0014]进一步地，所述步骤4)中静电喷涂时，喷枪与工件表面的距离为150_200mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为500-1000mm/s，工件移动速度为50-200mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为l_3kg/min，喷涂电压为5-100kV。本发明在静电喷涂工序中采用的静电喷枪，静电喷枪与工件的距离固定，静电喷枪垂直于工件表面进行喷涂，喷枪在工件表面进行上下移动，工件进行左右移动，在喷枪和工件移动速度的配合作用下，完成工件表面涂料的喷涂，并通过涂料流量控制涂层的厚度；一般地，工件的喷涂时间约为l_2min，涂层厚度约为20 μ m。
[0015]作为一种优选的技术方案，所述步骤2)中无机酸溶液的质量浓度为1_5%，所述无机酸溶液为盐酸溶液。本发明的糙化在室温下进行，糙化液的浓度可以为1_5%，进一步地，糙化液浓度可以为2% ;糙化液浓度低，使用周期长，由此产生的废酸和废水少，废水处理成本低，减少了环境污染，降低了生产成本。
[0016]作为一种优选的技术方案，所述步骤I)中脱脂溶液的质量浓度为3-10%，温度为50-80°C，所述脱脂液为水性清洗剂、溶剂清洗剂、酸性清洗剂、强碱液清洗剂、低碱性清洗剂中的一种。通过脱脂液将工件表面的油污进行去除，脱脂液可以为水性清洗剂，清洗剂用量少，反应温度低，能量消耗少。
[0017]作为一种优选的技术方案，所述步骤5)中烘干时，温度为15-60°C，时间为3-30min。烘干温度低，烘干效率快，电能消耗少。
[0018]作为一种优选的技术方案，所述步骤3)中干燥时，时间为3_30min。水洗后的工件，经过3-30min干燥后，其表面的水分即完全除去，达到干燥标准，从而可以进行喷涂涂料。
[0019]作为一种优选的技术方案，所述步骤I)中脱脂时，水洗次数为2次；所述步骤2)中糙化时，水洗次数为5-10次。脱脂后的水洗是为了将工件表面的脱脂液和杂质清洗干净，从而进行后续糙化处理；糙化后需要水洗的次数较多，目的是完全清洗掉工件表面的糙化液和其它杂质，从而为喷涂做充分准备。
[0020]本发明还提出了这种钢结构防腐方法的所用装置，包括脱脂槽，所述脱脂槽一侧设有第一水洗槽；糙化槽，所述糙化槽一侧还设有第二水洗槽，所述糙化槽位于所述第一水洗槽和所述第二水洗槽之间；第一烘道，所述第一烘道用于工件的干燥，除去工件表面的水分；静电喷涂室，所述静电喷涂室内设有旋杯静电喷枪，用于涂料的喷涂；第二烘道，所述第二烘道用于烘干工件上喷涂过的涂料。
[0021]本发明通过脱脂槽、糙化槽、水洗槽的设置，从而完成工件的脱脂、糙化和水洗等预处理工作；预处理后的工件在第一烘道内进行干燥，第一烘道的温度低，干燥效率高，从而完成工件的干燥工作；干燥后的工件在静电喷涂室内通过旋杯静电喷枪完成涂料的喷涂，喷涂效率高，涂料利用率高，大大减少了锌资源的浪费；喷涂后的工件在第二烘道内进行烘干，第二烘道的设置，使涂层烘干效率高，烘干温度低，能量消耗少。
[0022]作为一种优选的技术方案，该装置还包括传动链条，所述传动链条连接有驱动机构，所述驱动机构驱动所述传动链条做循环运动，所述传动链条依次连接有第一烘道、静电喷涂室和第二烘道；所述传动链条通过挂件与工件连接。传动链条的设置，可以自动控制工件依次完成干燥、喷涂和烘干工作，大大节约了劳动力，提高了生产效率，保护了人身安全。
[0023]工作原理:将待处理的薄板电缆桥架在脱脂槽进行脱脂处理，在第一水洗槽内水洗2次；然后，在糙化槽内进行糙化处理，在第二水洗槽内水洗5-10次；最后，放置在传动链条上，在驱动机构的作用下，使工件依次通过第一烘道、静电喷涂室和第二烘道，从而完成工件的干燥、喷涂和烘干操作。
[0024]本发明的有益效果:本发明的工艺简单，流程短，可以常温操作；糙化液浓度低，可长期使用，废水处理成本低；烘干温度低，电能消耗少；大大提高了生产效率，节约了生产成本，降低了环境污染。这与传统的热浸锌工艺相比，可以节省煤炭资源80%左右，可以减少碳排放量87%左右，可以减少酸排放量90%左右，锌资源的消耗量降低了 80%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本发明的工艺流程示意图；
[0027]图2为本发明所用装置的结构示意图；
[0028]1-脱脂槽；2_第一水洗槽；3_糙化槽；4_第二水洗槽；5_第一烘道；6_静电喷涂室；7_第二烘道；8_传动链条；9_驱动机构。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]参阅附图1，一种钢结构防腐方法，包括以下步骤:
[0031]I)脱脂，将待处理的工件置于质量浓度为1-20%的脱脂液中，在温度为50_90°C下，处理5-30min，取出，水洗；
[0032]2)糙化，将步骤I)所得工件置于糙化液中，处理Ι-lOmin，所述糙化液为无机酸溶液，所述无机酸溶液的质量浓度为0.5-10%，取出，水洗；[0033]3)干燥，将步骤2)所得工件于10_50°C下进行干燥处理；
[0034]4)喷涂，将步骤3)所得干燥后的工件于3_300kV的电压下进行静电喷涂涂料处理；
[0035]5)烘干，将步骤4)所得工件在10_100°C下进行烘干处理，随后取下码垛处理。
[0036]所述步骤4)中所用的涂料为VCI鳞片锌铝复合涂料。
[0037]所述步骤4)中静电喷涂时，喷枪与工件表面的距离为150_200mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为500-1000mm/s，工件移动速度为50-200mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为l_3kg/min，喷涂电压为5-100kV。
[0038]所述步骤2)中无机酸溶液的质量浓度为1_5%，所述无机酸溶液为盐酸溶液。
[0039]所述步骤I)中脱脂溶液的质量浓度为3-10%，温度为50-80°C，所述脱脂液为水性清洗剂、溶剂清洗剂、酸性清洗剂、强碱液清洗剂、低碱性清洗剂中的一种。
[0040]所述步骤5)中烘干时，温度为15_60°C，时间为3_30min。
[0041]所述步骤3)中干燥时，时间为3_30min。
[0042]所述步骤I)中脱脂时，水洗次数为2次；所述步骤2)中糙化时，水洗次数为5-10次。
[0043]参阅附图2，一种钢结构防腐方法的所用装置，包括脱脂槽1，所述脱脂槽I 一侧设有第一水洗槽2 ;糙化槽3，所述糙化槽3 —侧还设有第二水洗槽4，所述糙化槽3位于所述第一水洗槽2和所述第二水洗槽4之间；第一烘道5，所述第一烘道5用于工件的干燥，除去工件表面的水分；静电喷涂室6，所述静电喷涂室6内设有旋杯静电喷枪，用于涂料的喷涂；第二烘道7，所述第二烘道7用于烘干工件上喷涂过的涂料。所述装置还包括传动链条8，所述传动链条8连接有驱动机构9，所述驱动机构9驱动所述传动链条8做循环运动，所述传动链条8依次连接有第一烘道5、静电喷涂室6和第二烘道7 ;所述传动链条8通过挂件与工件连接。
[0044]工作原理:将待处理的薄板电缆桥架在脱脂槽I进行脱脂处理，在第一水洗槽2内水洗2次；然后，在糙化槽3内进行糙化处理，在第二水洗槽4内水洗5-10次；最后，放置在传动链条8上，在驱动机构9的作用下，使工件依次通过第一烘道5、静电喷涂室6和第二烘道7，从而完成工件的干燥、喷涂和烘干操作。
[0045]实施例一
[0046]将待处理的工件置于质量浓度为20%的脱脂液中，在温度为60°C下，处理5min，取出，水洗2次；将水洗后的工件置于质量浓度为10%的无机酸溶液形成的糙化液中，处理lmin，取出，水洗10次；将水洗后的工件于50°C下进行干燥处理，待水分干燥完毕之后，将干燥后的工件于300kV的电压下采用VCI鳞片锌铝复合涂料进行静电喷涂涂料处理，使喷枪与工件表面的距离为200mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为500mm/s，工件移动速度为50mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为lkg/min ;将喷涂后的工件在100°C下进行烘干处理，待涂层烘干以后，取下码垛处理。
[0047]实施例二
[0048]将待处理的薄板工件置于质量浓度为10%的水性清洗剂脱脂液中，在温度为80°C下，处理20min，取出，水洗2次；将水洗后的工件置于质量浓度为5%的磷酸溶液形成的糙化液中，处理6min，取出，水洗5次；将水洗后的工件于30°C下进行干燥处理，干燥30min后，将干燥后的工件于IOOkV的电压下采用VCI鳞片锌铝复合涂料进行静电喷涂涂料处理，使喷枪与工件表面的距离为150mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为1000mm/S，工件移动速度为100mm/S，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为2kg/min ;将喷涂后的工件在60°C下进行烘干处理，烘干3min后，取下码垛处理。
[0049]实施例三
[0050]将待处理的薄板电缆桥架工件置于质量浓度为3%的溶剂清洗剂脱脂液中，在温度为50°C下，处理30min，取出，水洗；将水洗后的工件置于质量浓度为I %的硝酸溶液形成的糙化液中，处理lOmin，取出，水洗8次；将水洗后的工件于10°C下进行干燥处理，干燥3min后，将干燥后的工件于5kV的电压下采用VCI鳞片锌铝复合涂料进行静电喷涂涂料处理，使喷枪与工件表面的距离为180mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为800mm/s，工件移动速度为50mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为3kg/min ;将喷涂后的工件在15°C下进行烘干处理，待涂层烘干以后，取下码垛处理。
[0051]实施例四
[0052]将待处理的薄板电缆桥架工件置于质量浓度为I %的酸性清洗剂脱脂液中，在温度为90°C下，处理lOmin，取出，水洗2次；将水洗后的工件置于质量浓度为0.5%的硫酸溶液形成的糙化液中，处理5min，取出，水洗；将水洗后的工件于20°C下进行干燥处理，干燥20min后，将干燥后的工件于3kV的电压下采用VCI鳞片锌铝复合涂料进行静电喷涂涂料处理，使喷枪与工件表面的距离为200mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为800mm/s，工件移动速度为200mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为2kg/min ;将喷涂后的工件在10°C下进行烘干处理，烘干30min后，取下码垛处理。
[0053]实施例五
[0054]将待处理的工件置于质量浓度为15%的强碱液清洗剂脱脂液中，在温度为70°C下，处理15min，取出，水洗2次；将水洗后的工件置于质量浓度为2%的盐酸溶液形成的糙化液中，处理lOmin，取出，水洗5次；将水洗后的工件于30°C下进行干燥处理，干燥IOmin后，将干燥后的工件于IOOkV的电压下进行静电喷涂涂料处理，使喷枪与工件表面的距离为200mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为800mm/s，工件移动速度为100mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为2kg/min ;将喷涂后的工件在35°C下进行烘干处理，烘干20min后，取下码垛处理。当然，所用脱脂液也可以为低碱性清洗剂。
[0055]由上述方法所形成的钢结构防腐层，其厚度较低，防腐层厚度约为0.015-0.04mm ；透波率不低于60%，在40°C和90%的相对湿度(RH)恒温恒湿条件下，其增重率小于5%0 ；防腐能力强，其耐蚀性是热浸锌工艺的几倍，甚至十几倍；同时，防腐层的附着能力达3MPa以上，能够满足工程需求。表I列出了该方法形成的钢结构防腐层与热浸锌工艺所得防腐层的各项性能对比结果。该方法所得防腐层的颜色还可调，其耐盐雾时间明显高于热浸锌工艺，而且，成本低，环保性能好。
[0056]本发明的有益效果:本发明的工艺简单，流程短，可以常温操作；糙化液浓度低，可长期使用，废水处理成本低；烘干温度低，电能消耗少；大大提高了生产效率，节约了生产成本，降低了环境污染。这与传统的热浸锌工艺相比，可以节省煤炭资源80%左右，可以减少碳排放量87%左右，可以减少酸排放量90%左右，锌资源的消耗量降低了 80%以上。
[0057]表I本发明所得防腐层与热浸锌的防腐层性能对比结果表
【权利要求】
1.一种钢结构防腐方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)脱脂，将待处理的工件置于质量浓度为1-20%的脱脂液中，在温度为50-90°C下，处理5-30min，取出，水洗； 2)糙化，将步骤I)所得工件置于糙化液中，处理Ι-lOmin，所述糙化液为无机酸溶液，所述无机酸溶液的质量浓度为0.5-10%，取出，水洗； 3)干燥，将步骤2)所得工件于10-50°C下进行干燥处理； 4)喷涂，将步骤3)所得干燥后的工件于3-300kV的电压下进行静电喷涂涂料处理； 5)烘干，将步骤4)所得工件在10-100°C下进行烘干处理，随后取下码垛处理。
2.根据权利要求1所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤4)中所用的涂料为VCI鳞片锌铝复合涂料。
3.根据权利要求2所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤4)中静电喷涂时，喷枪与工件表面的距离为150-200mm，喷涂角度为90度，喷枪移动速度为500-1000mm/s，工件移动速度为50-200mm/s，VCI鳞片锌铝复合涂料的流速为l_3kg/min，喷涂电压为5-100kV。
4.根据权利要求1所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤2)中无机酸溶液的质量浓度为1_5%，所述无机酸溶液为盐酸溶液。
5.根据权利要求1所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤I)中脱脂溶液的质量浓度为3-10%，温度为50-80°C，所述脱脂液为水性清洗剂、溶剂清洗剂、酸性清洗剂、强碱液清洗剂、低碱性清洗剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤5)中烘干时，温度为 15-60°C，时间为 3-30min。
7.根据权利要求1所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤3)中干燥时，时间为 3_30min。
8.根据权利要求1所述的钢结构防腐方法，其特征在于:所述步骤I)中脱脂时，水洗次数为2次；所述步骤2)中糙化时，水洗次数为5-10次。
9.一种根据权利要求1-8所述的钢结构防腐方法的所用装置，其特征在于:包括 脱脂槽，所述脱脂槽一侧设有第一水洗槽； 糙化槽，所述糙化槽一侧还设有第二水洗槽，所述糙化槽位于所述第一水洗槽和所述第二水洗槽之间； 第一烘道，所述第一烘道用于工件的干燥，除去工件表面的水分； 静电嗔涂室，所述静电嗔涂室内设有旋杯静电嗔枪，用于涂料的嗔涂； 第二烘道，所述第二烘道用于烘干工件上喷涂过的涂料。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于:还包括 传动链条，所述传动链条连接有驱动机构，所述驱动机构驱动所述传动链条做循环运动，所述传动链条依次连接有第一烘道、静电喷涂室和第二烘道； 所述传动链条通过挂件与工件连接。
【文档编号】B05D3/10GK104028443SQ201410246907
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】屈帅, 杨忠林, 张伟江, 杨振波, 李猛, 师华, 黄玖梅, 陈立江, 魏九桓, 于一川, 季海兵 申请人:中航百慕新材料技术工程股份有限公司