Экономика горячего цинкования

Совместимость цинковых покрытий с различными средами

При выборе метода защиты от коррозии для стальных деталей или конструкций следует учитывать множество факторов. Необходимо тщательно проанализировать особенности окружающей среды и эксплуатации, изготовления и монтажа, транспортировки и последующего обслуживания.

Существует множество систем окраски для защиты стали от коррозии и широкий диапазон всевозможных спецификаций и стандартов по их применению. Особенности нанесения, контроля качества и технические требования могут существенно повлиять на срок службы, сроки выполнения работ и их стоимость, это сильно влияет на экономическую эффективность покраски для защиты от коррозии. Тогда как горячее цинкование — простой, стандартный и легко контролируемый процесс, а его результаты надежны и предсказуемы.

Рис. 1. Свойства некоторых антикоррозионных покрытий

Степень надежности определяется простотой реализации всех необходимых физических, химических и механических характеристик, которые должны быть получены при нанесении защитного покрытия. Сложность обеспечения этих характеристик определяет общую экономическую эффективность использования покрытия в данных условиях.

В табл. 1. приведены факторы, определяющие надежность окраски и горячего цинкования.

Табл. 1 Сравнение характеристик цинкового и лакокрасочного покрытия
Параметр
Краска
Горячее цинкование
Подготовка
Дробеструйная обработка по требованиям ISO 8501-1:1988.
Неудовлетворительная очистка поверхности может снизить срок службы на 60-80%. Контроль качества подготовки поверхности имеет решающее значение.
Травление в кислоте является неотъемлемой частью этого процесса. Если не очистить поверхность, то не будет покрытия. Контроль качества подготовки не принципиален.
Технология
Тщательное смешивание реагентов, перемешивание и правильное нанесение имеют большое значение.
Небольшие изменения в технологии практически на влияют на качество цинкового покрытия
Приминение
Состав и равномерность покрытия варьируется в зависимости от способа нанесения. Контроль за соблюдением технологии и качеством нанесения очень важен. Время нанесения краски после дробеструйной обработки должно быть минимальным.
Цинковое покрытие образуется в результате реации между железом и цинком. Реакция идёт по физическим и химическим законам.
Условия приминения
Температура
Хорошие результаты трудно получить при температуре воздуха ниже +10о С. В то же время поверхность, подвергающаяся воздействию прямых солнечных лучей, может стать слишком горячей.
Не зависит от температуры окружающей среды, а определяется технологией процесса.
Влажность
Роса, конденсат на поверхности, влажность воздуха >80% делают покраску невозможной
Не влияет
Загрязнение воздуха
Грязный воздух, пары, газы, пыь и другие загрязняющие вещества негативно влияют на качество лакокрасочного покрытия
Не влияет
Тип стали
Не влияет
Содержание в стали кремния и форсфора влияет на толщину и внешний вид покрытия.
Свойства покрытия
Толщина
Сильно влияет на срок службы. Зависит от количества слоёв и способа нанесения. Необходимо контролировать качество нанесеня каждого слоя.
Реакция между расплавленным цинком и железом даёт минимальную толщину покрытия. Содержание в стали определённого количества кремния и фосфора приводит к увеличению шероховатости поверхности, массы и толщины покрытия.
Адгезия
Зависит от подготовки, типа краски, поверхности стали, от времени между нанесением грунтовки и слоёв краски
Цинковое покрытие представляет собой ряд Fe-Zn сплавов, скрепляющих в единое целое сталь и слой цинка
Разнотолщинность
Лакокрасочное покрытие, на углах и острых тоньше. Отверстия и узкие щели обычно остаются непокрытими. “Затенённые” секции могут быть покрыты более тонким слоем
После погружения в расплавленный цинк покрытие равномерное. Как правило, на острых кромках на 50% толще
Время отвердения
Время затвердения может изменяться в зависимости от типа краски и технологии нанесения и составлять от нескольких часов до нескольких дней для высыхания и до нескольких недель для полного отвердения
Покрытие затверевает полностью в течении нескольких секунд на выходе из ванны
Стабильность размеров
Не влияет
Остаточные напряжения, вызванные прокаткой, деформацией или сваркой, в некоторых случаях, могут привести к деформации конструкции. Это можно минимизировать за счёт правильного проектирования, изготовления и квалифицированного цинкования.
Контроль
Необходим периодический контроль различных «проверочных» точек, после подготовки поверхности и после нанесения каждого слоя краски или ремонта для обеспечения хорошего качества.
Визуальный осмотр и измерение толщины слоя после горячего цинкования это всё, что требуется.
Риск повреждения в момент трансопртировки и эксплуатации
Опасность повреждения очень велика. Может возникнуть необходимость полной замены покрытия.
Покрытие выдерживать механические воздействия. Небольшие повреждения не страшны. Более сорьёзные повреждения устраняются с помощью напыления металлического цинка или краской с высоким содержанием цинка, желательно на эпоксидной основе.

Коэффициент надежности для горячего цинкования намного выше, так как на качество цинкового покрытия не влияет большинство переменных, снижающих эффективность систем окраски.

При расчете экономической эффективности способов защиты должны учитываться все расходы, а не только первоначальные. В том числе расходы на упаковку, транспортировку, мелкий ремонт после монтажа и будущие затраты на обслуживание.

Коррозия под слоем краски

Коррозия под слоем краски

Большую помощь в выборе покрытия могут оказать евростандарты: ISO 14713 – «Защита от коррозии стальных конструкций (Цинковые и алюминиевые покрытия» и ISO 12944 части 1 — 8 – «Защита от коррозии стальных конструкций с помощью защитных лакокрасочных покрытий»). Определение характеристик окружающей среды, данные в этих документах, относятся только к условиям работы металлоконструкции, тем не менее, следует учитывать условия транспортировки, хранения и монтажа, которые могут повлиять на скорость коррозии.

Данные представленные на Рис.1 позволят сравнить параметры и свойства различных покрытий. Следует отметить, что даже если цинковое покрытие и краска предназначены для защиты одного и того же изделия, принцип защиты будет разный. Цинковый слой в процессе борьбы с коррозией утоньшается от поверхности покрытия к стали, обеспечивая катодную защиту. Коррозия на границе раздела сталь/цинк, в отличии от лакокрасочных покрытий, невозможна. В случае повреждения лакокрасочного покрытия коррозия будет развиваться под его слоем. Чтобы обеспечить минимальную степень катодной защиты используются цинксодержащие краски (>90% Zn).

Выбор системы защиты от коррозии часто делается только на основе начальной стоимости того или иного способа защиты. Тем не менее, цена «покупки» мало что говорит об общей экономике эффективного способа защиты.

Срок службы изделий в зависимости от толщины цинкового покрытия

Срок службы изделий в зависимости от толщины цинкового покрытия

Для больших сложных металлоконструкций первоначальные затраты для горячего цинкования часто являются ниже (рис. 1), потому что не требуют большого количества ручного труда, как в случае нанесения высококачественных защитных лакокрасочных покрытий.

Стоимость горячего цинкования зависит от веса конструкции, в то время как стоимость покраски, как правило, определяется площадью поверхности защищаемого изделия. Отношение между средней толщиной материала и площадью поверхности м^2/тонну приведены на рис. 2.

При сравнении общей стоимости различных антикоррозионных систем, преимущество цинкования становится более очевидным. Стоимости различных этапов нанесения сильно отличаются, но более продолжительный срок службы, снижение риска сколов и трещин, меньшая чувствительность к транспортировке, уменьшающие коррозионную стойкость, почти всегда делает горячее цинкование в долгосрочной перспективе дешевле, чем другие методы защиты поверхности. Особенно, если доступ к конструкции затруднен — необходимо возводить леса или другие вспомогательные сооружения, если ремонт приведет к частичному демонтажу или прекращению эксплуатации сооружения.

Сравнение стоимости ГЦ и окрашивания

Рис. 2 Сравнение начальной стоимости горячего цинкования и высококачественных систем окраски. График учитывает толщину горячеоцинкованного покрытия для изделий различной толщины.

На основании испытания коррозионной стойкости покрытий установлено, что время жизни цинкового покрытия (до появления ржавчины на 5% поверхности изделия) более 45 лет. В то же время для лакокрасочных покрытий, время жизни конструкции в тех же условиях не более 11 лет. Т.е., в течении 40-50 лет при использовании краски необходимо дополнительный окрашивание минимум 4 раза. Причем это не просто ремонт, а полный цикл работ, включающий удаление старого покрытия, и нанесение нового. В то же время на оцин-кованных конструкциях никакого, даже поддерживающего ремонта делать не нужно. Разница в первоначальной стоимости этих антикоррозионных систем незначительна по сравнению с общей ценой проекта или стоимостью всего срока эксплуатации, но при расчете на весь срок службы сооружения стоимость использования лакокрасочного покрытия, по крайней мере, удваивается. При этом мы не учитываем такие важные факторы, увеличивающие стоимость поддержания конструкции в рабочем состоянии, как: остановку производства на время поддерживающего ремонта, возведение строительных лесов,выбор времени проведения ремонта с учетом погодных условий, связанных с возможностью дождей или выпадения росы на подвергаемые перекраске изделия.

Эти дополнительные факторы могут увеличить стоимость на 35-45%.

При использовании более дешевых окрасочных систем результаты ещё хуже. Да, первичное окрашивание более дешёвое. Но и время до необходимого и далеко не косметического ремонта, будет значительно меньше. Поэтому использование дешевых окрасочных систем приведет к еще большим эксплуатационным расходам.

Рис. 3 Номограмма пересчёта веса конструкции в стоимость защиты от коррозии