CN103695837B - 一种建筑钢筋表面防锈方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑钢筋表面防锈方法。该方法包括对余热处理后的钢筋喷射含臭氧的混合气体，所述含臭氧的混合气体是臭氧与氧气的混合气体，或者臭氧、氧气与空气的混合气体，在钢筋表面生成Fe₃O₄和/或Fe₂O₃保护层。该保护层能阻止钢筋基体与空气环境接触，获得良好的防锈效果。本发明的方法可以实现在线方式进行防锈处理，能够满足钢筋连续生产的要求。

Description

一种建筑钢筋表面防锈方法

技术领域

本发明涉及一种建筑用钢筋表面防锈方法，属于钢筋防锈技术领域。

背景技术

随着经济水平的逐步提升和建筑形式的多样化发展，普通强度钢筋作为建筑用钢主材的状况已无法满足建设发展的需要，各种功能复杂、体型多样的工程项目须采用高性能高强钢筋。目前，开发高性能钢筋的技术途径除微合金化的普通热轧工艺外，还可采用控轧控冷、余热处理等工艺进行生产。控轧控冷、余热处理工艺能在一定程度上改善组织，提高钢筋机械性能，但生产过程中普遍采用穿水进行降温冷却，在经高压水冲击后，轧后钢筋表面难以生成普通热轧状态下的致密氧化铁皮，这样在储存和运输过程中极易锈蚀，导致钢筋外观质量严重下降，而且锈迹会造成钢筋表面与混凝土握裹强度降低，这无疑将影响产品的使用。

钢筋的锈蚀已成为影响建筑物持久性的主要因素。基础设施的破坏会给人们的日常生活带来很大的影响和巨大的经济损失，因此近年来，针对钢筋防锈，有关单位科研院所投入了大量研究。目前，钢筋厂家普遍采用化学处理剂对钢筋表面进行防锈处理，即一般采用喷洒水基防锈剂和防锈油或环氧树脂涂层的方法，其中采用防锈剂成本高、喷洒附着率低，防锈油会降低螺纹钢与混凝土的握裹力，影响钢筋的性能和质量，而环氧树脂涂层只能在钢筋使用前应用，不能满足在热轧钢筋连续生产线上的应用。有关在热轧生产线上对钢筋进行防锈研究的则比较少。

中国专利文件CN101210329A公开了一种螺纹钢防锈淬火工艺，该发明专利通过采用氧化剂H₂O₂，制备出一种经济易行且能显著改善螺纹钢热处理后氧化皮性能的淬火处理介质，双氧水浓度在0.2%-30%（体积分数），淬火温度1000-700℃，保温时间0.5-150秒，使得经该淬火介质喷淋处理后的螺纹钢，表面生成一定厚度的以Fe₃O₄为主的氧化铁皮，在长时间干湿交替下表现了优良的耐腐蚀和锈蚀性能。该方法采用H₂O₂水溶液取代廉价的水来作为淬火介质，对螺纹钢进行喷淋淬火处理，虽然得到了优良的防锈性能，但成本较高，而且其淬火冷却效果也不如完全用水效果佳，可能导致螺纹钢强度不足。中国专利文件CN102392210A公开了一种螺纹钢筋的在线防锈方法，即对余热处理后的螺纹钢筋喷射水蒸气或水蒸气与氧气的混合物，从而在螺纹钢表面生成保护层，从而可以得到表面光泽良好的螺纹钢筋，且该方法能够满足螺纹钢筋连续生产的要求，亦不会明显增加生产成本。该方法采取对余热处理后的钢筋喷射水蒸气或水蒸气与氧气混合物的方法，没有明显增加生产成本，但该方法须在高温条件下进行，才能有效地在螺纹钢表面生成保护层，而对于室温状态的钢筋，其防锈效果不好。

发明内容

针对现有技术中有关建筑用钢筋防锈方面的不足之处，本发明提供了一种建筑钢筋表面防锈方法。

本发明的技术方案如下：

一种建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，对余热处理后的钢筋喷射含臭氧的混合气体，所述含臭氧的混合气体是臭氧与氧气的混合气体，或者臭氧、氧气与空气的混合气体，喷射处理时间不低于30秒，在钢筋表面生成Fe₃O₄和/或Fe₂O₃保护层。

根据本发明优选的，所述臭氧与氧气的混合气体中，两者的体积比为臭氧：氧气=（0.5～25）：（3～35）。

根据本发明优选的，所述臭氧、氧气与空气的混合气体中，体积分数为臭氧0.5%-25%，氧气3%-35%，余量为空气。

根据本发明优选的，所述余热处理后的钢筋是采用余热淬火的钢筋，钢筋表面因急冷而使温度低于马氏体开始转变点（M_s），进而发生奥氏体向马氏体转变；急冷淬火后钢筋表面温度降低至200℃以下或室温状态。

根据本发明优选的，在室温至650℃的温度范围内对余热处理后的钢筋喷射含臭氧的混合气体。进一步优选在室温至570℃的温度范围内对余热处理后的钢筋喷射含臭氧的混合气体。

根据本发明优选的，喷射处理时间30-350秒。

根据本发明优选的，所述建筑钢筋为建筑用螺纹钢筋或光圆钢筋（plain round bars）。

根据本发明，一个更优选的方案是，所述的建筑钢筋表面防锈方法采用在线方式进行，步骤如下：

将连铸坯加热至1100-1200℃出炉，轧制成钢筋，再进行余热淬火至200℃以下，钢筋进入步进式冷床，向冷床上的钢筋持续地喷射含臭氧的混合气体，钢筋在步进式冷床上气体喷射区域的时间为30-350秒，钢筋随冷床的步进式运动移出气体喷射区域，此后自然冷却至室温。

根据本发明的钢筋表面防锈方法，采用在线方式进行时，钢筋以8.5-25m/s的速度进入步进式冷床。

根据本发明的钢筋表面防锈方法，采用在线方式进行时，优选的，所述含臭氧的混合气体由增设的臭氧发生装置通过气体输送管道输送至冷床底部，通过在冷床上设置的气体喷射装置对余热处理后的钢筋喷射处理，气体喷射区域设置防护罩。

本发明所述的臭氧发生装置为臭氧制氧一体机，包括内置的制氧机、臭氧发生器和臭氧内循环水冷系统。其中内置的制氧机利用空气作为原料，通过分子塔生成高浓度氧气，氧气浓度达90%以上；臭氧内循环水冷系统采用第三代内循环水冷系统。该臭氧制氧一体机为现有技术，可市购或按现有技术加工定制。所述的臭氧发生装置能够制备出本发明防锈方法所需要的含臭氧混合气体，通过气体输送管道输送至冷床底部，再从气体喷射枪缓慢自然喷出，与经余热处理后的钢筋表面发生氧化还原反应。

本发明的建筑钢筋表面防锈方法的原理说明如下：

在270℃以下，臭氧与铁及氧化亚铁发生氧化-还原反应，化学反应式如下：

6Fe+5O₃=3Fe₂O₃+3O₂

8FeO+2O₃=4Fe₂O₃+O₂

在270℃以上且不超过570℃时，臭氧完全分解，氧气将与铁或氧化亚铁发生氧化-还原反应，化学反应式如下：

3Fe+2O₂=Fe₃O₄

6FeO+O₂=2Fe₃O₄

4Fe₃O₄+O₂=6Fe₂O₃

余热处理后的钢筋到达冷床的温度一般为600℃左右，因此当钢筋刚进到冷床时，满足温度>270℃的反应条件，钢筋表面发生化学反应生成Fe₃O₄和Fe₂O₃，形成保护层，阻止钢筋基体与空气环境接触，得到表面光泽良好的钢筋。

特殊地，采用余热淬火的钢筋，其表面因急冷而使温度低于马氏体开始转变点（M_s），进而发生奥氏体向马氏体转变。一般地，在实际生产过程中，急冷淬火后表面温度会降低至200℃以下或室温状态。此时满足温度<270℃的反应条件，在臭氧气氛中钢筋表面将生成Fe₂O₃。余热淬火后钢筋心部的温度仍很高，钢筋各截面内外温度梯度很大，心部热量向外层扩散，传至表面的淬火层，使已形成的马氏体进行自回火，此外由于表面温度升高，氧气会与铁或氧化亚铁发生化学反应，生成Fe₃O₄或Fe₂O₃。最终将使得钢筋表面生成的氧化铁皮以Fe₃O₄和Fe₂O₃为主，减少FeO分解产生的易氧化物质，使在空气中易氧化腐蚀的物质发生变性生成稳定的氧化物，从而达到防止生锈的效果。

臭氧在混合气中的浓度不宜过高，以避免损害现场人员身体健康。本发明所述的防护罩可防止臭氧向空气中扩散，亦能使防锈处理更加均匀。此外，生产车间内应加强通风措施，及时疏散遗漏出的臭氧。

本发明所述的钢筋防锈方法适用于建筑用螺纹钢筋及光圆钢筋。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明所述的钢筋防锈方法，在270℃以下甚至室温状态，利用臭氧的强氧化性，能有效地在钢筋表面生成稳定的氧化物保护层，得到表面光洁度良好的钢筋。余热处理后钢筋温度一般较高，而在270℃以上，臭氧将完全分解，此时高浓度的氧气将与钢筋表面铁或氧化亚铁发生化学反应，生成Fe₃O₄或Fe₂O₃，形成保护层，阻止钢筋基体与空气环境接触，获得良好的防锈效果。此外，该方法能够满足钢筋连续生产的要求，不影响生产节奏，且综合成本亦无明显增加。

附图说明

图1是全连续钢筋棒材生产车间平面布置简图。

图2是本发明的建筑钢筋表面防锈方法的示意图。

图中，1、原料跨；2、加热炉；3、粗轧机组（6组）；4、1#飞剪；5、输送辊道；6、中轧机组（6组）；7、2#飞剪；8、精轧机组（6组）；9、倍尺飞剪；10、定尺机；11、穿水装置；12、冷剪；13、步进式冷床；14、臭氧发生装置；15、短尺台；16、称量收集台；17、打包机；18、成品库；19、气体输送管；20、防护罩；21、钢筋。

具体实施方式

以下结合附图和实施例来进一步说明本发明的建筑钢筋表面防锈方法，但不限于此。所述的臭氧发生装置为臭氧制氧一体机，市购产品。

实施例1、

将连铸方坯送入加热炉2进行加热，控制炉温1180℃，在炉时间90min后即出炉，依次经粗、中、精轧机组3、6、8轧制成直径为φ20mm的光圆钢筋，终轧温度930℃以上，再经穿水装置11对钢筋21进行余热淬火至200℃以下，随后钢筋21以14.2m/s的速度进入步进式冷床13，上冷床13后开始向钢筋21缓慢持续地喷射由臭氧发生装置14制备的含臭氧5%-12%（体积分数）、氧气8%-20%（体积分数）、其余为空气的混合气体，在该含臭氧的混合气体气氛中钢筋21表面反应生成Fe₂O₃保护层。由于余热淬火后钢筋21心部温度可高达800℃以上，使得钢筋21各截面内外温度梯度很大，心部热量则向外层扩散，导致钢筋21表面升高，可达300-500℃，此时臭氧已分解，而混合气体中的氧气与铁或氧化亚铁发生化学反应，生成Fe₃O₄或Fe₂O₃。整个化学反应时间90-110秒，直至钢筋21随冷床13的步进式运动而移出反应气体喷射区域，此后自然冷却至室温，再经定尺机10将钢筋21以12m进行定尺，又经打包机17打捆，置于露天存放。采用该钢筋防锈方法处理的光圆钢筋可在长时间保持表面光洁度良好，抗锈蚀能力显著提高。

实施例2、

将连铸方坯送入加热炉2进行加热，控制炉温1200℃，在炉时间90min后即出炉，依次经粗、中、精轧机组3、6、8轧制成直径为φ26mm的螺纹钢筋，终轧温度950℃以上，再经穿水装置11对钢筋21进行余热处理，终冷温度550℃，之后钢筋21以12.6m/s的速度进入步进式冷床13，到达冷床13后即开始向钢筋21缓慢持续地喷射由臭氧发生装置14制备的含臭氧0.5%-5%（体积分数）、氧气15%-35%（体积分数）、余量为空气的混合气体，该混合气体与钢筋21表面的铁或氧化亚铁发生化学反应，生成稳定氧化物Fe₃O₄或Fe₂O₃保护层。整个反应处理时间120-150秒，直至钢筋21随冷床13的步进式运动而移出反应气体喷射区域，此后钢筋21自然空冷至室温，再经定尺机10将钢筋21以9m进行定尺，又经打包机17打捆，置于露天存放。采用该钢筋防锈方法处理的螺纹钢筋能在长时间下保持表面光泽良好，抗锈蚀能力大大提高。

实施例3、

将实施例1中，余热淬火后的光圆钢筋进入冷床后，喷射含臭氧的混合气体，所述含臭氧的混合气体是臭氧与氧气的混合气体，两者的体积比为臭氧：氧气=10：35，喷射处理时间35-60秒，可在钢筋表面生成Fe₃O₄和/或Fe₂O₃保护层。保护层阻止钢筋基体与空气环境接触，得到表面光泽良好的钢筋。长期置于露天存放无锈蚀。

取实施例1-3的方法防锈处理的钢筋样品与同样规格的未防锈处理的钢筋样品进行抗锈蚀性能对比，露天存放，每天喷淋雨水2次使样品表面全部浸湿。未防锈处理的钢筋样品1天开始出现锈蚀，防锈处理的钢筋样品10天后仍未有锈蚀，表面光洁度良好。

Claims (7)

1.一种建筑钢筋表面防锈方法，对余热处理后的钢筋喷射含臭氧的混合气体，所述含臭氧的混合气体是臭氧与氧气的混合气体，或者臭氧、氧气与空气的混合气体，喷射处理时间不低于30秒，在钢筋表面生成Fe₃O₄和/或Fe₂O₃保护层；其特征在于，所述余热处理后的钢筋是采用余热淬火的钢筋，急冷淬火后钢筋表面温度降低至200℃以下；

所述的建筑钢筋表面防锈方法采用在线方式进行，步骤如下：

将连铸坯加热至1100-1200℃出炉，轧制成钢筋，再进行余热淬火至200℃以下，钢筋进入步进式冷床，向冷床上的钢筋持续地喷射含臭氧的混合气体，钢筋在步进式冷床上气体喷射区域的时间为30-350秒，钢筋随冷床的步进式运动移出气体喷射区域，此后自然冷却至室温。

2.如权利要求1所述的建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，所述臭氧与氧气的混合气体中，两者的体积比为臭氧：氧气=（0.5~25）：（3~35）。

3.如权利要求1所述的建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，所述臭氧、氧气与空气的混合气体中，体积分数为臭氧0.5%-25%，氧气3%-35%，余量为空气。

4.如权利要求1所述的建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，在室温至650℃的温度范围内对余热处理后的钢筋喷射含臭氧的混合气体。

5.如权利要求1所述的建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，所述建筑钢筋为建筑用螺纹钢筋或光圆钢筋。

6.如权利要求1所述的建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，钢筋以8.5-25m/s的速度进入步进式冷床。

7.如权利要求1所述的建筑钢筋表面防锈方法，其特征在于，所述含臭氧的混合气体由增设的臭氧发生装置通过气体输送管道输送至冷床底部，通过在冷床上设置的气体喷射装置对余热处理后的钢筋喷射处理，气体喷射区域设置防护罩。