一種建筑鋼筋表面防銹方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種建筑鋼筋表面防銹方法。該方法包括對余熱處理后的鋼筋噴射含臭氧的混合氣體，所述含臭氧的混合氣體是臭氧與氧氣的混合氣體，或者臭氧、氧氣與空氣的混合氣體，在鋼筋表面生成Fe3O4和/或Fe2O3保護層。該保護層能阻止鋼筋基體與空氣環(huán)境接觸，獲得良好的防銹效果。本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)在線方式進行防銹處理，能夠滿足鋼筋連續(xù)生產(chǎn)的要求。
【專利說明】一種建筑鋼筋表面防繡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑用鋼筋表面防銹方法，屬于鋼筋防銹【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟水平的逐步提升和建筑形式的多樣化發(fā)展，普通強度鋼筋作為建筑用鋼主材的狀況已無法滿足建設(shè)發(fā)展的需要，各種功能復(fù)雜、體型多樣的工程項目須采用高性能高強鋼筋。目前，開發(fā)高性能鋼筋的技術(shù)途徑除微合金化的普通熱軋工藝外，還可采用控軋控冷、余熱處理等工藝進行生產(chǎn)?？剀埧乩?、余熱處理工藝能在一定程度上改善組織，提高鋼筋機械性能，但生產(chǎn)過程中普遍采用穿水進行降溫冷卻，在經(jīng)高壓水沖擊后，軋后鋼筋表面難以生成普通熱軋狀態(tài)下的致密氧化鐵皮，這樣在儲存和運輸過程中極易銹蝕，導(dǎo)致鋼筋外觀質(zhì)量嚴重下降，而且銹跡會造成鋼筋表面與混凝土握裹強度降低，這無疑將影響產(chǎn)品的使用。
[0003]鋼筋的銹蝕已成為影響建筑物持久性的主要因素。基礎(chǔ)設(shè)施的破壞會給人們的日常生活帶來很大的影響和巨大的經(jīng)濟損失，因此近年來，針對鋼筋防銹，有關(guān)單位科研院所投入了大量研究。目前，鋼筋廠家普遍采用化學(xué)處理劑對鋼筋表面進行防銹處理，即一般采用噴灑水基防銹劑和防銹油或環(huán)氧樹脂涂層的方法，其中采用防銹劑成本高、噴灑附著率低，防銹油會降低螺紋鋼與混凝土的握裹力，影響鋼筋的性能和質(zhì)量，而環(huán)氧樹脂涂層只能在鋼筋使用前應(yīng)用，不能滿足在熱軋鋼筋連續(xù)生產(chǎn)線上的應(yīng)用。有關(guān)在熱軋生產(chǎn)線上對鋼筋進行防銹研究的則比較少。
[0004]中國專利文件CN101210329A公開了一種螺紋鋼防銹淬火工藝，該發(fā)明專利通過采用氧化劑H2O2,制備出一種經(jīng)濟易行且能顯著改善螺紋鋼熱處理后氧化皮性能的淬火處理介質(zhì)，雙氧水濃度在0.2%-30% (體積分數(shù))，淬火溫度1000-700°C，保溫時間0.5-150秒，使得經(jīng)該淬火介質(zhì)噴淋處理后的螺紋鋼，表面生成一定厚度的以Fe3O4為主的氧化鐵皮，在長時間干濕交替下表現(xiàn)了優(yōu)良的耐腐蝕和銹蝕性能。該方法采用H2O2水溶液取代廉價的水來作為淬火介質(zhì)，對螺紋鋼進行`噴淋淬火處理，雖然得到了優(yōu)良的防銹性能，但成本較高，而且其淬火冷卻效果也不如完全用水效果佳，可能導(dǎo)致螺紋鋼強度不足。中國專利文件CN102392210A公開了一種螺紋鋼筋的在線防銹方法，即對余熱處理后的螺紋鋼筋噴射水蒸氣或水蒸氣與氧氣的混合物，從而在螺紋鋼表面生成保護層，從而可以得到表面光澤良好的螺紋鋼筋，且該方法能夠滿足螺紋鋼筋連續(xù)生產(chǎn)的要求，亦不會明顯增加生產(chǎn)成本。該方法采取對余熱處理后的鋼筋噴射水蒸氣或水蒸氣與氧氣混合物的方法，沒有明顯增加生產(chǎn)成本，但該方法須在高溫條件下進行，才能有效地在螺紋鋼表面生成保護層，而對于室溫狀態(tài)的鋼筋，其防銹效果不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)建筑用鋼筋防銹方面的不足之處，本發(fā)明提供了一種建筑鋼筋表面防銹方法。[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，對余熱處理后的鋼筋噴射含臭氧的混合氣體，所述含臭氧的混合氣體是臭氧與氧氣的混合氣體，或者臭氧、氧氣與空氣的混合氣體，噴射處理時間不低于30秒，在鋼筋表面生成Fe3O4和/或Fe2O3保護層。
[0008]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述臭氧與氧氣的混合氣體中，兩者的體積比為臭氧:氧氣=(0.5 ~25):(3 ~35)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述臭氧、氧氣與空氣的混合氣體中，體積分數(shù)為臭氧0.5%-25%，氧氣3%-35%，余量為空氣。
[0010]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述余熱處理后的鋼筋是采用余熱淬火的鋼筋，鋼筋表面因急冷而使溫度低于馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(Ms)，進而發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變；急冷淬火后鋼筋表面溫度降低至200°C以下或室溫狀態(tài)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在室溫至650°C的溫度范圍內(nèi)對余熱處理后的鋼筋噴射含臭氧的混合氣體。進一步優(yōu)選在室溫至570°C的溫度范圍內(nèi)對余熱處理后的鋼筋噴射含臭氧的混合氣體。
[0012]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，噴射處理時間30-350秒。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述建筑鋼筋為建筑用螺紋鋼筋或光圓鋼筋(plain roundbars)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，一個更優(yōu)選的方案是，所述的建筑鋼筋表面防銹方法采用在線方式進行，步驟如下:
[0015]將連鑄坯加熱至1100-1200°C出爐，軋制成鋼筋，再進行余熱淬火至200°C以下，鋼筋進入步進式冷床，向冷床上的鋼筋持續(xù)地噴射含臭氧的混合氣體，鋼筋在步進式冷床上氣體噴射區(qū)域的時間為30-350秒，鋼筋隨冷床的步進式運動移出氣體噴射區(qū)域，此后自然冷卻至室溫。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的鋼筋表面防銹方法，采用在線方式進行時，鋼筋以8.5-25m/s的速度進入步進式冷床。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的鋼筋表面防銹方法，采用在線方式進行時，優(yōu)選的，所述含臭氧的混合氣體由增設(shè)的臭氧發(fā)生裝置通過氣體輸送管道輸送至冷床底部，通過在冷床上設(shè)置的氣體噴射裝置對余熱處理后的鋼筋噴射處理，氣體噴射區(qū)域設(shè)置防護罩。
[0018]本發(fā)明所述的臭氧發(fā)生裝置為臭氧制氧一體機，包括內(nèi)置的制氧機、臭氧發(fā)生器和臭氧內(nèi)循環(huán)水冷系統(tǒng)。其中內(nèi)置的制氧機利用空氣作為原料，通過分子塔生成高濃度氧氣，氧氣濃度達90%以上；臭氧內(nèi)循環(huán)水冷系統(tǒng)采用第三代內(nèi)循環(huán)水冷系統(tǒng)。該臭氧制氧一體機為現(xiàn)有技術(shù)，可市購或按現(xiàn)有技術(shù)加工定制。所述的臭氧發(fā)生裝置能夠制備出本發(fā)明防銹方法所需要的含臭氧混合氣體，通過氣體輸送管道輸送至冷床底部，再從氣體噴射槍緩慢自然噴出，與經(jīng)余熱處理后的鋼筋表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
[0019]本發(fā)明的建筑鋼筋表面防銹方法的原理說明如下:
[0020]在270°C以下，臭氧與鐵及氧化亞鐵發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式如下:
[0021 ] 6Fe+503=3Fe203+302
[0022]8Fe0+203=4Fe203+02
[0023]在270°C以上且不超過570°C時，臭氧完全分解，氧氣將與鐵或氧化亞鐵發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式如下:
[0024]3Fe+202=Fe304
[0025]6Fe0+02=2Fe304
[0026]4Fe304+02=6Fe203
[0027]余熱處理后的鋼筋到達冷床的溫度一般為600°C左右，因此當(dāng)鋼筋剛進到冷床時，滿足溫度>270°C的反應(yīng)條件，鋼筋表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Fe3O4和Fe2O3，形成保護層，阻止鋼筋基體與空氣環(huán)境接觸，得到表面光澤良好的鋼筋。
[0028]特殊地，采用余熱淬火的鋼筋，其表面因急冷而使溫度低于馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(Ms)，進而發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。一般地，在實際生產(chǎn)過程中，急冷淬火后表面溫度會降低至200°C以下或室溫狀態(tài)。此時滿足溫度<270°C的反應(yīng)條件，在臭氧氣氛中鋼筋表面將生成Fe2O3。余熱淬火后鋼筋心部的溫度仍很高，鋼筋各截面內(nèi)外溫度梯度很大，心部熱量向外層擴散，傳至表面的淬火層，使已形成的馬氏體進行自回火，此外由于表面溫度升高，氧氣會與鐵或氧化亞鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Fe3O4或Fe203。最終將使得鋼筋表面生成的氧化鐵皮以Fe3O4和Fe2O3為主，減少FeO分解產(chǎn)生的易氧化物質(zhì)，使在空氣中易氧化腐蝕的物質(zhì)發(fā)生變性生成穩(wěn)定的氧化物，從而達到防止生銹的效果。
[0029]臭氧在混合氣中的濃度不宜過高，以避免損害現(xiàn)場人員身體健康。本發(fā)明所述的防護罩可防止臭氧向空氣中擴散，亦能使防銹處理更加均勻。此外，生產(chǎn)車間內(nèi)應(yīng)加強通風(fēng)措施，及時疏散遺漏出的臭氧。
[0030]本發(fā)明所述的鋼筋防銹方法適用于建筑用螺紋鋼筋及光圓鋼筋。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0032]本發(fā)明所述的鋼筋防銹方法，在270°C以下甚至室溫狀態(tài)，利用臭氧的強氧化性，能有效地在鋼筋表面生成穩(wěn)定的氧化物保護層，得到表面光潔度良好的鋼筋。余熱處理后鋼筋溫度一般較高，而在270°C以上，臭氧將完全分解，此時高濃度的氧氣將與鋼筋表面鐵或氧化亞鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Fe3O4或Fe2O3,形成保護層，阻止鋼筋基體與空氣環(huán)境接觸，獲得良好的防銹效果。此外，該方法能夠滿足鋼筋連續(xù)生產(chǎn)的要求，不影響生產(chǎn)節(jié)奏，且綜合成本亦無明顯增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是全連續(xù)鋼筋棒材生產(chǎn)車間平面布置簡圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的建筑鋼筋表面防銹方法的示意圖。
[0035]圖中，1、原料跨；2、加熱爐；3、粗軋機組(6組)；4、1#飛剪；5、輸送輥道；6、中軋機組(6組);7、2#飛剪；8、精軋機組(6組)；9、倍尺飛剪；10、定尺機；11、穿水裝置；12、冷剪；13、步進式冷床；14、臭氧發(fā)生裝置；15、短尺臺；16、稱量收集臺；17、打包機；18、成品庫；
19、氣體輸送管；20、防護罩；21、鋼筋。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖和實施例來進一步說明本發(fā)明的建筑鋼筋表面防銹方法，但不限于此。所述的臭氧發(fā)生裝置為臭氧制氧一體機，市購產(chǎn)品。
[0037]實施例1、[0038]將連鑄方坯送入加熱爐2進行加熱，控制爐溫1180°C，在爐時間90min后即出爐，依次經(jīng)粗、中、精軋機組3、6、8軋制成直徑為$20mm的光圓鋼筋，終軋溫度930°C以上，再經(jīng)穿水裝置11對鋼筋21進行余熱淬火至200°C以下，隨后鋼筋21以14.2m/s的速度進入步進式冷床13，上冷床13后開始向鋼筋21緩慢持續(xù)地噴射由臭氧發(fā)生裝置14制備的含臭氧5%-12% (體積分數(shù))、氧氣8%-20% (體積分數(shù))、其余為空氣的混合氣體，在該含臭氧的混合氣體氣氛中鋼筋21表面反應(yīng)生成Fe2O3保護層。由于余熱淬火后鋼筋21心部溫度可高達800°C以上，使得鋼筋21各截面內(nèi)外溫度梯度很大，心部熱量則向外層擴散，導(dǎo)致鋼筋21表面升高，可達300-500°C，此時臭氧已分解，而混合氣體中的氧氣與鐵或氧化亞鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Fe3O4或Fe203。整個化學(xué)反應(yīng)時間90-110秒，直至鋼筋21隨冷床13的步進式運動而移出反應(yīng)氣體噴射區(qū)域，此后自然冷卻至室溫，再經(jīng)定尺機10將鋼筋21以12m進行定尺，又經(jīng)打包機17打捆，置于露天存放。采用該鋼筋防銹方法處理的光圓鋼筋可在長時間保持表面光潔度良好，抗銹蝕能力顯著提高。[0039]實施例2、
[0040]將連鑄方坯送入加熱爐2進行加熱，控制爐溫1200°C，在爐時間90min后即出爐，依次經(jīng)粗、中、精軋機組3、6、8軋制成直徑為0 26mm的螺紋鋼筋，終軋溫度950°C以上，再經(jīng)穿水裝置11對鋼筋21進行余熱處理，終冷溫度550°C，之后鋼筋21以12.6m/s的速度進入步進式冷床13，到達冷床13后即開始向鋼筋21緩慢持續(xù)地噴射由臭氧發(fā)生裝置14制備的含臭氧0.5%-5% (體積分數(shù))、氧氣15%-35% (體積分數(shù))、余量為空氣的混合氣體，該混合氣體與鋼筋21表面的鐵或氧化亞鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定氧化物Fe3O4或Fe2O3保護層。整個反應(yīng)處理時間120-150秒，直至鋼筋21隨冷床13的步進式運動而移出反應(yīng)氣體噴射區(qū)域，此后鋼筋21自然空冷至室溫，再經(jīng)定尺機10將鋼筋21以9m進行定尺，又經(jīng)打包機17打捆，置于露天存放。采用該鋼筋防銹方法處理的螺紋鋼筋能在長時間下保持表面光澤良好，抗鎊蝕能力大大提聞。
[0041]實施例3、
[0042]將實施例1中，余熱淬火后的光圓鋼筋進入冷床后，噴射含臭氧的混合氣體，所述含臭氧的混合氣體是臭氧與氧氣的混合氣體，兩者的體積比為臭氧:氧氣=10:35，噴射處理時間35-60秒，可在鋼筋表面生成Fe3O4和/或Fe2O3保護層。保護層阻止鋼筋基體與空氣環(huán)境接觸，得到表面光澤良好的鋼筋。長期置于露天存放無銹蝕。
[0043]取實施例1-3的方法防銹處理的鋼筋樣品與同樣規(guī)格的未防銹處理的鋼筋樣品進行抗銹蝕性能對比，露天存放，每天噴淋雨水2次使樣品表面全部浸濕。未防銹處理的鋼筋樣品I天開始出現(xiàn)銹蝕，防銹處理的鋼筋樣品10天后仍未有銹蝕，表面光潔度良好。
【權(quán)利要求】
1.一種建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，對余熱處理后的鋼筋噴射含臭氧的混合氣體，所述含臭氧的混合氣體是臭氧與氧氣的混合氣體，或者臭氧、氧氣與空氣的混合氣體，噴射處理時間不低于30秒，在鋼筋表面生成Fe3O4和/或Fe2O3保護層。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，所述臭氧與氧氣的混合氣體中，兩者的體積比為臭氧:氧氣=(0.5~25):(3~35)。
3.如權(quán)利要求1所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，所述臭氧、氧氣與空氣的混合氣體中，體積分數(shù)為臭氧0.5%-25%，氧氣3%-35%，余量為空氣。
4.如權(quán)利要求1所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，所述余熱處理后的鋼筋是采用余熱淬火的鋼筋，急冷淬火后鋼筋表面溫度降低至200°C以下或室溫狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，在室溫至650°C的溫度范圍內(nèi)對余熱處理后的鋼筋噴射含臭氧的混合氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，所述建筑鋼筋為建筑用螺紋鋼筋或光圓鋼筋。
7.如權(quán)利要求1所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，所述的建筑鋼筋表面防銹方法采用在線方式進行，步驟如下: 將連鑄坯加熱至1100-1200°C出爐，軋制成鋼筋，再進行余熱淬火至200°C以下，鋼筋進入步進式冷床，向冷床上的鋼筋持續(xù)地噴射含臭氧的混合氣體，鋼筋在步進式冷床上氣體噴射區(qū)域的時間為30-350秒，鋼筋隨冷床的步進式運動移出氣體噴射區(qū)域，此后自然冷卻至室溫。
8.如權(quán)利要求7所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，鋼筋以8.5-25m/s的速度進入步進式冷床。
9.如權(quán)利要求7所述的建筑鋼筋表面防銹方法，其特征在于，所述含臭氧的混合氣體由增設(shè)的臭氧發(fā)生裝置通過氣體輸送管道輸送至冷床底部，通過在冷床上設(shè)置的氣體噴射裝置對余熱處理后的鋼筋噴射處理，氣體噴射區(qū)域設(shè)置防護罩。
【文檔編號】C23C8/14GK103695837SQ201310633371
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】韓杰, 種法國, 劉成寶, 馬世成, 張興錦, 李雪峰, 許榮昌 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司