Abstrcact This article describes the characteristics of the vinyl ester resin glass flake (VEGF) compounds, as well as the corrosion state and anti-corrosion in gas pipeline inwall of domestic blast furnace. Through proposing the different anti-corrosion structure and construction of technology ,for VEGF material in the application in gas pipeline inwall anti-corrosion of blast furnace provide important reference.

Keywords VEGF compounds；blast furnace gas；pipeline inwall anti-corrosion

1 前言

近幾年，在大型高爐上高爐煤氣干法袋式除塵技術得到廣泛應用，與傳統濕法除塵相比，干法袋式除塵具有節水、節電且投資少等優點，但經干法除塵的高爐煤氣對管道內部的腐蝕嚴重，干法除塵時噴淋塔前管道冷凝水掛片的腐蝕速率比濕法除塵的腐蝕速率高兩個數量級（大約是50倍），因此普通的防腐形式（如環氧煤瀝青等）已起不到根本作用^[1,2]，需要針對使用介質特點和腐蝕原因分析尋找一種可靠、長效的重防腐材料。乙烯基酯樹脂玻璃鱗片材料（vinyl ester resin glass flaked compouns,簡稱：VEGF材料）做為重防腐蝕材料的重要首選，在經過多個高爐煤氣管道防腐工程的驗證之后，已被確立為目前高爐煤氣管道內壁防腐的最佳選擇。

2 高爐煤氣管道內壁腐蝕特點及防護材料比較

2.1 高爐煤氣內壁腐蝕特點

干法除塵的高爐煤氣管道發生腐蝕的部位主要是管道和設備的底部，波紋管下部的波峰上，而且腐蝕均由內部發展到外部的點腐蝕^[2]。這主要是由于濕法除塵可以通過文氏管或洗滌塔將煤氣中的腐蝕性成分（如SO₂、SO₃、Cl₂、H₂S等）通過溶解或反應去除，而干法除塵的腐蝕性成分只能隨煤氣的流動進入下道工序，并可以伴隨著煤氣的降溫、水份的析出而進入冷凝水，形成高腐蝕性的酸^[3]，大量的留存著的煤氣冷凝水在局部有時能達到煤氣管道的四分之一高度。對于高爐煤氣冷凝水的化學分析結果見表1（取自某鋼廠煤氣管道后半段軋鋼區）。

表1 高爐煤氣管系中冷凝水成分^[4]

項目

總含鹽量/(mg·l^-1)

電導率/(us·cm^-1)

總硬度/(mg·L^-1)

Cl^-

/( mg·L^-1)

PH值

SO₄^2-

/( mg·L^-1)

結果

7 623

7 864

3 265

6 548

2.23

11.0

從表1的分析結果可以看出，冷凝水的總含鹽量很高，PH值為2~3，其中Cl^-的含量高達6 548mg/L。而一般的高爐煤氣冷凝水PH值為6~7，接近中性，Cl^-的含量約為361mg/L^[3]。

氯離子具有較強的滲透能力，一定濃度下就連316L不銹鋼也無法抵御其腐蝕，因而需要一種抗滲透能力很好的材料作為其防腐蝕材料，而常規的溶劑型防腐蝕涂料等很難適合其使用工況條件。

2.2 高爐煤氣管道內壁采用的防腐蝕材料選擇^[5]

早在2007年，鋼鐵研究總院就對從眾多耐腐蝕材料中篩選出來的四種材料進行了試驗：

①乙烯基樹脂玻璃鱗片材料(以下簡稱“VEGF材料”,上海富晨化工有限公司)；

②改性厚漿環氧防腐涂料(以下簡稱“環氧涂料”,廈門雙瑞船舶涂料有限公司)；

③聚脲涂料（北京中冶和坤防腐工程有限公司）；

④環氧鱗片膠泥（佐敦涂料有限公司）。

試驗結果如表2。其中浸泡溶液為Cl^-為208g/L，SO₄^2-為0.2g/L,PH=1。

表2 腐蝕試驗結果

涂層體系	試驗條件
涂層體系	常壓浸泡(一)60℃，360h	常壓浸泡(二)60℃/360h+102℃(沸騰)/408h	高溫高壓浸泡180℃，飽和蒸汽壓 24h，120h	高壓釜浸泡60℃/360h+102℃(沸騰)/408h+102℃(飽和蒸汽壓)/12h
VEGF材料	涂層完好	涂層完好	24h,120h試樣表面均紅褐色，有白色和褐色斑點，為外來物附著。涂層本身完好，無起泡，無裂紋，無破損脫落。	涂層完好
環氧涂料	涂層完好	涂層完好	24h試樣表面稍有變色，涂層鼓泡，冷卻后鼓泡縮小，局部破裂脫落。120試樣表面紅褐色，涂層已鼓泡，粉化，破裂脫落。	涂層完好
環氧膠泥	涂層完好	涂層完好	24h試樣表面紅褐色，涂層在兩次涂裝層間裂開，未脫落，未起泡。120h試樣表面紅褐色，在兩次涂裝層間裂開，局部脫落，未起泡。	涂層表面有多條縱向裂紋，無起泡，無脫落
聚脲	涂層完好	表面灰褐色,涂層起泡、溶解,部分脫落	24h試樣表面灰褐色，涂層起泡，溶解，大部分已脫落。
總結	高、低溫實驗結果表明，涂層耐蝕順序為：VEGF材料、環氧膠泥、環氧涂料、聚脲；其中VEGF材料性能最佳。

上述實驗表明，各種材料選擇比較的結果是：VEGF材料最適合高爐煤氣管道的內壁防腐。

3 VEGF材料特點及應用介紹

3.1 VEGF材料的特點^[6]

VEGF材料是以乙烯基酯樹脂材料為主材加入10%-40%片徑不等玻璃鱗片等材料配制而成的。由于材料中含有的玻璃鱗片，在材料施工完畢后，扁平型的玻璃鱗片在樹脂連續相中呈平行重疊排列，從而形成致密的防滲層結構。腐蝕介質在固化后的膠泥中的滲透必須經過無數條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的距離大大的延長，相當于有效地增加了防腐蝕層的厚度。VEGF材料的主要粘結材料為乙烯基酯樹脂，目前在國外已經很少采用環氧樹脂用于防腐蝕工程制作了，一般情況下會采用環氧樹脂改性的乙烯基酯樹脂，乙烯基樹脂正逐漸成為防腐蝕材料的首選材料。環氧乙烯基酯樹脂是由環氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環加成化學反應而制得。它保留了環氧樹脂的基本鏈段，又具有不飽和聚酯樹脂的良好工藝性能，而這些特殊的化學結構賦予了乙烯基樹脂較環氧樹脂更好的工藝特性、耐腐蝕性和耐候性。由于乙烯基樹脂不含有惰性溶劑，所以乙烯基酯樹脂在固化后不較環氧樹脂體系具有更好的抗滲性比環氧樹脂。

總結針對高爐煤氣管道內壁防腐的VEGF材料，具有以下特點：

⑴ 耐腐蝕性能好。采用耐高溫、耐酸堿、耐含氯等化學介質的乙烯基酯樹脂。

⑵ 較低的滲透率。鱗片涂層的抗水蒸汽滲透率比普通環氧樹脂涂料高6-15倍。

⑶ 涂層具有較強的粘結強度、附著力和抗沖擊強度，涂層不易產生龜裂、分層或剝離。

⑷ 耐溫（熱沖擊）性能較好。鱗片涂層的線膨脹約為11.5×10^-6m/ m·℃,鋼鐵的線膨脹系數為12.0×10^-6 m/ m·℃，兩者之間比較相近。這種性能可以有效保證高爐煤氣管道在北方冬季嚴寒等惡劣天氣下可靠使用。

⑸ 耐磨性好、具有一定韌性。鱗片涂層在固化后的硬度較高，且有韌性，管道在有限的變形情況下也不會破壞涂層。

⑹ 工藝性較好。具有當場配制和室溫下固化的特點，解決低溫氣候的固化問題和施工間隔時間的問題；另具有修補性好的特點，在VEGF材料涂層使用幾年后，若出現遭損壞的情況，只需在該處作簡單的處理即可進行修復，并可繼續使用而不影響使用性能。

3.2 VEGF材料涂層成型工藝

VEGF材料根據施工工藝的不同主要分為兩種，即VEGF膠泥和VEGF涂料。其中的VEGF膠泥主要適合抹涂(鏝刮)工藝，其特點是一次性成膜厚；而VEGF涂料則可適用噴涂工藝和刷（滾）涂工藝。這幾種材料的涂層成型工藝參數對比見表3.

表3 VEGF膠泥（涂料）的工藝參數比較

項目	成型工藝	用量 /(kg/m²*道)	成膜厚度/(mm/遍)	比重	備注
VEGF膠泥	抹涂(鏝刮)	1.5~1.7	0.8~1.0	約1.35	底涂、面涂配套
VEGF涂料（滾涂型）	滾涂(刷涂)	0.3~0.35	0.1~0.3	1.15-1.30	底涂、面涂配套
VEGF涂料（噴涂型）	噴涂	1.0~1.5	0.60~1.0	1.15-1.30	底涂、面涂配套

3.3 VEGF材料在高爐煤氣管道防腐中的應用形式

3.3.1 基本情況

在高爐煤氣管道實際應用時，結合考慮防腐成本，防腐厚度及結構一般按如下處理：

表4 高爐煤氣管道內壁各部位防腐結構表

序號	防腐部位	結構	備注
1	管道或設備內壁的近底部1/3	標準結構	厚度約1.5~2.0 mm
2	管道或設備內壁其他部分	標準結構基礎上減薄	厚度約1.0~1.5 mm
3	管道的變徑、迎風面、法蘭等處	玻璃鋼（ FRP）增強	厚度約2.0~3.0 mm

3.3.2 具體結構

根據VEGF材料的工藝性能不同，主要存在三種不同的成型工藝：抹涂、滾涂和噴涂，因而在高爐煤氣管道防腐實際應用時就又三種對應的不同標準結構及相應增強結構。

3.3.2.1 VEGF膠泥2mm結構

該結構主材采用VEGF膠泥，使用鏝刮工藝，結構為1底2中1面，如圖1：

SHAPE \* MERGEFORMAT

涂層厚度

0.20 mm

VEGF膠泥層（第二層）

0.80 mm

VEGF膠泥層（第一層）

0.80 mm

底涂層

0.20 mm

圖1 VEGF膠泥襯里（約2.0mm）

該結構的優點是：施工方便，對工人操作要求稍低，涂層厚度可以做到較厚；缺點是：用人工多，涂層厚度難以保證均勻，外觀欠缺美觀。

3.3.2.2 VEGF涂料1.5mm結構（滾涂）

該結構主材采用適用滾涂工藝的VEGF涂料，結構為1底4中1面，如圖2：

SHAPE \* MERGEFORMAT

涂層厚度

0.25 mm

VEGF涂料層（第四層）

0.25 mm

VEGF涂料層（第三層）

0.25 mm

VEGF涂料層（第二層）

0.25 mm

VEGF涂料層（第一層）

0.25 mm

底涂層

0.20 mm

圖2 VEGF涂料襯里（約1.5mm）

該結構的優點是：施工方便，對工人操作要求低，涂層比較均勻，比較美觀；缺點是：用人工多，涂層次數多，因由涂裝間隔要求而工期耗時多。

3.3.2.3 VEGF涂料1.5mm結構（噴涂）

該結構主材采用適用噴涂工藝的VEGF涂料，結構為1底2中1面，如圖3：

VEGF涂料層（面層）	涂層厚度	0.60 mm
VEGF涂料層（第二層）		0.60 mm
VEGF涂料層（第一層）		0.60 mm
底涂層		0.20 mm

SHAPE \* MERGEFORMAT

圖3 VEGF涂料襯里（約2.0mm）

該結構的優點是：施工方便，涂層均勻、美觀；缺點是：設備投資多、對工人操作要求高。

3.3.2.4 VEGF材料增強結構

VEGF面涂（面層）	涂層厚度	0.20 mm
FRP增強層（2層）		0.8~1.2 mm
VEGF材料層（2~4層）		1.0~1.6 mm
底涂層		0.20 mm

SHAPE \* MERGEFORMAT

圖4 VEGF-FRP增強襯里（約3.0mm）

該結構用于管道的變徑處、迎風面以及接口和法蘭等需防磨、加強處理部位。

4 VEGF材料的實際應用

首鋼遷鋼2#高爐，爐容2500 m3，高爐煤氣管道內壁防腐蝕主材料采用VEGF材料（VEGF涂料），運行半年后從管道外觀看無腐蝕漏水、漏氣現象，進入管道內檢查確認管道內壁防腐涂料完整，無鼓泡玻璃現象，運行狀況良好^[7]。

首鋼京唐鋼鐵廠特大高爐，爐容5500 m3，高爐煤氣管道內壁防腐蝕主材料采用VEGF材料。其做法為：對管道內壁經過相應金屬處理后，采用VEGF底涂，80~100μm，中間涂料為VEGF膠泥，厚度為800~1000μm，VEGF面涂，厚度為80~100μm。對煤氣溫度120℃以下管道，涂層厚度為300μm。該工程與2009年5月22日正式投產， 2010年1月進入管道內壁檢查，涂層表面完整，沒有起層現象，管道外壁也未見腐蝕穿孔滴水現象，保護效果顯著^[5]。