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摘要：水泥厂的设备腐蚀主要是窑尾气处理系统和旁路系统中的硫酸露点腐蚀和HCl腐蚀。某些水泥厂原料中硫化物和氯化物含量高。在熟料焙烧过程中硫化物分解成二氧化硫，一些SO2通过窑尾气排出，然后氧化成SO3。硫酸是由设备烟气中的水蒸气冷凝形成的，导致硫酸的露点腐蚀。在原料中氯化物的焙烧过程中，从窑尾的烟气中排出极少量的氯。Cl-与水蒸气结合形成HCL，导致HCL腐蚀。
关键词：水泥厂；设备腐蚀；分析；防护措施
1 Q235碳钢腐蚀分析
1.1 Q235碳钢材料的影响
材料的成分决定了它的特性，Q235碳钢由五种常规元素组成，不含防腐元素。因此，Q235碳钢的耐腐蚀性非常差。此外，Q235碳钢中C和P的含量对酸腐蚀速率有很大影响，随着C和P含量的降低，酸腐蚀速率逐渐减慢。其次，热处理也会影响不同含量碳钢的腐蚀速率。淬火后，碳钢的腐蚀速率随回火温度的升高而降低。
其中，0.22%的碳钢是最明显的。这表明在碳钢淬火后形成的马氏体结构具有非常差的耐腐蚀性。随着温度的升高或高温退火，马氏体结构分解并形成铁结构。少量珠光体结构可以减缓腐蚀速率。由于C含量低，0.12%碳钢和纯铁的耐腐蚀性受热处理的影响较小。随着C含量的降低，腐蚀速率减慢。碳钢（如Q235碳钢）在弱酸中产生的锈由γ-FeOOH、α-FeOOH 和Fe3O4三部分组成。它通常分为两层，外层α-FeOOH和Fe3O4颗粒粗大，结构松散，易脱落。内层γ-FeOOH可以在表面形成致密的保护膜（腐蚀产物膜），以降低腐蚀速率。
1.2 硫酸露点腐蚀
烟气的SO3浓度、露点和部件表面温度对硫酸的露点腐蚀有一定的影响。烟雾的露点由SO3的浓度决定。实验结果表明，如果气体中含有n×10ppm的SO3，则气体的露点温度可以显着提高。凝结的硫酸浓度取决于烟气中蒸汽的含量和部件的表面温度。结果表明，当钢的表面温度低于20～60摄氏度的露点时，硫酸凝结和某一表面积上的铁腐蚀最大。
1.3 HCl腐蚀
由于烟气温度低于露点温度，凝结水分子吸收Cl-。碳钢和低合金钢在Cl-的环境下的腐蚀过程是一个复杂的化学反应及电化学反应过程，腐蚀形态为全面腐蚀、点蚀。应力表面的钝化膜在组织结构上发生了改变，改变了碳钢表面钝化膜的溶解机制，金属钝化膜变得松散多孔，提高了钝化膜的溶解速率。
2 设备防腐措施
2.1 耐腐金属材料
普通碳钢（如Q235碳钢）的抗腐蚀性能很低，通过在普通碳钢中加入微量元素并采用特殊的冶炼工艺以及轧制工艺，保证钢材表面形成一层富含目标微量元素的合金层，可提高金属的耐腐蚀性能。能够提高合金耐腐蚀性能的合金元素主要有Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Zr 等。Cu 在合金钢的作用是促进阳极钝化；Ni、Cr在不含有卤素离子的氧化介质中容易钝化；合金元素Mo可使合金耐还原性介质腐蚀，耐Cl-离子腐蚀，耐点蚀；Ti在中性和弱酸性氯化物中可钝化合金钢；Zr对碱和在氧化酸中没有Cl-离子的情况下耐腐蚀。加入配比合理的合金元素能够使钢在腐蚀过程中生成富含 Cu、Cr、Mo、Ti等添加元素的致密腐蚀产物，这是合金钢耐腐蚀的前提条件。根据酸腐蚀的性质，加入不同的微量元素，可制成耐酸合金钢和不锈耐酸钢。
（1）耐酸合金钢
上世纪60年代，美国、日本就已研制出耐硫酸露点腐蚀钢。虽然我国起步较晚，但我国钢铁公司已研制出了 B485NL（宝钢）、ND 钢（江阴特钢）、10Cr1Cu（鞍钢）、12MnCuCr等耐硫酸露点腐蚀钢。目前我国已颁布GB/T 28907-2012《耐硫酸露点腐蚀钢板和钢带》，该标准产品适用于设备壳体、管道、钢烟筒，能抗硫酸露点腐蚀，在设计中可以选用。当烟气中含有Cl-时情况较为复杂。氯离子与烟气中水蒸气结合，生成 HCl，破坏设备部件金属表面钝化膜，产生点蚀。目前有镍铬铁钼合金（哈氏合金）能耐各种酸类，很多研究者已研究得出含Al镍基合金在氯化环境中具有较好的耐蚀性，是潜在的具有良好抗氯化性的材料的结论。
（2）不锈耐酸钢
不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢，目前已在奥氏体不锈钢的基础上研制出耐点蚀、耐硝酸等奥氏体不锈耐酸钢。不锈耐酸钢之所以耐腐蚀，主要依靠Fe-Cr 钝化实现，其中奥氏体不锈钢应用最广。不锈耐酸钢的耐酸性取决于钢的化学成分，对奥氏体不锈钢而言，取决于Ni、Cr、Mo、Cu、Si等元素含量。不锈耐酸钢特点是耐氧化性介质（如大气、硝酸、浓硫酸）的腐蚀。一般情况下，不锈钢在还原性介质中是不耐腐蚀或不够耐腐蚀的。不锈钢对于硫酸露点腐蚀的防腐作用较好，由于Cl-可引起奥氏体不锈钢应力腐蚀，当烟气中含有Cl-时，奥氏体不锈钢（如304、316）耐腐蚀性差。金属材料大多不耐Cl-腐蚀，建议选用非金属材料防腐。
2.2 耐酸衬里、涂料
在工业生产中，可采用陶瓷衬里、有机物衬里和涂层抑制硫酸露点腐蚀和HCl腐蚀。陶瓷衬里采用氧化物陶瓷（Al2O3）、碳化物陶瓷（SiC），它们具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性。有机物衬里采用聚四氟乙烯等工程塑料，也具有良好的耐腐蚀性。采用喷涂的方法将防腐涂料涂覆在设备部件表面形成涂层，具有抗氧化、耐腐蚀、耐磨、耐气体冲蚀性能以及良好的热震性和绝热、绝缘性能。重防腐涂料是近年来发展起来的防腐涂料，目前已在石油、化工、海洋环境中广泛使用。常用重防腐涂料有：磷化底漆、富锌底漆、环氧树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、氯化橡胶类涂料、玻璃鳞片涂料、环氧树脂粉末涂料等，其中环氧树脂涂料往往与富锌底漆配套使用，适用于海洋、工业生产中严重腐蚀的环境，尤其适用于钢结构表面、管道内表面、固定设备的壳体内表面的涂装。在环氧树脂等基料中加入不同填料的涂料称为改性环氧树脂涂料，改性环氧树脂涂料目前已成为重防腐涂料的一个热点领域。改性环氧树脂涂料在金属表面具有很高的粘结力和机械强度，其填料的种类很多，主要有纤维和颗粒两种，而作为填料的陶瓷颗粒多为SiC、A12O3、ZrO2等。随着纳米技术的发展，将纳米材料添加到涂料中可使涂层在1 000～1 300℃高温下正常工作。目前我国已研制出了多种纳米重防腐涂料，应用在石油、化工等领域。
3 结语
除了某些热系统的耐热钢外，低碳钢（Q235碳钢）和铸钢通常用于水泥厂，用于其他设备部件。为了防止设备腐蚀，采取经济而有效的防腐措施已迫在眉睫。
参考文献：
[1]孙根领.耐硫酸露点腐蚀钢板的标准制定分析[J].山东冶金，2013，（1）.
[2]崔志峰，等.在Cl-环境下金属腐蚀行为和机理[J].石油化工腐蚀与防护，2001，（4）.
（作者單位：冀东水泥滦县有限责任公司）
关键词：水泥厂；设备腐蚀；分析；防护措施
1 Q235碳钢腐蚀分析
1.1 Q235碳钢材料的影响
材料的成分决定了它的特性，Q235碳钢由五种常规元素组成，不含防腐元素。因此，Q235碳钢的耐腐蚀性非常差。此外，Q235碳钢中C和P的含量对酸腐蚀速率有很大影响，随着C和P含量的降低，酸腐蚀速率逐渐减慢。其次，热处理也会影响不同含量碳钢的腐蚀速率。淬火后，碳钢的腐蚀速率随回火温度的升高而降低。
其中，0.22%的碳钢是最明显的。这表明在碳钢淬火后形成的马氏体结构具有非常差的耐腐蚀性。随着温度的升高或高温退火，马氏体结构分解并形成铁结构。少量珠光体结构可以减缓腐蚀速率。由于C含量低，0.12%碳钢和纯铁的耐腐蚀性受热处理的影响较小。随着C含量的降低，腐蚀速率减慢。碳钢（如Q235碳钢）在弱酸中产生的锈由γ-FeOOH、α-FeOOH 和Fe3O4三部分组成。它通常分为两层，外层α-FeOOH和Fe3O4颗粒粗大，结构松散，易脱落。内层γ-FeOOH可以在表面形成致密的保护膜（腐蚀产物膜），以降低腐蚀速率。
1.2 硫酸露点腐蚀
烟气的SO3浓度、露点和部件表面温度对硫酸的露点腐蚀有一定的影响。烟雾的露点由SO3的浓度决定。实验结果表明，如果气体中含有n×10ppm的SO3，则气体的露点温度可以显着提高。凝结的硫酸浓度取决于烟气中蒸汽的含量和部件的表面温度。结果表明，当钢的表面温度低于20～60摄氏度的露点时，硫酸凝结和某一表面积上的铁腐蚀最大。
1.3 HCl腐蚀
由于烟气温度低于露点温度，凝结水分子吸收Cl-。碳钢和低合金钢在Cl-的环境下的腐蚀过程是一个复杂的化学反应及电化学反应过程，腐蚀形态为全面腐蚀、点蚀。应力表面的钝化膜在组织结构上发生了改变，改变了碳钢表面钝化膜的溶解机制，金属钝化膜变得松散多孔，提高了钝化膜的溶解速率。
2 设备防腐措施
2.1 耐腐金属材料
普通碳钢（如Q235碳钢）的抗腐蚀性能很低，通过在普通碳钢中加入微量元素并采用特殊的冶炼工艺以及轧制工艺，保证钢材表面形成一层富含目标微量元素的合金层，可提高金属的耐腐蚀性能。能够提高合金耐腐蚀性能的合金元素主要有Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Zr 等。Cu 在合金钢的作用是促进阳极钝化；Ni、Cr在不含有卤素离子的氧化介质中容易钝化；合金元素Mo可使合金耐还原性介质腐蚀，耐Cl-离子腐蚀，耐点蚀；Ti在中性和弱酸性氯化物中可钝化合金钢；Zr对碱和在氧化酸中没有Cl-离子的情况下耐腐蚀。加入配比合理的合金元素能够使钢在腐蚀过程中生成富含 Cu、Cr、Mo、Ti等添加元素的致密腐蚀产物，这是合金钢耐腐蚀的前提条件。根据酸腐蚀的性质，加入不同的微量元素，可制成耐酸合金钢和不锈耐酸钢。
（1）耐酸合金钢
上世纪60年代，美国、日本就已研制出耐硫酸露点腐蚀钢。虽然我国起步较晚，但我国钢铁公司已研制出了 B485NL（宝钢）、ND 钢（江阴特钢）、10Cr1Cu（鞍钢）、12MnCuCr等耐硫酸露点腐蚀钢。目前我国已颁布GB/T 28907-2012《耐硫酸露点腐蚀钢板和钢带》，该标准产品适用于设备壳体、管道、钢烟筒，能抗硫酸露点腐蚀，在设计中可以选用。当烟气中含有Cl-时情况较为复杂。氯离子与烟气中水蒸气结合，生成 HCl，破坏设备部件金属表面钝化膜，产生点蚀。目前有镍铬铁钼合金（哈氏合金）能耐各种酸类，很多研究者已研究得出含Al镍基合金在氯化环境中具有较好的耐蚀性，是潜在的具有良好抗氯化性的材料的结论。
（2）不锈耐酸钢
不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢，目前已在奥氏体不锈钢的基础上研制出耐点蚀、耐硝酸等奥氏体不锈耐酸钢。不锈耐酸钢之所以耐腐蚀，主要依靠Fe-Cr 钝化实现，其中奥氏体不锈钢应用最广。不锈耐酸钢的耐酸性取决于钢的化学成分，对奥氏体不锈钢而言，取决于Ni、Cr、Mo、Cu、Si等元素含量。不锈耐酸钢特点是耐氧化性介质（如大气、硝酸、浓硫酸）的腐蚀。一般情况下，不锈钢在还原性介质中是不耐腐蚀或不够耐腐蚀的。不锈钢对于硫酸露点腐蚀的防腐作用较好，由于Cl-可引起奥氏体不锈钢应力腐蚀，当烟气中含有Cl-时，奥氏体不锈钢（如304、316）耐腐蚀性差。金属材料大多不耐Cl-腐蚀，建议选用非金属材料防腐。
2.2 耐酸衬里、涂料
在工业生产中，可采用陶瓷衬里、有机物衬里和涂层抑制硫酸露点腐蚀和HCl腐蚀。陶瓷衬里采用氧化物陶瓷（Al2O3）、碳化物陶瓷（SiC），它们具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性。有机物衬里采用聚四氟乙烯等工程塑料，也具有良好的耐腐蚀性。采用喷涂的方法将防腐涂料涂覆在设备部件表面形成涂层，具有抗氧化、耐腐蚀、耐磨、耐气体冲蚀性能以及良好的热震性和绝热、绝缘性能。重防腐涂料是近年来发展起来的防腐涂料，目前已在石油、化工、海洋环境中广泛使用。常用重防腐涂料有：磷化底漆、富锌底漆、环氧树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、氯化橡胶类涂料、玻璃鳞片涂料、环氧树脂粉末涂料等，其中环氧树脂涂料往往与富锌底漆配套使用，适用于海洋、工业生产中严重腐蚀的环境，尤其适用于钢结构表面、管道内表面、固定设备的壳体内表面的涂装。在环氧树脂等基料中加入不同填料的涂料称为改性环氧树脂涂料，改性环氧树脂涂料目前已成为重防腐涂料的一个热点领域。改性环氧树脂涂料在金属表面具有很高的粘结力和机械强度，其填料的种类很多，主要有纤维和颗粒两种，而作为填料的陶瓷颗粒多为SiC、A12O3、ZrO2等。随着纳米技术的发展，将纳米材料添加到涂料中可使涂层在1 000～1 300℃高温下正常工作。目前我国已研制出了多种纳米重防腐涂料，应用在石油、化工等领域。
3 结语
除了某些热系统的耐热钢外，低碳钢（Q235碳钢）和铸钢通常用于水泥厂，用于其他设备部件。为了防止设备腐蚀，采取经济而有效的防腐措施已迫在眉睫。
参考文献：
[1]孙根领.耐硫酸露点腐蚀钢板的标准制定分析[J].山东冶金，2013，（1）.
[2]崔志峰，等.在Cl-环境下金属腐蚀行为和机理[J].石油化工腐蚀与防护，2001，（4）.
（作者單位：冀东水泥滦县有限责任公司）