09.11.2009 01:00 Еженедельный журнал «Профиль»

Архивная публикация 2009 года: "СТАЛЬ ЗАБЛЕСТИТ АЛЮМИНИЕМ"

Российские ученые, возможно, первыми в мире разработали уникальную технологию защиты стали от коррозии. Защита стали от коррозии давно является одной из самых актуальных технических задач. Постоянно изобретаются новые защитные покрытия и совершенствуются прежние.
До сих пор оптимальным по соотношению цена-качество остается традиционное цинкование. Около половины выпускаемого в мире цинка расходуется на производство оцинкованной стали. Теоретически заменить дорогой и сложный с точки зрения экологии производства цинк мог бы алюминий, но за более чем три десятка лет интенсивных исследований никому в мире не удалось разработать технологию, сопоставимую по себестоимости с цинкованием, и создать оборудование для алюминирования стали. Создание дешевых, доступных методов алюминирования произведет своего рода революцию в области защитных покрытий стали, на что и претендует новая уникальная технология, которая разработана российскими учеными. О ней рассказывает кандидат технических наук, один из создателей технологии Сергей МАРУТЬЯН.
- Сергей Васильевич, когда и почему начались работы по алюминированию стали?
- Над проблемой алюминирования мы начали работать еще в 70-е годы прошлого века. В СССР были созданы стратегические мощности по производству алюминия на случай военного времени. В мирное время избыток алюминия необходимо было где-то использовать. Возникла идея заменить алюминием цинк, металл дорогой и дефицитный, запасы которого на территории страны были ограниченны. Аналогичную проблему решали в США и многих других странах. Американцы, в частности, пошли по пути разбавления цинка алюминием.
Вторая причина развертывания работ по алюминированию состоит в том, что алюминий значительно лучше цинка противостоит коррозии. Цинковые покрытия более стойки в щелочных средах, а алюминиевые - в кислых. Кроме того, алюминиевые покрытия более стойки в средах, содержащих соединения серы и хлора. А кислые среды, содержащие агрессивные компоненты, преобладают - это городская атмосфера, атмосфера промышленных предприятий, воздействие морской воды. Остро стоит вопрос по защите от коррозии оборудования для добычи нефти и газа, промысловых трубопроводов и конструкций приморских сооружений. Содержащаяся в нефти и газе сера, а в морской воде - ионы хлора обладают высокой коррозионной активностью. Алюминиевое покрытие в этих средах обеспечивает ресурс в разы больший, нежели цинковое. Замена цинкования алюминированием более рациональна, чем, например, увеличение толщины цинкового покрытия.
Еще один плюс алюминиевого покрытия - его стойкость при высоких температурах. Алюминиевое покрытие защищает сталь от окисления в агрессивных средах при нагреве до 900° С. При такой температуре алюминия как такового на поверхности стали не остается, он весь диффундирует в сталь, образуя интерметаллические соединения. Интерметаллиды и защищают сталь. Алюминированная полоса сейчас выпускается в США и Германии в небольших количествах, ее используют, например, для изготовления выхлопных труб автомобилей.
Замена цинкования алюминированием привлекательна также по экономическим соображениям. Перед финансовым кризисом цинк стоил в три раза больше алюминия. Сегодня алюминий и цинк продаются примерно по одной цене, но на покрытие одинаковой толщины алюминия будет расходоваться в двас половиной раза меньше по весу, потому что он во столько раз легче цинка.
- Если алюминирование настолько предпочтительнее цинкования, то почему оно широко не используется?
- Проблема алюминирования в том, что для него невозможно применить ту же технологию, что и для цинкования.
Для изготовления ванн цинкования используется АРМКО-железо, то есть железо практически без углерода. Такие ванны изготавливают всего несколько фирм в мире.
Для алюминия подобную ванну сделать невозможно. Расплавленный алюминий чрезвычайно агрессивен, он взаимодействует практически со всеми металлами из таблицы Менделеева. Можно сделать ванну для алюминия из керамики, но при этом возникают определенные сложности в подводе к расплаву тепла. Чтобы греть зеркало металла газом, надо, по крайней мере, на треть увеличить площадь ванны. Индукционный нагрев по ряду технологических причин тоже не нашел применения при создании ванн горячего алюминирования.
При непрерывном цинковании полосы прокат погружают в ванну с расплавленным цинком с помощью подвижных роликов из специальной стали, а подшипники используются керамические. В расплавленном цинке этот узел работает примерно 12 дней, затем его меняют. Проблема погружения полосы в ванну с расплавленным алюминием до сих пор удачного решения не имеет.
Предлагаемое нами решение, вероятно, первое в мире, претендующее на универсальность: при этом способе сталь можно покрывать и алюминием, и цинком, и любыми другими металлами и сплавами. Кроме того, наша установка весьма компактна, экологически безопасна и эффективна с точки зрения экономических затрат.
- В чем суть вашего изобретения?
- Мы убираем тот самый ролик, который заставляет стальную полосу погружаться в расплав, - этот узел протяжки - на воздух, чем решаем массу технических проблем. Такая конструкция стала возможной, потому что мы научились удерживать расплав во взвешенном состоянии внутри узла нанесения покрытия за счет разности давлений. Идея очень простая, мы были удивлены, что она никому не пришла в голову раньше.
Сегодня расплавленный алюминий поддерживается внутри узла во взвешенном состоянии автоматически после нажатия кнопки. Чтобы создать программу управления давлением-разрежением внутри узла нанесения покрытия, пришлось проделать огромное количество экспериментов. Сейчас у нас успешно работает экспериментальная линия по алюминированию стальной проволоки диаметром до 2 мм.
- Что вы намерены предложить промышленникам на выставке "Металл-Экспо-2009", где будете презентовать свою разработку?
- Мы предлагаем научную разработку, которая включает в себя чертежи действующей установки, схемы технологических режимов, программное обеспечение. Эта документация, по сути, является техзаданием по проектированию опытно-промышленного образца. К тому же мы предлагаем лицензии на использование наших изобретений.
Потенциал рынка алюминирования оценивается более чем в $1 млрд. Сейчас эта ниша совершенно свободна, так что мы надеемся на конкуренцию среди производителей за право первыми выйти на рынок с уникальной продукцией - установками для алюминирования и непосредственно алюминированным прокатом.