Всем дождям назло. Как цинковое покрытие позволяет металлу жить десятки лет без коррозии

"Компания "Металл Инвест" установила на своем заводе в Черкассах самую большую ванну для горячего цинкования в Украине — длиной 14 м. Замена старой ванны на новую обошлась в почти 350 тыс. евро. Корреспондент Delo.ua побывал на предприятии, узнал, как правильно содержать целое озеро раскаленного металла, и выяснил, зачем вообще цинковать металл и как этот процесс связан с мифами и сказками. 

Польза мифов

Согласно распространенной версии мифа, морская нимфа Фетида, чтобы сделать своего сына Ахилла неуязвимым, погрузила его в речку Стикс, держа за знаменитую пятку, которую и пронзила стрела Париса. Более ранняя версия того же мифа гласит, что по ночам, втайне от мужа, Фемида клала сына в горячую печь, после чего натирала амброзией, а когда ее за этим занятием поймали, не успела полить амброзией лодыжку, которая и стала слабым местом древнегреческого героя. 

Предприимчивое человечество вынесло из этой истории два урока. Во-первых, если что-то окунуть в особую ванну, оно станет куда прочнее. Во-вторых, если уж вы взялись что-то окунать в особые ванны, надо сделать так, чтобы все пятки были надежно покрыты защитной пленкой, иначе зачем вообще было заморачиваться? 

Полученные знания люди успешно забыли почти на 2,5 тыс. лет, и лишь в 1742 году французский химик и физик Поль Жак Малуэн в своем докладе Королевской академии описал, как погружать железо в ванну с расплавленным цинком. А спустя еще почти 100 лет, в 1836 году, французский химик Станислас Сорель запатентовал этот метод с небольшими, но важными дополнениями: перед погружением железо очищается раствором серной кислоты, затем флюсом (хлоридом аммония), чтобы предупредить окисление, и лишь затем изделие окунают в ванну с жидким металлом. 

Вы можете спросить: железо и так прочное, зачем его покрывать другим металлом? Для этого нужно вспомнить из школьного курса химии, как выглядит, скажем, алюминиевая ложка после долгого пребывания на воздухе. Она темнеет. Это происходит потому, что многие металлы, в том числе алюминий, на воздухе окисляются. На поверхности появляется защитная пленка из соединений окисленного металла. 

С железом такое не пройдет: его окисленные соединения по объему больше, чем сам металл, поэтому пленка получается рыхлая, пропускает кислород все глубже и в результате появляется ржавчина. А теперь представьте, что вы из этого железа построили, к примеру, высоковольтную опору, а спустя каких-то два года под дождем, снегом и палящим солнцем она превратилась в ржавую высоковольтную опору. Именно поэтому изделие из железа лучше покрыть слоем металла, в частности цинка, который образует защитную пленку и не пропустит кислород. 

Наглядный пример, чем отличается неоцинкованное (сверху) от оцинкованного (снизу) железо. Фото: Д. Бунецкий/Delo.ua

Нишевый бизнес

Самая большая цинковая ванна Украины длиной 14 м (одна из крупнейших даже по европейским меркам) находится на черкасском предприятии "Компания "Металл Инвест". Производство создали на базе бывшего цеха "Черкассыхимволокно" в 2011 году. 

"Горячему цинкованию почти 200 лет, но технологии практически не меняются: процессы, конечно, модернизируются, но так называемая внутренняя химия прежняя, — говорит директор "Компании "Металл Инвест"Александр Дунайский. — В Польше порядка 100 цинковен, в Германии — 150. В Украине это нишевый бизнес".

По его словам, когда создавалось предприятие, горячее цинкование в Украине было заточено под конкретную продукцию: один завод производил и оцинковывал решетчатые настилы, другой — барьерное ограждение, третий — линии электропередач, четвертый —энергетические конструкции. "Компания "Металл Инвест" появилась на рынке с предложением универсальной услуги. Основатели предприятия изучили опыт Европы, где антикоррозийное покрытие в виде цинка обязательно для всех металлоконструкций, находящихся на улице, и решили, что есть смысл вложиться в этот бизнес.

Телеком-операторы оценили надежность и цинкуют свои вышки, чтобы они дольше служили. Фото: Д. Бунецкий/Delo.ua

"Первые несколько лет предприятие работало неэффективно с точки зрения прибыльности и окупаемости. Рынок узкий, проходили тяжелый путь, ходили на выставки, объясняли, почему нужно цинковать. Спустя время началась динамика", — говорит Дунайский. 

В 2017 году у компании появилось второе предприятие — завод по производству металлоконструкций в Белой Церкви Киевской области. "Сейчас мы узнаваемый игрок на рынке. Работаем для энергетики, телекома, дает заказы "Большое строительство". География — вся страна", — делится директор компании. 

В 2021 году произошло самое глобальное на сегодня событие для завода в Черкассах: там заменили ванну для цинкования. Стандартный срок службы 14-метровой купели, заполненной расплавленным цинком, составляет около 10 лет. Кажется, что это очень мало, ведь сами оцинкованные изделия могут прослужить значительно дольше, но не стоит забывать, что ванна постоянно нагрета: она поддерживает температуру расплава в 450 ℃ круглые сутки семь дней в неделю. Завод начал работу в конце 2011 года, поэтому уже в 2019-м компания начала спокойно и методично готовиться к замене.

Толщину стен старой ванны замеряли немецкие специалисты с помощью ультразвуковой диагностики. Изначально толщина составляет 50 мм, при 35 мм, по регламенту, уже нужна замена. 

"Это работа на перспективу. После замены ванны главный инженер семь лет спокоен. Мы уверены в завтрашнем дне и в том, что можем выполнить долгосрочные проекты, получать заказы на будущее", — рассказывает первый заместитель директора "Компании "Металл Инвест"Дмитрий Мороченко. 

Изначальный план был следующий: зимой 2020 года немецкие специалисты перельют расплавленный цинк в специальные термосы, которые поддерживают цинк в расплавленном виде за счет электроэнергии (всего надо было шесть 80-тонных термосов, чтобы обеспечить им необходимую мощность, даже провели несколько линий электроснабжения для каждого термоса в отдельности), произведут замену ванны и выльют металл обратно. К сожалению, коронавирус внес свои коррективы: границы закрыли, и немцы не смогли приехать. "Нам пришлось рассчитывать только на себя", — говорит Мороченко. 

Размеры старой ванны для цинкования можно оценить в сравнении с автокраном. Фото: Д. Бунецкий/Delo.ua

8 февраля 2021 года на предприятии начали работы по замене ванны. Так как термосы не приехали, цинк сливали в 200-литровые бочки. Короб белых дымов, установленный над ванной, и саму 60-тонную ванну извлекали с помощью 250-тонного крана, который стабилизировали с помощью семи 10-тонных плит из металла. 

Установка новой ванны — тонкий и бережный процесс, напоминающий хирургическую операцию: нужно быть осторожным, чтобы не повредить новую емкость и конструктивные элементы печи цинкования. 

После установки, накрыв ванну коробом белых дымов, в емкость загрузили первичный чистейший цинк и начали нагревать, постепенно, по четыре бочки в час, добавляя цинковый сплав, слитый со старой ванны. 

Обыденные вещи

Склад готовой продукции находится прямо во дворе предприятия на открытой площадке: оцинкованным изделиям погода уже не страшна. Здесь находятся обыденные вещи: мусорные баки, ажурные опоры вышек связи, уже привычные для киевлян заборы, которые стоят вдоль дорог, правда, без архистратига Михаила в центре. 

К стене здания прикручены два небольших железных откоса. Верхняя часть каждого покрыта ржавчиной, нижняя — матового серого цвета. Это для заказчиков, чтобы наглядно показать, как цинкование помогает сохранить металл. 

Тут же, во дворе, стоит старая ванна для цинкования. Она отработала девять лет при положенных десяти и теперь отдыхает, пока топ-менеджмент решит, что с ней делать дальше. Рядом, удачно подчеркивая колоссальные размеры ванны, стоит автокран.

Оцинкованный на предприятии Пегас теперь живет в Софиевском парке в Умани. Фото: "Компания "Металл Инвест"

Здесь цинкуют буквально все: профили для Подольского мостового перехода в Киеве; билборд длиной 14,3 м (он больше самой ванны); трубу, которая поддерживает горку аквапарка; веломост в Саржином Яру (Харьков); Пегас из мелких деталей, созданный тайским архитектором для Софиевского парка в Умани; барабаны сушилок для аграриев; опоры для флагштоков; промышленные метизы и даже домашние заборы. Предприятие принимает заказы как от юридических лиц, так и от населения. 

Самая дорогая ванна 

Само производство расположено в огромном цеху. Здесь находятся различные металлические конструкции. "Основная задача работников завода — осмотреть приходящий металл, правильно ли он подготовлен, есть ли загрязнение, краска — она злейший враг. Это и визуальный контроль, и контроль руками", — говорит Мороченко. 

Для цинкования крайне важно соблюдать правила. Изделие, которое погружается в ванну с расплавленным цинком, должно быть сплошным. Если это труба, обязательно проделать отверстия, чтобы свободно вытекал цинк и выходил пар. Запаянная труба может вызвать взрыв: температура нешуточная — 450 ℃. 

Чтобы пошла реакция цинка и железа, металлическое изделие проходит дополнительную подготовку. Если в целом процесс цинкования хорошо описывает миф об Ахилле, то здесь лучше вспомнить детскую сказку о Коньке-горбунке: "Искупайся в молоке, тут побудь в воде вареной, а потом еще студеной". Вот что нужно сделать, чтобы омолодиться и похорошеть!

Линия химподготовки металла — это те самые котлы, только для изделий. Всего здесь 13 ванн: две ванны обезжиривания, восемь травления, две промывки и одна флюсования. Каждое изделие последовательно окунается в четыре ванны. Сначала происходит обезжиривание: металл отмывают с помощью раствора, как посуду средством для мытья. Затем травлением убирается ржавчина и окалина. Потом все это смывается, наносится флюс (соли, предотвращающие окисление), и изделие отправляется в гигантский духовой шкаф. 

Только после этого начинается то, что мы видели в фильмах о терминаторе: изделие, в нашем случае часть металлической многогранной опоры, опускается в огромную, пышущую жаром ванну с расплавленным цинком. 

Из озера расплавленного металла выныривает оцинкованное изделие. Фото: Д. Бунецкий/Delo.ua

Новая купель, в которой находится "компот" из высокоочищенного цинка, алюминия, свинца и никеля стоимостью больше $1 млн, выглядит, как ртутное зеркало. Когда происходит погружение, слышны хлопки и шипение, это реакция металла. Ванна в этот момент закрыта со всех сторон, цинковщики заглядывают внутрь сквозь толстое защитное стекло. Вскоре боковые стены поднимаются. 

Озеро расплавленного металла спокойно. На его поверхности собирается золка — продукт горения флюса. Цинковщики специальными титановыми клюшками, напоминающими хоккейные, нежно поглаживают поверхность, собирая накипь и отводя ее в стороны. Это обманчиво легко, на самом деле тяжелая физическая работа. Пусть расплавленный цинк и похож на водную гладь, но в одном кубометре 7 тонн. 

Когда золка собрана, опора начинает медленно подниматься. Она сияет серебром, будто робот из жидкого металла Т-1000, которого во втором "Терминаторе" блестяще сыграли Роберт Патрик и компьютерная графика. Увидеть подобное собственными глазами — словно попасть внутрь фантастического фильма. 

Теперь можно подойти поближе. На инструктаже по охране труда нас предупреждали: не ближе двух метров. Могли этого и не говорить: ванна разогревает воздух так, что ближе и не хочется. 

Теперь изделие подвесят, чтобы сохло, а сама ванна будет разогреваться снова: огромная масса металла опоры снизила общую температуру примерно градусов на пять, а значит, шесть газовых горелок включают турборежим, чтобы выдать положенные 450 ℃. 

Ванна никогда не охлаждается. Металлическое озеро плавится тут круглосуточно без выходных. При температуре ниже 420 ℃ цинк может застыть, и вы получите огромный бесполезный цинковый куб. Просто на поддержание металла в расплавленном состоянии при закрытой ванне необходимо 600-800 куб. м газа в сутки. Для сравнения, частный дом потребляет около 200-300 куб. м в месяц. 

Оцинкованное изделие будет остывать еще несколько часов, подвешенное на металлическом траверсе, заставляя раскаленный воздух вокруг дрожать и искажать перспективу. Остывая, оно постепенно меняет цвет, теряя серебряный глянец, обретая серую титановую матовость. 

Только после этого сотрудники завода проверяют толщину покрытия, счищают острые капли цинка, золку и остатки флюса. 

От толщины покрытия зависит время эксплуатации. В сельской местности цинк теряет 1 микрон в год. В городе, где больше внешних факторов, 2 микрона. Самая агрессивная среда в портах, там теряется целых 8 микрон в год. При толщине покрытия, скажем, в 100 микрон несложно получить 50 лет под дождем, ветром и солнцем, что значительно эффективнее ежегодного перекрашивания. 

Дмитрий Бунецкий, специально для Delo.ua