Vasútifelsővezeték-tartó acélszerkezetek tűzihorganyzása

A vas nélkülözhetetlen ipari fémünk, de egyben életünk és testünk fontos része is. Ezt a kitüntető mondatot a világunkat szinte teljesen lefedő alkalmazási spektrumának, megbízhatóságának és olcsó előállíthatóságának köszönheti. Ugyanakkor alkotója természetes környezetünknek is, gondoljunk csak a földünk anyagaiban kisebb-nagyobb mennyiségben szinte mindenhol megtalálható vastartalmú vegyületekre, ércekre.

Mechanikai tulajdonságai széles skálán mozogva változtathatók, így elképzelhetetlen számú variációban lehet előállítani változatos fizikai tulajdonságú termékeket,  tárgyakat, és mindezt úgy, hogy ezek elhasználódásukat követően teljes egészében újrahasznosítható, környezetünket nem szennyező, értékes alapanyagok maradnak. Számunkra a vas egyetlen lényeges negatív tulajdonsága, hogy a korrózióra való hajlama erős. A vas és a vasfelületek tűzihorganyzással történő védelme kiváló párosítás, ezt a megállapítást az elmúlt 170 esztendő jól igazolja. Korábban csak kisebb tárgyaknál alkalmazták az eljárást, később már nagyobb méretű, gépi erővel mozgatható acélszerkezeteknél is, így épületeknél, csővezetékeknél, ma pedig a megszokott felhasználási módok mellett már az autóipar is egyre növekvő mértékben használja.
A horgany (cink) a vashoz hasonlóan természeti környezetünk és a teljes élővilág alkotóeleme, mindennapi életünk része, az egyik legnagyobb mennyiségben használt ipari fémünk. A vashoz hasonlóan visszanyerhető és újrahasznosítható. A világ horganyfelhasználásának kb. 20–30%-a hulladékokból visszanyert fém (másodlagos horgany), és ez az arány folyamatosan javul. A világ finomított horganyfelhasználása 2014-ben kb. 13 millió tonna volt, melynek 50%-a horganybevonatoknál került alkalmazásra [1]. Ennek a mintegy 6,5 millió tonnának egy része galvanikusan (elektrolitikusan) felvitt bevonatoknál jelent meg, míg nagyobbik hányadát a fémolvadékban történő (tűzi) acélszerkezeti és lemezhorganyzásnál használták fel. Csak az Európai Unióban évente – a gazdasági válságot követően is – közel hatmillió tonna acélszerkezetet vonnak be, alkalmazási területein belül elsősorban a magasépítési acélszerkezetek dominálnak (1. ábra).

Az építőipar a tűzihorganyzás klasszikus és kiforrott felhasználási területe, ebből adódóan nagy tömegű referenciával rendelkezik. Magyarországon az elmúlt több mint negyven esztendőben hozzávetőlegesen 2 millió tonna acélszerkezetet tűzihorganyoztak, benne nagy- és középfeszültségű villamostávvezeték-oszlopok, autópálya-acélszerkezetek, ipari, mezőgazdasági, kereskedelmi, sport- és egyéb célú épületek, gépészeti acélszerkezetek, autóipari termékek és más acélszerkezetek tonnáinak százezreivel. A felsorolásból sajnos mind ez idáig teljesen kimaradt a hazai vasútépítés, mely külső szemlélő számára talán érthetetlen okokból évtizedeken keresztül valamiért nem vette figyelembe az eljárás létezését, ezzel sok milliárd forintos többletköltséget okozott önmagának és az országnak. Az elmúlt rövid időszakban azonban kedvező irányú elmozdulás történt, melynek pozitív folytatását kíváncsian várjuk.

A tűzihorganyzás elve, technológiája
Maga a horganybevonat egy megfelelően ötvözött, kb. 450 °C hőmérsékletű fémolvadékban képződik. A réteg létrejöttének lényege, hogy a fémfürdőbe merített vas/acél és a horganyolvadék között fizikai-kémiai reakciók zajlanak le, melyek során a felületi vasatomok a fémfürdő, míg a cinkatomok a vas/acél felület irányába vándorolnak (diffundálnak), e közben a bevonandó acélszerkezet felületén az idő múlásával egyre vastagodó, intermetallikus, fémvegyületekből (horgany-vas ötvözetekből) álló, igen kemény réteg alakul ki (2. ábra).

Képződésének sebessége függ – egyebek mellett – a vas/acél kémiai összetételétől is. Ez a többfázisú réteg kohéziós kapcsolattal kötődik a vas/acél felülethez, ez biztosítja különlegesen erős tapadását. A horganyolvadékból történő kiemelés során (3. ábra) erre az ötvözeti rétegre egy tiszta horganyfázis rakódik, mely egy másodlagos termodiffúziót követően kémiailag kapcsolódik az alatta levő ötvözetréteghez.

Ahhoz, hogy a fenti folyamat lejátszódjon, a szilárd (vas) és a folyékony (horgany) fázishatáron semmiféle, a termodiffúziós atommozgást akadályozó szennyeződés nem lehet. Ezt a célt szolgálják a horganyzást megelőző technológiai lépések, mint a zsírtalanítás, az oxidmentesítés, az öblítés, a fluxolás (4. ábra).

A legújabb fejlesztésű üzemekben – így a csúcstechnológiával rendelkező NAGÉV Cink Kft.-nél is – a horganyzói traverzekre (gerendákra) felrögzített munkadarabokat „ház a házban” technológiával, egy elkülönített térben készítik elő fémbevonáshoz. Ez azt jelenti, hogy az üzemcsarnokon belül elhelyezett, attól elzárt légtérben folyik a termékfelületek tisztítása. A teljes technológiai sort – maga a horganyzás művelete kivételével – számítógépes program vezérli. A megfelelő kezelési és anyagmozgatási információkat előre kidolgozott vagy alkalmanként speciálisan termékekre szabott receptúrák tartalmazzák, melyet minden egyes horganyzási adagra meghatároznak, és számítógépes rendszerbe rögzítenek. A kémiai előkezelések sorozata alatt kimerülő „fáradt” technológiai anyagokat – az erre berendezkedett vállalatok – teljes egészében elszállítják, regenerálják és újrahasznosítják. A szárítóalagútban megszárított termékeket az egysínű darupár az ún. horganyzókámzsába, más néven harangba (5. ábra) szállítja, és megkezdődhet a darabok fémolvadékba történő merítése.

A folyamat alatt képződő füstöt a kámzsába beépített elszívóberendezés elszívja, majd egy speciális szűrőrendszer megtisztítja. A kinyert horganyzói filterport – mint értékes alapanyagot – további feldolgozásra elszállítják. A NAGÉV Cink Kft. másik specialitása, hogy a már horganybevonatos termékeket, megfelelő lehűtést követően egy vékony, átlátszó lakkréteggel is be tudják vonni annak érdekében, hogy az áruk még hónapokon keresztül megőrizzék eredeti fényüket, csillogásukat, de ez a kezelés biztosítja akár a tengeri szállítás alatti védelmet is. Ezt követi az ún. fehéráru leszedése, utókezelése, minősítése és kiszállítása.

Villamosfelsővezeték-tartó acélszerkezetek korrózió elleni védelme tűzihorgany-bevonattal
A szakmai terminológiában csak „horganybevonatként” emlegetett védőrétegek között jelentős különbségek lehetnek, mely az eltérő előállítási technológiáiknak köszönhető. A galvanikusan (elektrolitikusan) felvitt horganyrétegek nagyon vékonyak (5–25 μm), adhéziósan tapadnak a hordozóra, nem alkalmasak hosszú távú (20 év) kültéri igénybevételnél. Ugyancsak túl vékonyak a tűzi úton acéllemezekre, szalagokra felvitt horganyrétegek, melyek vastagsága (5–30 μm) ilyen igénybevételeknél szintén nem biztosítja a hosszú időtávra szóló korróziós élettartamot. Természetesen ezek is horganybevonatok, ám védőképességük messze elmarad az acélszerkezetek felületére felvitt intakt, 50–150 μm vastag, sőt sokszor még ezt is jelentősen meghaladó rétegekétől, melyeket acélszerkezeti horganyzókban állítanak elő.
A villamos felsővezetékek oszlopai, gerendái folyamatos és intenzív kültéri hatásoknak vannak kitéve. A rájuk felvitt festékréteget legjobb esetben is 15–20 évente fel kell újítani, mert az acélszerkezet még a helyenként megmaradt festékréteg alatt is erősen korrodálódni fog (6. ábra).

Ezek a sokszor 10 métert is meghaladó befoglaló méretű, rácsos acélszerkezetek kellően stabilak, megbízhatóan tűrik a környezeti hatások okozta statikai igénybevételeket, és ha tűzihorganyozzák őket, az egy robusztus és időtálló védelmet biztosít számukra. Ilyen és hasonló acélszerkezeteket akár 15 m darabonkénti hosszban is tud fogadni a NAGÉV Cink Kft. (7. ábra).

A beszállított termékeket különféle módon horganyzói traverzekre (gerendákra) rögzítik, majd átadják az automatikus technológiai rendszernek. Az előkezelési műveletek befejezését követően a fémesen tiszta, fluxsóval borított acélszerkezeteket egy léptető rendszerű alagútban szárítják és előmelegítik, majd következik a fémbevonás művelete. A termékek sokfélesége miatt ezt a technológiai lépést nem lehet automatizálni, a horganyzó szakemberek közreműködése szükséges hozzá (8. ábra).

A bevont termékeket egy ugyancsak léptető rendszerű alagútban hűtik, ha kell, átmeneti védelemmel (lakkal) látják el, majd leszedik és tisztítják. Ez után következnek a minősítés, csomagolás és raktározás (9. ábra) műveletei.

Évtizedekre szólóan karbantartásmentes
A szabad levegőre telepített acélszerkezetek Európában szokásosan C1, C2 és C3 korróziós kategóriában (ISO 9224:2012), erősebb helyi hatásoknál (pl. autópályahidak kritikus részein) C4 kategóriában vannak. Ilyen igénybevételek esetében a cink hosszú távra kivetített korróziójánál 0,4–2,4 μm/év fogyással lehet számolni. A felsővezeték-tartó acélszerkezetek felületén tapasztalatok szerint legalább 80–90 μm vastag horganybevonat képződik, ami jelentős, minimálisan 30–35 éves bevonat-élettartamot biztosít még a közepesnél nagyobb (C4) igénybevétel esetében is (10. ábra).

Ha ennél hosszabb korróziós élettartamot kívánnak elérni, ez megfelelő acélminőség alkalmazásával könnyedén megvalósítható, mert vastagabb lesz rajtuk a horganyréteg. Amennyiben hozzátesszük, hogy ezt a nagyon hosszú védelmet karbantartásmentesen lehet megkapni, komolyan el kell gondolkodni a tűzihorganyzás minél nagyobb mennyiségben történő alkalmazásáról (11. ábra).

Tökéletes újrahasznosítás
A legkorszerűbb tűzihorganyzó vállalatok technikája – így a NAGÉV Cink Kft.-é is – a legmagasabb szinten megfelel az Elérhető Legjobb Technikák (96/61/EK Irányelv, Best Available Techniques) követelményeinek. A használat alatt „kifáradt” vegyszerek feldolgozásra és további hasznosításra kerülnek. Az üzem légterétől elkülönítetten vannak elhelyezve az emberi egészségre kockázatot jelentő szennyező források, mely tereket elszívók tisztítják, az elszívott anyagot kezelik, és  hasznosítható részeket visszavezetik a technológiába. A horganyzás műveletének „melléktermékeit” (hamuk, filterpor és salakok) más feldolgozó iparágak veszik át. Energiahasznosításuknál magas fokú a hulladékenergiák felhasználása.
Hosszú évtizedek elteltével, amikor a horganyzott acélszerkezeteken a bevonatok vastagsága 25 μm alá csökken, érdemes elgondolkodni az acélszerkezet további sorsa felől. Lehetőségként kínálkozik az újrahorganyzás, a horganybevonat lefestése (duplex védelem) vagy az acélszerkezet lebontása. Az első esetben lényegében problémamentes lesz az újbóli tűzihorganyzás, csak be kell szállítani egy horganyzóműbe. A második esetben egy kiváló korrózióvédelmi rendszert kapunk (ismét évtizedekre). Amennyiben az acélszerkezetet hulladéknak minősítik, az jó áron értékesíthető lesz. Az acélműben új acélt nyernek belőle, az acélgyártáskor keletkező, nagy horganytartalmú filterport pedig újrahasznosítják. A fentiekből látható, hogy nemcsak a technológia, hanem a horganyzott acélszerkezetek alkalmazása és utóélete is része a takarékos, környezetkímélő gazdálkodásnak. Ezt a folyamatot foglalja össze a 12. ábra.

Centrumban a NAGÉV Cink Kft.
A NAGÉV vállalatcsoportnak része két horganyzóvállalkozás. Az 1998-ban létesített tiszacsegei egység (NAGÉV Kft.) 7,2 x 1,05 x 2,6 m befoglaló méretű darabok bevonását teszi lehetővé, míg az ország legnagyobb térfogatú bevonókádját használó NAGÉV Cink Kft. 15 x 1,8 x 3,0 m-es acélszerkezeti elemeket képes egy lépésben kezelni. Az első vállalat Kelet-Magyarországon és Romániában is komoly piacokkal rendelkezik, míg az M5-ös autópálya mellett, Budapesttől 30 km-re levő legújabb vállalat az egész országot kiszolgálja, sőt jelentős mennyiségű külföldi bérhorganyzást is végez (13. ábra).

A NAGÉV-vállalkozások az elmúlt években meghatározó részesedést szereztek a hazai tűzihorganyzó piacon, kiforrott technológia és nagy kapacitás jellemzi őket. Kiváló lehetőség nyílik a nagyméretű, egyedi, vagy akár sorozatban gyártott vasútifelsővezeték-tartó acélszerkezetek és egyéb termékek minőségi és egyben gazdaságos bevonására. Az acélszerkezetek már tervezési szakaszában – az acélalapanyagok megrendelése előtt – célszerű konzultálni a vállalat szakembereivel.

Felhasznált irodalom

[1] Nemzetközi Ólom és Horgany Tanulmányok Csoportja: www.ilzsg.org