一般来说,地铁钢轨使用寿命至少可以保证十五年以上,但如果因杂散电流造成腐蚀的地铁钢轨,一般一年多就要更换。地铁隧道环境复杂多变,存在雨水、地下水、泥浆等多种介质,极易破坏钢轨对地面的绝缘性,导致钢轨出现杂散电流腐蚀问题,大大缩短钢轨使用寿命,影响地铁运营安全。

2022年3月,由宝武集团中央研究院长材所牵头,协同综合材料解决方案中心,武汉钢铁有限公司与富钢集团富佰新材料(浙江)有限公司联合研制开发的防杂散电流腐蚀涂层钢轨,在武汉地铁运营有限公司大力支持下顺利完成试铺,实现采用静电绝缘粉末涂覆技术的耐蚀绝缘轨在国内轨道交通领域的首次应用。


地铁轨道因杂散电流造成的腐蚀问题一直困扰着国内众多城市地铁集团,更换钢轨只能选择在停运后的深夜,时间紧迫又成本高昂,每次时间仅能更换1-2根,更换后的轨道还需要做校准检测,即便更换一根钢轨就需要数十人奋战一夜,费时费力的同时也给地铁的安全运行带来隐患。此次项目缘起2019年10月国内一家地铁公司反应的问题。由于地铁采用的直流电是通过钢轨导电,电流朝一个方向,如果在潮湿环境下钢轨与大地不能绝缘,电流流向大地,容易导致钢轨快速腐蚀而断裂,带来安全隐患。

此前,地铁绝缘也曾尝试采用过防锈油漆,但实际情况表明并不能有效延长地铁钢轨使用寿命。在对新材料和新技术的不断探寻中,富钢集团富佰新材料公司的绝缘粉末静电喷涂技术进入了宝武中央研究院研发团队的视野中。
富佰新材料(浙江)有限公司作为国内技术领先,产能规模最大的环氧涂层钢筋生产企业,一直致力于普及环氧树脂粉末涂层技术在钢筋等特殊基础设施领域的应用。采用静电粉末喷涂的环氧树脂涂层,区别于传统涂刷,而是将以环氧树脂体系含量为主的绝缘粉末,利用高压静电电晕电场原理,在静电力和压缩空气的作用下,粉末均匀吸附在钢铁基材上,经高温熔结,固化成致密的防腐保护涂层。环氧树脂涂层钢筋,不仅性能优异,适应各种工程要求,而且能减少建筑物大修,延长建筑使用寿命。同时,富佰新材料作为国内防腐材料的研发领军企业,还提供双相不锈钢钢筋等高端防腐整体解决方案,提升使用寿命至120年以上。
“从绝缘粉末体系的设计,到加热过程的均温要求,看似简单的技术逻辑在实际实施过程中瓶颈重重。即要考虑一定的施工耐磨性能,加热温度也不能超过300度,且各个倾角的温度偏差需要严格控制在15摄氏度以内。”富佰新材料公司负责人潘宜杰介绍说。在经过近百次试验后,宝武集团武汉钢铁和富佰新材料的研发团队成功研制出可防杂散电流的耐蚀绝缘钢轨,在后续的开发中,还将拥有自修复和耐磨两项技术指标。目前该产品已经应用在武汉地铁2号线上,后期还将逐步推广至国内众多地铁集团。宝武集团中央研究院型钢研发团队首席研究员、博士朱敏介绍到,在250℃高温下,将粉末状的新型绝缘树脂材料熔化,涂层在地铁钢轨腰部和底部。该涂层材料,除了起到绝缘作用,还可以在正常大气层中减少钢轨的氧化进程,减少维修,降低全寿命周期成本。他举例,如果按照5年换3次钢轨的频率,换轨费用加上钢轨是一笔不小的支出;现在使用涂层钢轨,可以在极其恶劣的环境下做到5年不换轨,成本只有常规换轨加上钢轨费用的10%不到。
3月以来,宝武集团武汉钢铁公司产销研团队对防杂散电流腐蚀涂层钢轨在武汉地铁2号线上的使用效果进行了持续数据跟踪,在武汉地铁集团的大力支持下,为后续富佰公司进行工艺优化及性能提升积累宝贵经验,获得了用户的高度认可,且已接到国内多家地铁公司的试验合作意向,为产品后续发展奠定了坚实基础。