КОНЦЕНТРАТ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ (СОЖ) ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
CONCENTRATE OF LUBRICATION-COOLING LIQUID (LCL) FOR MECHANICAL TREATMENT OF METALS AND METHOD FOR ITS RECEIVING

Предлагаемое изобретение относится к технологическим средам и способам их получения и может использоваться для механической обработки металлов.
В настоящее время в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей широко применяются омыленные жировые гудроны, выделяемые из отходов масложировой промышленности, а именно кубовые остатки от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира.
Известна смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) для обработки металлов, содержащая гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел или технического жира, триэтаноламин (15-20 мас.% от гудрона), минеральное масло в соотношении 1:1-1:2,5 от массы омыленного триэтаноламином гудрона, гидроксид натрия, взятый в количестве 0,5-1,0 мас.% от вышеуказанной смеси, и воду для получения 5% эмульсии СОЖ (SU 1634699 А).
Недостатками этой СОЖ являются сложный способ ее приготовления и недостаточные антифрикационные свойства.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием и способ ее получения, (RU 2177983 С1, опубл. 10.01.2002 г., кл. С10М 173/00, С10N 40:22), принятые за ближайшие аналоги (прототипы).
Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов резанием по прототипу содержит жировые гудроны, щелочной агент, смазку и воду, при этом в качестве жировых гудронов она содержит гудроны, выделенные из соапстоков растительных масел и/или технического жира, в качестве щелочного агента - гидроксид натрия, в качестве смазки - олеат натрия и дополнительно триполифосфат натрия, моноглицерид жирных кислот и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
жировые гудроны
100
гидроксид натрия
2,0-3,8
олеат натрия
4,0-6,5
моноглицерид жирных кислот
1,5-2,6
триполифосфат натрия
3,7-4,5
жидкое стекло (по сухому остатку)
0,6-4,4
вода
2250-2400.
Смазочно-охлаждающую жидкость для обработки металлов резанием по прототипу готовят следующим образом: жировой гудрон, который представляет собой кубовый остаток дистилляции жирных кислот соапстоков растительных масел и технического жира, помещают в обогреваемый смеситель и подогревают до температуры размягчения 55-75ºС. После этого в гудрон при непрерывном перемешивании небольшими порциями добавляют 10% водный раствор гидроксида натрия. Процесс ведут в течение 30-40 мин, в результате чего получают гудрон, омыленный на 40-60% (в зависимости от исходного кислотного числа). В омыленный гудрон при непрерывном перемешивании добавляют олеат натрия и моноглицерид жирных кислот при указанной выше температуре и перемешивают в течение 10-15 мин. Далее к смеси добавляют триполифосфат натрия в виде 10-20% водного раствора. В последнюю очередь вводят жидкое стекло в виде стандартного 40-60% раствора. После этого смесь перемешивают в течение 5-10 мин. Полученный концентрат разбавляют водой до содержания в нем воды 50 мас.%.
Преимуществами и общими признаками с предлагаемым изобретением являются:
- использование основного вещества в виде жировых гудронов из отходов масложировой промышленности увеличивает моющую, смазывающую, эмульгирующую и экранирующую способность,
- использование щелочного агента в виде гидроксида натрия способствует быстрому и нетоксичному омылению,
- использование смазки в виде жидкого стекла способствует снижению поверхностного натяжения СОЖ, увеличивая ее моющую и проникающую способность, образует на поверхности трения силаксановые пленки, снижающие коэффициент трения.
Однако при этом описанная в качестве прототипа смазочно-охлаждающая жидкость и способ ее получения характеризуются такими недостатками, как:
- использование жировых гудронов, предварительно выделенных из соапстоков растительных масел и/или технического жира, усложняет процесс изготовления, способствует повышению себестоимости;
- использование олеата натрия усложняет процесс изготовления, способствует повышению себестоимости.
В задачу предлагаемого изобретения положено создание недорогого концентрата смазочно-охлаждающей жидкости, эффективного для любой механической обработки металлов.
Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении производства, снижении себестоимости, ценообразования, повышении экологических свойств.
Поставленная задача достигается тем, что в концентрате смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, содержащем жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, щелочной агент в виде гидроксида натрия, смазку в виде жидкого стекла и воду, основным веществом являются неомыленные отходы масложировой промышленности, дополнительно концентрат смазочно-охлаждающей жидкости содержит антипенную жидкость в виде полиметилсилоксановой жидкости, общее количество улучшающих добавок составляет не более 3% от количества основного вещества, при этом соотношение компонентов выполнено следующим, в %: жировые гудроны - 30, гидроксид натрия (NaOH) - 2,5-3,5, жидкое стекло - 0,5-1,0 (по сухому остатку), полиметилсилоксановая жидкость - 0,05-0,1, вода- 64,4-66,95; щелочной агент используют в виде 30-40% раствора каустической соды; щелочной агент используют в виде сухого едкого натра; в качестве смазки используют метасиликат натрия; в качестве отходов масложировой промышленности используют соапстоки растительных масел; в качестве отходов масложировой промышленности используют масленичный фуз; в качестве отходов масложировой промышленности используют первичные жировые гудроны; в качестве отходов масложировой промышленности используют смесь различных отходов.
Поставленная задача достигается также тем, что в способе получения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов, включающем нагрев основного вещества, содержащего жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, омыление гудрона щелочным агентом - гидроксидом натрия, добавление к омыленному гудрону при перемешивании улучшающей добавки - смазки в виде жидкого стекла, разбавление полученного концентрата водой, отличающимся тем, что в качестве основного вещества используют неомыленные отходы масложировой промышленности, нагрев основного вещества осуществляют до температуры 25-52°С, после чего осуществляют загрузку подогретого основного вещества в реактор, в котором температуру загруженной массы доводят до 102-107°С, и производят реакцию омыления при температуре 102-107°С в течение 60-90 мин, затем осуществляют перекачку реакционной массы в ректор-нормализатор, разбавление реакционной массы горячей водой до требуемой концентрации, охлаждение полученной эмульсии до 80°С, добавление улучшающей добавки, дополнительно осуществляют ввод антипенной жидкости в виде полиметилсилоксановой жидкости, при этом количество улучшающих добавок используют не превышающим 3% от количества основного вещества, а соотношение компонентов используют следующим, в %: жировые гудроны - 30, гидроксид натрия (NaOH) - 2,5-3,5, жидкое стекло - 0,5-1,0 (по сухому остатку), полиметилсилоксановая жидкость - 0,05-0,1, вода - 64,4-66,95; щелочной агент используют в виде 30-40% раствора каустической соды; щелочной агент используют в виде сухого едкого натра; в качестве смазки используют метасиликат натрия; в качестве отходов масложировой промышленности используют соапстоки растительных масел; в качестве отходов масложировой промышленности используют масленичный фуз; в качестве отходов масложировой промышленности используют первичные жировые гудроны; в качестве отходов масложировой промышленности используют смесь различных отходов.
В таблице 1 приведены основные характеристики предложенного концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов.
В таблице 2 приведена область применения предложенного концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов в зависимости от его концентрации.
В таблицах 3 и 4 приведены примеры конкретного выполнения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов.
Изготовление концентрата смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов предложенным способом осуществляют следующим образом.
Основное вещество в виде неомыленных отходов масложировой промышленности, таких как, например, соапстоков растительных масел либо жировых гудронов, либо масленичного фуза, либо их смеси, в транспортной таре подогревают до 25-52°С и с помощью насоса загружают в реактор, в котором температуру загруженной массы доводят до 102-107°С. Обогрев реактора осуществляют через паровую рубашку паром не менее 2 атм. Затем при перемешивании вводят щелочной агент - гидроксид натрия (NaOH) в виде, например, 30-40% раствора каустической соды либо в виде, например, сухого едкого натра. Реакцию производят при температуре 102-107°С в течение 60-90 минут. Затем реакционную массу перекачивают в реактор-нормализатор, где полученную массу разбавляют горячей водой до требуемой концентрации. Полученную эмульсию СОЖ охлаждают до 80°С и при перемешивании вводят улучшающие добавки: смазку в виде, например, жидкого стекла либо в виде, например, метасиликат натрия; пеностабилизирующую жидкость в виде, например, полиметилсилоксановой жидкости. При этом количество улучшающих добавок используют не превышающим 3% от количества основного вещества, а соотношение компонентов используют следующим, в %:
- жировые гудроны
30
- гидроксид натрия (NaOH)
2,5-3,5
- жидкое стекло
0,5-1,0 (по сухому остатку)
- полиметилсилоксановая жидкость
0,05-0,1
- вода
64,4-66,95.
Подогрев основного вещества до температуры ниже 25°С снижает его текучесть, что препятствует дальнейшей его перекачке в реактор.
Подогрев основного вещества до температуры выше 52°С экономически нецелесообразно.
При содержании гидроксида натрия менее 2,5% эмульсия СОЖ нестабильна.
При содержании гидроксида натрия более 3,5% повышается коррозионная агрессивность эмульсии СОЖ по отношению к обрабатываемому металлу.
Снижение содержания жидкого стекла менее 0,5% (по сухому остатку) приводит к увеличению коэффициента трения.
Повышение содержания жидкого стекла более 1,0% (по сухому остатку) снижает устойчивость эмульсии к расслаиванию.
Снижение содержания полиметилсилоксановой жидкости менее 0,05% не оказывает эффективного действия.
Повышение содержания полиметилсилоксановой жидкости более 0,1% экономически нецелесообразно.
Проведение реакции омыления при температуре ниже 102°С и времени меньше 60 минут способствует неполному омылению свободных жирных кислот, изменению соотношения омыленных и неомыляемых кислот, неомыляемых триглециридов, что приводит к снижению качества эмульсии.
Проведение реакции омыления при температуре выше 107°С и времени больше 90 минут способствует увеличению себестоимости эмульсии за счет необоснованных энергетических затрат.
Срок хранения предложенного концентрата - 12 месяцев с даты изготовления.
Предложенный концентрат СОЖ (30% и более) хранят в закрытой таре при температуре от +30°С до -30°С.
Использование любых неомыленных отходов масложировой промышленности способствует упрощению изготовления, снижению себестоимости, повышению экологических свойств концентрата СОЖ для механической обработки металлов.
Повышению экологических свойств предлагаемого продукта способствует также его 100% биологическая разлагаемость и нетоксичность.
Использование антипенной жидкости в виде полиметидсилоксановой жидкости способствует снижению ценообразования и себестоимости.
Использование улучшающих добавок в количестве не превышающим 3% от количества основного вещества способствует достижению синергетического эффекта.
Таблица 1
Основные характеристики концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов
№ п/п
Наименование показателей
Норма
1.
Цвет при температуре 18-25°С
От светло-желтого до темно-коричневою цвета
2.
Консистенция при температуре 18-25°С
От маслянистой жидкости до твердой
3.
Запах
Специфический нераздражающий
4.
Стабильность при хранении
Выдерживает
5.
Массовая доля жирных и неомыляемых кислот, % не менее
10,5%
6.
Массовая доля свободной едкой щелочи, % не более
0,3
7.
Кислотное число, мг КОН/Г, не более
158
8.
рH мыльного раствора с массовой долей 1%
8,0-10,0
9.
Коррозионная активность по отношению к черным металлам (метод «отпечатка»)
Отсутствует (для 1-5% раствора)
10.
Склонность к ценообразованию 2% раствора, куб.см
420
Таблица 2
Область применения концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов
№ п/п
% содержание эмульсии
Виды обработки
Обрабатываемые материалы
1
1,5-3%
Лезвийная (токарная, фрезерная) обработка, сверление, строгание
Чугун, углеродистые и инструментальные стали
2
3-5% и 5-7%
Лезвийная (токарная, фрезерная) обработка, сверление на станках и автоматах, отдельные операции при нарезании резьбы (метчиками, плашками, фрезами), зубодолбежные операции и протягивание
Чугун, углеродистые легированные, конструкционные, нержавеющие стали, цветные металлы и сплавы
3
7-10%
Все виды лезвийной обработки на станках и автоматах, в том числе на расточных и карусельных, чистовые зубодолбежные, шлифовальные операции (шлифование, хонингование)
Труднообрабатываемые, жаропрочные стали, цветные металлы и титановые сплавы
Таблица 3
Состав концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов
№ п/п
Компонент
Пример 1, кг
Пример 2, кг
Пример 3, кг
1
Соапсток растительного масла
1650
770
1000
2
Скруберное масло
90
-
50
3
Первичные гудроны
-
880
600
4
Каустическая сода
90
90
90
5
Жидкое стекло или метасиликат натрия
30
15
5
6
Полиметилсилаксановая жидкость
0,5
0,25
0,1
7
Вода
139,5
244,75
254,9
8
Общая масса
2000
2000
2000
№ п/п
Компоненты
% содержание СОЖ из гудронного мыла
3% основного вещества
5% основного вещества
10% основного вещества
1.
Соапсток подсолнечного масла или первичные гудроны
3
5
10
2.
Гидроксид натрия
0,1
0,15
0,3
3.
Жидкое стекло или метасиликат натрия
0,015
0,025
0,05
4.
Полиметилсилаксановая жидкость
0,015
0,0425
0,085
5.
Вода
96,87
94,78
89,56