СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСОЛА ДЛЯ ПРОКАТКИ СТАЛЬНОЙ ЛЕНТЫ
METHOD OF RECEIVING OF EMULSOL FOR ROLLING OF STEEL STRIP

Изобретение относится к области смазок для обработки металлов давлением, в частности для прокатки стальной ленты.
В качестве водорастворимой основы используют глицерин с рядом загустителей, в том числе стеариновую кислоту и коллоидный графит. [Патент РФ № 2103329, С10М 129/04, 1998 г.]
Однако использовать этот состав в качестве эмульсола затруднительно, так как для образования устойчивых эмульсий требуется дополнительное эмульгирование, а коллоидный графит затрудняет удаление смазочно-охлаждающей среды с поверхности металла перед термообработкой.
Известен способ получения мыльно-глицеринового концентрата путем обработки подсолнечного масла раствором щелочи (NaOH) в метиловом спирте [патент РФ № 2184139, С11D 13/00, 2000 г.], а также применение этого мыльно-глицеринового концентрата (МГК) для приготовления водосмешиваемой смазочно-охлаждающей жидкости для прокатки цветной ленты. [Патент РФ № 2281318, С10М 173/00, 2006 г.].
Этот эмульсол обеспечивает высокую стабильность водных эмульсий и антикоррозионные свойства. В качестве загустителя содержит натриевые мыла смеси ненасыщенных жирных кислот, что обеспечивает полную водорастворимость и легкость удаления остатков смазки после прокатки цветной ленты.
Однако высокое содержание нейтрального с точки зрения смазочных свойств глицерина (до 60%) снижает экранирующие свойства разбавленных эмульсий при прокатке стальной ленты.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению с точки зрения технологии получения эмульсола является способ получения формовочно-охлаждающей среды (ФОС), включающий обработку глицерина загущающим реагентом, в качестве которого вводят борную кислоту в количестве 20-50% от массы обрабатываемого глицерина, а обработку проводят при температуре 120-140°С в течение 40-80 минут [патент РФ № 2199575, С10М 105/14, С10М 0125/26, 2003 г.]. Этот способ принят нами за прототип.
Продукт, получаемый по этому способу, обладает хорошими охлаждающими свойствами, но его смазочные свойства, как правило, не обеспечивают эффективность в процессах деформации металлов.
Недостатком способа является также высокий расход загущающего реагента (борной кислоты) и длительность процесса этерификации.
Недостатком также является использование в качестве основного сырья дорогого и дефицитного товарного продукта - глицерина.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы для получения эмульсолов за счет использования глицеринсодержащего продукта, являющегося отходом производства полиамидных смол и других производств, включающих переэтерификацию растительных масел одноатомными спиртами в присутствии щелочных катализаторов; повышение смазочных свойств получаемого продукта; сокращение расхода загустителя (борной кислоты) и сокращение времени проведения технологического процесса.
Поставленная задача достигается тем, что обработке борной кислотой подвергают безводный мыльно-глицериновый концентрат, получаемый при обработке подсолнечного масла раствором щелочи в метиловом спирте. При этом борную кислоту вводят в количестве 2-10% от массы содержащегося в мыльно-глицериновом концентрате глицерина, а обработку мыльно-глицеринового концентрата борной кислотой проводят при температуре 120-140°С в течение 30-60 минут.
Мыльно-глицериновый концентрат (МГК) получают следующим образом.
Подсолнечное масло обрабатывают 2-4% раствором NaOH в метиловом спирте при температуре 65-75°С в течение 3-6 часов при соотношении «метанол:масло»=1:3-1:4.
В результате переэтерификации подсолнечного масла метанолом получают смесь метиловых эфиров жирных кислот, солей жирных кислот (мыл), глицерина и избыточного метанола. Полученную смесь отстаивают, всплывшие метиловые эфиры отделяют декантацией, а метанол отгоняют под вакуумом при остаточном давлении 0,075-0,095 МПа и температуре 70-90°С.
В результате в реакторе получают безводную смесь солей жирных кислот и глицерина - мыльно-глицериновый концентрат.
Приводим основные характеристики мыльно-глицеринового концентрата:
1. Цвет и внешний вид при температуре 20±2°С
Мазеобразная или твердая масса от желтого до коричневого цвета
2. Внешний вид при температуре 50±2°С
Однородная вязко-текучая масса
3. Массовая доля мыла, %
40-60
4. Массовая доля глицерина, %
60-40
5. Содержание метилового спирта (качественная реакция)
Отсутствие
Приводим примеры осуществления предлагаемого способа и способа принятого за прототип.
Пример 1 (прототип)
500 г глицерина загружают в реактор, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой. Содержимое реактора нагревают до температуры 60°С, после чего при перемешивании начинают подавать в реактор борную кислоту. После загрузки 100 г борной кислоты (20% от массы обрабатываемого глицерина) реакционную смесь нагревают до температуры 140°С, выдерживают при этой температуре в течение 80 минут, полученный продукт охлаждают и получают безводный эмульсол (ФОС), растворяющийся в воде в любых соотношениях.
Пример 2 (предлагаемый способ)
500 г мыльно-глицеринового концентрата (МГК) следующего состава, % мас.:
глицерин
- 60
мыла
- 40
загружают в реактор, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой.
Содержимое реактора нагревают до температуры 60°С, после чего при перемешивании начинают подавать в реактор борную кислоту.
После загрузки 45 г борной кислоты (15% от массы глицерина, содержащегося в обрабатываемом мыльно-глицериновом концентрате) реакционную смесь нагревают до температуры 140°С, выдерживают при этой температуре в течение 60 минут. Полученный продукт охлаждают и получают безводный эмульсол (МГК-БК), смешивающийся с водой в любых соотношениях.
Технологические параметры процесса получения эмульсола (МГК-БК) по предлагаемому способу в примерах 2-4, а также способом, принятым за прототип (пример 1), приведены в таблице 1.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а сравнительный анализ способа, принятого за прототип, и заявляемого способа (таблица 1) позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.
Составы мыльно-глицеринового концентрата (МГК), обрабатываемого борной кислотой, определяются технологией его получения и поэтому не имеют запредельных значений.
Результаты испытаний эмульсола (МГК-БК), полученного по предлагаемому способу, в сравнении с эмульсолом (ФОС), полученным способом, принятым за прототип, и известным эмульсолом (МГК) приведены в таблице 2.
Антифрикционные свойства эмульсолов определялись при прокатке полос из стали Ст.20 на ДУО-стане. Толщина полосы 1 мм, концентрация водных эмульсий 5%.
Об эффективности смазки судят по величине коэффициента вытяжки - большая вытяжка соответствует большей эффективности эмульсола.
Стабильность и коррозионная агрессивность водных эмульсий определяли согласно ГОСТ 6243-75 «Эмульсолы и пасты». (Методы испытаний.)
Как видно из таблицы 2, использование эмульсола (МГК-БК), полученного по предлагаемому способу, позволяет увеличить коэффициент вытяжки при прокатке стальной ленты до 1,23-1,32 (примеры 2-4) по сравнению с прототипом (ФОС) - 1,16 (пример 1) и известным эмульсолом (МГК) - 1,21 (пример 5).
При этом расход загущающего реагента - борной кислоты - на получение 1 т эмульсола по сравнению с прототипом снижается с 166,69 кг (пример 1) до 19,6-82,6 кг (примеры 2-4).
Снижение количества борной кислоты в реакционной смеси ниже 5% от массы глицерина, содержащегося в мыльно-глицериновом концентрате, приводит к снижению антифрикционных свойств разбавленных эмульсий до уровня известного эмульсола (МГК).
Увеличение количества борной кислоты в реакционной смеси выше 15% от массы глицерина, содержащегося в мыльно-глицериновом концентрате, не приводит к дальнейшему повышению антифрикционных свойств разбавленных эмульсий и является нецелесообразным.
Таким образом, предлагаемый способ получения эмульсола для прокатки стальной ленты позволяет:
- улучшить антифрикционные свойства разбавленных эмульсий в сравнении с прототипом и известным способом;
- снизить расход загущающего реагента - борной кислоты;
- расширить сырьевую базу для получения прокатных эмульсолов за счет использования отхода производства полиамидных смол.