смазка для обработки металлов давлением и способ ее получения

Формула изобретения

1. Смазка для обработки металлов давлением, содержащая мыло щелочного металла и известь, отличающаяся тем, что она содержит известь в виде аспирационной пыли, мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% и дополнительно содержит аспирационную пыль известняка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аспирационная пыль извести	14-18
Аспирационная пыль известняка	2-10
Мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%	Остальное

2. Способ получения смазки по п.1, включающий смешение мыла щелочного металла с известью и термообработку, отличающийся тем, что известь в виде аспирационной пыли смешивают с аспирационной пылью известняка и мылом щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% с одновременной термообработкой смеси при температуре 170-180°С в течение 1,5-2,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к составам и способам получения сухой технологической смазки, используемой для холодного волочения проволоки, и может найти применение на предприятиях металлургической промышленности.

Известна смазка для обработки металлов давлением, состоящая из мыла и огнеупорной глины, причем указанные компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%: мыло 60-80, глина 20-40; при этом использована обогащенная прокаленная глина, размельченная до фракции не более 0,1 мм. (авт. свид. СССР №603657, М.кл. 2 С 10 М 7/02, 1978).

Использование в составе данной смазки теплоизолирующего материала - обогащенной прокаленной глины с недостаточной теплостойкостью и низкой теплопроводностью, низким сродством с мылом - приводит к разложению и расслоению смазки на поверхности металла.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является смазка для обработки металлов давлением, которая содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: гидроксид кальция 20-60, порошкообразная окись железа 2-15, порошок алюмогеля 2-10 и мыльный порошок - до 100 (авт. свид. СССР №1122690, М.кл. 5 С 10 М 7/02, 7/10, 1982).

Недостатками известной смазки являются ее низкие антифрикционные и защитные свойства, например коррозионность смазки, обусловленная наличием в ее составе окиси железа, полученной при регенерации отработанных солянокислых растворов и содержащей примеси коррозионноактивных хлоридов железа.

Известен способ получения технологической смазки для обработки металлов давлением путем смешения порошков мыла щелочного металла с известью. Смазку получают путем смешения мыла, в частности мыла щелочного металла (например, натриевого мыла по РСТ УССР 496-72), с известью (ГОСТ 9179-70) в виде сыпучих материалов при атмосферном давлении и температуре окружающей среды (Кокрофт М.Г. Смазка и смазочные материалы. М., Металлургия, 1970, с.382).

При осуществлении данного способа получения смазка не проявляет достаточных антифрикционных свойств при тонком волочении низколегированных (типа св. 08Г2С) и низкоуглеродистых сталей.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения технологической смазки для обработки металлов давлением путем смешения порошков мыла щелочного металла с известью, полученную смесь подвергают термообработке при 70-90°С и давлении 0,1-0,5 ати в течение 0,5-1,0 ч с последующим нагреванием до 140-160°С в течение 1,5-2,0 ч (SU №924092, М.кл. 3 С 10 М 7/02, 7/10, 1982 г.).

Необходимость осуществления первой стадии термообработки при давлении 0,1-0,5 ати для предотвращения вспенивания смеси при гашении окиси кальция водой и взаимодействии гидроокиси кальция с мылом усложняет и удорожает технологию. Повышенная щелочность полученной смазки, обусловленная дополнительным выделением гидроксида натрия при образовании кальциевого мыла, приводит к щелочной коррозии металла после волочения.

Задачей изобретения является повышение антифрикционных, защитных (противокоррозионных) свойств смазки и создание экономичной технологии ее получения с низкой себестоимостью, утилизация отходов аспирационных систем.

Поставленная задача достигается тем, что известная смазка для обработки металлов давлением, содержащая мыло щелочного металла и известь, согласно изобретению содержит известь в виде аспирационной пыли, мыло щелочного металла с влажностью 10-20% и дополнительно содержит аспирационную пыль известняка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

аспирационная пыль извести	14-18
аспирационная пыль известняка	2-10
мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%	остальное

Поставленная задача достигается также тем, что в известном способе получения смазки, включающем смешение мыла щелочного металла с известью и термообработку полученной смеси, согласно изобретению известь в виде аспирационной пыли смешивают с аспирационной пылью известняка и мылом щелочного металла с влажностью 10-20% с одновременной термообработкой смеси при температуре 170-180°С в течение 1,5-2,5 ч.

Заявляемую смазку для обработки металлов давлением с предлагаемыми компонентами, взятыми в заданном соотношении и состоянии, можно получить именно заявляемым способом и решить поставленную задачу, что позволяет сделать вывод о едином изобретательском замысле заявляемых изобретений.

Технический результат, полученный при использовании предлагаемого состава смазки и заключающийся в получении высоких защитных (противокоррозионных) и антифрикционных свойств, достигается за счет ввода дополнительного компонента - аспирационной пыли известняка, использования аспирационной пыли извести и мыла щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%.

Технический результат, полученный при использовании заявляемого способа получения смазки для обработки металлов давлением и заключающийся в утилизации отходов аспирационных систем производства обжига известняка, обеспечении низкой себестоимости смазки, достигается одновременным осуществлением смешения компонентов и термообработки смеси при температуре 170-180°С в течение 1,5-2,5 ч.

Химический состав аспирационной пыли извести, мас.%: СаО 90-92; MgO 2-5; примеси (Fe₂O₃+SiO₂ +Al₂O₃) 5-6. Химический состав аспирационной пыли известняка, мас.%: СаСО₃ 97-98; MgCO₃ 0,4-0,6; примеси (Fe₂О₃+SiO₂ +Al₂О₃) 1,5-2. Аспирационная пыль извести и известняка является отходом производства обжига известняка; пыль-унос содержит в 2-5 раз меньше примесей, чем известь по ГОСТ 9179-77, имеет дисперсность - 33% частиц размером 0,05 мм, не требует дополнительной подготовки этих компонентов перед смешиванием и способствует получению частиц смазки оптимального размера (1,11±0,89 мм).

В смеси, содержащей мыло, известь и известняк, при термообработке идут процессы замещения в мыле ионов натрия на ионы кальция и магния.

Состав полученной технологической смазки после термообработки - смесь мыл щелочного и щелочноземельных металлов, гидроксидов и карбонатов кальция и магния.

Термообработка смеси мыл и тугоплавких компонентов (гидроксидов и карбонатов кальция и магния) позволяет получить достаточные антифрикционные свойства смазки - необходимое условие при волочении проволоки.

Использование в составе технологической смазки нейтрального карбоната кальция (ингибитора коррозии) в составе известняка с температурой разложения более 900-1000°С позволяет повысить температуру начала размягчения смазки на 10-15°С и повысить коррозионную стойкость проволоки после волочения.

Использование в составе смазочной смеси для приготовления технологической смазки мыла щелочного металла с влажностью 10-20% и аспирационной пыли извести позволяет одновременно проводить процесс гашения извести и получения кальциевого мыла в стабильном режиме (без вспенивания) при 170-180°С и атмосферном давлении.

Исследованиями доказана целесообразность заявляемого соотношения компонентов смазки для обработки металлов давлением.

При содержании в смазочной смеси аспирационной пыли извести менее 14 мас.% не обеспечивается гидродинамический режим волочения проволоки, т.к. содержание компонентов мыльной основы в готовой смазке является недостаточным.

Повышение содержания в смазочной смеси аспирационной пыли извести более 18 мас.% не обеспечивает гидродинамический режим волочения проволоки, т.к. в готовой смазке снижается содержание тугоплавких компонентов.

При содержании в смазочной смеси аспирационной пыли известняка менее 2 мас.% снижаются антифрикционные свойства смазки.

Повышение содержания в смазочной смеси аспирационной пыли известняка более 10 мас.% нецелесообразно, т.к. антифрикционные свойства смазки остаются на прежнем уровне.

При снижении влажности мыла щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% менее 10% требуется дополнительно добавлять воду для гашения остатка оксида кальция, что нежелательно.

Повышение влажности мыла щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% более 20% нецелесообразно, т.к. увеличивается время высушивания готовой смазки.

Лабораторными и промышленными испытаниями установлено, что термообработка смеси ниже 170°С и атмосферном давлении не обеспечивает активацию компонентов смеси и полноту протекания реакции извести с мылом щелочного металла.

Термообработка смеси выше 180°С и атмосферном давлении нецелесообразна, т.к. происходит осмоление мыльной основы, что снижает эффективность смазки при волочении проволоки.

Время термообработки смеси менее 1,5 ч не обеспечивает полного взаимодействия компонентов смеси и равномерного их распределения по объему массы.

Продолжительность термообработки смеси более 2,5 ч нецелесообразна, т.к. гомогенное состояние технологической смазки более не изменяется.

Пример. Данные промышленных испытаний предлагаемых технических решений (примеры 1-5) и прототипа (пример 6) представлены в таблицах 1, 2. Заявляемая смазка для обработки металлов давлением была приготовлена, а способ ее получения осуществлен на установке сталепрокатного производства ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат", представляющей собой лопастной смеситель, расположенный под углом к горизонтальной плоскости, с верхней загрузкой компонентов, куда загружали (пример 3) 183 кг (78 мас.% в пересчете на сухое) натриевого мыла по ГОСТ 30266-95 с влажностью 15 мас.%, 32 кг (16 мас.%) аспирационной пыли извести и 12 кг (6 мас.%) аспирационной пыли известняка, где смешение компонентов осуществляли одновременно с термообработкой при 175°С и атмосферном давлении в течение 2,5 ч.

При постоянном количестве загружаемой аспирационной пыли расчетное количество мыла (М) определяли по формуле М=15600/(100-W), где W - влажность мыла (%).

При выгрузке была получена технологическая смазка с оптимальными размерами частиц (1,11±0,89 мм) высокой степени сыпучести (угол естественного откоса 30°) в виде частиц чешуйчатой формы в количестве 220 кг.

Полученная технологическая смазка была испытана при волочении низкоуглеродистой и низколегированной проволоки на участках грубого и тонкого волочения (станы типа SKET) и на участке механической очистки (станы типа SKET 3/550, оборудованные установкой механической очистки катанки от окалины WCM-05).

В лаборатории условиях состав исходной смеси и полученной по предлагаемому способу смазки определяли путем растворения 1 г навески смазки в этиловом спирте при слабом нагревании, не растворившийся остаток отфильтровывали через предварительно взвешенный беззольный бумажный фильтр (a₁, г), высушивали и взвешивали вместе с фильтром (а₂, г). Остаток вместе с фильтром помещали в предварительно взвешенный платиновый тигель (а₃, г), прокаливали в муфельной печи при 520°С, охлаждали и взвешивали вместе с тиглем (а₄, г), затем тигель с остатком прокаливали при температуре 975°С и после охлаждения взвешивали (а₅, г).

Массовую долю наполнителей в технологической смазке (X) в процентах определяли по формуле: Х=(a₁-а₂)·100, в том числе массовую долю гидратной извести (X₁) в процентах определяли по формуле: X₁=411,26·(а₂-a₁ +а₃-а₄), массовую долю карбоната кальция (Х₂) в процентах определяли по формуле: X₂ =227,43(а₄-а₅), а массовую долю примесей в наполнителях смазки (Х₃) в процентах определяли по формуле: Х₃=Х-X₁-Х₂. Здесь 411,26 - коэффициент пересчета Н₂О в Са(ОН)₂ , 227,43 - коэффициент пересчета CO₂ в СаСО₃ .

Антифрикционные свойства технологической смазки оценивали по эксплуатационной стойкости волочильного инструмента. Противокоррозионные свойства технологической смазки оценивали ускоренным способом в солевой камере по коррозионной стойкости образцов проволоки с остаточной смазкой до появления первых очагов коррозии.

Сравнительные результаты испытаний приведены в таблицах, где в таблице 1 отражены компонентные составы смесей (предлагаемых и прототипа) для приготовления технологической смазки, а в таблице 2 - достигнутые показатели эффективности испытанных смазок при различных способах их получения. Данные испытаний подтверждают, что при заявляемом соотношении компонентов предлагаемой смазки и предлагаемой последовательности приемов и параметров способа получения смазки, получены: высокие эксплуатационная стойкость волочильного инструмента и коррозионная стойкость проволоки, обеспечивающая временную (межоперационную) защиту проволоки от коррозии. Из данных таблицы 2 видно, что использование предлагаемого состава смазки и способа ее получения приводит к увеличению эксплуатационной стойкости волочильного инструмента в 4 раза и коррозионной стойкости проволоки в 5 раз по сравнению с прототипом.

При использовании заявляемых состава и соотношения компонентов смазки для холодного волочения проволоки, полученной заявляемым способом, достигнуты высокие защитные (противокоррозионные) и антифрикционные свойства смазки с оптимальными размерами частиц (1,11±0,89 мм), что необходимо для соблюдения условий захвата смазки проволокой при волочении. Использование пыли-уноса аспирационных систем производства обжига известняка решает вопрос утилизации отходов и значительно снижает себестоимость получения смазки. Технологическая смазка получена экономичным (с низкой себестоимостью) способом без применения давления.

Предлагаемый состав смазки для обработки металлов давлением и способ ее получения промышленно применим к смазкам для холодного волочения проволоки на предприятиях металлургической промышленности.

Таблица 1
Компоненты смазки, мас.%	Примеры
	1	2	3	4	5	6 (прототип)
известь	-	-	-	-	-	18
аспирационная пыль извести	12	14	16	18	20	-
аспирационная пыль известняка	1	2	6	10	12	-
мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%	до 100					-
мыло щелочного металла	-					до 100

Таблица 2
Состав смазочной смеси, мас.%	Режим термообработки	Температура начала размягчения смазки, °С	Размер частиц смазки, мм	Протянуто проволоки, т	Количество израсходованных волок, шт	Эксплуатационная стойкость волочильного инструмента, т/шт	Коррозионная стойкость проволоки - время появления первого очага коррозии, сутки (солевая камера)
Примеры:
1	175°С,	210	2,05±0,54	394,4	46	8,6	15
2	2,5 ч	235	1,74±0,46	420,4	38	11,1	18
3		240	1,11±0,89	367,8	15	32,3	60
4		245	0,90±0,22	614,5	19	24,5	30
5		247	0,86±0,19	598,7	32	18,7	25
6 (прототип)	I этап - 80°С, 0,3 ати, 0,8 ч, II этап - 150°С, 1,8 ч	230	0,95±0,15	305,0	48	6,4	10