Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, способ ее получения, эмульсионная смазочно- охлаждающая жидкость

 

Изобретение относится к нефтепереработке и металлообработке. Смазочно-охлаждающая жидкость содержит минеральное масло и в качестве добавки продукты озонолиза нефтяных смолисто-асфальтеновых веществ (САВ). Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости заключается в озонировании 5-15% раствора САВ в минеральном масле при температуре до 80^oC и расходе озона до 4 моль/моль САВ, выдерживают при 120-130^oC в течение 1-2 ч, охлаждают и удаляют осадок. Полученную СОЖ можно использовать в качестве эмульсола в виде 3-10%-ной водно-масляной эмульсии при pH водной фазы 7,5-10. 3 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к нефтепереработке и металлообработке, а именно, к получению и применению смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

В качестве СОЖ широко используются минеральные масла с добавками веществ, обладающих высокой адгезией к поверхности металлов, и эмульсии таких масел в воде (эмульсолы) [1] Наиболее близкими к предлагаемой жидкости являются СОЖ на основе минеральных масел, содержащих добавки нефтяных кислот или сероорганических соединений, образующихся в составе этих масел при их прямом осернении (прототип) [2] Целью изобретения является повышение эффективности действия, расширение сырьевых ресурсов, упрощение технологии и снижение затрат на получение СОЖ.

Цель достигается тем, что в минеральном масле, используемом в качестве базового для получения СОЖ, растворяют требуемое количество нефтяных смолисто-асфальтовых веществ (САВ), приготовленные растворы озонируют, проводят термическое разрушение образовавшихся озонидов и отделяют выделившиеся осадки.

Основой для получения качественных СОЖ предлагаемым способом могут служить предварительно очищенные товарные минеральные масла, прямогонные нефтяные дистилляты и даже отработанные масла. Присутствующие в прямогонных нефтяных фракциях полициклоароматические углеводороды и гетероорганические компоненты, частично удаляемые в заводских процессах масляного производства, и смолистые вещества, накапливающиеся в отработанных маслах, способны аналогично нефтяным САВ реагировать с озоном и превращаться в полярные соединения, придающие конечному продукту требуемые технологические свойства. Низкая стоимость прямогонных нефтяных дистиллятов и отработанных масел по сравнению с товарными минеральными маслами позволяет существенно улучшить экономические показатели производства СОЖ.

Растворы, предназначенные для озонирования с целью получения СОЖ, могут получаться растворением в базовом масле САВ, предварительно выделенных из любого подходящего источника, а также любых доступных концентратов САВ, нативных (тяжелых высокосмолистых нефтей, природных битумов и асфальтов и т.п.) или образующихся в процессах нефтепереработки (мазутов, гудронов и др.).

В качестве концентратов САВ в экспериментах с близким успехом использовали: тяжелую, высокосмолистую (44,7 мас. САВ), высокосернистую (4,85% серы) нефть месторождения Кокайты (Узбекистан); природный битум месторождения Мортук (Западный Казахстан), содержащий 35% САВ и 1,8% серы; гудрон >540^oC, полученный на НПЗ из товарной смеси западносибирских нефтей и содержащий 65% САВ и 2,2% серы.

В качестве масляной основы СОЖ (растворителя САВ) применяли свежее или отработанное индустриальное масло И-20А.

Растворы, содержащие 5-25% САВ в минеральном масле, озонировали при температуре (60-80^oC), обеспечивающей снижение вязкости до 15-20 сст. Процесс ведут до завершения быстрых электрофильных реакций связывания озона (до появления не присоединенного O₃ на выходе из реакционной зоны). Показано, что в ходе таких реакций нефтяные смолы способны связывать до двух, а асфальтены до 5,7 моля O₃ на моль сырья ([3] с.254). В зависимости от соотношения смол и асфальтенов в составе использованных концентратов САВ и величины добавки их к исходному маслу реальный "проскок" озона обычно начинается при его удельном расходе в 3-4 моль/моль САВ (4-20 г/кг масляного раствора). По завершении процесса реакционную смесь нагревали до 120-130^o для разрушения озонидов, затем выдерживали при комнатной температуре в течение суток и отделяли выделившиеся нерастворимые в масле вещества.

Пример 1. 38 г кокайтинской нефти растворяют в 0,3 л индустриального масла И-20А, получая раствор САВ с концентрацией ≈3% Приготовленный раствор озонируют при 60^oC. Интенсивный "проскок" O₃ начинается при его общем расходе 5,0 г (3,7 моля/моль САВ). Полученную смесь переносят в колбу, нагревают до 130^oC, выдерживают при этой температуре в течение 1-2 ч, охлаждают до 20^oC и после выдержки в течение суток отделяют масляный раствор (СОЖ) от осадка декантацией. Выход и элементный состав конечного продукта указаны в табл.1.

Примеры 2-6. Нефть Кокайты растворяют в масле И-15А в разных расчетных количествах, получая ряд смесей, содержащих от 5 до 11,2% САВ. Каждую из смесей озонируют, продукты термолизуют, выдерживают в течение суток и удаляют осадки аналогично указанному в примере 1.

Примеры 7-9. Порции в 95, 143 и 172 г природного битума месторождения Мортук растворяют в 0,3 л И-15А каждую, получая смеси, содержащие 10, 15 и 18% САВ соответственно. Смеси озонируют, затем термолизуют и очищают от осадков так же, как в примере 1.

Пример 10. 167 г гудрона >540^oC из западносибирской нефти растворяют в 0,3 л масла И-15А, смесь озонируют, термолизуют и очищают от осадка так же, как в примере 1.

Расходные показатели процессов, выходы и элементные составы конечных СОЖ, найденные в примерах 2-10, также приведены в табл.1.

Эксплуатационные свойства полученных СОЖ проверены при испытаниях, проведенных на Томском заводе режущих инструментов; типичные результаты испытаний иллюстрируются примерами, приведенными в табл.2.

Примеры 11-13. Масляные растворы, полученные по примерам 1-3, используют в качестве СОЖ при ручной нарезке резьб в гнездах для изготовления фрез (63х95) до затупления метчика. Для сравнения аналогичные операции производят с использованием промышленно выпускаемой СОЖ марки МР-7. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

При работе на МР-7 одним метчиком до возникновения необходимости его замены обрабатывают в среднем 92 гнезда.

Продукт, полученный по примеру 1, уступает МР-7 по эффективности работы в качестве СОЖ; им удается обработать до смены метчика лишь 58 гнезд. Продукт, полученный по примеру 2, по эффективности близок к МР-7 (92гнезда). Продукт, полученный по примеру 3, обеспечивает более чем полуторакратное повышение стойкости инструмента при указанной операции по сравнению с МР-7 (145 гнезд).

Примеры 14-20. СОЖ, полученные по примерам 4-10, испытаны при ручной нарезке резьб в гнездах при изготовлении фрез 50х60х260 в сравнении с той же промышленной СОЖ марки МР-7 (табл. 2).

В этом случае при работе на МР-7 метчик заменяют после обработки им в среднем 80 гнезд. Все продукты, полученные предлагаемым способом в примерах 4-10, повышают стойкость режущего инструмента значительно (в 2,9-4,6 раза) сильнее, чем МР-7 и требуют замены только после обработки 230-372 гнезд. Наиболее эффективны жидкости, полученные озонированием масляных растворов, содержащих 9% САВ кокайтинской нефти (пример 15), 15% САВ природного битума (пример 18) или ≈11% САВ нефтяного гудрона (пример 20). Повышение величины добавки САВ не улучшает свойств получаемых СОЖ (примеры 16 и 19) и ведет лишь к излишнему расходу озона.

Описанные примеры показывают, что для получения СОЖ, способных повышать стойкость режущего инструмента не хуже промышленно используемых жидкостей этого назначения, в озонируемую масляную смесь следует вводить 5-15% САВ из того или иного подходящего источника.

Пример 21. СОЖ, полученную в примере 50, используют при нарезке резьб в плашках М16х2 на станке МФ115. Обрабатываемый материал сталь ХВСГ твердостью по Бринелю НВ 223. Режим резания: число оборотов шпинделя 120 мин^-1, подача инструмента 2 мм/об, скорость резания 6 м/мин. Расход СОЖ 2 л/мин. Для количественной оценки периодически определяют средний износ инструмента по задней грани и шероховатость обработанной поверхности. Наблюдают износ инструмента на 0,16 мм после обработки им 3000 деталей.

В контрольном опыте, выполненном с использованием промышленной СОЖ (осерненной введением 3% серы смеси масла И-15 и 20% растительного масла), инструмент изнашивается до такой же величины после обработки 2000 деталей.

Этот результат подтверждает более высокую эффективность предлагаемых продуктов по сравнению с СОЖ, используемых в промышленности, в условиях не только ручного, но и механического резания.

При смешении с водой небольших количеств (3-10 об.) СОЖ, полученные озонированием масляных растворов САВ, образуются эмульсии, стойкость которых высока при слабощелочной (pH 7,5-10) реакции водной фазы. Это позволяет применять предлагаемые СОЖ не только в масляной форме, но и в виде масляных компонентов эмульсионных СОЖ, что подтверждается следующими примерами.

Пример 22. В 1 л воды растворяют карбонат натрия, доводя величину pH раствора до 10, затем прибавляют 100 мл продукта, получение которого описано в примере 1, и интенсивно перемешивают. Образуется эмульсия мутно-белого цвета.

После 30 дней хранения приготовленной эмульсии при комнатной температуре внешних признаков ее расслоения (выделения и всплывания масляного слоя) не наблюдается.

Пример 23. В 1 л воды растворяют карбонат натрия, доводя величину pH раствора до 7,5, затем прибавляют 30 мл продукта, получение которого описано в примере 1, и интенсивно перемешивают. Образуется эмульсия мутно-белого цвета.

После 30 дней хранения приготовленной эмульсии при комнатной температуре внешних признаков ее расслоения (выделения и всплывания масляного слоя) не наблюдается.

Пример 24. В 1 л воды растворяют карбонат натрия, доводя величину pH раствора до 10, затем прибавляют 25 мл продукта, получение которого описано в примере 1, и интенсивно перемешивают. Образуется эмульсия мутно-белого цвета.

После 10 дней хранения приготовленной эмульсии при комнатной температуре наблюдается ее частичное расслоение (выделение и всплывание масляного слоя).

Из примеров 22-24 очевидно, что для получения эффективной эмульсинной СОЖ к слабощелочной (pH 7,5-10) водной среде надо добавлять 3-10% получаемого масляного концентрата. Увеличение добавки последнего сверх 10% экономически нецелесообразно.

Предлагаемый способ технически несложен и позволяет существенно снизить стоимость продукта за счет использования отработанных масел или прямогонных нефтяных дистиллятов вместо товарных смазочных масел в качестве основы СОЖ.

Формула изобретения

1. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая минеральное масло и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки жидкость содержит продукт озонирования нефтяных смолисто-асфальтовых веществ при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукт озонирования нефтяных смолисто-асфальтовых веществ 5 15 Минеральное масло 85 95 2. Способ получения смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов путем смешения минерального масла с добавкой, отличающийся тем, что в качестве добавки используют нефтяные смолисто-асфальтовые вещества, которые в смеси с минеральным маслом подвергают озонированию при 60 - 80^oС, затем выдерживают при 120 130^oС в течение 1 2 ч с последующим охлаждением полученной смеси и удалением образовавшегося осадка с получением жидкости следующего состава, мас.

Продукт озонирования нефтяных смолисто-асфальтовых веществ 5 15 Минеральное масло 85 95 3. Эмульсионная смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов, содержащая воду и масляный концентрат, отличающаяся тем, что в качестве масляного концентрата жидкость содержит смесь продукта озонирования нефтяных смолисто-асфальтовых веществ (5 15 мас.) и минерального масла (85 95 мас.) и содержит воду с pH 7,5 10,0 при следующем соотношении компонентов в эмульсионной жидкости, мас.

Масляный концентрат указанного состава 3 10
Вода 90 97т

РИСУНКИ

Рисунок 1