NO122493B - - Google Patents

Description

Påny-anvendbar smøremiddel-kjølemiddel-olje-i-vann-emulsjon for anvendelse

ved formning av metall.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en påny-anvendbar smøremiddel-kjølemiddel -ol je-i-vann-emuls jon for anvendelse ved formning av metall hvor arbeidsstykket og verktøyet bringes i kontakt med en strøm av emulsjonen, og hvor emulsjonen inneholder fra 0,5 til 20 vektprosent av en ren oppløselig olje, vann og et polykarboksylsyre-chelatiseringsmiddel som er et alkalimetallsalt, ammoniumsalt eller et aminsalt av en alkylenaminopoly-eddiksyre.

I den følgende beskrivelse anvendes en del betegnelser som for ordens skyld skal klargjøres betydningen av: (1) aluminium og dets legeringer, inneholdende minst 70 vektprosent aluminium, kalles aluminium} (2) magnesium og dets legeringer, inneholdende minst 70 vektprosent magnesium, kalles magnesium; (3) kobber og dets legeringer inneholdende minst 50 vektprosent kobber, kalles kobber; (4) jern og dets legeringer, inneholdende minst 75 vektprosent jern, kalles "ferrometaller"; (5) valsing, bearbeiding, trekning, skjæring, fresning, avskalling, boring eller sliping av metaller kalles i det følgende "fremgangsmåte for formning av metall" eller "metallformning", og (6) uttrykket "rennende smøremiddel-kjølemiddel-emulsjon med olje i vann" skal omfatte slike emulsjoner som sprøytes på arbeidsstykket eller verktøyet.

Ved fremgangsmåter for formning av metaller, hvor det kreves smøremiddel, er det blitt vanlig å anvende en emulsjon

med olje i vann i stedet for tidligere anvendte, ikke vannholdige hydrokarbonsmøremidler. F.eks. ved valsing av et metall, som aluminium, magnesium eller stål ved hjelp av stålvalser, er det vanlig å anvende en emulsjon med olje i vann for å spyle valsene og

arbeidsstykket. Emulsjonen tjener både som kjølemiddel og smøre-middel. Når den anvendes som kjølemiddel ved skjære-arbeider, hjelper emulsjonen til å regulere temperaturen på skjæreverktøy-et. Som kjølemiddel ved andre formninger, f.eks. ved valsing, anvendes fordelingsmønsteret av emulsjonen på arbeidsvalsene for å regulere temperaturgradienten på valsene på tvers mot arbeidsstykket, hvorved formen på valsene reguleres. Strømningshastig-heten av emulsjonen på det metall som formes, regulerer temperaturen på dette under de forskjellige formningstrinn.

Som smøremiddel tjener emulsjonen til (1) å regulere de friksjonskrefter som eksisterer mellom arbeidsstykket og arbeids-verktøyet, (2) til å lette dannelsen av ønsket verktøybelegg under formningsoperasjonen, f.eks. belegg på valsene under valsing; (3) til å hindre en altfor kraftig overføring av metall fra arbeidsstykket til verktøyet eller fra verktøyet til arbeidsstykket, f.eks. mellom valsene og arbeidsstykket under valsing.

Typiske smøremiddel-kjølemiddel-emulsjoner med olje i vann, som er anvendt for metallformning, som f.eks. valsing eller skjæring, har hovedsakelig bestått av 0,5 - 20 vektprosent av en olje i vann, idet oljen utgjøres av en blanding som kalles ren oppløselig olje eller oppløselig olje. En slik oppløselig olje selges som et konsentrat, som i alminnelighet inneholder 70- 90 vektprosent av en grunnolje, som en lett mineralolje, 1-20 vektprosent, beregnet på den oppløselige olje, av ett eller flere anioniske og/eller ikke-ioniske emulgeringsmidler for olje i vann, og resten i det vesentligste vann. For de fleste metallformningsmetoder må den oppløselige olje også inneholde 0,5 - 15 vektprosent smøringsevne-tilsetninger som f.eks. langkjedete fettsyrer og salter eller estere av disse, f.eks. alkanolamin-såper eller estere som butylstearater, som tjener som middel for ekstreme trykk. Slike emulsjoner fremstilles hensiktsmessig ved blanding av ett av de kommersielt tilgjengelige, hovedsakelig vannfrie konsentrater med vann. De kommersielle konsentrater inneholder vanligvis opp til 0,5 vektprosent bakteriedrepende midler og 0,5 - 5 vektprosent koblingsmiddel, dvs. en forbindelse som sta-biliserer konsentratet under lagring før anvendelsen.

Sammensetningen av selve den rene oppløselige olje danner ingen del av foreliggende oppfinnelse. Ved den påny-anvendbare smøremiddel-kjølemiddel-olje-i-vann-emulsjon i henhold til oppfinnelsen anvendes med praktisk talt alle alminnelig kjente og anvendte, kommersielt tilgjengelige oppløselige oljer uten modifi-kasjon av den oppløselige olje i og for seg.

En typisk oppløselig olje, som er kommersielt tilgjen-gelig, har følgende vanlige sammensetning i vektprosent: lett mineralolje 83%, smøreevne-tilsetninger 11 prosent, emulgeringsmiddel 4 prosent, koblingsmiddel 0,5 prosent, bakteriedrepende middel 0,5 prosent og rengjøringsmiddel 1 prosent.

Den grunnolje som anvendes ved fremstillingen av en opp-løselig olje, velges i alminnelighet fra en lett hydrokarbon eller lett hydrokarbonblanding med en viskositet på 40-200 Saybolt Universal Seconds (SUS) ved 38°C. imidlertid kan andre smøremate-rialer som f.eks. fete oljer, såsom palmeolje eller syntetiske materialer, f.eks. palmeolje-substituenter også anvendes som en grunnolje ved fremstilling av oppløselig olje. Slike andre smøremateri-aler kan ha viskositeter på helt opp til 850 SUS.

I foreliggende beskrivelse omfatter uttrykket "grunnolje" de lette hydrokarboner eller hydrokarbonblandinger som kalles lette mineraloljer, foruten smørematerialer inklusive vegetabilske oljer, såsom palmeolje, dyrefett, f.eks. isterolje, og palmeolje-substituenter og ekvivalenter derav, f.eks. polyglykoler og etere og estere derav, utvalgt blant slike materialer som ikke danner flekker på det metall som formes.

Hensiktsmessige emulgeringsmidler for olje i vann, som anvendes i tilstrekkelige mengder til å emulgere grunnoljen, omfatter f.eke.: (1) alkylarylsulfonater såsom de høyere alkyl- benzensulfonater, hvor høyere alkyl betyr en alkylgruppe med i det minste 8 karbonatomer, f.eks. C^2H25C6H4S03Na; (2) fettalkylsulfa-ter, såsom C<H>3(CH2)^QØSO^Na; (3) de sulfonerte fettamider såsom C17H33CON^CH3^C2H4S03Na* ^ alkalimetallsalter av sulfonerte fettsyrer eller lignende. De andre alkalimetallsalter av disse forbin-delser og trietanolaminsaltene utgjør ekvivalenter av ovennevnte natriumsalter. Alkanolaminsåpene av langkjedete fettsyrer er særlig egnet, f.eks. diisopropanolamindietanolamin- eller monoetanol-aminsalter av oleinsyre, palmitinsyre eller stearinsyre, hvorunder saltene kan anvendes alene enkeltvis eller som blandinger. ;Hensiktsmessige ikke-ioniske emulgeringsmidler for olje;i vann inkluderer ikke-ioniske etere, f.eks. derivert fra alkyl-fenoler og étylenoksyd, f.eks. C8<H>17<C>6H4OC2H4(OC2H4)x0H, hvor x har en verdi av 9 - 14 eller mere, primære alkohol-etylenoksydaddukter og sekundære alkohol-etylenoksydaddukter. ;Når en av de ovenfor beskrevne emulsjoner for olje i vann anvendes ved metallformning, arbeider den som oftest godt til å begynne med både som kjølemiddel og som smøremiddel, skjønt det ofte kan iakttas at den oppnådde metalloverflate under metallformningen forbedres etter flere dagers anvendelse av emulsjonen. Ved fortsatt resirkulering og fornyet anvendelse opptar emulsjonen vanligvis faste, finfordelte materialer av metall, metalloksy-der, oksyderte oljer, smuss og vanlige industrielle forurensninger i luften. Dessuten kommer hydrauliske oljer og lagersmøremidler iblant inn i emulsjonen gjennom utilsiktet lekasje, og kalles kollektiv vagabondolje. Som en følge av slik forurensning og og-så av den almindelige anvendelse av emulsjoner, begynner emulsjonen å ødelegges, og de fine dråper i oljefasen danner større dråper, av hvilke en del samles i tilstrekkelig grad til å danne en betydelig mengde av kontinuerlig fri oljefase. ;Separeringen av den frie olje, dvs. grunnoljen, fra emulsjonen påvirker smøreegenskapene hos smøremidlet/kjølemidlet på ;en for valsingen uheldig måte, hvilket fører til at valseverket ikke kan motta det arbeidsstykke som mates inn i valsene, hvis ik-ke valsene er innstilt for bare en ubetydelig reduksjon av arbeidsstykket. Herved oppstår en uheldig minskning av den prosentuelle reduksjon som kan oppnåes pr. operasjon. Iblant opptar ikke valseverket arbeidsstykket hvis ikke valsene er innstilt på nullreduk-sjon. Ved skjæring eller sliping kan en altfor stor smøreevne redusere effektiviteten hos skjære- eller slipeverktøyet. Over-skuddet av kontinuerlig fri oljefase kan også renne ut på arbeidsstykket ved ikke skjærende formning, f.eks. valsing, og føre til ;til besværlig flekkdannelse under den etterfølgende behandling f.eks. varmebehandling. Lignende skadelige effekter kan iakttas uansett om den kontinuerlige frie oljefase kommer av ødeleg-gelsen av emulsjonen eller ansamling av vagabondolje, som hverken er emulgert eller fjernet fra systemet under resirkuleringen. ;I foreliggende søknad ansees en emulsjon, som inneholder, høyst ca. 0,2 vektprosent kontinuerlig fri oljefase for å være fri for slik fri oljefase. ;Ansamlingen av fast, finfordelt materiale påvirker form-ningen, f.eks. valsing på en uheldig måte. Det finfordelte materiale har en tilbøyelighet til å innleires i metalloverflaten, hvilket fører til en dårlig overflate. Innleiret finfordelt materiale ødelegger overflatebehandlinger så som eloksering eller belegning. Tidligere har disse problemer nødvendiggjort avskumning av en del av de flytende forurensninger fra emulsjonen og/eller en utfelling av faste partikler såsom en oppslemming på bunnen av store avsetningsbeholdere. Den borttagning som man herved oppnådde, var imidlertid ikke tilstrekkelig. En avskumning er også uheldig, idet en del anvendbar emulsjon fjernes sammen med forurensningene, hvorfor tilsetning av tilsatsolje er nødvendig. Man har forsøkt å filtrere smøremiddel-kjølemiddelemulsjonen-, men dette har vært vanskelig å gjennomføre i lengere perioder på grunn av tilstopning av filteret. Alle årsaker til tilstopning av filteret er ikke åpenbare, men det er sandsynlig at medvirkende faktorer er tilbøyeligheten hos den kontinuerlige frie oljefase til å samle seg på filtermaterialet, og således avskjerme eller blokkere ytterligere passasje av både den vannholdige fase og oljefasen i form av finfordelte dråper gjennom filteret, og også dannelsen og ansamlingen av polyvalente metallsåper i emulsjonen. Bare filtere som slipper igjennom relativt store partikler har kunnet arbeide i lengere perioder, og disse filtere er relativt ineffek-tive. I de fleste tilfeller har man helt enkelt kastet vekk hele emulsjonen etter 3-6 uker eller mindre av kontinuerlig anvendelse. De to systemer, som anvender en stor emulsjonsbeholder, har arbeidet i noe lengere perioder. I et valseverk innebærer dette en betydelig emulsjonsmengde. ;Typiske industrielle emulsjonssystemer varierer i størrelse fra kanskje 19 000 - 38 OOO liter eller derunder for mindre skjærings- eller slipearbeider til systemer på kanskje helt opp til 380 000 - 1 900 000 liter for store valseverk, av hvilke en del krever en sirkulasjon av 3800 - 38 000 liter emulsjon pr. minutt for ett eller flere valsestolpar. ;Ovennevnte ulemper er eliminert ved foreliggende oppfinnelse som angår en påny-anvendbar smøremiddel-kjølemiddel-olje-i-vann-emuls jon for anvendelse ved formning av metall hvor arbeidsstykket og verktøyet bringes i kontakt med en strøm av emulsjonen, og hvor emulsjonen inneholder fra 0,5 til 20 vektprosent av en ren oppløselig olje, vann og et polykarboksylsyre-chelatiseringsmiddel som er et alkalimetallsalt, ammoniumsalt eller et aminsalt av en alkylenaminopoly-eddiksyre, og midlet erkarakterisert vedat emulsjonen har en hårdhet opptil 400 ppm beregnet som CaCO^, en pH av fra 5 til 11, oljefasen er i form av kuler med en middels diameter i området 1 til 25 mikron og praktisk talt ingen kuler har en diameter som er større enn 50 mikron, emulsjonen er lett filtrerbar gjennom et mekanisk filter og er i alt vesentlig fri for faste partikler som er større enn en på forhånd bestemt størrelse innen området 0,5 til 10 mikron og er i alt vesentlig uten kontinuerlig fri oljefase. ;Særlig fordelaktig har emulsjonen en pH-verdi av fra 7 til 10. ;I tilfelle av at en skumdannelse danner et problem, er det hensiktsmessig å bringe hårdhetsinnholdet til området 25 til 400 ppm, fortrinnsvis 100 til 200 ppm. Foruten den opprinnelige innstilling er et bibehold av et regulert hårdhetsinnholdnivå som ligger under 400 milliondeler, uttrykt som CaCO^, og en pH-verdi på 5 - 11 vesentlig. En slik regulering av emulsjonen hindrer i høy grad en oljeseparering fra denne, og har ytterligere følgende viktige effekter: (a) emulsjonen stabiliseres slik at den kan filtreres gjennom et mekanisk filter, som kan fjerne fast, finfordelt materiale, som har en størrelse som overstiger 10 - 20 mikron, og fortrinnsvis overstiger 1 mikron, hvorunder et slikt filter er forsynt med et forbelegg av kisel? (b) faste, finfordelte forurensninger, f.eks. smuss, metallpartikler og metalloksydpartikler fjernes lett på filteret uten at filteret tilstoppes på forhånd; (c) vagabondoljer med liten viskositet, som lekker inn i systemet, emulgeres i alt vesentlig, hvorved mengden av fri oljefase blir den minst mulige, og (d) oksyderte oljer og reaksjonsprodukter av disse fjernes under filtreringen. ;Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er den opp-dagelse at den partikkeldiameteren av sfærene av emulgert olje i det minste delvis er en funksjon av både pH-verdien og hårdhets innholdet av emulsjonen, idet naturen og konsentrasjonen av de foreliggende emulgeringsmaterialer også er regulerende faktorer. Betydningen av hårdheten har hittil ikke vært kjent. Både kalsium- og magnesiumhårdhet oppstår i almindelighet delvis fra vann som anvendes for å fremstille emulsjonen. Store mengder vann tilsettes ofte og periodisk ved mange metallformningsmetoder for å erstatte tap på grunn av avdampning, hvilket medfører betydelig kalsium- og magnesiumhårdhet. Kalsium- og i en viss utstrekning magnesiumioner kommer også inn i emulsjonen fra betonggroper eller -sumper for valseverk og lagringsbeholdere, hvori emulsjonen mottas og lagres. Spesielt hva angår magnesium og aluminium er det anvendte arbeidsstykke en betydelig kilde for magnesium og/ eller kalsium- og/eller aluminium-ioner. Disse har vist seg å væ-re hovedkildene som medfører en oppbygning av hårdhetsinnholdet i emulsjonen, særlig kalsium og magnesium, da emulsjonen resirkuleres og anvendes påny. ;Mens praktisk talt alle hårdhets-ionene kan chelateres med de chelateringsmidler som anvendes ved oppfinnelsen ved behov, har en skumdannelse av emulsjonen under pumpingen og innsprøyt-ingen en tilbøyelighet til å skape et problem i de fleste tilfeller hvor hårdhetsnivået er altfor lavt. ;De metaller som kan valses eller formes ved foreliggende oppfinnelse, inkluderer aluminium, kobber, ferrometaller, som f.eks. stål og magnesium. Disse metaller kan formes i kold tilstand eller ved temperaturer helt opp til 565°C under anvendelse av foreliggende emulsjon. ;De chelateringsmidler som anvendes, utgjøres av alkalimetall- eller ammonium- eller aminsaltene av polykarboksylsyrer, inklusive sitronsyre, vinsyre, alkylenpolyaminpolyeddiksyrer og blandinger av disse salter av slike polykarboksylsyrer. Alkylen-polyaminpolyeddiksyrene inkluderer etylendiamintetraeddiksyre og dens velkjente homologer og analoger sem f.eks. N-hydroksyetylety-len-diamintrieddiksyre , dietylentriaminpentaeddiksyre, nitriltrieddiksyre, N-2-hydrokayetyliminodieddiksyre, cykloheksandiamintetraeddiksyre og deres åpenbare ekvivalenter. De angitte amin-salter eller -såper inkluderer spesielt de salter som fremstil- ;les av noen av disse polykarboksylsyrer og noen av etanolaminene. ;Den påny-anvendte smøremiddel-kjølemiddel-olje-i-vann-emulsjon som vanligvis anvendes ved foreliggende oppfinnelse';ved formning av et metall, hvorunder arbeidsstykket bringes i kontakt med en strøm av emulsjonen, omfatter: (1) 1-20 vektprosent av en ren, oppløselig olje; (2) polykarboksylsyrechelant som er forbrukt med metallioner utvalgt fra en gruppe bestående av kalsium, magnesium, aluminium og tunge metallioner; (3) opptil 400 milliondeler ikke cheiatert hårdhet uttrykt som CaCO^, og (4) resten i det vesentligste vann. Ved behov kan emulsjonen også inneholde (1) et skumdanneIses-under-trykkende middel og/eller (2) en korrosjonsbeskyttelse og/eller (3) ytterligere et smøreevne-forbedrende middel, hvorunder disse tilsetninger ikke overstiger ialt 5 vektprosent. ;Hvis den påny-anvendte emulsjon utgjøres av en tett emulsjon, som er bestemt for reverserings-valseverk- og skjære-arbeider, er den påny anvendte emulsjon ytterligerekarakterisert vedat den dispergerte grunnolje har form av sfærer med en gjennomsnittlig sfærediameter på 1-2 mikron og med praktisk talt ingen sfærer med en diameter som overstiger 5 mikron. ;Hvis den påny anvendte emulsjon utgjøres av en løs emulsjon, som er bestemt til å anvendes i et tandemverk eller ved arbeider hvor det kreves eller tolereres en større smøreevne, har den dispergerte oljefase form av sfærer med en gjennomsnittlig sfærediameter på 2-5 mikron med praktisk talt ingen sfærer' større enn 15 mikron. ;Hvis den påny anvendte emulsjon utgjøres av en grov emulsjon, som er bestemt for koldvalsing av stål eller aluminium, har den dispergerte oljefase ofte form av sfærer med en gjennomsnittlig sfærediameter på 5-20 mikron, hvorunder praktisk talt ingen sfærer er større enn 50 mikron. ;Hver og en av de tette, løse eller grove emulsjoner er lett filtrerbare ved behandling ifølge foreliggende oppfinnelse. Et viktig karakteristisk trekk ved oppfinnelsen er muligheten til å bibeholde og regulere sfærediametrene samtidig som ødeleggelse av emulsjonen unngåes. Også de normalt metastabile emulsjoner kan bibeholdes. ;Alkalimetall- eller ammonium- eller aminsaltene av polykarboksylsyre-chelateringsmidler som anvendes ved foreliggende oppfinnelse, tilsettes til det anvendte vann for fremstillingen av emulsjonen eller også kan chelateringsmidlet tilsettes til den utspedde emulsjon på hensiktsmessig måte, dvs. som en oppløsning, oppslemming eller et tørt, finfordelt fast materiale. I samtlige tilfeller tilsettes chelateringsmiddel, vanligvis i form av en 20-40 vektprosent vannholdig alkalisk oppløsning, i tilstrekkelig ;mengde for å tilveiebringe ovennevnte hårdhetsnivå og pH-verdi. Vanligvis analyseres det anvendte vann eller den ferdige emulsjon ;i foreliggende tilfelle, for å bestemme den nødvendige mengde che-lateringsmiddeloppløsning. ;Den ferdige emulsjon anvendes derpå under metallform - ingen. Vanligvis sirkuleres en ren emulsjon fra en lagringsbeholder til et arbeidsstykke, hvor den anvendes. Den emulsjon som av-renner fra arbeidsstykket og verktøyet eller valseverket, oppsamles f.eks. i en dam, hvor en del av det foreliggende finfordelte materiale avsettes. Emulsjonen kan ytterligere få avsettes i et system med en stor emulsjonsmengde, men i almindelighet er emulsjonen mere eller mindre konstant i sirkulasjon. En kort, rolig tidsperiode i en "smussig" beholder er hensiktsmessig for oppsamling og fjernelse av vagabondoljer før det etterfølgende filtrerings-trinn. Deretter tas det prøver av emulsjonen fra tid til annen for analyse og hårdhetsnivå og pH-verdien innstilles ved tilsetning av nødvendige mengder alkalisk oppløsning av chelateringsmiddel. Emulsjonen pumpes derpå til en beholder for ren emulsjon; ved behov kan tilsetningen av chelateringsmiddeloppløsning foregå til emulsjonen i denne beholder. ;Ved behov filtreres emulsjonen etter avsetning i beholderen for smussig emulsjon før prøvetagning, innstilling av hårdheten og pH-nivået, og pumping til beholderen for ren emulsjon. Filtreringen utføres hensiktsmessig og effektivt med praktisk talt hvilket som helst mekanisk filter, f.eks. et filter som benytter et filtrerpapir eller -membran, og særlig et filter som benytter et forbelegg av et kiselmateriale som f.eks. kiselgur.Filteret må kunne fjerne finfordelt materiale, fortrinnsvis alt materiale som er grovere enn 1 mikron. En meget effektiv filterform for en rask håndtering av store emulsjonsvolum er et filter av rørtypen, som anvender en gruppe sylindriske rør, som er utformet av trådnett avMonel-metall med maskeåpninger på 0,1-0,2 mm og belagt med et filterhjelpemiddel som f.eks. "Celite 545"-kiselgur, hvorav ca. 80% av partiklene er finere enn 40 mikron. Filterhjelpemidiet danner en filterkake på hvert rør, som tilbakeholder faste partikler som er større enn 1 mikron i den korteste dimensjon. Filterrøret stik-ker inn i den emulsjon som skal filtreres, og danner en meget stor filterflate innen en kompakt sone. ;Den rene emulsjon forblir i beholderen inntil den skal anvendes når cyklusen påbegynnes igjen med pumping av smøremiddel- kjølemiddelemulsjonen for metallformningen. Normalt er oppholdet i den rene beholder kort, av størrelsesordenen 5-30 minutter, så-fremt det ikke anvendes en meget stor emulsjonsmengde. Smøremid-del-k jølemiddel -emuls joner som er håndtert og behandlet på denne måte forblir stabile og anvendbare under mange cykler som utføres i en tidsperiode fra flere måneder opp til flere år, og vanligvis i det minste i 6 måneder eller mere av stadig anvendelse. ;De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.;Eksempel 1;Dette eksempel vil best forståes i forbindelse med ved-lagte tegning, på hvilken er vist et skjematisk strømningskjerna for et emulsjonssystem på 68 000 liter. I diagrammet er vist strømningsmønsteret for smøremiddel/kjølemiddelemulsjonen fra valsene i et valseverk, gjennom kondisjoneringsanordningen og tilbake til valsene i et kommersielt aluminiumvalseverk. På tegningen betegner 1 generelt et 2,14 m bredt, reversibelt kvart-varmvalse-verk. I dette ble emner på 2 270 kg av aluminiumstøp (ikke vist) valset fra en opprinnelig dimensjon på ca. 35,5 cm til forskjellige tykkelser ned til en sluttykkelse på mindre enn ca. 6,4 mm, hvorunder metallet i sluttproduktet hadde formen av en skive eller plate. Produktene fra dette valseverk må være egnet enten som sluttprodukt eller som et emne for fortsatt valsing før anvendelsen. Under valsingen ble det tilført en strøm av smøremiddel/kjø-lemiddelemuls jonen på den i det foregående beskrevne måte til valsene gjennom et system av sprøytemunnstykker (ikke vist). Den relative fordeling av kjølemiddel over valsenes bredde ble regulert ved innstilling av strømmen gjennom de forskjellige anordnede munn-stykker. Ved regulering av kjølingsgraden på arbeidsvalsene fra deres midtpunkt til kantene reguleres den relative størrelse av avstanden mellom valsene fra midtpunktene til kantene på valsene, slik at planheten av produktene bibeholdes. Emulsjonstemperaturen lå innenfor det foretrukne område 48,9-54,4°c slik som den opprinnelig er på valsene. ;En strøm av kjølemiddel/emulsjon ble rettet også direkte på selve produktet (ikke vist) når det forlater valsene og innen det ble oppviklet eller oppskåret i stykker og lagret. En kjøling av metallproduktet i dette trinn er ofte vesentlig for å hindre overflateskader på det ferdige produkt. ;I dette tilfelle ble denne effekt tilveiebragt ved at smøremiddel-kjølemiddelemulsjonen, da den forlot valsene, kunne sprute ned over det valsede metall når dette forlot valseverket. ;Emulsjonen ble nøyaktig fjernet fra det valsede metall ved hjelp;av luftstråler (ikke vist) som blåste den av innen metallet hadde nådd videre langt fra valseverket. En nøyaktig fjernelse er av stor betydning, fordi resterende kjølemiddel på produktet kan med-føre en flekkdannelse på dets overflate. ;Kjølemidlet passerte derpå ved innvirkning av tyngdekraf-ten inn i en valseverkgrav 2, en 19 000 liters beholder under valseverket og derpå til en 15 000 liters dam 3. Disse to beholdere tjente først og fremst som oppsamlingssteder for kjølemidlet, ;men en gerdifull sekundær funksjon er skumlagring. Skum som dannes i valseverket, særlig ved sprøytekjøling, krever tid til å brytes ned og disse beholdere har en lagringskapasitet, som gir denne tid. Skumningsnedbrytningen kan understøttes ved tilsetning av egnede antiskumdannelsesmidler til innholdet i valseverkgraven. ;Dampumper 4 (sumppumper) førte deretter smøremiddel-kjølemiddelemulsjonen til en 45 420 liters lagringsbeholder 5, som er oppdelt i en ren avdeling 6 på 15 150 liter og en smussig avdeling 7 på 30 280 liter. Derfra ble den pumpet gjennom et mekanisk filter 8, som var forbelagt med "Celite 445"-kiselgur, og ble ført tilbake til den rene avdeling 6.Filteret hadde en kapasitet på ;5680 liter pr. minutt, en hastighet som er større enn det normale valseverkbehov. Da de rene og smussige avdelinger i lagringsbehol-deren står i forbindelse med hverandre, ble derfor den normale strøm, som ikke var påkrevet ved metallformningen, rettet fra den rene avdeling 6 til den smussige avdeling 7. Under midlertidige perioder, f.eks. når det mekanisk filter 8 ble bakvasket, ble strømningen reversert, dvs. den gikk fra den smussige avdeling til den rene avdeling. Derfor var det anordnet et sekundært grovere filter 9 i systemet for å fjerne tilstrekkelig store partikler som ville tilstoppe sprøytemunnstykkene i valseverket. Fra den rene avdeling 6 strømmet kjølemidlet vanligvis gjennom dette sekundære filter 9 på sin vei til valseverket. ;Derved hindres store forurensende partikler fra å føres;med kjølemidlet og tilstoppe sprøytemunnstykkene (ikke vist) i løpet av slike midlertidige perioder da det mekaniske filter ble passert. ;Det mekaniske filter besto av et filter av rørtypen, som inneholdt ca. 750 rør av vevet Monel-trådnett. Hvert rør hadde en diameter på 2,54 cm og en lengde på 91,4 cm. Tråddiameteren var 0,028 cm. Maskeåpningene hadde maksimumsdimensjoner på 0,015-0,020 cm ;mens de gjennomsnittlige åpninger var 0,010-0,015 cm.;Ved innledningen av filtreringen etter bakvasking av det mekaniske filter forsynes filterrørene med "Celite 545"-kiselgur et filterhjelpemiddel hvor ca. 80% av partiklene er finere enn 40mikron.Forbelegningen eller den på hvert filterrør dannede filter-teke tilbakeholdt faste partikler som hadde en diameter på over 1 mikron.Forbelegget ble innført i sugesiden av filterpumpen 10 ;fra en 568 liters beholder 11 i form av en suspensjon som inneholdt 45,3 kg fiHerhjelpemiddel og resten vann. Den ene halvpart av innholdet i denne beholder anvendes til å forbelegge filteret, hvorfor således 22,7 kg filterhjelpemiddel dannet den opprinnelige kake.Porøsiteten av filteret ble regulert i løpet av filterka-kens levetid ved periodisk regulerte tilsetninger av filterhjelpemiddel på velkjent måte. Disse etterfølgende tilsetninger ble fo-retatt fra en suspensjon kalt beskikningssats, og besto av ca. 22,7 kg filterhjelpemiddel og 1,037 liter vann. Normalt ble beskikningssatsen tilført i løpet av 3 sekunder pr. minutt med en hastighet som var tilstrekkelig til å gi ca. 22,7 kg filterhjelpemiddel i løpet av hver 24 timers periode. Foruten det opprinnelige 22,7 kg forbelegg kan filteret anvende ytterligere 90,8 kg beskikningssats. Under normale driftsbetingelser oppnådde man således ca. 5 dagers filterdrift mellom hver bakvasking. Hvis en uvanlig situasjon inn-traff, f.eks. en altfor stor lekasje av vagabondolje inn i systemet, eller en større forurensningsbelastning under valsing av visse legeringer, anvender man en raskere tilførsel av beskikningssatsen for å unngå et altfor høyt trykkfall over filteret. I dette tilfelle ble cyklen mellom bakvaskingene forkortet. *

Bakvaskingen kjever ca. 35 minutter. Under bakvaskingen ble kjølemiddel tømt fra filterbeholderen i en 5680 liters gjen-vinnings-lagringsbeholder 13. Hele gjenvinningsfiltercyklusen tar ca. 7 timer. Filtreringen av bakvaskings-materialet for å holde tilbake anvendt fast filterhjelpemiddel som skal kastes

vekk, tilveiebringes hensiktsmessig ved anvendelse av et filter av tøytypen eller lignende (ikke vist.

Tilsetninger til emulsjonssystemet ble utført på følgen-de steder: (1) til erstatning av vann som er gått tapt ved avdampning og ved å bli igjen på produktet ble innført direkte i den smussige avdeling 7 (opp til 26 500 liter pr. dag). Avionisert vann anvendes for å minske tilførselen av magnesium- og kalsium-ioner så meget som mulig i systemet. Leilighetsvis anvendes vanlig hårdt vann, dvs- en viss hårdhet ble med hensikt tilført for å minske skumdannelsen så meget som mulig; (2) oppløselig olje og chelateringsmiddel ble tilført ved dammen (sumpen) 3; (3) ved behov ble antiskumningsmiddel tilført ved valseverkgraven (2).

Prøver for analytisk kontroll ble fjernet etter den en-delige filtrering straks innen smøremiddel-kjølemiddelemulsjonen ble pumpet til valseverket.

Sammensetningen av smøremiddel-kjølemiddel-emulsjonen ble bibeholdt på følgende måte: Oljefasen i emulsjonen besto av 4,5-6,0 vektprosent av en lett olje med en viskositet ved 38°C på 100-200 SUS, emulgert i vann med ett eller flere anioniske og/eller ikke-ioniske emulgeringsmidler som anført i det foregående. Emulsjonen fremstilles med vann. Til den oppnådde emulsjon tilsettes en vannholdig oppløsning av et alkalisk chelateringsmiddel. Den anvendte mengde av et slikt alkalisk chelateringsmiddel var slik at hårdheten på vannfasen i emulsjonen gikk opp til 100-200 PPm uttrykt som CaCO^, og pH-verdien til 9-10 for å gi emulsjonen de ønskede egenskaper av stabilitet og smøreevne. Da hårdheten for emulsjonen nærmet seg 200 ppm, ble ytterligere chelateringsmiddel tilsatt.

Nedenstående analytiske kontrollprøver ble utført rutine-messig for å bestemme tidspunkter for tilsetninger, som var nødven-dig for å bibeholde de ønskede egenskaper hos smøremiddel-kjøle-middelemuls jonene . 1. Prosent oppløselig olje. Denne prøve gir konsentrasjonen av olje i emulsjonen. Konsentrasjonen bestemmes ved å spalte en prøve av emulsjonen med syre, sentrifugere den spaltede emulsjon og måle oljeskiktet. En innstilling av oljekonsentrasjonen til det ønskede område ble frembragt ved tilsetning av oppløselig olje eller avionisert vann. 2. Prosent fri olje. Denne bestemmes ved sentrifugering av en prøve av emulsjonen i en på forhånd bestemt tidsperiode og må-ling av oljeskiktet. Vanligvis skal bare spor være synlige. Hensiktsmessig tilsettes, når det frie oljenivå har nådd 0,2-0,4%, chelateringsmiddel, for å kompensere. Når det frie oljenivå når et nivå på 0,6 vektprosent, blir det vanskelig å innføre stoffet i valseverket på grunn av en alt for stor smøreevne. 3. Filtreringstid. Denne prøve måler tiden for 3,8 liter varm smøremiddel-kjølemiddelemulsjon til" å passere gjennom et Whatman No. 30-filterpapir med en dobbelt tykkelse og en diameter på 7 cm under sugetrykk. En antagelig tidsperiode er 5-8 minutter ved et differentialtrykk på 0,7 kg/cm . Høyere verdier kan antyde at filteret ikke arbeider på riktig måte, hvilket fører til en alt for kraftig smussansamling, eller kan indikere en lav chelate-ringssalt- og/eller høy vagabondolje-konsentrasjon.

Eksempel 2

Fremgangsmåten etter eksempel 1 ble gjentatt for et stort antall valseoperasjoner. En del av hver aluminium-plate og -rulle, og magnesium-plate og -rulle ble valset avvekslende i samme valseverk i en tid av 15 måneder. Hårdheten av smøremiddel-emulsjonen ble gradvis øket periodisk til ca. 250 ppm, beregnet som CaCO^- På ethvert tidspunkt hvor hårdheten nådde en slik konsentrasjon, ble tilsatt ca. 56,9 liter vannholdig 38%'s tetranatri-umsalt av etylendiamintetraeddiksyre til emulsjonen for å bringe hårdhetsnivået ned til ca. 150-100 ppm, uttrykt som CaCO^. I hvert tilfelle ble hårdhetsnivået redusert for å bibeholde hårdheten innen det omtrentlige område 100-200 ppm, uttrykt som CaCO^. Fra tid til annen ble tilsatt et 208 liters fat av oppløselig oljekon-sentrat, inneholdende emulgeringsmiddel til emulsjonen for å erstatte den grunnolje, som var fjernet gjennom filteret, og spesielt for å erstatte utilsiktet tap av emulsjonen. Vanntapet på grunna/fordampningen og vedhefting på produktet, som kan gå opp til .18 950 liter pr. 24 timer, ble erstattet ved tilsetning av nødvendige mengder avionisert vann.

Fra tid til annen ble innført en relativt liten mengde hydraulisk olje, som ikke oversteg ca. 758 liter, og med en viskositet ved 38°C på ca. 220 SUS i systemet på grunn av utilsiktet lekasje. Slik olje ble tatt opp under pumpingen og behandlingen av emulsjonen, den forsvant og var ikke lenger tilstede som en fri, forbundet fase.

Under hele anvendelsesperioden ble emulsjonen filtrert under anvendelse av filteret og forbelegningen ifølge eksempel 1.

I løpet av perioder av aktiv anvendelse ble emulsjonen filtrert kontinuerlig under overføringen fra den smussige avdeling 7 til den rene avdeling 6. I løpet av disse perioder ble filteret bakvasket og filteret ble belagt pånytt hver 48. time.

I løpet av hele 15-måneders-perioden forble emulsjonen stabil og ren og lett filtrerbar. Oljesfærene i emulsjonen forble i stabil form med en gjennomsnittlig sfærediameter på 1-2 mikron og ingen sfærer større enn 5 mikron, I almindelighet opptrådte ingen samlet eller kontinuerlig fase av fri olje (i en mengde som oversteg 0,2 vektprosent) unntagen under uventet lekkasje inn i systemet av uvanlig store mengder hydraulisk olje. Emulsjonens smøreegenskaper var helt tilfredsstillende i denne periode og over-flatekvaliteten av det valsede metall var god til utmerket i løpet av hele perioden.

Eksempel 3

Koldvalsing av stål utføres på et femstol-pars tandemval-severk, hvori stålplaten ble redusert i tykkelse fra. 0,25-0,38 cm til 0,038-0,125 cm. Under valsingen smøres stålplaten og valsene med 3790 liter pr. minutt av en emulsjon med olje i vann fra et resirkulasjonssystem som inneholder 56 850 liter emulsjon. 3,79 1 ren olje tilføres pr. 3630 kg valset metall. Den anvendte grunnolje ved fremstillingen av emulsjonen utgjøres av palmeolje. Palme-ol jen emulgeres med vanlige emulgeringsmidler og utgjør 3 vektprosent av emulsjonen. Ved innledningen av emulsjonsanvendelsen ble emulsjonens pH-verdi innstillet på 8,5, og hårdheten i emulsjonen ble innstillet til 100 ppm, uttrykt som CaCO^ ved tilsetning av den nødvendige mengde trinatriumsalt av nitriltrieddiksyre.

Under valsingen oppsamles den emulsjon som renner over valsene og spruter over metallplaten, i en underliggende dam, pumpes til en smussig lagringsbeholder, filtreres deretter gjennom et på forhånd belagt mekanisk filter under anvendelse av et kiselmateriale for for-belegningen, som kan fjerne finfordelt"materiale, som er større enn 1 mikron. Den filtrerte emulsjon oppsamles i en ren lagringsbeholder og anvendes påny umiddelbart i valseverket. Periodevis tas det prøver av den emulsjon som pumpes til filteret, som analyseres og nødvendig tilsetning av natriumsalt av nitriltrieddiksyre tilføres for å bibeholde pH-verdien på emulsjonen ved 8,5-9,5 og hårdhetsgraden i emulsjonen ved 100-200 ppm, uttrykt som CaCO^. Periodevis foretas tilsetning av vann og ren oppløse-lig olje for å kompensere for tapene gjennom avdampning og avled-ning. Periodiske prøver viser at størrelsen på oljesfærene i emulsjonen forblir stabile med en gjennomsnittlig størrelse på 15 mikrons diameter og praktisk talt ingen sfærer med en diameter som overstiger 40 mikron.

Etter en periode av 19 måneder forblir emulsjonen

stabil og praktisk talt fri for kontinuerlig fri oljefase, idet oljesfærestørrelsen forblir stabil ved 15 mikrons diameter. Stålplaten reduseres på en tilfredsstillende måte i tykkelse i valsene

og overflaten på det valsede metall er glatt og lysende og praktisk talt fri for overflatefeil.

Eksempel 4

I et verkted hvor presisjonssliping ble utført, tilføres en emulsjon av olje i vann, som inneholder 1 vektprosent av en opp-løselig olje til hver av 15 slipemaskiner med en hastighet^på 75,8 liter pr. minutt og smører og kjøler arbeidsstykkene og slipeski-vene. i hver slipemaskin renner den anvendte emulsjon på en oppsam-lingsplate med en midtre fordypning, som dekkes av en grov sikt (0,51 cm siktåpninger) og rør drenerer oppsamlingsplaten til en fel-les dam (sump). Emulsjon som er oppsamlet i dammen, pumpes til et filter, som benytter en mikrocelmembran, som slipper igjennom finfordelt materiale som ikke er større enn 1-2 mikron. Filtrert emulsjon oppsamles i en ren forrådsavdeling innen den resirkuleres til slipemaskinene.Emulsjonen har en gjennomsnittlig oljesfære-diameter på 1-2 mikron, og en hårdhetsgrad på 100-200 milliondeler, uttrykt som CaCO^, og en pH-verdi på 8,5-9,5. Hårdhet og pH-verdi bibeholdes ved periodisk tilsetning av dinatriumsaltet av N-2-hydroksyetyliminodieddiksyre. Emulsjonstapene kompenseres ved tilsetning av en ny oppløselig olje og vannledningsvann og en tilstrekkelig mengde dinatriumsalt av N-2-hydroksyetyliminodieddik-syre for å bibeholde det anførte hårdhetsniv.å. Etter 13 måneders drift er emulsjonssystemet rent og stabilt, har emulsjonssfære-størrelser som ikke er nevneverdig endret, og emulsjonen forblir lett filtrerbar og anvendbar påny ved slipingen.

På en måte som ligner hver og en av de foregående, er natrium-, kalium-, ammonium- og aminsaltene, og hver og en av etylendiamintetraeddiksyre, N-hydroksyetyletylendiamintrieddik-syre, N-2-hydroksyetyliminodieddiksyre, dietylentriaminpentaeddiksyre, nitriltrieddiksyre og cykloheksandiamintetraeddiksyre anvendbare for regulering og bibehold av smøremiddel-kjølemiddel-emuls joner med olje i vann, som anvendes ved metallformning som inkluderer valsing, bearbeiding, trekning, skjæring, fresing, avskalling, boring, maskinbearbeiding og sliping av magnesium, aluminium, kobber og ferrometall.

Blandt de fordeler som foreliggende oppfinnelse medfører er deniakteriekontroll som oppnås uten at det kreves tilsetning av et bakteriedrepende middel. De anvendte chelateringsmidler binder betydelige deler av metallioner i emulsjonene, som ellers ville reagere med metallflatene for å danne molekylært hydrogen. Molekylært hydrogen, som har en kraftig katalytisk effekt på veksten av anaerobiske bakterier, unngåes i høy grad. Når en fin filtrering utføres, bortfiltreres videre en innledende bakterievekst i høy grad, slik at det ikke lett dannes kolonier. En fjernelse av fine metallpartikler gjennom filtrering fjerner også fine metallpartikler som ellers ville bidra til den elektrokjemiske effekt, som tilveiebringer det ikke ønskede molekylære hydrogen.

Claims (4)

1. Påny-anvendbar smøremiddel-kjølemiddel-olje-i-vann-emulsjon for anvendelse ved formning av metall hvor arbeidsstykket og verktøyet bringes i kontakt med en strøm av emulsjonen, og hvor emulsjonen inneholder fra 0,5 til 20 vektprosent av en ren oppløselig olje, vann og et polykarboksylsyre-chelatiseringsmiddel som er et alkalimetallsalt, ammoniumsalt eller et aminsalt av en alkylenaminopoly-eddiksyre, karakterisert ved at emulsjonen har en hårdhet opptil 400 ppm beregnet som CaCO^ , en pH av fra 5 til 11, oljefasen er i form av kuler med en middels diameter i området 1 til 25 mikron og praktisk talt ingen kuler har en diameter som er større enn 50 mikron, emulsjonen er lett filtrerbar gjennom et mekanisk filter og er i alt vesentlig fri for faste partikler som er større enn en på forhånd bestemt størrelse innen området 0,5 til 10 mikron og er i alt vesentlig uten kontinuerlig fri oljefase.

2. Emulsjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at den har en pH-verdi av fra 7 til 10.

3. Emulsjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at konsentrasjonen med hensyn til hårdhet er i området 25 til 400 ppm, fortrinnsvis 100 til 200 ppm.

4. Emulsjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at den er filtrert mekanisk for å fjerne partikler som er stør-re enn en forutbestemt størrelse i området 0,5 til 10 mikron.