NO142478B - Emulsjon av olje i vann for koldvalsning av lettmetaller - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en emulsjon i olje i vann for koldvalsing av lettmetaller, særlig aluminium. Begrepet "aluminium" omfatter i denne forbindelse såvel rent aluminium som aluminiumlegeringer. Sammenlignet med valsesmøremidler på oljebasis muliggjør oljeemulsjoner i vann vesentlig bedre kjøling og dermed større nedvalsingsgrad og/eller forhøyet valsehastighet på grunn av den større fordampningsvarme for vann. Ved siden av disse rent driftsmessige faktorer som i høy grad tilfredsstiller rasjonaliseringsbestrebelser, må

det videre tas i betraktning at vandige valsemidler medfører sterkt nedsatte avtrekksproblemer og i mindre grad er av-hengig av jordolje. Innenfor lettmetallindustrien, og særlig aluminiumindustrien, er det derfor foretatt mange forsøk i forbindelse med anvendelse av oljeemulsjoner i vann ved koldvalsing av bånd.

Skjønt det på dette område er utgitt tallrike publikasjoner,

er prosessforløpetved en sådan valseprosess med olje/vann-emulsjoner ennå ikke tilfredsstillende forstått, og emulsjonens virkemåte således heller ikke fullstendig beskrevet.

De tidligere foreslåtte valseemulsjoner er neppe anvendbare

i praksis for industrielle formål.

Den største ulempe ved kjente olje/vann-emulsjoner består i

at det under valseprosessen ikke kan hindres dannelse av hydrogen ut fra reaksjon mellom vann og aluminium.

Det tærende hydrogen opptas i valsestålet, og dette fører til at det oppstår hydrogensprøhet i stålet. Overflatene av stålvalsene brytes da opp og oppfyller ikke lenger material-fordringene til valseprosessen, hvilket gir seg uttrykk i gjentatte skall-brudd, hvilket vil si avflagninger av de herdede valseoverflater over omradet fra 1 mm 2 opptil noen 100 cm<2>.

Disse skall-brudd på arbeids- og støttevalser som opptrer

etter kort driftstid, hvilket vil si etter noen timer eller noen dager, stiller fagmannen overfor åpenbart uoverskuelige problemer, men de kan bare sekundært tilskrives en i alle "tilfeller utilstrekkelig smøring.

På denne bakgrunn er det et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en oljeemulsjon i vann for koldvalsing av lettmetaller og som oppviser forbedrede teknologiske og driftsmessige egenskaper samt er fri for de ovenfor omtalte ulemper.

Dette oppnådd i henhold til oppfinnelsen ved at 1000 vektdeler av emulsjonen omfatter en oljefase som består av: 10 - 50 vektdeler alkyllaurat som reaksjonssjiktdanner; 5-70 vektdeler blanding av polyisobutylener med midlere molekylvekt på henholdsvis 460 og 320, bestemt ved osometrisk måling, som hydrodynamisk sjiktdanner; 5-20 vektdeler polyetoksylerte estere fra en materialgruppe som utgjøres av sorbitanoleater, sorbitolheksaoleater og/eller sorbitanestere av en blanding av fett- og harpikssyrer, som emu1gator; 5-25 vektdeler umettede, langkjedede alifatiske hydrokarbon-monokarboksylsyrer som inhibitor mot hydrogensprøhet og rustdannelse på grunn av emulsjonens vannfase, og 1 - 25 vektdeler heksametylentetramin som stabilisator, fungisid og bakterisid,

samt resten deionisert vann.

For fremstilling av denne koldvalseemulsjon bringes de organiske komponenter i vilkårlig rekkefølge og under enkel omrøring sammen ved romstemperatur. Denne organiske fase sammenarbeides med vann i en emulgeringsmaskin til en hensikts-messig emulsjon. Denne emulsjon er meget lagringsbestandig og kan oppbevares i beholdere av alle vanlige konstruksjons-materialer. Takket være innholdet av heksametylentetramin som virker som fungisid og bakterisid, opptrer hverken gjær-eller bakterievekst med alle sine kjente ulemper. Før anvendelse oppvarmes emulsjonen fortrinnsvis til drifts-temperatur. Denne emulsjon inneholder ingen jordolje-

holdige komponenter. Innenfor de angitte grenser kan den kjemiske sammensetning av de enkelte komponenter varieres uten at dette fører til en kvalitetsnedsettelse av emulsjonen.

Helt overraskende oppnås ved oppfinnelsens emulsjonssammen-setning ikke bare en vesentlig nedsettelse av vannstoff-sprøheten, men faktisk en fullstendig eliminering av denne ulempe. Dette fører i vesentlig grad til en meget vellykket industriell anvendelse av emulsjonen, idet det ikke oppstår noen tribokjemisk betinget hydrogenutvikiing som medfører sprøhet i arbeidsvalsene, og produksjonsavbrudd og andre ulemper av denne grunn behøver således ikke lenger å fryktes. Oljesyre, linolsyre og linolensyre har i denne forbindelse vist seg som fullkomment virksomme inhibitorer, som fortrinnsvis bør inngå i emulsjonen i mengdeandeler på 8 - 20 vektdeler pr. 1000 vektdeler emulsjon. Følgende inhibitorer har vist seg uvirksomme: dicykloheksylamin,isopropylaminoetanol, morfolin, imidanol, propargylalkohol, heksametylenimin, natriumnitrit osv. En rekke kjente inhibitorer lar seg ikke innarbeide i emulsjonen, slik som f.eks. dicykloheksyl-aminitritt, 3,5-dinitrobenzosyre, nikotinsyre, heksin-(l)-ol(3), pelargonsyre osv.

De fortrinnsvis anvendte syrer, nemlig oljesyre, linolsyre og linolensyre, frembringer ved siden av å hindre hydrogenutvikling også en utmerket rusthindring på valseutrustningens jerndeler, og har i tillegg vist seg å opptre som ekstra reaksjonssjiktdanner ved valsebearbeiding av aluminiumbånd.

I et forsøksvalseverk ble det under anvendelse av oppfinnelsens emulsjon valset 330 000 m 2 folie med ett og samme valsepar, uten at dette medførte skade på valsene på noen som helst måte. Også under driftsforsøk hvor f.eks. 1.000.000 m 2 folie ble nedvalset, har valseforholdene hele tiden vært normale.

Ved alle sådanne forsøk er det også sammenlignet med kjente emulsjoner oppnådd påfallende høy nedvalsingsgrad, nemlig helt opptil 90 %. Denne usedvanlige høye reduksjonsevne medfører imidlertid ikke noen vesentlig høyere drivytelse enn ved lavere nedvalsningsgrader. Den usedvanlige høye nedvalsningsgrad virker ennå mer imponerende ved sammenligning med f.eks. US patentskrift nr. 3.192.758, hvor det for en ikke spesifisert oljeemulsjon i vann angis en nedvalsningsgrad på 24 - 58 %. De nevnte pblyisobutylener virker som hydrodynamisk smørefilmdanner, og i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen anvendes 9-65 vektdeler med midlere molvekt på 460 (INDOPOL H 100) og 5-40 vektdeler med midlere molvekt på 320 (INDOPOL L 10).

Hvis ikke de angitte konsentrasjonsgrenser for de to hydro-dynamiske filmdannere, nemlig polyisobutylen - typene INDOPOL H 100 og L 10 overholdes^ kan det fastslås vesentlig nedsatt nedvalsningsgrad ved utvalsing av bånd. Ved for lavt polyisobutyleninnhold opptrer det under valsebearbeiding med foreliggende koldvalseemulsjon uønsket hydrogenutvikling.

Ved for høyt polyisobutyleninnhold blir koldvalseemulsjonen ustabil og skiller seg lett i en øvre organisk fase og en nedre vannfase. På grunn av den oppnådde filmdannelse ved hjelp av den polybutylenholdige organiske fase er ingen rustdannelse på stålvalsene mulig, og det behøver således ikke tilsettes noe ytterligere rusthindrende middel, som også ned-brytes i løpet av kort tid.

Det alkyllaurat som foretrekkes for dannelse av reaksjons-sj iktet, er butyllaurat, som fortrinnsvis anvendes i en mengde på 15 - 30 vektdeler pr. 1000 vektdeler emulsjon.

Hvis emulsjonen tilsettes en annen reaksjonssjiktdanner i stedet for butyllaurat, f.eks. butylstearat, laurylalkohol eller butandiol, så kan det ved valsebearbeiding av aluminiumbånd med en sådan emulsjon som ikke er sammensatt i henhold til oppfinnelsen, påvises en betraktelig nedsettelse av den oppnåelige nedvalsningsgrad. I tillegg kan det ofte også iakttas redusert overflatekvalitet.

Bånd og folier som valses i nærvær av oppfinnelsens emulsjon, oppviser ved en påfølgende varmebehandling meget gunstige glødeforhold, hvilket vil si at en flekkfri utglødning mulig-<g>jøres.

Den kinematiske viskositet for den organiske fase er lett å styre og kan varieres uten innflytelse på utglødningsfor-hold ene .

De polyetoksylerte estere som anvendes som emulgatorer, kan

med fordel utgjøres av handelstilgjengelige-produkter som sorbitol-polyoksyetylen-heksaoleat (MULGOVEN VN 430), poly-oksyetylerte sorbitanestere av en blanding av fett- og harpikssyrer (G 3936 CJ), eller polyoksyetylen-sorbitanmonooleat (TWEEN 81). Disse handelsprodukter, hvorav det første fremstilles av firmaet GAF og de øvrige av Atlas-

Chemie, anvendes fortrinnsvis i en konsentrasjon på 10 - 20 vektdeler pr. 1000 vektdeler emulsjon.

Hvis det for tilberedning av emulsjonen velges en emulgator

som ikke er i samsvar med oppfinnelsen, vil det utskilles hydrogen fra emulsjonens vanninnhold i valsespalten ved anvendelse av emulsjonen i forbindelse med valsebearbeidning. Denne hydrogenutvikling fører, som nevnt.ovenfor, til hydrogen-sprøhet i valsenes ståloverflate.

Det heksametylentetramin som anvendes som buffersubstans og fortrinnsvis gir en konsentrasjon på 5 - 20 vektdeler pr. 1000 vektdeler emulsjon, virker som stabilisator for koldvalseemulsjonen og fastlegger emulsjonens pH - verdi ved hjelp av følgende hydrolyse-likevekt: Samtidig virker det sporadisk hydrolytisk frigjorte form-aldehyd som fungisid og bakterisid, nemlig som cellegift for mikroorganismer, således at emulsjonen konserveres.

Hvis heksametylentetramin erstattes med andre buffersystemer, særlig med anorganiske buffersystemer (borat-buffer, fosfat-buffer osv.) kan dette føre til ustabilitet i koldvalseemulsjonen og til hydrogenutvikling under valsebearbeidningen. Lignende uønskede virkninger kan også iakttas ved organiske stabilisatorer som polyvinylpyrrolidoner, kopolymer av metylvinyleter med maleinsyreanhydrid osv.

Ved valsebearbeiding av aluminium er det nødvendig med en rensing av valsemidlet på grunn av den såkalte aluminiumavrivning, som gir seg til kjenne ved finfordelte partikler i valsemidlet.

Denne forurensning av valsemidlet bestemmes som regel som oksydaske-innhold. Denne askerest er et mål for forurensningen av koldvalseemulsjonen. Oksydaskeinnholdet i fersk kold-ve j.seemulsjon i henhold til oppfinnelsen beløper seg til ca. 0,0002 %. Denne koldvalseemulsjon kan anvendes uten rensning inntil oksydaske-innholdet er steget til ca. 0,045 %, hvilket tilsvarer en behandling av ca. 210 m 2 aluminiumoverflate pr. liter emulsjon.

Når den nevnte forurensningsgrad på ca. 0,045 % er nådd, utskilles avrivningsmaterialet automatisk sammen med en andel av emulsjonens oljefase. På emulsjonen vil det nemlig da flyte en liten mengde av oljefasen som inneholder den totale mengde foreliggende avrivningsmaterial.Denne oljeandel kalles koalesens. I en beholder i koldvalseemulsjonens kretsløp fjernes denne koalesens fra emulsjonsoverflaten ved hjelp av en avstryker eller en avsugningsanordning og skilles derpå fra en mulig vannandel ved hjelp av en tallerkensentrifuge. Den avvannede oljefase som er beriket med avrivningsmaterial, skilles så fra dette material i en kammer sentrifuge. Den således rensede, klare oljefase tilføres derpå emulsjonskrets-løpet på nytt ved hjelp av en emulgeringsmaskin. Ved hjelp av denne fremgangsmåte kan det over lengre tidsrom holdes et oksydaske-nivå på 0,04 - 0,05 % i koldvalseemulsjonen.

Ved valsing med en således regenerert emulsjon kan det oppnås stor nedvalsningsgrad kombinert med utmerket kvalitet av den nedvalsede aluminiumoverflate.

Koldvalseemulsjonen kan overvåkes analytisk, idet dens bestanddeler, bortsett fra heksametylentetramin og aluminiumavrivning. kan skilles fra hverandre ved hjelp av tynnsjiktskromatografi på kiselgel og bestemmes halvkvantitativt på enkel måte. Bestemmelsen av heksametylentetramin oppnås asidimetrisk i vannfasen etter at oljefasen for bestemmelse av det samlede oljeinnhold er utskilt ved hjelp av natriumsulfat ved 80°C. Aluminiumavrivningen bestemmes ved utledning av koldvalseemulsjonens oksydaske-innhold.

Tilintetgjørelse av forbrukt emulsjon kan utføres relativt enkel, idet sådan emulsjon tilsettes kalsiumklorid og omrøres. Tilsatsen av kalsiumklorid beløper seg til 2 g/l emulsjon.

Jo høyere valseemulsjonens temperatur holdes i skille-beholderen, dessto hurtigere skiller emulsjonen seg i en oljefase og en vannfase.

Emulsjonen i henhold til oppfinnelsen kan betegnes som særlig miljøvennlig. Under valseprosessen unviker nemlig bare økologisk uskadelig vanndamp, idet de organiske bestanddeler praktisk talt ikke fordamper.

Også driftsøkonomisk er emulsjonen meget fordelaktig, idet anskaffelsesprisen omtrent kan sammenlignes med prisen for koldvalsemidler på petroleumbasis. Takket være den større nedvalsningsgrad ved samme eller mindre energiforbruk oppnås imidlertid ved anvendelse av oppfinnelsens emulsjon vesentlig

nedsatte investerings- og arbeidsomkostninger.

De etterfølgende utførelseseksempler som alle er utført i et enkeltstående firrer-valseverk, viser særlig typiske følger av de oppnådde nedvalsningsgrader ved koldvalsing av aluminiumbånd ved hjelp av valseemulsjoner i henhold til oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

For fremstilling av-en koldvalseemulsjon ved følgende organiske komponenter brakt sammen ved romtemperatur og under enkel omrøring:

Disse 80 vektdeler organisk fase ble tilsatt 920 vektdeler deionisert vann. De to. adskilte faser ble sammenarbeidet i en emulgeringsmaskin til en emulsjon med følgende fysisk-kjemiske materialverdier:

pH-verdi ved 60°C : 6,80

Ledningsevne ved 60°C : 1,4 mS

Utskillbar oljefase : 6, 15 %

Emulsjonens kinematiske viskositet ved 60°C : 0,733 cSt Oljefasens kinematiske viskositet ved 60°C : 10,93 cSt Oksydaske-innhold for emulsjonen: 0,0001 %

Ved hjelp av denne koldvalseemulsjon ble valseforholdene under-søkt ved følgende nedvalsningsgrader:

Ved alle de valsede bånd ble det oppnådd overflate av utmerket kvalitet.

EKSEMPEL 2

En koldvalseemulsjon med følgende organiske komponenter:

Ble fremstilt som angitt i eksempel 1. Denne emulsjon hadde følgende fysisk-kjemiske materialverdier:

pH-verdi ved 60°C : 6,20

Ledningsevne ved 60°C : 1,8 mS

Utskillbar oljefase : 9,0 %

Emulsjonens kinematiske viskositet ved 60°C : 0,761 cSt Oljefasens kinematiske viskositet ved 60°C : 19 cSt Oksydaske-innhold for emulsjonen : 0,0002 %.

Ved denne koldemulsjon ble det oppnådd følgende oppgitte valseforhold:

Også ved dette utførelseseksempel ble det oppnådd utmerket overflatekvalitet for alle de valsede aluminiumbånd.

Claims (9)

1. Emulsjon av olje i vann for koldvalsing av lettmetaller, karakterisert ved at 1000 vektdeler av emulsjonen omfatter en oljefase som består av: 10-50 vektdeler alkyllaurat som reaksjonssjiktdanner;

5-70 vektdeler blanding av polyisobutylener med midlere molekylvekt på henholdsvis 460 og 320, bestemt ved osometrisk måling, som hydrodynamisk sjiktdanner;

5-20 vektdeler polyetoksylerte estere fra en materialgruppe som utgjøres av sorbitanoleater, sorbitolheksaoleater og/eller sorbitanestere av en blanding av fett- og harpikssyrer, som emulgator;

5-25 vektdeler umettede, langkjedede alifatiske hydrokarbon-monokarboksylsyrer som inhibitor mot hydrogensprøhet og rust dannelse på grunn av emulsjonens vannfase, og

1-25 vektdeler heksametylentetramin som stabilisator, fungisid og bakterisid, samt resten av deionisert vann.

2. Emulsjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at oljefasen inneholder 15-30 vektdeler butyllaurat.

3. Emulsjon som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at oljefasen som hydrodynamisk sjiktdanner inneholder 9-65 vektdeler polyisobutylen med midlere molekylvekt på 460 og 5 - 40 vektdeler polyisobutylen med midlere molekylvekt på 320.

4. Emulsjon som angitt i krav 3, karakterisert ved at oljefasen som hydrodynamisk sjiktdanner inneholder 15 - 27 vektdeler polyisobutylen med midlere molekylvekt på 460 og 10 - 15 vektdeler polyisobutylen med en midlere molekylvekt på 320.

5. Emulsjon som angitt i krav 1-4, karakterisert vedat den som emulgator i oljefasen inneholder sorbitol-polyoksyetylenheksaoleat, polyoksyetylen-sorbitanmonooleat og/eller polyetoksylerte sorbitanestere av en blanding av fett- og harpikssyrer.

6. Emulsjon som angitt i krav 5, karakterisert ved at oljefasen inneholder 10-20 vektdeler av minst en polyetoksylert sorbitanoleat.

7. Emulsjon som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at oljefasen som inhibitor mot hydrogensprøhet og rustdannelse på grunn av vannfasen, inneholder oljesyre, linolsyre og/eller linolensyre.

8. Emulsjon som angitt i krav 7, karakterisert ved at oljefasen inneholder 8-20 vektdeler oljesyre, linolsyre og/eller linolensyre.

9. Emulsjon som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at oljefasen som stabilisator, fungisid og bakterisid inneholder 5-20 vektdeler heksametylentetramin.