RU2463152C2

RU2463152C2 - Method of abrasive-jet cleaning of metal surfaces

Info

Publication number: RU2463152C2
Application number: RU2010152954/02A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Бобренко (RU); Андрей Владимирович Бобренко; Андрей Николаевич Солопов (RU); Андрей Николаевич Солопов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНДАСТРИАЛ ПРОТЭКТИВ КОАТИНГС"
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-10-10
Also published as: RU2010152954A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to abrasive-jet cleaning of metal surfaces from rust, scale, and old paintwork, in particular, on large-size metal structures. Proposed method comprises forcing compressed air to form abrasive-air mix, feeding the latter into injector to force said mix onto machine surface. Nitrogen is added into compressed air to reduce oxygen concentration in gas-air flow and fed into vessel with abrasive material. Then, abrasive-air mix in forced at 10-12 bar into injector and there through onto machined surface.

EFFECT: decreased surface oxidation.

Description

Изобретение относится к абразивно-струйной очистке поверхностей металлов от различных покрытий, отложений, окалины, ржавчины, в частности крупногабаритных металлических конструкций.The invention relates to abrasive blasting of metal surfaces from various coatings, deposits, scale, rust, in particular large-sized metal structures.

Известен способ обработки поверхности полуфабрикатов, включающий операцию очистки поверхности от окалины, шлака, окисных пленок и загрязнений струйно-абразивной обработкой путем воздействия на обрабатываемую поверхность водовоздушной смесью, включающей мелкодисперсные частицы, в качестве мелкодисперсных частиц используют возвратные и невозвратные отходы плавильного производства, химический состав которых соответствует химическому составу обрабатываемых полуфабрикатов, при этом в водовоздушную смесь включают мелкодисперсные частицы размером не более 0,20 мм с их объемной концентрацией в водовоздушной смеси, равной 0,01-35,0%, воздействие осуществляют при давлении смеси, равном 0,15-0,55 МПа, а после очистки осуществляют мойку и сушку полуфабрикатов (патент РФ на изобретение № 2174461, MПK⁷ B24C 1/00, 2001 г.).A known method of surface treatment of semi-finished products, including the operation of cleaning the surface from scale, slag, oxide films and contaminants by abrasive blasting by exposing the surface to be treated with a water-air mixture comprising fine particles, the fine and dispersed particles are recycled and non-returnable smelting materials, the chemical composition of which corresponds to the chemical composition of the processed semi-finished products, while finely dispersed particles are included in the water-air mixture particles with a size of not more than 0.20 mm with their volume concentration in the water-air mixture equal to 0.01-35.0%, the effect is carried out at a mixture pressure of 0.15-0.55 MPa, and after cleaning, the semi-finished products are washed and dried (RF patent for the invention No. 2174461, MPK ⁷ B24C 1/00, 2001).

Недостатком данного способа является использование для обработки поверхности водовоздушной смеси, т.к. использование воды способствует увеличению коррозионных свойств металла.The disadvantage of this method is the use for surface treatment of a water-air mixture, because the use of water increases the corrosion properties of the metal.

Известен способ обработки поверхности изделий, включающий операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами. В качестве абразивных частиц используются: глина, мел, бытовые пасты типа «Чистоль» и др. (а.с. SU 1740142 А1, кл. В24С 1/00, 1992).A known method of surface treatment of products, including the operation of cleaning the surface from scale or oxide film, which uses the method of jet-abrasive surface treatment with a water-air mixture filled with fine particles. The following are used as abrasive particles: clay, chalk, household pastes of the Chistol type, etc. (A.S. SU 1740142 A1, class B24C 1/00, 1992).

Недостатком этого способа является низкое качество поверхности и внешнего вида изделий, что снижает технологичность изделий при последующей их обработке.The disadvantage of this method is the low quality of the surface and appearance of the products, which reduces the manufacturability of the products during subsequent processing.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ абразивно-воздушной обработки поверхности, включающий первоначальное расширение сжатого воздуха и разгон его до сверхзвуковой скорости, одновременную подачу в ускоренный поток воздуха под давлением рабочего вещества и создание абразивно-воздушной смеси, подача ее в сопло для ускорения и выброса на обрабатываемую поверхность, сжатый воздух расширяют до уровня ниже атмосферного, рабочее вещество подают плотным слоем с низкой скоростью поступательного движения, а ускорение смеси производят до фиксированного значения полного давления выше атмосферного уровня, при этом расход рабочего вещества регулируют давлением его подачи (патент РФ на изобретение № 2137593, МПК⁶ В24С 1/00, 1999 г.).The closest set of essential features is the method of abrasive-air surface treatment, including the initial expansion of compressed air and its acceleration to supersonic speed, the simultaneous supply of accelerated air flow under pressure of the working substance and the creation of an abrasive-air mixture, its supply to the nozzle for acceleration and emission to the treated surface, compressed air is expanded to a level below atmospheric, the working substance is fed in a dense layer with a low speed of translational motion, and the mixture is accelerated to a fixed value of the total pressure above atmospheric level, while the flow rate of the working substance is regulated by its supply pressure (RF patent for the invention No. 2137593, IPC ⁶ В24С 1/00, 1999).

Недостатком данного способа является то, что при абразивно-воздушной обработке металлических поверхностей в месте контакта абразивных частиц с поверхностью металла возникают зоны локального разогрева и присутствие в составе абразивно-воздушной смеси большого процента кислорода способствует появлению окислов на поверхности обрабатываемого металла, что снижает эффективность процесса очистки.The disadvantage of this method is that during abrasive-air treatment of metal surfaces at the contact point of abrasive particles with the metal surface, local heating zones arise and the presence of a large percentage of oxygen in the composition of the abrasive-air mixture contributes to the appearance of oxides on the surface of the metal being treated, which reduces the efficiency of the cleaning process .

Была поставлена задача разработать эффективный способ очистки поверхностей металлов от ржавчин, окалины и старых лакокрасочных покрытий, при использовании которого резко уменьшается образование окислов на поверхности, подвергаемой абразивной очистке.The task was set to develop an effective method for cleaning metal surfaces from rust, scale and old coatings, the use of which dramatically reduces the formation of oxides on the surface subjected to abrasive cleaning.

Поставленная задача решается тем, что в способе абразивно-струйной очистки поверхностей металлов, включающем подачу сжатого воздуха под давлением, образование абразивно-воздушной смеси, подачи ее в сопло для ускорения и выброса на обрабатываемую поверхность, в сжатый воздух добавляют азот для уменьшения концентрации кислорода в газовоздушном потоке и подают в емкость с абразивным материалом, после чего абразивно-воздушную смесь подают в сопло под давлением 10-12 бар на обрабатываемую поверхность.The problem is solved in that in the method of abrasive-jet cleaning of metal surfaces, including the supply of compressed air under pressure, the formation of an abrasive-air mixture, its supply to the nozzle to accelerate and discharge onto the treated surface, nitrogen is added to the compressed air to reduce the oxygen concentration in gas-air flow and served in a container with abrasive material, after which the abrasive-air mixture is fed into the nozzle under a pressure of 10-12 bar on the surface to be treated.

Уменьшение концентрации кислорода в зоне реакции снижает окислительную способность газовоздушной струи, используемой для транспортировки абразива. Снижение концентрации кислорода достигается разбавлением газотранспортного потока азотом, а также созданием азотной атмосферы в помещении, где происходит очистка металлических поверхностей. В результате снижения концентрации кислорода в реакционноспособной высокотемпературной зоне уменьшается образование окислов на поверхности металла, подвергаемого абразивной очистке, а также подача абразивно-воздушной смеси в сопло под давлением 10-12 бар на обрабатываемую поверхность повышает эффективность очистки поверхности.A decrease in the oxygen concentration in the reaction zone reduces the oxidizing ability of the gas jet used to transport the abrasive. A decrease in oxygen concentration is achieved by diluting the gas transport stream with nitrogen, as well as creating a nitrogen atmosphere in the room where metal surfaces are cleaned. As a result of a decrease in the oxygen concentration in the reactive high-temperature zone, the formation of oxides on the surface of the metal subjected to abrasive cleaning is reduced, as well as the supply of the abrasive-air mixture to the nozzle under a pressure of 10-12 bar on the surface to be treated increases the efficiency of surface cleaning.

Для реализации предлагаемого способа очистки поверхностей металлов используются: герметичная емкость с абразивным материалом, сжатый воздух из централизованной системы производства или из автономного компрессора и баллон с газообразным азотом.To implement the proposed method for cleaning metal surfaces, the following are used: a sealed container with abrasive material, compressed air from a centralized production system or from an autonomous compressor, and a cylinder with gaseous nitrogen.

В качестве абразивного материала используется материал, изготавливаемый из гранулированных шлаков медеплавильного производства. Гранулы имеют острую, угловатую форму, черные с металлическим блеском, твердость 6-6.5 Mohs, размер гранул от 0,3 до 3,0 мм. Достигаемая степень очистки SA-3, SA-2, SA-2,5.As abrasive material is used material made from granulated slags of copper smelting production. Granules have a sharp, angular shape, black with a metallic sheen, hardness 6-6.5 Mohs, granule size from 0.3 to 3.0 mm. The achieved degree of purification is SA-3, SA-2, SA-2.5.

На выбор метода обработки поверхностей металлов влияют материал очищаемой конструкции, толщина материала, размеры, условия проведения работ по очистке, а также характер удаляемых посторонних включений.The choice of the method of surface treatment of metals is influenced by the material of the structure being cleaned, the thickness of the material, dimensions, conditions for cleaning work, as well as the nature of the removed impurities.

Для очистки поверхности металлов от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий в емкость, с находящимся в ней абразивным материалом, подается сжатый воздух под давлением 7-12 бар, насыщенный азотом, захваченный потоком газовоздушной смеси абразив через сопло под давлением 10-12 бар подается на обрабатываемую поверхность находящейся в камере детали. В камере дополнительно создается насыщенная азотом атмосфера. Отработанный абразив засасывается в образовавшийся вакуум емкости с абразивом. Таким образом создается циркуляция абразива, одновременно засасывая частички окалины, окислов и т.д. После очистки поверхность обдувают чистой воздушной струей сжатого воздуха.To clean the surface of metals from rust, scale and old coatings, a container with abrasive material contained in it is supplied with compressed air under a pressure of 7-12 bar, saturated with nitrogen, and an abrasive trapped through a gas-air mixture through a nozzle under a pressure of 10-12 bar is fed to the machined surface of the part in the chamber. An atmosphere saturated with nitrogen is additionally created in the chamber. The spent abrasive is sucked into the vacuum of the container with the abrasive. Thus, the circulation of the abrasive is created, while simultaneously sucking particles of scale, oxides, etc. After cleaning, the surface is blown with a clean air stream of compressed air.

Для очистки от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий малогабаритных деталей и при их невысокой программе применяются камеры ручной струйной очистки. В этих камерах абразивно-струйная очистка поверхностей металлов производится в замкнутом пространстве, где в зоне обработки находятся только руки оператора. В таких камерах при осуществлении процесса очистки, кроме подачи азота в воздушную струю, производится насыщение азотом атмосферы в самой камере, что также способствует лучшей очистке поверхности металла.Manual blast chambers are used to clean rust, scale and old paint coatings of small-sized parts and with their low program. In these chambers, abrasive-jet cleaning of metal surfaces is carried out in a confined space, where only the operator’s hands are in the processing zone. In such chambers, during the cleaning process, in addition to supplying nitrogen to the air stream, the atmosphere is saturated with nitrogen in the chamber itself, which also contributes to better cleaning of the metal surface.

К несомненным плюсам данного вида оборудования относятся отсутствие необходимости создания специальных площадок или помещений, а также отсутствие необходимости спецодежды для оператора.The undoubted advantages of this type of equipment include the lack of the need to create special sites or premises, as well as the absence of the need for protective clothing for the operator.

Уменьшение концентрации кислорода в зоне очистки снижает окислительную способность газовоздушной струи, используемой для транспортировки абразива, что позволяет обеспечить высокое качество очистки поверхностей металлов, технический результат достигнут.A decrease in the oxygen concentration in the cleaning zone reduces the oxidizing ability of the gas-air jet used to transport the abrasive, which allows to ensure high quality cleaning of metal surfaces, the technical result is achieved.

Данный метод очистки можно использовать (и, кстати, это самый экономичный способ, заявитель планировал именно это применение) в промышленных цехах, камерах изолированного типа с системами рециркуляции воздуха (для более экономичного использования азота), можно использовать системы автоматической подачи азота. При достижении концентрации в воздушной среде более 50% азота приостанавливают подачу в воздушно-абразивную смесь азота. Воздушно-азотная смесь из дробеструйной камеры после фильтрации и рециркуляции поступает обратно в воздухозаборники компрессорных станций.This cleaning method can be used (and, by the way, this is the most economical way, the applicant planned this application) in industrial shops, isolated cells with air recirculation systems (for more economical use of nitrogen), you can use automatic nitrogen supply systems. When reaching a concentration in the air of more than 50% nitrogen, the flow of nitrogen into the air-abrasive mixture is suspended. After filtration and recirculation, the air-nitrogen mixture from the shot blasting chamber enters the air intakes of the compressor stations.

Содержание азота в воздушно-абразивной смеси составляет 20-30%.The nitrogen content in the air-abrasive mixture is 20-30%.

Детали в основной своей массе выполнены из различных сплавов черных металлов, широко применяемых в промышленном строительстве, например сталь 3 или 20.The bulk of the parts are made of various alloys of ferrous metals, widely used in industrial construction, for example, steel 3 or 20.

В качестве эксперимента очищались опоры и связи трубопроводных эстакад в объеме примерно 4000 т, материалы: Ст.3, Ст.20.As an experiment, the supports and connections of pipeline trestles in a volume of about 4000 tons were cleaned, materials: Art. 3, Art. 20.

Результат эксперимента, по сравнению с другими металлоконструкциями, очищенными обычным способом, показал полное отсутствие коррозии даже в труднодоступных местах.The result of the experiment, compared with other metal structures, cleaned in the usual way, showed a complete absence of corrosion even in hard to reach places.

Предлагаемый способ обработки дешев, универсален, эффективен для обработки поверхностей металлов.The proposed processing method is cheap, versatile, effective for surface treatment of metals.

Способ абразивно-струйной очистки поверхностей металлов может быть осуществлен на стандартном оборудовании с использованием известных материалов.The method of abrasive-jet cleaning of metal surfaces can be carried out on standard equipment using known materials.

Claims

The method of abrasive-jet cleaning of metal surfaces, including the supply of compressed air under pressure, the formation of an abrasive-air mixture, its supply to the nozzle for acceleration and emission onto the treated surface, characterized in that nitrogen is added to the compressed air to reduce the concentration of oxygen in the gas stream and served in a container with abrasive material, after which the abrasive-air mixture is fed into the nozzle under a pressure of 10-12 bar on the surface to be treated.