Раствор для удаления окалины с изделий из высоколегированных сталей и сплавов

 

Изобретение относится к области химической обработки изделий из высоколегированных сталей и сплавов и может быть использовано в технологии химической обработки поверхностей труб, прутка, ленты, листа. Раствор для удаления окалины с поверхности изделий из высоколегированных сталей и сплавов содержит, г/л: азотную кислоту 60-180, фторид-бифторид аммония 20-60, продукт конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом (ингибитор БА-6) 0,1-0,9 и поверхностно-активное вещество неонол АФ 9-12 марки А 0,1-0,4. 2 табл.

Изобретение относится к области химической обработки изделий из высоколегированных сталей и сплавов и может быть использовано в технологии в химической обработки поверхностей труб, прутка, ленты, листа.

Известен водный раствор для удаления окалины с поверхности изделий из высоколегированных марок сталей и сплавов, содержащий смесь азотной и фтористоводородной кислот в следующем соотношении компонентов, мас.

Азотная кислота 8-18,9 Фтористоводородная кислота 1.5-4,0 Вода Остальноe.

(см. Богоявленская Н.В. электрохимическая обработка труб.М. "Машиностроение", 1970, с. 34).

Применение данного раствора для удаления окалины с поверхности труб из высоколегированных сталей и сплавов сопровождается большим количеством токсичных газовыделений.

Наиболее близким по составу компонентов к предлагаемому является раствор, содержащий в г/л: Азотная кислота 80-220 Фторид-бифторид аммония 20-130 Вода Остальное. (а.с. 569587, кл. С О9 К 13/00, С23 14/02, опублик. 1977 г.) Недостатком этого раствора является большое количество выделений токсичных газов, которые улетучиваются с поверхности травильного раствора даже при отсутствии в нем изделий, подвергающихся обработке.

Так при удалении окалины с изделий из высоколегированных сталей и сплавов раствор через микропоры и микротрещины в окалине проникает к неокисленному металлу.При этом образуются газообразные продукты NO и H₂ на границе металла с окалиной: Me+4HNO₃ _ NO+Me(NO₃)₃+2H₂O Me+3HF -L MeF₃+1 1/2 H₂.

Окислы азота NO и недород H₂ плохо растворимы в водных растворах, нарушают сцепление окалины с металлом и она отслаивается, частично растворяясь с образованием комплексных фторидов железа и хрома переменного состава; газы выделяются из раствора в воздух травильного отделения, увлекая с собой капельки раствора, образуя при этом аэрозоли азотной фтористоводородной кислоты, увеличивая содержание вредных веществ в воздухе. Окись азота NO окисляется кислородом воздуха до двуокиси азота NO₂. Чем больше растворится неокисленного металла, тем больше образуется вредных газов и аэрозолей.

Задачей является получение раствора для удаления окалины, обеспечивающего уменьшение загрязнения окружающей среды при одновременном сокращении потерь металла при удалении окалины.

Поставленная задача решается тем, что в известный раствор, содержащий азотную кислоту, фторид-бифторид аммония и воду дополнительно введены пианол АФ9-12, марка А и продукт конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом, при следующем соотношении компонентов, г/л: Азотная кислота 60-180
Фторид-бифторид аммония 20-60
Неонол АФ9-12, марка А 0,1-0,4
Продукт конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом (ингибитор БА-6) 0,1-0,9
Вода Остальное.

Техническим результатом при использовании предложенного раствора является уменьшение выбросов фтористого водорода, окислов азота, водорода и аэрозолей азотной и фтористоводородной кислот в воздух рабочей зоны, а также сокращение потерь металла при удалении окалины.

Это связано с тем, что при введении в pacтвор неонола совместно с продуктом конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом наблюдается проявление двух эффектов.

образование на поверхности раствора плотной устойчивой пены, блокирующей газовыделение из травильного раствора;
уменьшение скорости растворения неокисленного металла под окалиной в связи с увеличением плотности двойного электрического слоя, затрудняющим переход ионов металла в раствор, вследствие чего дополнительно снижается количество выделяющихся в воздух вредных газов и аэрозолей. При этом наблюдается синергетический эффект.

При приготовлении растворов были использованы реагенты:
Азотная кислота (HNO₃) OCT 113-03-270-76,
Фторид-бифторид аммония (NH₄F+NH₄FHF) ТУ 113-08-544-83;
Неонол АФ9-12 марка А ТУ 38.103625-87;
Продукт конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом (ингибитор БА-6) ТУ 6-02-11-92-79
Вода ГОСТ 2874-82
Неонол АФ9-12 марка А моноалкилфенолы на основе примеров пропилена, оксиэтилированные, изготавливаются по ТУ 38. 103625-87, 9 число атомов углерода в алкильном ряде. Эта техническая смесь полигликолевых эфиров моноалкилфенолов; вязкая жидкость или паста от желтого до коричневого цвета, растворимая в воде и в органических растворителях.При смешивании с водой образует труднорастворимые гели, которые исчезают при нагревании до 50^oС. Температура застывания неонола АФ9-12 марка А 13-17^oС, плотность при 50^oС 1,046 г/см³; реакция среды (рН) водного раствора концентрацией 10 г/дм³ 7 1 по ГОСТ 24158-80.

Температура помутнения водного раствора концентрацией 10 г/дм³ не менее 83^oC.

Продукт концентрации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом, представляемого собой смесь N,N,N-трибензилтригидросиммтризина и N - метилбензиламина, N'-бензилиминометилена; светлая сиропообразная жидкость с запахом аммиака; плотность 1,085 (20^oС); хорошо растворяется в органических растворителях (ацетоне, спирте, эфире, углеводородах), в растворах HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, в маслах; в роде нерастворим; выпускается по ТУ 6-02-11-92-79.

Растворы готовили следующим образом. Для каждого эксперимента готовили по 300 мл раствора заданной концентрации. В градуированную емкость из плексиглаза, снабженную пробкой с газоотводной трубкой из полиэтилена, заливали 100 мл воды, добавляли при перемешивании расчетное количество фторид-бифторида аммония, затем азотной кислоты; после этого добавляли воду до объема раствора 250 мл; в этот раствор добавляли расчетное количество продукта конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом, неонола АФ9-12 марки А и доводили водой до объема 300 мл.

Составы приготовленных растворов приведены в таблице 1.

В таблице 1: 1 прототип, 2,3,4 предлагаемый раствор, 5,6 раствор с запредельными значениями.

Емкость с раствором нагревали в термостате 3 T-15 MPTУ 42-2622-66 до 502^oС, перемешивали раствор с помощью микрокомпрессора МК "Скалярий" в течение 10 минут и производили удаление окалины с взвешенных образцов длиной 30 мм от труб из стали Х18H10T размером 18 x 1 мм, термообработанных по заводской технологии.

Предлагаемый раствор представляет содой прозрачную бесцветную жидкость на поверхности которой при перемешивании образуется слой мелкодисперсной пены белого цвета, толщина которого зависит от количества введенного r раствор неспела АФ9-12 марки А. При удалении окалины с образцов на поверхности раствора также образуется пена за счет образующихся пузырьков газа NO и H₂. Над поверхностью раствора с пеной запаха окислов азота и фтористого водорода не ощущается в отличие от прототипа.

При решении технической задачи определяли:
-скорость растворения металл + окалина гравиметрическим методом;
высоту слоя пены после перемешивания раствора в течение 10 мин.

время до образования первого разрыва образовавшейся пены;
количество выделившихся газов (NO+H₂) по количеству вытесненной воды из заполненного ею градуированного цилиндра. изготовленного из плексигласа, погруженного открытым концом в емкость из плексигласа с радой; выделяющиеся при удалении окалины с образцов труднорастворимые в растворе и в воде NO и H₂ поступают в цилиндр через подведенную в него газоотведенную трубку от емкости, в которой обрабатываются образцы, и собираются в верхней части цилиндра;
степень защиты воздуха Z которая рассчитывалась по формуле:
Z=100(V₀-V):V₀
где V,V₀-объемы газа, выделившиеся без и с добавками.

После удаления окалины образцы промывали в холодной воде, высушивали в электрическом сушильном шкафу при твмпературе 1005^oС, охлаждая в эксикаторе и взвешивали на аналитических весах ВЛА-200-M.

Результаты сравнительных исследований приведены в таблице 2.

В табл.2 приведены усредненные значения из девяти определений.

Как видно из представленных в таблице данных:
1. При обработке образцов по прототипу
2,3,4 При испытании предлагаемого предлагаемого раствора *
5,6 При испытании раствора с запредельными значениями
Результаты испытаний показывают, что предлагаемые составы растворов по сравнению с прототипом ( 1) снижают скорость растворения (окалина + металл) в 2-3 раза, образуют на поверхности раствора пену высотой 12-28 мм, время дo образования первого разрыва которой составляет от 246 до 293 сек, количество выделившихся вредных газов (NO+H₂) в 2,4-4 раза меньше; степень защиты воздуха составляет 59,3-72,9%
Раствор с минимальными запредельными значениями ( 6) по сравнению с прототипом дает очень слабую степень защиты воздуха 31%
Раствор с максимальными запредельными значениями ( 5) дает степень защиты воздуха 73,7% мало отличающуюся от степени защиты предлагаемого ( 2) 72,9% однако в этот состав входит большее количество компонентов по массе, происходит их перерасход.

Предлагаемый раствор для удаления окалины позволяет сократить потери металла при одновременном уменьшении загрязнения окружающей среды. ТТТ1

Формула изобретения

Раствор для удаления окалины с изделий из высоколегированных сталей и сплавов, содержащий азотную кислоту, фторсодержащее соединение, ингибитор коррозии и поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что он в качестве фторсодержащего соединения содержит фторид-бифторид аммония, в качестве ингибитора коррозии продукт конденсации хлористого бензила с аммиаком и формальдегидом (ингибитор БА-6), а в качестве поверхностно-активного вещества неонол АФ 9-12 марки А при следующем соотношении компонентов, г/л:
Азотная кислота 60-180
Фторид-бифторид аммония 20-60
Ингибитор БА-6 0,1-0,9
Неонол АФ 9-12 марки А 0,1-0,4

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3