авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет» ...»

-- [ Страница 4 ] --

Для повышения вязкостных свойств масел возможно применение специ альных вязкостных присадок, которые повышают вязкость, не изменяя практи чески температуру застывания. Такими присадками являются винипол, поли изобутилен, вольтоли, полиметилакрилаты. Присадкой полиизобутилена можно увеличить вязкость масла в 8-10 раз при повышении температуры застывания не более чем на 15 %. Следует, однако, сказать, что при горячей прокатке вяз кость не является всецело определяющим параметром комплексной эффектив ности технологической смазки. Более важными являются адгезионные характе ристики масел, которые лишь для чистых масел в какой-то мере связаны с величиной вязкости.

Усиление комплексной эффективности минеральных масел достигается вводом в них антиокислительных, противоизносных, смазочных и других при садок. Учитывая повышенный износ поверхности при горячей прокатке, следу ет более подробно остановиться на противоизносных присадках. Они представ ляют собой органические соединения, содержащие фосфор, серу, хлор в весьма малых количествах. Присадки реагируют с поверхностью металла и образуют на ней продукты взаимодействия в виде сульфидов, фосфатов и хлоридов желе за с высокой температурой плавления и свойствами, экранирующими поверх ность валков.

В качестве комплексных многофункциональных присадок к минеральным маслам широко используют жиры. Жиры являются сложными эфирами спиртов и жирных кислот. По своему происхождению они могут быть животными, рас тительными и синтетическими. Жиры обладают большой способностью адгези роваться на поверхности металла. Растительные жиры на основе жирных кислот непредельного ряда - жидкие, предельного ряда - твердые с температу рой плавления более 30 °С. В природных растительных маслах содержатся жиры предельных и непредельных кислот. В подсолнечном, хлопковом, касто ровом, рапсовом, сурепном маслах присутствуют в основном жиры ненасыщен ных кислот, что обусловливает их низкие температуры застывания (= -16 °С).

О количестве непредельных кислот в жирах судят по их йодному числу. Высо кие значения йодных чисел характеризуют склонность масла к окислению и смолообразованию. Эфиры непредельного ряда обладают и худшей смазочной способностью.

К жирам относятся и различные воски, в том числе и синтетические, являющиеся сложными эфирами одноатомных высокомолекулярных кислот.

Воски характеризуются высокой температурой плавления ( 70 °С) - более высокой, чем у большинства жиров;

смазочной способностью, в результате чего находят применение в качестве эффективных присадок к различным смазкам.

На сортовых станах для уменьшения износа калибров издавна применяли свиное или говяжье сало. Первые отечественные публикации об этом относятся к тридцатым годам. Однако применение высококонцентрированных пищевых продуктов при прокатке металла широкого распространения не получило.

Менее дорогими и дефицитными являются синтетические жиры, не уступаю щие по своим свойствам природным. Все рекомендуемые составы безводных смазочных масел в своей основе содержат минеральные масла, легированные жирными кислотами, эфирами и другими соединениями при общем содержании легирующих продуктов не более 20-30 % [23]. Известны также составы, содер жащие исключительно активные компоненты без минерального масла [24].

Применение дорогих и дефицитных продуктов в чистом виде является нецеле сообразным, и разработка таких смазочных средств не соответствует реальным требованиям экономичной технологии.

При легировании минеральных масел некоторыми загустителями они мо гут приобретать свойство пластичности. По применяемым загустителям пла стичные смазки можно разделить на четыре основные группы: мыльные, угле водородные, с органическими и неорганическими веществами. Пластичные смазки обладают более высокой способностью удерживаться на контактных поверхностях. В качестве технологической смазки более приемлемы кальцие вые и натриевые. Кальциевую смазки известны под общим названием солидо лов и в воде нерастворимы, натриевые смазки (консталины) легко растворяются в воде. В практике пластичные смазки редко используются в чистом виде.

Их дополнительно загущают графитом, тальком, полимерами, силикатами и ле гируют поверхностно активными веществами.

Наиболее широкое распространение в практике горячей прокатки полу чили водомасляные технологические смазки. При этом вода используется в качестве носителя масла для его доставки к поверхности валка. Использование воды как носителя смазки не только благоприятно сказывается на тепловой защите органических смазок, но и позволяет весьма точно осуществлять кон троль и регулирование количества активных компонентов смазки, подаваемых в контактную зону.

Водные смазки могут быть эмульсиями, суспензиями, пастами, истинны ми растворами. Смеси двух веществ, нерастворимых друг в друге, в которых вещества раздроблены до мельчайших частиц, являются коллоидными (дис персными) системами. Раздробленные частицы называются дисперсной фазой, а среда, в которой они распределены, - дисперсионной. Эмульсии, применяю щиеся при горячей прокатке, представляют собой неоднородную (гетероген ную) систему, в которой вода является дисперсионной средой, а дисперсной фазой - масло. В суспензиях дисперсной фазой являются твердые вещества, а дисперсионной средой может быть любая жидкость, в том числе и масла. Кон центрированные суспензии называются пастами.

Наиболее характерным параметром, определяющим принадлежность смазки к тому или иному виду, является размер частиц дисперсной фазы. Дис персными системами принято считать системы, в которых размер частиц лежит в диапазоне от 0,002 до 2 мкм, хотя иногда и системы с более крупными части цами могут быть также дисперсными. Системы с частицами более 1 мкм назы вают грубодисперсными. Дробление частиц до размеров менее 0,002 мкм при водит к их диспергированию до молекул или даже ионов. Такие системы явля ются гомогенными, не относящимися к коллоидным растворам (табл. 6.6).

Таблица 6. Некоторые физико-химические характеристики водных смазочных систем Время Размер Видимость частиц Характеристика частиц полного Адгезионная в оптическом дисперсной системы расслоения, способность микроскопе фазы, мкм мин Суспензии 1-50 Хорошая 0,01-0,5 Высокая Водомасляные смеси Хорошая 0,05-0, 50 Достаточная Эмульсии Слабая 0,1-50 30-1200 Достаточная Истинные =0,001 Не разделимы Не видимы Минимальная растворы 6.2.2. ВОДОМАСЛЯНЫЕ ЭМУЛЬСИИ Водомасляные эмульсии (дисперсионные системы масла и воды) в зави симости от способа диспергирования подразделяются на эмульсии, стабилизи рованные эмульгатором и без него. По степени устойчивости против расслое ния фаз эмульсии могут быть стабильными, полустабильными и нестабильны ми. Описание свойств эмульсий и их специфических особенностей применения в прокатном производстве достаточно широко содержится в исследованиях советских ученых [10,21].

При концентрации дисперсной фазы до 0,1-0,15 % эмульсии могут быть стабильны и без эмульгаторов, однако, такой способностью обладают далеко не все масла. Для обеспечения равномерного распределения частиц дисперсной фазы необходимы либо эмульгаторы, обеспечивающие получение стабильной эмульсии, либо специальные условия приготовления и подачи.

Минеральные масла не смешиваются с водой, хотя при механическом перемешивании можно получить эмульсию. При прекращении перемешивания эта эмульсия быстро разлагается вследствие разной плотности масла и воды.

Образование и стабильность водомасляных смесей обеспечиваются тща тельным перемешиванием компонентов в мешалках при температуре смеси 60-80 °С и достаточной скоростью потока в системах подачи (Re 1000).

Полная стабильность эмульсии необходима для удобства циркуляции, избежания сепарации и пенообразования в резервуарах. Однако опыт показыва ет, что нестабильные эмульсии легче формируют слой масла на металлической поверхности. Мало известно о точном действии эмульсии и механической во домасляной смеси при горячей прокатке: либо пленка масла постоянно откла дывается и адгезируется на поверхности валков, либо временные тепловые и механические воздействия, такие как прохождение смазкой зоны контакта вал ков, способствуют разрушению связей масло - вода и образованию смазочного слоя. Стремление привести в соответствие стабильность смеси с лучшими сма зочными свойствами выражается в усложнении составов смазки и легировании базовых масел для технологической смазки.

На смешиваемость и эмульгируемость масла с водой влияют его свойства и фракционный состав. Из минеральных масел легко эмульгируют маловязкие и плохо очищенные.

Причем это свойство сохраняется даже в присутствии эмульгаторов.

Высокоочищенные масла большой вязкости, например, цилиндровое, эмульги руют намного хуже. Жиры обычно эмульгируют хуже минеральных масел низ кой вязкости, но при наличии свободных жирных кислот их смешиваемость с водой может быть лучше минеральных.

Существенное влияние оказывает также жесткость воды. При жесткости воды более 15 мг. экв/л получение стабильной эмульсии затруднительно даже при использовании эмульгаторов. Такая вода способствует быстрому расслое нию компонентов после прекращения перемешивания или снижения скорости потока смеси и его турбулентности. Эффективным регулятором смешиваемости масла с водой является обработка смеси ультразвуком. Ультразвуковая обра ботка позволяет повысить период стабильности смеси.

При горячей прокатке используют водомасляные смеси прямого типа, т. е. масла в воде. Концентрация масла в воде и ее верхний предел в смеси пря мого типа определяются характеристикой и составом масляной фазы. При пре вышении допустимого предела концентрации масла свойства смеси резко изменяются, ее вязкость возрастает, и смазка теряет свои технологические свой ства. Транспортировать такую смесь по трубопроводу невозможно.

Приведенные выше соображения в такой же мере относятся и к суспензи ям [21]. Хотя химический состав твердой фазы слабо влияет на характер сме шения ее как с водой, так и с маслом, следует, однако, учитывать гидрофоб ность или гидрофильность диспергируемого вещества, его способность к сма чиваемости маслом. Интенсивное механическое диспергирование позволяет достичь хорошего смешивания при любом уровне смачиваемости.

Для определения устойчивости дисперсии против расслоения проведены лабораторные испытания минеральных и растительных масел, а также продук тов нефтехимической промышленности. Физико-химическая характеристика испытанных масел приведена в табл. 6.7. Лабораторные испытания проводили при следующих условиях: температура смеси 20, 40, 50, 70 и 90 °С;

время перемешивания 5 мин;

число оборотов мешалки при перемешивании смеси 100 рад/с;

выдержка при температуре опыта 0,3 ч.

Таблица 6. Характеристика различных смазок для приготовления водомасляных смесей Характеристика И-12 ГС* Кори- СТП-1 И ЛЗ- МС-Хлор андр- 215 20В 20 пара 2 фин Вязкость, 10 м/с, при — — 12 37, 50 °С 30,0 17-23 15- 7,8 — 31,6 — 100 °С 4,6 9,1 — — — Содержание золы, % 0,007 0,006 0,022 0, Кислотное число, мг КОН/г 0,14 1,50 1,50 10,3 15,0 2, 0,16 0, Число омыления, мг 160,4 —120 — КОН/г 12,0 184, Температура, °С: —— — — каплепадения 25 вспышки 165 186 285 170 235 245 —243 — воспламенения 192 — — 0,76 — 0, Коксовое число, % 0, *ГС - центрифугированный масляный продукт из отстойников стана горячей прокатки.

Результаты исследований (табл. 6.8) свидетельствуют, что имеется воз можность получения водомасляной смеси, стабильность которой можно регу лировать исходя из условий приготовления и подачи смазки к валкам стана.

С точки зрения извлечения масла из сточных вод предпочтительными являются чистые минеральные масла без эмульгаторов и ПАВ.

Таблица 6. Стабильность водомасляных смесей при температуре 20 °С Продолжительность расслаивания водомасляной Состав смеси смеси в различных соотношениях масло/вода (с) 1/60 1/ 1/40 1/ 1/ 1/ - 10 11 Веретенное масло И- 8 5 И-12+5 % Кориандр- 12 15 10 И-12+10 % Кориандр- 21 28 14 И-12+15 % Кориандр- 44 48 66 И-12+5 % СГП-1 Полу стабильная И-12+10 % СТП-1 Примечание: продолжительность расслаивания фиксировалась после всплытия крупных капель масла.

Время расслаивания водомасляных смесей исследованного состава зави сит от температуры смеси (табл. 6.9). С ростом температуры до 50 °С время расслаивания увеличивается: при 70 °С стабильность смесей уменьшается, а при 90 °С снова увеличивается.

Таблица 6. Продолжительность полного расслоения водомасляной смеси 2 %-й концентрации Примечание: Э-смесь эмульгирует, после часа основная часть масла отделяется, но полного разложения смеси не происходит.

Данное явление можно объяснить тем, что в каждом масле содержится определенное количество ПАВ (жирные кислоты и др.), которые частично эмульгируют масло. С ростом температуры стабильность системы: масло - вода растет в связи с уменьшением вязкости компонентов. При температуре выше 60 °С растет скорость коагуляции и старения эмульсии, в связи с этим наблюдается возрастание вязкости эмульсий.

При 90 °С влияние температурного фактора преобладает и вязкость водомасляной смеси снова уменьшается.

Наличие эмульгаторов в технологической смазке оказывает влияние и на процесс извлечения масла из системы оборотного цикла воды цеха. Это прежде всего сказывается на количестве необратимо растворимого в воде масла (табл. 6.10).

Таблица 6. Способность смазок растворяться в воде Водомасляная смесь Соотношение компо- Количество растворенно нентов маслс/вода го масла в воде, % Веретенное масло И-12 1/20 НЕ растворяются 0, Веретенное масло+Кориандр2 1/ 0, Веретенное масло+СТП-1 1/ 0,8-1, Веретенное масло+ЛЗ-215 1/ Приведенные в таблице результаты еще раз показывают преимущества использования в качестве технологических смазок чистых водомасляных смесей.

Различают технологические, эксплуатационные и санитарно гигиенические свойства технологических смазок. Технологические свойства оказывают влияние на основные технологические параметры процесса прокат ки: усилие прокатки и расход энергии, стойкость валков, качество поверхности прокатываемого металла.

Эксплуатационные свойства характеризуют степень трудности приготов ления и подачи смазки, стабильность ее свойств при изменении условий экс плуатации, воздействие на оборудование в процессе использования и после не го, пожарную безопасность, возможность регенерации и утилизации. Санитар но-гигиенические свойства обусловливают органолептические показатели, от сутствие вредного воздействия на организм обслуживающего персонала, био логическую стойкость, способность к извлечению из стоков.

Эти свойства в основном определяют техническую пригодность смазки к ее использованию. Однако окончательное решение о выборе смазки дает лишь технико-экономическая оценка, в которой вместе с техническими характери стиками эффективности смазки учитывается стоимость смазки завода изготовителя, капитальные затраты на оборудование систем и их обслужива ние, окупаемость этих затрат. Важную роль при выборе того или иного состава смазки играют способы подачи смазки в очаг деформации, которым принадле жит главенствующая роль в эффективности использования смазки. Но и при этом существенным резервом повышения эффективности использования смазок является улучшение их технологических и эксплуатационных свойств.

Выбор состава смазок для горячей прокатки представляется менее слож ным, чем для холодной, так как можно воспользоваться отходами производства, смазочная эффективность которых зачастую весьма высока. Однако эффектив ность использования смазки в значительной мере определяется составом мас ляного продукта, входящего в состав смазки.

Характеристика некоторых масел, которые могут быть использованы для приготовления технологической смазки, приведены в табл. 6.11.

Таблица 6. Характеристика масел, которые могут быть использованы в качестве технологической смазки для горячей прокатки Темпера Вязкость Кислотное Йодное тура за- Число при 50 °С, Смазки число число стывания, омыления 10 м/с °С ОХМ 30-45 60- 500-600 +12 140- 15 103- 90-100 - Хлопковое масло 190 10 90- 120-100 + Кориандр- 12 105- 173- -80-90 - Сурепное масло 100- 190 130- 100-110 - Талловое масло Смазка консервационная 15 ЖКБ-Г 50 +12, Смазка для горячей прокат 30 до 30 + ки ЖКБ-Г Смазка для горячей прокат 130 70- 100-110 - ки ТСГП 10 95- -4 90- Кориандровое масло Требования к технологическим смазкам при горячей прокатке в каждом конкретном случае должны формулироваться исходя из требований всей тех нологии прокатного производства и качества готовой продукции, а не только условий собственно прокатки на стане. Не должны быть в стороне и экологиче ские последствия применения смазок. Обеспечение этих требований наряду с конструктивными мероприятиями по системам технологической смазки и ох лаждения осуществляется выбором оптимального вида и состава смазки. При чем в этом вопросе следует исходить из природы трения при прокатке, поверх ностных явлений адгезии, смачивания, химического взаимодействия и т. д.

Необходимо учитывать влияние смазок на поверхность обрабатываемого металла, так как важным требованием является необходимость получения каче ственной поверхности листа по всей его площади. Именно поэтому наиболее широкое распространение получили технологические смазки на основе мине ральных, растительных и синтетических масел, обладающих не только чисто смазочным эффектом, но и смазочно-охлаждающим действием при способно сти обеспечивать высокое качество поверхности листовой стали.

6.3. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СОТС И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 6.3.1. ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СМАЗОК И МЕТОДИКА ВЫБОРА ИХ СОСТАВА Все технологические смазки для холодной прокатки могут быть разделе ны на масла и эмульсии. В свою очередь масла подразделяются на минеральные и жировые, а эмульсии - на стабильные и метастабильные, обычно жировые.

Такая классификация применяемых типов смазок является упрощенной, так как возможно классифицировать их более подробно, учитывая наличие тех или иных добавок, происхождение смазки, способ ее получения и т. д. Тем не менее она отражает тот факт, что все применяемые для прокатки смазки относятся к срав нительно ограниченному набору видов соединений, хотя в пределах этих видов существует неограниченное количество индивидуальных веществ и товарных продуктов. Тем более велико количество веществ, которые могут бьпь использо ваны в качестве присадок, улучшающих те или иные свойства смазок.

Исходя из этого, важнейшим вопросом является рассмотрение сырьевой базы выбора композиций смазок. Под понятием «сырье» здесь подразумевают ся готовые продукты, иногда сложного, разнообразного состава, используемые для получения смазок путем смешения, которое может быть осуществлено не посредственно на предприятии, их использующем. В большинстве случаев процессы получения смазок путем смешения целесообразнее выносить на спе циализированные предприятия нефтехимической промышленности, совмещая их с химическими процессами получения компонентов.

Рис. 6.10. Использование основных видов сырья для ИЗГОТОВЛЕНИЯ технологических смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей Приведенная на рис. 6.10 схема использования различных групп продук тов для изготовления смазок отражает сырьевую базу для производства смазок и служит для методического руководства при составлении требуемых композиций.

Они могут быть дополнены новыми видами сырья, разработка которых является задачей нефтехимической промышленности.

Вопросы использования различных минеральных масел решаются отно сительно просто: главными критериями являются вязкость и эмульгирующая способность. Принципиальных различий между маслами одного типа, но полу ченными разными методами и из различного сырья, кроме разной склонности к эмульгированию в пределах использования для процессов обработки металлов давлением, не наблюдается.

При применении жиров, ввиду дефицитности природных продуктов, необ ходимо максимально использовать синтетическое сырье. Установлено одинако вое смазочное действие химически чистых и технически сложных эфиров (жи ров). Отличия между ними проявляются во внешнем виде, запахе, испаряемости, склонности к эмульгированию [8]. В целом, для практического применения син тетические жирные кислоты и их эфиры массового производства подобны хи мически чистым веществам. Возможно создание полных химических анало гов природных жиров, например, триглицеридов по составу подобных пальмо вому маслу, что и описывалось в ряде зарубежных работ [25 и др.].

Проведены исследования промышленных партий синтетических жиров СЖК и различных спиртов, примененных как для прокатки в чистом виде, так и в виде эмульсий [8, 9].

В табл. 6.12 приведены данные по физико-химическим свойствам сма зочной способности природных жиров, синтетических эфиров (в скобках ука зано обозначение промышленного продукта) и данные по эмульсиям, в составе которых они применялись. В результате различного качества сырья, отличий в технологии производства сдельные партии различаются по физико-химическим показателям, однако, их смазочные свойства одинаковы.

Нефтехимической промышленностью, наряду с индивидуальными техни ческими продуктами (кислотами, спиртами и т. д.) выпускаются или использу ются в качестве промежуточного сырья в производстве окисленные продукты сложного состава (оксидаты, петролатумы и т. д., не имеющие аналогов в при роде), они практически не могут быть получены смешением чистых веществ.

Ввиду дешевизны и недефицитности они могут являться перспективным сырьем для технологических смазок. Наличие в них жирных кислот, спиртов и эфиров позволяет предполагать высокие смазочные свойства.

Важнейшим сырьевым резервом для изготовления технологических сма зок являются различные химические продукты и присадки к маслам, выпускае мые химической и нефтехимической промышленностью. Их применение в ка честве присадок или жировой основы должно базироваться на общих законах взаимосвязи, строения углеводородов и их смазочного действия в условиях граничного трения при обработке металлов давлением. Ввиду многообразия имеющихся присадок и возможного изменения характера их действия при вы соком давлении, в каждом случае разработки новой смазки необходимо прове дение специальных исследований.

Некоторые химические продукты общего назначения могут быть исполь зованы для приготовления смазок в качестве присадок или эмульгаторов, а ино гда и основы смазки. К ним относятся: мыла синтетических жирных кислот;

оксиэтилированные кислоты;

амиды и амины, сульфокислоты и их соли, раз личные полимеры.

6.3.2. ПРИНЦИПЫ ПОДБОРА СОСТАВА СМАЗОК Работу по подбору состава смазки можно разбить на ряд последователь ных этапов. Укрупненно отметим три главных этапа разработки:

- анализ условий технологического процесса, обоснование направления разработки и формулировка технических требований к смазке;

- подбор состава смазки и предварительная его оценка в лабораторных ус ловиях;

- производственная оценка выбранного сос Окончательное суждение о результате разработки может быть получено после длительных производственных испытаний, проверки возможных побоч ных эффектов и технико-экономической оценки. При анализе условий техно логического процесса, исходя из имеющегося или предполагаемого оборудова ния, вида продукции, практического опыта и существующих аналогов, опреде ляется тип технологической смазки: масло (жировое или минеральное), эмуль сия (на основе минеральных масел, жиров или комбинированного состава), су хая смазка и т. д. Определяются важнейшие требования к смазке, диктуемые как практикой применения известных составов, так и особенностями конкрет ного вида производства.

На основании анализа условий технологического процесса, для которого подбирается смазка, определяется количественная оценка важнейших показате лей, которая является собственно техническим заданием на разработку и вклю чает следующие основные требования: обеспечение оптимального значения на пряжения трения в процессе, обеспечения защиты поверхностей от поврежде ний, получение требуемой микрогеометрии поверхности, получение чистой от загрязненности поверхности изделия, обеспечение подачи смазки в зону трения и охлаждение, долговечность и стабильность смазки.

Следующая группа требований обусловлена сопутствующими технологи ческими операциями: удаляемость смазки с поверхности изделий (в процессах термообработки смазка не должна вызывать пятен и дефектов поверхности и структуры металла), защита металла от коррозии.

Наконец, ряд требований общего характера, без выполнения которых применение любой смазки невозможно, либо крайне ограничено: пожаробезо пасность, нетоксичность, пригодность к транспортированию и хранению, эко номические соображения (стоимость, наличие сырья). Подробно некоторые требования к технологическим смазкам и методы оценки необходимых показа телей рассмотрены в ряде работ [8, 26].

Приведенные выше основные требования в сочетании с ограничениями применения смазок служат руководством к разработке смазки и одной из пред посылок последовательного поиска составов, удовлетворяющих всему ком плексу производственных задач (табл. 6.13).

В том или ином виде подобный перечень требований учитывался в боль шинстве разработок новых смазок и эмульсий в России и за рубежом.

При разработке требований к смазке и обосновании направления ее вы бора следует исходить из общих задач технологии производства и требований к качеству продукции. В соответствии с приведенной схемой подбор состава смазки следует начинать с выбора ключевого, главного требования и главных функций смазок. Это определит основные ее компоненты, а затем, при необходи мости, путем добавления различных функциональных, добавок обеспечиваются остальные требования.

Ряд показателей технологической смазки окончательно может быть опре делен только в производственных условиях;

склонность к образованию дефек тов, влияние на качество поверхности, долговечность в эксплуатации. Практи ка показывает, что от первого положительного производственного опробования новой технологической смазки до ее окончательного внедрения, требуется доработка всей технологии, - а иногда и оборудования. В первую очередь необходимо приспособление систем технологической смазки и охлаждения к новым составам.

Успешное внедрение новых смазок, наряду с благоприятными экономи ческими факторами, требует, таким образом, комплексного подхода к проблеме с учетом всей технологии производства и оборудования.

Выбор главных направлений разработок смазок диктуется требованиями технологии и технико-экономическими соображениями. Для прокатки главны ми являются следующие направления:

- замена природных жиров на синтетические, в частности, разработка заменителей пальмового масла;

сопутствующей задачей является разработ ка жировых эмульсий с целью применения жировых смазок в циркуляцион ных системах, что позволяет получить экономию самой смазки;

- создание составов эмульсий на минерально-масляной основе для прокат ки листа и ленты, обеспечивающих высокое качество продукции, долговеч ность эмульсии при эксплуатации и, наконец, повышение смазочной спо собности;

- разработка минерально-масляных составов смазок с присадками, специ фичными для обеспечения конкретных процессов, когда главной задачей является оптимизация самого технологического процесса производства.

Предлагаемая методика подбора составов смазок с необходимыми слу жебными свойствами положена в основу практических внедрений и иллюстри руется ниже конкретными важнейшими разработками, в соответствии с выбранными направлениями.

6.3.2.1. Жировые технологические смазки Жиры применяют при прокатке жести и трудно деформируемых сталей и сплавов для снижения напряжения трения. Кроме того, при производстве луже ной жести требуется удаление остатков смазки перед последующим нанесением покрытий, поэтому одним из требований, предъявляемых к жирам, является их хорошая смываемость. Несмотря на различные способы смазки и охлаждения валков при прокатке жести, принципиально действие жиров будет одинаковым и существенно отличным от минеральных масел. За основной эталон следует принять пальмовое масло, являющееся до сих пор лучшей жировой смазкой при прокатке.

Создание отечественных заменителей пальмового масла на базе синтети ческого сырья базируется на использовании синтетических спиртов и жирных кислот. Сопоставление смазочной способности смесей ЛЗ-142 и ЛЗ-228 и Л3-193 с пальмовым маслом показало преимущество смесей с ЛЗ-228. Установ лено, что эфиры СЖК и одноатомных спиртов, имеющие низкую температуру плавления, не удовлетворяют требованию по смазочной способности Добавки как и эфиры непредельных кислот легкоплавких эфиров к тугоплавким позволяют получить требуемую темпера туру плавления, а смазочная способность смеси эфиров предельных и непре дельных кислот близка к предельной.

Олеиновая кислота и ее эфиры лучше проявляют себя в тонких пленках.

В то же время достаточное количество предельных кислот обеспечивает низкое напряжение сдвига по обычной пленке смазки толщиной около 1,0 мкм, поэто му их смесь обладает оптимальным смазочным действием/ Аналогичный эффект достигнут при прокатке коррозионностойкой стали добавлением 10 % свободной олеиновой кислоты к смазке ЛЗ-142, однако, такой состав смазки вызывает коррозию на углеродистой стали.

В результате выбран оптимальный состав, близкий по свойствам к паль мовому маслу: 80 % эфиров СЖК фракции C17_20 триэтиленгликоля и бутилово го спирта в соотношении 4:1, 20 % эфиров олеиновой кислоты и триэтиленгли коля.

Дополнительные проверки смазки на защиту металла от коррозии, ста бильность водомасляной смеси показали, что она может являться полноцен ным заменителем пальмового масла;

в качестве синтетического жира она успешно применяется в эмульсиях для волочения. Составы на основе полигли колей из-за неизбежного наличия в них неполных эфиров образуют стабиль ные эмульсии. Выделение масла из них при высокой скорости прокатки и незначительном времени контакта недостаточно. Слой смазки образуется не толще 0,5- 0,75 мкм, кроме того, в нем выделяется только сильно гидратиро ванное масло и напряжение трения резко возрастает. Поэтому для жести пер спективны эфиры синтетических одноосновных кислот от С9 и выше, при том же соотношении предельных и непредельных кислот. Смесь эфиров кйслот хлопкового соапстока и синтетических жирных кислот с одноосновными син тетическими жирными спиртами при предварительных испытаниях не обнару жила существенных отличий от пальмового масла.

6.3.2.2. Минерально-масляные смазки Минеральное масло применяют для прокатки как единую смазочноохла ждающую жидкость на многовалковых станах, станах кварто, когда скорость прокатки невелика (менее 5-8 м/с), и требуется высокая отделка поверхности или применение эмульсий. Представляет интерес пример разработки смазки на минерально-масляной основе для производства биметалла: сталь-алюминий оловянистый сплав для изготовления подшипников скольжения. Этот пример характерен тем, что практически все свойства смазки задаются в строго ограни ченных пределах и их выполнение обеспечивается сбалансированным подбо ром присадок.

Прокатка (плакирование) биметаллической ленты (сталь 08кп - сплав алюминия с 18 % олова) производится на двухвалковых станах с рабочими вал ками диаметром 400 мм при скорости прокатки 15-20 м/мин с большим обжа тием - 40 %, обеспечивающим сварку пакета.

Валки охлаждаются изнутри водой, смазка подается на валки со стороны стали с помощью насоса, обеспечивающего прокачку масла вязкостью до 100 мм2/с при 50 °С. Смазка со стороны алюминиевого сплава осуществляется периодически вручную и ее задача заключается в предотвращении налипания металла на валок, для чего через фетр подается та же смазка. К стальной сторо не полосы предъявляются высокие требования по отделке поверхности: шеро ховатость не ниже 0,8 Ra и загрязненность - не более 300-400 мг/м2. После прокатки лента проходит отжиг 450-500 °С.

Основные требования к смазке объясняются особенностями процесса и требованиями к качеству готовой продукции, а именно:

- обеспечение оптимального значения напряжения трения и стабильности процесса;

- отсутствие повреждений поверхности;

- обеспечение отделки поверхности (0,8 Ra класс шероховатости);

- количество остатков продуктов износа: на полосе (не более 400 мг/м2).

Технические требования к разрабатываемой смазке следующие:

- напряжение трения - стабильность величины напряжения трения и отсутствие повре ждений поверхности при высоких обжатиях (е = 0,4);

шероховатость поверх ности 8 класс, не менее;

- загрязнения поверхности после прокатки (не более 400 мг/м2);

смазка должна быть жидкотекучей - при 15 °С (исходя из конструкции стана и системы), вязкость при 50 °С не более 75 мм2/с;

стабильность смазки должна сохраняться при перемешивании;

- защита от коррозии должна обеспечивать хранение в цехе до дней после прокатки;

из прочих требований необходимо обеспечить пол ное выгорание смазки при отжиге при 500 °С;

требования к санитарным нор мам, органолептическая проба, пожароопасность (в пределах общих требова ний к минеральным маслам).

— 45-60 МПа при малой скорости скольжения соответствует Величине смесь минерального масла средней вязкости (турбинное 22) с животным жи ром в количестве около 15 %. С целью обеспечения смазочного действия в тонких граничных пленках желательно присутствие в смазке непредельных ки слот, поэтому в качестве жировой добавки, обеспечивающей защиту поверхно сти от повреждений и снижение напряжения трения, использовали смесь живот ного и растительного масел или смесь животного жира с олеиновой кислотой.

Однако, как показали технологические испытания, стабильность процесса прокатки полностью не обеспечивается этим составом - при работе стана изредка наблюдаются рывки, вибрации, риски. С целью повышения стабиль ности процесса добавлено 10-15 % хлорпарафина (ХП-470), выполняющего роль противозадирной присадки высокой поверхностной активности. Вибрация стана прекратилась, хотя устойчивость процесса прокатки была обеспечена, полоса была сильно загрязнена продуктами износа (до 1600 мг/м2).

Для обеспечения чистоты поверхности в качестве пленкообразующей присадки введены эфирокислоты (МНИ-3) в количестве 2-5 %, а количество олеиновой кислоты уменьшено до 4-5 %. В результате обеспечено получение шероховатости 0,4 Ra, 0,2 Ra и выполнено требование по чистоте поверхности, т. е. 300-400 мг/м2 остатков продуктов износа;

одновременно МНИ-3 является ингибитором коррозии. Следует отметить, что применение только присадки МНИ-3, без хлорпарафина, не устраняет вибрации и появления рисок.

Выбор именно этих присадок, а не других, которые предположительно обеспечили бы процесс, например Л3-215, обусловлен требованием к их раство римости в масле, а также сырьем. Остальные требования к смазке также удовле творяются: достигнута механическая стабильность смазки, обеспечена защита от коррозии. Применение чистых исходных продуктов и малое количество продук тов износа позволили удовлетворить и последнее требование - отсутствие пятен и чистоту поверхности после отжига. В дальнейшем эта смазка была заменена более технологичной, не содержащей животных жиров (смазка СПТ-13), состав которой из других компонентов подобран аналогично, причем роль жировой до бавки, снижающей трение, выполняют такие известные присадки, как полиме такрилаты и диалкилдитиофосфат цинка [30].

6.3.2.3. Эмульсии для прокатки листа и ленты Эмульсии для прокатки наиболее массового вида холоднокатаной про дукции - автомобильного листа и ленты, являются основным типом смазочно охлаждающей жидкости. Хотя для этой цели и возможно применение жиров и эмульсий на их основе, экономически это вряд ли целесообразно и обычно применяют эмульсии на основе минеральных масел. Одним из главных требо ваний является охлаждающая способность, что и предопределяет применение эмульсии масла в воде невысокой концентрации (1-5 %).

Композиция эмульсолов включает в себя минеральное масло и эмульга тор. Кроме того, в современных эмульсиях, как правило, присутствуют различ ные добавки, повышающие их служебные свойства. Так как смазочные свойст ва эмульсий легко могут быть улучшены присадками, а применение масла в воде снижает высокие требования к нему по испаряемости, деэмульгируемости, то в качестве основы используются наиболее дешевые масла. Требование лег коподвижности эмульсолов приводит к применению маловязких масел, типа веретенного вязкостью 0,01-0,02 м2/с при 50 °С.

В качестве эмульгаторов в первую очередь используют мыла жирных ки слот и щелочных металлов, триэтаноламина или моноэтаноламина. Предлага ются также аммониевые соли природных полимеров, сульфонаты, а также неионогенные эмульгаторы.

Повышение смазочных свойств достигается добавками полимеров [28] как в виде кислотного остатка, так и самостоятельно. Используются добавки полиэтилена, диалкилдитиофосфата цинка, а для повышения стабильности эмульсий - спиртов в количестве 1-2 %. В целом использование присадок для эмульсолов аналогично использованию присадок для минеральных масел. Спе цифичным является требование к их стабильности в воде. В отличие от масел, эмульсии содержат эмульгаторы и желательны добавки, предотвращающие микробиологическое поражение [29].

Эмульсии для дрессировки могут быть те же, что и для прокатки, но с целью повышения коррозионной стойкости проката в 5-10 раз их концентрация должна быть не 2-3 %, а не менее 6-8 % [15]. Возможно и существенное упро щение композиции эмульсии за счет удаления составляющих, обеспечивающих снижение напряжений трения. Тем не менее, концентрация компонентов, обес печивающих защиту от коррозии, например, солей тримоноэтаноламина, долж на быть предельной.

Эмульсии, применяемые в настоящее время (Т, ЭГТ) и ранее применяв шиеся Э2Б, ЭТ1 и др.), относятся к минерально-масляным эмульсиям стабили зированным мылами. Срок их эксплуатации чаще всего около 5-6 дней.

Рассмотрим пример создания эмульсии, превосходящей по своим свойст вам эмульсии минерального масла без присадок, типа Т, ЭГТ. Основной зада чей создания новых эмульсий является повышение сроков их эксплуатации, затем повышение чистоты поверхности и, наконец, снижение энергосиловых затрат с целью расширения сортамента в сторону меньших толщин. Перечис лим основные требования к эмульсии:

- обеспечение стабильности и долговечности эмульсий, способность к очистке;

- получение чистой от загрязнений поверхности: порядка 200-400 мг/м остатков продуктов износа и масла;

- оптимальная смазочная способность;

- отсутствие вредных воздействий на металл в процессе отжига;

- защита прокатанного металла от коррозии.

Отметим, что для малых скоростей прокатки в области 0,2-1,0 м/с, напряжение трения больше, чем задано. Принимаем следующие технические требования для вновь разрабатываемых эмульсий:

- значение напряжения трения в пределах от 25 до 66 МПа;

- защита поверхности от повреждений;

- нормированная шероховатость поверхности при прокатке -1,5 мкм;

- получение чистой от загрязнений поверхности - требуется количе ство остатков смазки и продуктов износа в пределах 200-400 мг/м2, или в 1,5- раза меньше, чем на эмульсиях Э2Б, Т;

- смазка должна применяться в виде водной эмульсии;

- обеспечение жидкотекучести эмульсола при 20-25 °С (условия транспортировки и хранения);

- стабильность готовой свежей эмульсии должна обеспечивать отсут ствие выделения масла за время не менее 24 ч;

- срок эксплуатации эмульсии - не менее чем в два раза, больше эмульсии Т, в сходных условиях;

- защита от коррозии должна обеспечиваться как после промаслива ння подката эмульсолом, так и после прокатки, при хранении в помещении в течение не менее 5 суток;

- полное выгорание остатков смазки при отжиге без образования сажистых налетов;

роопасность - в пределах, удовлетворяемых эмульсолом Т, применяемым в производстве.

Такие требования, как защита поверхности от повреждений при продатке и нормированная шероховатость поверхности не являются определяющими при выборе состава эмульсола, поскольку применяемые эмульсии, не содержащие специальных присадок, обеспечивают отсутствие рисок, а шероховатость гото вой продукции создается при дрессировке. Напротив, требование увеличения срока эксплуатации — одно из главных. Для того, чтобы его обеспечить, необ ходимо добиться повышенной способности эмульсии отделять механические примеси и не образовывать при этом трудно удаляемых отложений на трубо проводах и плотных осадков в емкостях системы. Необходимо, чтобы свойства эмульсии не изменялись существенно при попадании в нее посторонних масел из систем смазки оборудования, промасливающих составов и остатков травиль ных растворов.

Основу подбирали на базе более легких масел типа И-12А - И-20А с до бавками жиров. Как было показано, добавка к минеральному маслу жиров в пределах от 10 до 25 % дает одинаковый эффект. Кроме того, эмульгаторы (мыла, оксиэтилированные кислоты) по своему действию аналогичны жирам.

Отсюда следует, что суммарное количество жиров и эмульгаторов, добавляе мых к минеральному маслу должно быть не менее 10 %, или несколько больше с учетом их потерь в процессе эксплуатации и разбавления масляной основы посторонними маслами.

Положительное влияние на износ и высокие смазочные свойства триэта ноламинового эфира синтетических жирных кислот (СЖК) позволили приме нить его и некоторые аналоги в качестве жировой присадки. Так, был предло жен продукт конденсации (эфир) триэтаноламина и кубового остатка СЖК.

Исследование стабильности эмульсии, содержащей 10 % эфиров триэта ноламина и кубового остатка СЖК, показало, что необходимое содержание стеарокс-6 и мыл того же триэтаноламина с СЖК в среднем по 8-10 %. В ре зультате получена композиция эмульсола (ЭП-29): основа - масло веретенное;

10 % эфира триэтаноламина и кубового остатка (СЖК;

5-10 % стеарокс-6;

10 % мыла триэтаноламина и СЖК фракции C10-20).

Лабораторные исследования загрязненности поверхности образцов и ис следование энергосиловых параметров при прокатке с эмульсолами Т и ЭП- показали преимущества ЭП-29;

снижение напряжения трения на 25-30 %, уменьшение загрязненности на 40-45 %. При прокатке на реверсивном стане 425 среднее значение напряжения трения на эмульсии Т составляет 92 МПа, а на эмульсии ЭП-29 ниже - 64 МПа. Данные о загрязненности самой эмульсии и поверхности металла, приведенные ранее, показывают, что в сравнении с прокаткой на эмульсии Т, образующееся количество продуктов износа меньше в 2-3 раза. Полоса чище, общее количество остатков при прокатке на реверсивном стане 425 составляет 240-260 мг/м2. Применение эмульсии Т дает не менее 380-400 мг/м2. На более скоростном (до 5 м/с) непрерывном стане 300 общее количество остатков при прокатке на эмульсии ЭП-29 составляет 300-320 мг/м2, на эмульсии Т - 620-690 мг/м2. Срок эксплуатации эмульсии ЭП-29 в 4—6 раз выше, чем эмульсии Т, при сохранении основных рабочих характеристик.

Исследование коррозионно-защитных свойств эмульсола ЭП-29 в лабораторных условиях показало, что они выше, чем у специально разработанной защитной смазки К-17.

В производственных условиях коррозии, пятен и нагаров не наблюдалось.

Шероховатость поверхности ниже, чем при прокатке на эмульсии Т и соответ ствует 0,9 от шероховатости валков. Высокая экранирующая способность эмульсии ЭП-29 привела также к тому, что полностью исключается слипание при отжиге.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Функциональное назначение СОТС при прокатке.

2. Роль трения при прокатке.

3. Классификация СОТС при холодной прокатке.

4. Классификация СОТС при горячей прокатке.

5. Требования к СОТС при холодной прокатке.

6. Требования к СОТС при горячей прокатке.

7. Принципы подбора состава СОТС.

8. Группы СОТС.

9. Методика выбора СОТС при горячей прокатке.

Ю.Методика выбора СОТС при холодной прокатке.

7. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ И АНАЛИЗ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ 7.1. АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ Большинство современных технологических процессов обработки метал лов в машиностроительных и металлургических производствах невозможны без применения водных технологических жидкостей (ВТЖ), способствующих существенному увеличению стойкости инструмента, повышению производи тельности и качества обработки.

В процессе функционирования ВТЖ неизбежно загрязняются механиче скими и иными примесями, подвергаются негативному воздействию микро флоры. Эти процессы приводят к ухудшению выходных показателей операций металлообработки, сокращению срока функционирования самих технологиче ских жидкостей и увеличению затрат, связанных с их применением.

Рассмотрим подробнее загрязнения, попадающие в ВТЖ.

В общем виде ВТЖ можно рассматривать как дисперсную систему с твер дой (суспензии) или жидкой (эмульсии) дисперсной фазой, в которой дисперси онной средой является вода. С позиции коллоидной химии по дисперсности загрязнений большинство видов ВТЖ являются полидисперсными, микрогетеро генными системами, которые содержат частицы размером более 0,1 мкм. По размеру частиц суспензии (или эмульсии) подразделяются на грубые (диаметр частиц более 100 мкм), тонкие (0,5-100 мкм) и мути (0,1-0,5 мкм) [39,55].

Кроме того, ВТЖ могут быть загрязнены растворенными веществами (ис тинные растворы) и микрофлорой. К растворенным веществам относятся мине ральные (ионизированные) или органические соединения - макромолекулярные и микромолекулярные. Развитие микрофлоры происходит в несколько этапов:

появление спор, развитие клонов, появление и развитие колоний [53].

Непременным исходным условием является нормирование содержания загрязнений в ВТЖ в зависимости от требований к качеству обрабатываемой продукции. Причем следует отметить, что в разных производствах (или на раз ных операциях обработки) нормируются различные показатели чистоты ВТЖ, так, для операций механической обработки должны быть заданы (табл. 7.1, [55]):

- массовая концентрация механических примесей С, г/дм3;

- средний размер частиц d, мкм;

- среднее квадратическое отклонение а, мкм;

- содержание посторонних неэмульгированных масел См, %;

- баллы бактериостойкости, грибостойкости (по ГОСТ 9.085-78).

Таблица 7. Предельные значения показателей чистоты ВТЖ в процессе эксплуатации С, г/дм3 d, мкм Механическая обработка а, мкм См,% Круглое наружное шлифование:

8 0, предварительное окончательное 5 1,5 0, 0, Плоское шлифование:

предварительное 20 0, окончательное 0,04 0, Точение:

предварительное 100 0, 20 окончательное 0, 20 Сверление 0,4 Зенкерование 0, 10 Развертывание 0,1 * Показатели даны при значениях баллов по ГОСТ 9.085-78: бактериостойкости - 1, грибостойкости - В черной металлургии в различных производствах задаются следующие параметры загрязнений [36]:

- взвешенные вещества, мг/дм3;

- сульфаты, мг/дм3;

- хлориды, мг/дм3;

- железо (общее), мг/дм3;

- фториды, мг/дм3;

- цианиды, мг/дм3;

- и др.

Причем значения параметров загрязнений ВТЖ могут колебаться в значи тельных пределах. ВТЖ газоочисток содержат взвешенных веществ, мг/дм3 [37]:

- доменные печи - 1500-2500;

- мартеновские печи - 3000-7000;

- конверторы - 2800-20000.

Предельные значения взвешенных веществ в очищенных ВТЖ, подавае мых на мокрую газоочистку, составляют 150-600 мг/дм3.

Таким образом, ВТЖ необходимо очищать от:

- взвешенных твердых загрязнений;

- взвешенных жидких загрязнений, например, инородных масел;

- растворенных веществ;

- микрофлоры.

7.2. АНАЛИЗ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Выбор способа и устройства для очистки ВТЖ диктуется рядом показате лей: видом технологического процесса, дисперсным составом и физико химическими свойствами примесей, составом применяемых жидкостей и их расходом, а также требованиями к качеству обрабатываемой продукции.

Так, в табл. 7.2. [31] приведены основные характеристики устройств для очистки технологических жидкостей при механической обработке. Следует отметить, что указанные в табл. 7.2 очистные устройства предназначены, в основном, для удаления взвешенных веществ. Для удаления других загрязне ний применяются очистные устройства [55], принцип действия которых осно ван на использовании:

- коагуляции и флокуляции;

- флюидизации;

- мембранного разделения;

- адсорбции;

- биотехнологий.

Общеизвестно, что в настоящее время нет очистителей, которые можно было бы однозначно рекомендовать для тех или иных условий. Поэтому в прак тике успешно применяются комбинации нескольких устройств таким образом, чтобы они взаимно дополняли друг друга, компенсируя присущие каждому из них недостатки. Соединение устройств в системе очистки осуществляют после довательно (многоступенчатые очистители) либо параллельно (многоконтур ные очистители). В табл. 7.3 [31] приведены предпочтительные технологии для очистки ВТЖ, применяемые при механической обработке.

Таблица 7. Предпочтительные технологические процессы очистки ВТЖ 7.3. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ОРГАНИЗАЦИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ КЛАССИФИКАЦИЙ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ В настоящее время в науке и технике нет единого подхода к классифика ции очистителей. Разные авторы трактуют этот вопрос исходя из различных предпосылок.


Так, в работе [58] (табл. 7.4) авторы разделяют все устройства для очист ки ВТЖ на фильтры и силовые очистители, приводя технологические характе ристики показателей качества очистки для каждого устройства.

Таблица 7. Качество очистки ВТЖ различными устройствами В работе [55] (рис. 7.1) все очистные устройства делятся на флотаторы, фильтры, устройства очистки в силовых полях.

В свою очередь, для каждого из этих устройств указаны различные типы исполнения, например, фильтры безнапорные, напорные, под вакуумом с даль нейшей детализацией конструкции.

Авторы работы [31] классифицируют очистные устройства и их комбина ции (подсистемы) по следующим принципам (рис. 7.2):

- по степени централизации;

- по способу очистки;

- по степени мобильности;

- по расположению;

- по количеству ступеней очистки;

- по относительному объему очищаемой технологической жидкости;

- по количеству контуров очистки;

- по совмещению элементов в пространстве;

- по типу управления;

- по рабочему напору.

Рис. 7.1. Методы очистки ВТЖ от механических примесей В работе [55] (рис. 7.3) очистные устройства классифицируются и выби раются в зависимости от наличия рабочих материалов (воздушные потоки, гид равлические жидкости) или технологических процессов (новые покрытия, обработка поверхностей). Там же приводится схема стокообразования (рис. 7.4) в зависимости от обрабатываемых поверхностей, учитывающая материал поверхностей, технологические процессы, расходные материалы.

В работе [62] (табл. 7.5) приведена классификация газоочистного обору дования для выбора очистных устройств очистки многокомпонентных и гете рогенных выбросов для производства цветных металлов и сплавов. Классифи кация основана на группировании загрязнений по их физическим и химическим свойствам (вещество загрязнителя, размер частиц, концентрация).

Дана эффективность очистки от различных загрязнителей.

Рис. 7.3. Технологические системы и сбросы загрязнений в автомобильной промьнпленности Рис. 7.4. Схема стокообразования при обработке поверхностей Таким образом, в настоящее время отсутствует единый подход к класси фикации очистных устройств, применяемых в конкретных технологических си туациях. Различные авторы подходят к данному вопросу с совершенно разных позиций.

Необходима разработка общего теоретического подхода, являющегося основой для универсальной системной классификации очистных устройств, обеспечивающего их выбор в конкретных технологических ситуациях, в том числе в случае разработки и проектирования многоступенчатых систем очистки жидкости от многокомпонентных и гетерофазных загрязнений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Загрязнения, попадающие в ВТЖ.

2. Параметры загрязнений в различных производствах черной металлургии.

3. Технологические процессы очистки ВТЖ.

4. Очистные устройства и их подсистемы.

8. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЛОЖНЫХ СО ВТЖ 8.1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Глобальной проблемой современных технологий машиностроения явля ется разработка малоотходных ресурсосберегающих технологических процес сов, обеспечивающих возможность создания производств с минимальным количеством отходов, вредные воздействия которых на окружающую среду не превышают допустимых санитарно-гигиенических норм. Цель развития ресур сосберегающих и экологизированных технологий - создание системы макси мально замкнутых технологических циклов с полным использованием посту пающего сырья и отходов. Это попытка воспроизвести природные циклы, так как биосфера является предельно замкнутой системой, где все элементы взаи мосвязаны и обусловливают друг друга.

Современная техногенная экономика является открытой системой, где получение относительно небольшого конечного продукта требует огромных затрат ресурсов и сопровождается большим количеством отходов [41,42].

По отношению к общему объему отчуждаемого природного вещества конечный продукт сейчас составляет всего 2-4 %, а подавляющая остальная часть идет в отходы (пустая порода, шлаки, стоки и т. д.). С этой точки зрения безотходные технологии являются идеальной моделью, на которую должны ориентироваться современные производства. Однако, абсолютно безотходное производство не возможно, поэтому можно рассчитывать лишь на малоотходное (экологизиро ванное) производство [40,47].

Первым и наиболее значимым этапом экологизации процессов очистки ВТЖ является совершенствование существующих технологий очистки, что должно привести к экономии природных ресурсов, сокращению или предот вращению вредных выбросов, развитию и модернизации очистных сооруже ний, минимизации отходов. Поэтапная трансформация традиционных техно логий очистки ВТЖ в малоотходные и ресурсосберегающие на втором этапе позволит перейти от открытых систем очистки ВТЖ со свободным входом ресурсов и переработкой отходов к полуоткрытым — с частичным использова нием извлекаемых материалов и переработкой отходов, а затем и к цикличе ски замкнутым системам с максимально полной переработкой всех посту пающих ресурсов, необходимых при функционировании ВТЖ, и использова нию отходов в качестве сырья для других производств. Последним этапом развития малоотходных технологий применения ВТЖ является организация разумного депонирования или захоронения неминуемых остатков и нейтрали зация неустранимых энергетических потерь. Такая трансформация изменяет сам технологический принцип, так как в настоящее время в большинстве слу чаев борьба с загрязнениями и отходами осуществляется лишь на последнем технологическом этапе путем использования фильтров, очистных сооружений и пр. (прямые природоохранные мероприятия). Такой способ экологизации технологий применения ВТЖ экономически нецелесообразен и экологически неэффективен, поскольку неизбежно ведет к удорожанию производства по мере увеличения требований к степени очистки выбросов и достигнет в конце концов такой стоимости, которая превысит стоимость самих объектов.

При этом возникает противоречие между существующими технологиями очи стки ВТЖ и новыми требованиями к защите окружающей среды. При господ ствующей в настоящее время на предприятиях нерациональной технологии очистки ВТЖ дополнять соответствующую технику сооружениями для разложения отработанной ВТЖ при малом сроке ее функционирования неце лесообразно.

Переход на качественно новую технологию применения ВТЖ с замкну тым циклом использования вещества позволит резко сократить потребление необходимых материалов из окружающей среды. Все вещество при такой тех нологии будет функционировать в социальной среде и новое количество веще ства потребуется лишь для расширенного воспроизводства и компенсации не избежных потерь, как в живой природе.

Основополагающим тезисом является предельная минимизация по терь производственных ресурсов, затрачиваемых при реализации техноло гических процессов в машиностроении и металлургии с использованием ВТЖ, и исключение сбросов отработанной ВТЖ и продуктов ее переработ ки в окружающую среду путем обеспечения замкнутых технологических циклов очистки ВТЖ.

На основе общесистемных, общетехнических и общетехнологических законов, а также законов инженерной экологии, сформулируем систему принципов, которыми необходимо руководствоваться при создании ресурсосберегающих экологизированных технологий и систем очистки (СО) ВТЖ:

1. Принцип системной экологизации СО ВТЖ в рамках системной экологизации производства.

Экологизированные ресурсосберегающие СО ВТЖ следует разрабатывать в рамках системного подхода к экологизации предприятия в целом и СО ВТЖ в частности, поскольку экологическая эффективность предприятия и любой сис темы зависит от экологичности всех составляющих их элементов, а выборочная экологизация отдельных элементов системы не обеспечивает экологическую чистоту и безопасность системы и всего производства, так как она «гаснет» в цепи иерархии неэкологизированной производственной системы в целом. Про изводство необходимо строить в соответствии с законами системной целостно сти саморегулирующихся экосистем и использовать при этом ресурсосбере гающие технологии, дающие на выходе минимум вредных выбросов, а также перерабатывать все отходы СО ВТЖ с целью извлечения из них и повторного использования ценных ресурсов - металла, масел, воды и др. Уровни системно сти СО ВТЖ сильно различаются - от простых индивидуальных, обслуживаю щих, например, один металлорежущий станок, до высокопроизводительных комплексов СО ВТЖ, обслуживающих целые производственные корпуса [33] (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Уровни системности СО ВТЖ Реализация этого принципа означает, в частности, наличие в структуре СО ВТЖ подсистем рекуперации соответствующих ресурсов.

Организация процессов утилизации отходов машиностроительными и ме таллургическими предприятиями в настоящее время является весьма трудной научно-технической задачей. Установки для утилизации требуют значительных капиталовложений, затрат тепло- и электроэнергии, воды, использования средств автоматики, наличия компетентного обслуживающего персонала.

В этом плане оптимальным является сочетание общезаводских и локальных систем очистки. Последние позволяют извлекать из ВТЖ подлежащие утилиза ции компоненты вблизи от источников загрязнений (при высоких их концен трациях и повышенной производительности технологических элементов) и, тем самым, упростить очистку ВТЖ в заводских сооружениях.

2. Принцип организации замкнутых циклов движения материальных потоков в СО ВТЖ.

Реализация этого принципа наиболее эффективно обеспечивает миними зацию негативного воздействия на окружающую среду (отходов системы) при одновременном уменьшении потребления внешних ресурсов.

При разработке СО ВТЖ реализация принципа организации замкнутых циклов предполагает решение комплекса научно-технических и технологических во просов, связанных с восстановлением отработанной ВТЖ и последующей ее рециклизацией, непрерывным извлечением из ВТЖ и рекуперацией механиче ских примесей и «инородных» масел в пленочном и эмульсионном состояниях.


Рециклизация ВТЖ позволяет исключить ее залповые сбросы в поверхно стные водоемы и уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду.

Кроме того, в СО ВТЖ необходимо улавливать, конденсировать и повторно использовать ВТЖ, испаряющуюся и разбрызгиваемую в процессе металлооб работки, а также минимизировать потери ВТЖ со шламовыми отходами и стружкой.

3. Принцип исключения или минимального использования химических методов борьбы с микроорганизмами в ВТЖ.

Для борьбы с микробиологическим поражением ВТЖ целесообразно ис пользовать естественные механизмы регуляции численности бактерий и, в ча стности, межвидовую конкуренцию микроорганизмов в ВТЖ. Например, целе сообразно периодически подавлять жизнедеятельность анаэробных бактерий, создавая при этом благоприятные условия для существования (развития) аэроб ных бактерий и неблагоприятные условия для анаэробных. Этот принцип реа лизуется путем периодической аэрации ВТЖ.

4. Принцип обратимости процессов, протекающих в ВТЖ.

Многие источники [53,54] указывают, что изменения, происходящие в ВТЖ в процессе её функционирования, необратимы. Однако экспериментальные исследования, проведенные автором, и другими исследователями [31,43,44,51], показывают, что определенными физико-химическими воздействиями на ВТЖ можно восстанавливать её эксплуатационный и технологический ресурсы, кото рые при биопоражении теряются необратимо в малой степени.

5. Принцип предотвращения негативного воздействия вредных фак торов (испарение, разбрызгивание ВТЖ и т. д.).

Этот принцип реализуется путем использования технологий и техники, позволяющих исключать участие человека и вредные факторы из производст венных процессов.

6. Принцип обеспечения возможности развития (модернизации) СО ВТЖ и её элементов при изменении условий функционирования системы.

Возможным решением является модульная организация СО ВТЖ, когда ее под системы выполняют в виде отдельных модулей, функционирующих как в авто номном режиме, так и совместно с другими модулями.

7. Принцип минимального использования в СО ВТЖ расходных материалов.

Предпочтение следует отдавать СО ВТЖ, не использующим расходные материалы (в особенности дорогостоящие фильтрующие материалы - металли ческую вату, керамические микрофильтрующие мембраны, тканые и нетканые материалы, полиэфирные волокна, нейлоны, бумагу, кизельгур, перлит, диато мит, асбест, древесную муку, инфузорную землю), что позволяет сократить количество неутилизируемых отходов, идущих в отвалы, и соответственно уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду и повысить экономи ческую эффективность СО ВТЖ.

8. Общетехнические принципы построения сложных систем в приме нении к СО ВТЖ:

- Малая энергозатратность СО ВТЖ при максимальном коэффици енте полезного действия.

Снижение энергозатрат становится особенно актуальным в высокорас ходных централизованных СО ВТЖ современных машиностроительных и ме таллургических предприятий в связи с экономической недоступностью для большинства предприятий высокопроизводительных устройств, обеспечиваю щих качественную тонкую очистку ВТЖ. Перспективным способом снижения энергозатратности СО ВТЖ является организация неполнопоточной компенса ционной тонкой очистки ВТЖ, заключающейся в выполнении тонкой очистки не всего потока, а лишь его части (с производительностью 3-25 % от произво дительности СО ВТЖ), таким образом, чтобы при этом подавить накопление механических и иных примесей во всем объеме ВТЖ.

- Оптимизация размеров и месторасположения СО ВТЖ и её эле ментов.

Возможность существенной экономии производственных площадей от крывает многоуровневое расположение технологических элементов СО ВТЖ, различных по своему функциональному назначению. Компактность позволяет располагать в ограниченных по площади помещениях сложные системы. В свя зи с этим целесообразен переход от напорных систем к безнапорным. В таких системах уменьшается число емкостей и насосов. При этом обеспечивается су щественное снижение энергозатрат.

Возможным путем реализации рассматриваемого принципа является так же совмещение технологических элементов СО ВТЖ в пространстве. Напри мер, весьма эффективным оказывается совмещение флотационной и гравитаци онной очистки ВТЖ в одной емкости, а также совмещение функций транспор тирования ВТЖ и предварительной ее очистки путем размещения элементов подсистемы очистки ВТЖ в трубопроводе.

При решении проектно-конструкторских задач, связанных с принципом оптимизации размеров и месторасположения элементов и СО ВТЖ, целесооб разно использовать математические методы параметрического анализа.

- Обеспечение оптимальной и надежной работы всех элементов СО ВТЖ.

Нельзя рассчитывать на предельный (максимально эффективный) режим работы элементов СО ВТЖ, так как это может вызвать их быстрый износ и выход из строя. Поэтому при проектировании СО ВТЖ необходимо заклады вать оптимальный, а не максимально эффективный, режим работы всех ее эле ментов (своего рода «крейсерский» режим).

С целью повышения надежности СО ВТЖ необходимо, чтобы технологи ческие функции каждого элемента системы подстраховывались другими эле ментами. В этом случае выход из строя одного элемента системы не приведет к ее резкому функциональному изменению. Этот принцип нашел удачное техни ческое решение в установках «Вита-С», в которых функция очистки ВТЖ воз ложена на очистители трех типов: бак-отстойник, магнитный сепаратор и фло татор.

- Гибкость технологических процессов и автоматизированное (адап тивное) управление СО ВТЖ и ее элементами (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Направления обеспечения гибкости технологии очистки ВТЖ Реализация этого принципа является одним из определяющих условий обеспечения важнейшего свойства любой технической системы - эмерджент ности*.

При реализации адаптивного управления целесообразно использовать средства активного контроля свойств ВТЖ [30,51], позволяющие контролиро вать и управлять рядом параметров ВТЖ, например, концентрацией эмульсола и механических примесей, рН-показателем, содержанием кислорода и др. Это позволит оптимизировать работу как отдельных элементов, так и всей СО ВТЖ.

Без формирования математического аппарата, включающего комплекс матема тических моделей, описывающих процессы функционирования элементов сис темы (ВТЖ, очистители и т.д.), нельзя решить задачу оптимального адаптивно го управления ею. Примером гибкого (адаптивного) управления работой кас сетного магнитного сепаратора может служить управление циклом его разгруз ки (очистка магнитных патронов от шлама), осуществляемое в зависимости от толщины налипшего на патрон шлама.

8.2. ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВТЖ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Рассмотрим далее технологии и системы, построенные на основе пере численных выше принципов.

При традиционной для машиностроительных и металлургических пред приятий технологии применения ВТЖ (рис. 8.3) циркулирующая в СО оборот ная ВТЖ подается на технологическое оборудование, где проявляются ее функциональные действия [35]. Собранная с технологического оборудования ВТЖ направляется в подсистему очистки и рециркуляции (оборота), где очи * Эмерджентностъ - наличие системного целого, не присущего сумме её составляющих эле ментов, не объединенных системообразующими связями.

щается от механических и иных примесей и подвергается необходимой коррек ции. Затем жидкость снова подается на технологическое оборудование и так цикл за циклом в течение одного-двух месяцев. Отработанная ВТЖ подается на установку разложения на водную и масляную фазы. Затем водная фаза транс портируется на нейтрализацию и с другими водными стоками сбрасывается в водный бассейн. Загрязненные нефтепродуктами шламы из подсистем очистки, разложения ВТЖ и нейтрализации водных стоков размещаются на специализи рованных свалках. Впоследствии нефтепродукты вымываются в водный бас сейн [38]. Аэрозоли, образующиеся на технологическом оборудовании в зоне обработки, через вентсистему проникают в окружающую воздушную среду и с осадками выпадают в водный бассейн.

Анализ научно-технической информации [33,34,45,52,54,57 и др.] и результатов обследования СО ВТЖ, функционирующих на ведущих отечест венных машиностроительных (Волжском, Камском и Ульяновском автомо бильных заводах, Московском, Саратовском и Самарском подшипниковых за водах и др.) и металлургических предприятиях (комбинатах в Липецке и Чере повце) привел к следующим выводам:

1) С той или иной степенью полноты в действующих производствах реа лизованы лишь принципы оптимизации размеров и месторасположения СО ВТЖ и ее элементов, а также обеспечения оптимальной работы основных эле ментов системы.

2) Все существующие СО ВТЖ организованы с нарушением принципов системной экологизации и организации замкнутых циклов движения матери альных потоков, не обеспечивают достаточно длительного срока функциониро вания ВТЖ, предполагают значительное количество отходов, энерго- и ресур соемки, и поэтому запрограммированы на ухудшение экологической ситуации.

3) Большинство из существующих СО ВТЖ предполагает использование в подсистеме очистки ВТЖ расходных фильтроматериалов, являющихся дополнительным отходом и усугубляющим негативное воздействие СО ВТЖ на окружающую среду.

В соответствии с предлагаемой технологией в проектируемой СП должны быть предусмотрены (рис. 8.4):

1) система очистки и рециркуляции ВТЖ, обеспечивающая оборот жид кости до 12 месяцев и более (вследствие чего резко уменьшаются сбросы отра ботанной ВТЖ на переработку);

2) установка восстановления отработанной ВТЖ без разложения на вод ную и масляную фазы;

3) установка экологически чистого разложения ВТЖ небольшой произво дительности (поскольку сбросы ВТЖ на разложение резко снижаются);

4) установки раздельного рециклинга водной, масляной и твердой фаз, входящих в состав водных стоков разложения, аэрозолей и шламов [31];

5) установка возврата аэрозолей из вентсистем;

6) установка обеспечения экологической безопасности [31].

Рис. 8.3. Типовой технологический процесс очистки ВТЖ Рис. 8.4. Проектируемый экологизированный ресурсосберегающий технологический процесс очистки ВТЖ В ходе разработки ресурсосберегающей экологизированной технологии применения ВТЖ на промышленном предприятии была составлена блок-схема технологического процесса переработки отходов от применения ВТЖ (рис. 8.5).

Технология переработки этих отходов системно увязана с технологией перера ботки прочих технологических водных и нефтесодержащих жидкостей по ана логии с трофическими цепочками в природе.

Очистка ВТЖ на металлорежущих станках и технологическом оборудо вании металлургических предприятий обусловливает возможность представле ния ее как предмета массового потребления. Система очистки ВТЖ в этом слу чае рассматривается как «производитель» предмета массового потребления при наложении условия его экологизации и минимизации потребления ресурсов, а металлообрабатывающее производство - как массовый потребитель ВТЖ.

Ресурсосберегающая экологизированная СО ВТЖ-это организационно оформленное, системно-интегрированное, механизированное или автомати зированное вспомогательное производство, обеспечивающее потребность предприятия в ВТЖ при ограничении антропогенного воздействия на окружающую среду и минимизации затрачиваемых ресурсов.

Главными причинами, обусловливающими необходимость создания ресурсосберегающих экологизированных СО ВТЖ, являются: необходимость ресурсосбережения как неотъемлемого компонента обеспечения экономичности любых технологических процессов;

необходимость предотвращения или сниже ния техногенного давления на окружающую среду как непременного условия выживания человека. Основными предпосылками создания ресурсосбе регающих экологизированных СО ВТЖ являются накопленный опыт разработки технологии применения ВТЖ на машиностроительных и металлургических предприятиях в России и за рубежом, а также собственный опыт разработки соответствующей техники реализации таких прогрессивных технологий.

Основные трудности, которые необходимо преодолеть при создании ре сурсосберегающих экологизированных СО ВТЖ, заключаются в следующем:

несформированность и неоформленность базы знаний и базы данных, являю щихся информационной основой разработки и проектирования подобных сис тем;

отсутствие нормативного обеспечения технологических требований к качеству ВТЖ;

отсутствие высокоэффективной, надежной и достаточно дос тупной элементной основы ресурсосберегающих экологизированных СО ВТЖ;

отсутствие комплекса техники активного контроля состояния ВТЖ;

нескоорди нированность усилий исследователей, работающих над созданием современных ресурсосберегающих экологизированных СО ВТЖ.

Для достижения поставленной цели необходимо разработать лингвисти ческое, информационное, организационное, экономическое, эргономическое, математическое, программное и правовое обеспечение технологического про цесса ресурсосберегающего применения ВТЖ.

Создание ресурсосберегающих экологизированных СО ВТЖ оправдано при обеспечении следующих технико-экономических показателей: повышение производительности металлообрабатывающего оборудования как минимум на (10—15) %;

снижение потерь от брака, связанных с нарушением технологиче ских требований к ВТЖ;

снижение расхода основных материалов в 2 и более раз;

ликвидация использования вспомогательных материалов;

уменьшение энергозатрат в несколько раз;

увеличение времени между залповыми сбросами ВТЖ на разложение до года и в пределе их полная ликвидация;

снижение коли чества обслуживающего персонала в 2 и более раз;

ликвидация потребности в ручном труде при обслуживании и эксплуатации экологизированных ресурсос берегающих СО ВТЖ.

Ресурсосберегающая экологизированная СО ВТЖ рассматривается как подсистема производства машиностроительного или металлургического произ водства. В свою очередь такая СО ВТЖ имеет собственную иерархическую структуру внутренних специализированных подсистем (второго порядка).

СО ВТЖ взаимодействует на инфраструктурном уровне с прочими подсисте мами завода, что сильно осложняет анализ и обоснование эффективности ее создания.

Функционально целесообразно организовывать централизованно децентрализованную ресурсосберегающую экологизированную СО ВТЖ, в ко торой часть операций технологического процесса выполняется централизован но, а часть - децентрализованно.

Как всякая система, СО ВТЖ должна быть системно структурирована (рис. 8.6). В основе структурирования лежит функциональное назначение структурных элементов. Кроме того, системность структурирования СО ВТЖ в немалой степени связана с прерывистостью операции: часть операций техноло гического процесса применения ВТЖ выполняется непрерывно в течение цикла рециркуляции, а часть только по завершению этого цикла;

периодические опе рации связаны с подготовкой системы к выполнению циклической части опе раций. Кроме того, операции технологического процесса пространственно разделены.

Рис. 8.6. Системно-структурированная схема ресурсосберегающей экологизированной СО ВТЖ Операции (подсистемы), связанные с очисткой, разложением и восста новлением ВТЖ, выполняются в рамках одной пространственно-сопряженной системы рециркуляции. Подсистемы, осуществляющие переработку твердых отходов и масла, могут быть размещены в отдельных помещениях в данном производственном корпусе или вообще за его пределами на удалении до нескольких километров.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Принципы, которыми необходимо руководствоваться при создании ре сурсосберегающих экологизированных технологий и систем очистки ВТЖ.

2. Типовой технологический процесс очистки ВТЖ.

3. Проектируемый экологизированный ресурсосберегающий технологиче ский процесс очистки ВТЖ.

4. Причины, обусловливающие необходимость создания ресурсосберегаю щих экологизированных систем очистки ВТЖ.

9. ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ СО ВТЖ ПРИ СИСТЕМНОМ И МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ СО 9.1. ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ВТЖ Анализ литературных источников [31,55,58] показал, что проблема выбора средств очистки ВТЖ обусловлена неразберихой с их названиями, которые не позволяют идентифицировать конкретные очистители. Это причина устраняется введением терминологии на основе доминирующего явления, при котором про исходит очистка ВТЖ от данных примесей.

Однако проблема выбора оборудования для очистки ВТЖ не исчерпывает ся классификацией. Большие затруднения заключаются в выборе наиболее эффективного оборудования для очистки ВТЖ от многокомпонентных гетеро фазных загрязнений.

Существующая практика использования оборудования для очистки ВТЖ заключается в применении для отдельных конкретных загрязнений конкретных очистителей и составления из них одной технологической цепи. При этом не учитывается или мало учитывается тот факт, что большинство средств очистки удаляет одновременно, как правило, примеси с различной физической приро дой. То есть необходима методика оптимизации структуры систем очистки ВТЖ от многокомпонентных гетерофазных загрязнений.

На рис. 9.1 показан один из вариантов разрабатываемой универсальной ПСК средств очистки (в табл. 9.1 представлена расшифровка пиктограмм).

Переодическая система классификации (ПСК) позволяет упростить фор мирование матрицы альтернативных вариантов (МАВ) с одновременным отражением эффективности отделяемых средств очистки для различных компонентов загрязнений.

Альтернативные варианты структуры трактов систем очистки от конкрет ного загрязняющего вещества с указанием их эффективности можно отобразить в символически-цифровой форме, например, в виде уравнения Таблица 9. Условные обозначения компонентов загрязняющих веществ и средств очистки Для решения подобных систем уравнений успешно используется матрич ное исчисление, что служит основанием для оптимизации структуры и пара метров систем очистки, выполняемой методами системного анализа на основе структурного и параметрического анализа и синтеза. В качестве обобщенного критерия качества системы очистки (критерия оптимизации) наиболее часто используются экономические критерии (удельные капитальные затраты при внедрении системы очистки ВТЖ на единицу производительности;

экономиче ский эффект от внедрения, себестоимость очистки единицы объема ВТЖ и др.).

С целью постановки задачи моделирования конкретных средств очистки проведём далее системное моделирование и параметрический анализ систем очистки ВТЖ.

9.2. СИСТЕМНОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Ужесточение требований к технико-экономической эффективности и эко логической безопасности современных систем очистки водных технологиче ских жидкостей (СО ВТЖ) предопределяет необходимость постановки и реше ния оптимизационных задач на стадии проектирования этих систем и их эле ментов. В наиболее общем виде структура оптимизационной задачи состоит из целевой функции (критерия) оптимизации - энергоемкость, ресурсоемкость, стоимость обслуживания системы, срок функционирования ВТЖ и др. и систе мы ограничений, связывающих конструктивные и режимные параметры системы применения ВТЖ с критерием. Надежной основой для постановки и решения оптимизационных задач является математическое моделирование.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.