СПОСОБ ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2024 года по МПК B08B9/23 B08B3/02 B08B3/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к обработке металлопроката, а именно к очистке от технологических смазок, и может быть использовано при очистке цилиндрических длинномерных изделий, в частности труб, проволоки и прутков после холодной прокатки, волочения, перед нанесением различных видов покрытий, а также для финишной обработки поверхности изделий.

Уровень техники

Известен способ очистки от загрязнений, заключающийся в том, что моющую жидкость предварительно насыщают газом ниже предела растворимости при нормальных условиях и ведут очистку в газожидкостном потоке с выделением газа из жидкости путем нагрева очищаемого изделия (а.с. СССР № 1030058, В08В3/04, опубл. 23.07.1983). При таком способе выделяющиеся из жидкости пузыри газа турбулизируют пограничный слой на очищаемой поверхности, что повышает качество очистки.

Недостатком способа является необходимость предварительного подогрева изделия, что не всегда возможно по техническим и технологическим причинам, а также экономически нецелесообразно. При этом снижается качество очищаемой поверхности с возможным образованием окисной пленки.

Известна очистка от загрязнений длинномерных цилиндрических изделий, при которой изделие пропускают через устройство тороидальной кольцевой камеры с соплами, в которую подают вращающийся поток моющей жидкости и создают турбулентность потока в сопле, выполненном с кольцевыми выступами и впадинами на внутренней поверхности (а. с. СССР № 1276686, С23G 3/04, С25D 19/00, опубл. 15.12.1986).

Конструкция устройства не обеспечивает создания достаточной турбулентности потока внутри тороидальной камеры, вследствие чего не происходит полного разрушения и удаления любых загрязнений, например трудноудаляемых технологических смазок.

Известен также способ очистки длинномерного цилиндрического изделия, реализуемый с помощью устройства, при котором изделие пропускают через тороидальную камеру с выходным соплом, в которую подают вращающийся поток моющей жидкости, добавляют сжатый воздух и создают турбулентность потока в выходном сопле путем применения кольцевых канавок на его внутренней поверхности (патент РФ № 2355484, В08В3/02, В05В1/02, опубл. 27.07.2008).

Недостатками способа и устройства является низкая эффективность процесса очистки от трудноудаляемых загрязнений - технологических смазок, ввиду значительного объема подаваемого газа, что приводит к необходимости отделять его избыток и затрудняет процесс очистки.

Наиболее близким решением, принятым за прототип, является способ очистки наружной поверхности цилиндрического изделия, при котором изделие пропускают через тороидальную камеру с выходным соплом, в которую подают вращающийся поток моющего водного раствора и сжатый воздух и создают в выходном сопле турбулентность газожидкостного потока путем изменения давления газожидкостного потока от 20 до 1 атмосферы для образования пульсирующего газожидкостного потока, при этом газожидкостный поток подают противотоком навстречу изделию. Кроме того, в водный раствор добавляют моющее вещество в количестве не более 1,0%, и сжатый воздух подают в количестве не более 10% от объема моющего водного раствора. После очистки изделий моющим водным раствором проводят их промывку водой и сушку сжатым воздухом в тороидальных камерах с выходными соплами, причем каждую используемую среду подают из сопла противотоком навстречу изделию. (Патент № 2668033 В08В 3/02, В08В 9/023, В08В 3/08, опубл. 25.09.2018г.)

Недостатками способа является большая техническая сложность осуществления процесса изменения давления газожидкостного потока от 20 до 1 атмосферы, низкая производительность, низкая эффективность процесса очистки от трудноудаляемых загрязнений и низкое качество очистки, а также необходимость использования моющих химических веществ.

Раскрытие изобретения

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании эффективного способа очистки наружной поверхности длинномерных металлических изделий от технологических смазок после прокатки и волочения, перед термической обработкой, нанесением покрытий и финишными операциями.

Технический результат заключается в повышении качества очистки поверхности изделий и увеличении производительности процесса за счет обеспечения гидродинамической кавитации и исключения операции промывки.

Технический результат достигается за счёт того, что способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий содержит следующие этапы:

пропускают изделие через тороидальную камеру, снабженную выходным соплом;

в тороидальную камеру подают поток моющего водного раствора и сжатый воздух;

создают в выходном сопле турбулентность газожидкостного потока и осуществляют подачу пульсирующего газожидкостного потока на очищаемую наружную поверхность изделия с образованием гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия;

причем, для образования пульсирующего газожидкостного потока и гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия, изменяют скорость движения газожидкостной струи путем подачи водного раствора непрерывным потоком при постоянном давлении и одновременной импульсной подачи сжатого воздуха с постоянной частотой в пределах от 1 до 20 Гц.

Кроме того, водный раствор подают непрерывным потоком при постоянном давлении более 10 атмосфер.

Кроме того, сжатый газ подают при постоянном давлении, превышающем давление водного раствора не менее, чем на 1 атмосферу.

Кроме того, в качестве раствора используют воду, а в качестве сжатого газа - воздух.

Кроме того, водный раствор подают непрерывным потоком с температурой 30-40°С.

Осуществление изобретения

Заявленный способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий, например, труб, проволок, прутков и других длинномерных изделий, содержит следующие этапы:

изделие, например трубу, пропускают через тороидальную камеру с выходным соплом,

в тороидальную камеру подают поток моющего водного раствора и сжатый воздух,

создают в выходном сопле турбулентность газожидкостного потока и осуществляют подачу пульсирующего газожидкостного потока на очищаемую наружную поверхность изделия с образованием гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия,

причем, для образования пульсирующего газожидкостного потока и гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия, изменяют скорость движения газожидкостной струи путем подачи водного раствора непрерывным потоком при постоянном давлении и одновременной импульсной подачи сжатого воздуха с постоянной частотой в пределах от 1 до 20 Гц.

При этом водный раствор могут подавать непрерывным потоком при постоянном давлении более 10 атмосфер, а сжатый газ - при постоянном давлении, превышающем давление водного раствора не менее, чем на 1 атмосферу.

В качестве раствора используют воду, а в качестве сжатого газа - воздух.

Движение газожидкостного потока на наружной поверхности цилиндрического длинномерного изделия имеет турбулентный характер. Импульсная подача сжатого газа вызывает резкое изменение скорости и давления жидкостного потока на наружной поверхности длинномерного изделия на выходе из выходного сопла тороидальной камеры, приводящее к возникновению гидродинамической кавитации, за счет чего происходит очистка поверхности изделия от остатков загрязнений и технологической смазки.

В зоне резкого снижения давления, вызванного увеличением скорости потока жидкости за счет импульсной подачи сжатого газа, пузырьки газа меняют свой объем, разрываются и разрушают прочный слой загрязнения на наружной поверхности цилиндрического длинномерного изделия. При этом сжатый газ подают преимущественно при давлении, превышающем давление водного раствора не мене, чем на 1 атмосферу, что исключает перетекание водного раствора в систему подачи сжатого газа.

Использование воды в качестве раствора позволяет исключить операцию промывки изделия, что обеспечивает увеличение производительности процесса.

Способ очистки наружной поверхности, например, металлических длинномерных изделий, таких как: трубы, проволоки, прутки перед термообработкой, нанесением покрытий, финишными операциями и др., может быть осуществлен, например на установке, имеющей тороидальную камеру с выходным соплом, к которой подведены два патрубка от распределителя, обеспечивающего непрерывную подачу водного раствора на очищаемую поверхность изделия с одновременной импульсной подачей сжатого газа. Водный раствор с температурой 30÷40 градусов Цельсия подают при постоянном давлении, преимущественно более 10 атм. Импульсную подачу сжатого газа осуществляют с постоянной частотой в пределах от 1 до 20 Гц (при частоте ниже 1 Гц и выше 20 Гц кавитация практически отсутствует) при давлении, превышающем давление водного раствора не менее, чем на 1 атмосферу.

Контроль качества очистки осуществляют по степени загрязнения белой хлопчатобумажной салфетки при протирке внутренней поверхности 1 м длины трубы, которую взвешивают до и после протирки.

Предлагаемый способ очистки позволяет получить наружную поверхность изделий без остаточных загрязнений и увеличить производительность процесса.

Пример конкретного исполнения.

При помощи предлагаемого способа проводили очистку (удаление технологической смазки CastrolTDN86) наружной поверхности холоднокатаных нержавеющих труб из сплава 12Х18Н10Т диаметром 16 мм, толщиной1 мм, длиной от 4 до 24 м со средним исходным загрязнением 6080 мг/м². Очистку труб проводили в воде на пилотной импульсной струйно-кавитационной установке очистки.

На очищаемую поверхность труб осуществляли непрерывную подачу водного раствора с одновременной импульсной подачей сжатого газа. Водный раствор с температурой 30÷40 градусов подавали при постоянном давлении 12 атм. В качестве сжатого газа использовали сжатый воздух с частотой 15 Гц под давлением 17 атмосфер.

Затем осуществляли контроль качества очистки наружной поверхности труб.

Результаты испытаний представлены в таблице ниже.

Таблица - Производительность установки для очистки наружной поверхности труб различной длины.

Время обработки трубы, мин. Производительность установки, м/час 1,0 240 360 600 720 840 960 1080 1200 1440 1,5 160 240 400 480 560 640 720 800 960 2 120 180 300 360 420 480 540 600 720 2,4 100 150 250 300 350 400 350 500 600 2,5 96 144 240 288 336 384 336 480 576 2,8 86 129 214 257 300 343 386 429 514 3,0 80 120 200 240 280 320 280 400 480 Длина трубы, м (D_вн =14 мм) 4 6 10 12 14 16 18 20 24

Проведённые опытно-промышленные испытания показали, что длительность проведения качественной очистки (без остаточных загрязнений) труб разной длины одинакова и составляет от 1 до 3 мин., причём производительность процесса очистки тем выше, чем длиннее труба.

А при длительности очистки менее 1-й минуты не обеспечивается требуемое качество, предъявляемое к наружной поверхности труб.

Аналогичные результаты очистки получены при очистке наружной поверхности труб из титановых, циркониевых, молибденовых и других видов сплавов.

По сравнению с известным способом очистки наружной поверхности, в частности удаления смазки, длительность предлагаемого способа очистки меньше в 3÷3,5 раза. Как следует из данных, приведённых в таблице, производительность промышленной установки очистки длинномерных труб (10÷40 м) также будет выше в 3÷3,5 раза.

Таким образом, применение предлагаемого способа очистки наружной поверхности длинномерных изделий, по сравнению с известным, является экологически безопасным, высокоэффективным, позволяет сократить энерго- и ресурсозатраты, значительно сократить время очистки поверхности изделия, повысить производительность процесса и качество очистки, получая поверхность без остаточных загрязнений независимо от природы обрабатываемого металла и смазки, благодаря тому, что импульсная подача сжатого воздуха вызывает резкое изменение скорости и давления газожидкостного потока на наружной поверхности цилиндрического длинномерного изделия, приводящее к возникновению гидродинамической кавитации, что позволяет полностью очистить поверхность от технологической смазки.

Изобретение относится к обработке металлопроката, а именно к очистке от технологических смазок, и может быть использовано при очистке цилиндрических длинномерных изделий, в частности труб, проволоки и прутков после холодной прокатки, волочения, перед нанесением различных видов покрытий, а также для финишной обработки поверхности изделий. Способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий содержит следующие этапы: пропускают изделие через тороидальную камеру, снабженную выходным соплом, в тороидальную камеру подают поток моющего водного раствора и сжатый воздух, создают в выходном сопле турбулентность газожидкостного потока и осуществляют подачу пульсирующего газожидкостного потока на очищаемую наружную поверхность изделия с образованием гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия, причем для образования пульсирующего газожидкостного потока и гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия изменяют скорость движения газожидкостной струи путем подачи водного раствора непрерывным потоком при постоянном давлении и одновременной импульсной подачи сжатого воздуха с постоянной частотой в пределах от 1 до 20 Гц. Технический результат - повышение качества очистки поверхности изделий и увеличение производительности процесса. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий, характеризующийся тем, что содержит следующие этапы:

пропускают изделие через тороидальную камеру, снабженную выходным соплом,

в тороидальную камеру подают поток моющего водного раствора и сжатый воздух,

создают в выходном сопле турбулентность газожидкостного потока и осуществляют подачу пульсирующего газожидкостного потока на очищаемую наружную поверхность изделия с образованием гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия,

причем для образования пульсирующего газожидкостного потока и гидродинамической кавитации на очищаемой наружной поверхности изделия изменяют скорость движения газожидкостной струи путем подачи водного раствора непрерывным потоком при постоянном давлении и одновременной импульсной подачи сжатого воздуха с постоянной частотой в пределах от 1 до 20 Гц.

2. Способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий по п.1, характеризующийся тем, что водный раствор подают непрерывным потоком при постоянном давлении более 10 атмосфер.

3. Способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий по п.1, характеризующийся тем, что сжатый газ подают при постоянном давлении, превышающем давление водного раствора не менее чем на 1 атмосферу.

4. Способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий по п.1, характеризующийся тем, что в качестве раствора используют воду, а в качестве сжатого газа – воздух.

5. Способ очистки наружной поверхности длинномерных изделий по п.1, характеризующийся тем, что водный раствор подают непрерывным потоком с температурой 30-40°С.