Dlhotrvajúce moriace činidlá obsahujúce močovinu a spôsoby ich prípravy

Číslo patentu: 287092

Dátum: 26.10.2009

Autori: Hägg Fredrik, Lunner Sven-eric

Je ešte 5 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Sú opísané dlhodobo stabilné moriace činidlá na odstránenie vrstvy oxidu na nehrdzavejúcej oceli po tepelnej úprave, ako je zváranie, pričom moriace činidlo obsahuje kyselinu dusičnú a plnivá a vytvára moriacu pastu alebo moriaci gél, ktorý je natretý na tepelne upravenú nehrdzavejúcu oceľ, alebo moriacu kvapalinu nastriekanú na oceľ. Moriace činidlo obsahuje taktiež močovinu na redukciu vzniku dusíkatých plynov, pokiaľ sú moriace činidlá použité.

Text

Pozerať všetko

Predkladaný vynález sa týka dlhodobo stabilných moriacich činidíel obsahujúcich plnivá na odstránenie vrstvy oxidu na nehrdzavejúcej oceli po tepelnej úprave ako je zváranie, pričom moríace činidlo obsahuje kyselinu dusičnú. Tieto moríace činidlá vo forme pasty/gélu alebo postrekových kvapalín sú použité V obrábacom priemysle (napríklad v mechanických dielňach) na odstránenie vrstvy oxidu z ocele po zváraní atď., alebo na celkové čistenie ocele po jej úprave.Pri tepelnom pôsobení na nehrdzavejúcu oceľ, ako je zváranie, vzniká vrstva oxidu, predovšetkým Cľgog,FeO, SiOZ a MnO na povrchu ocele, okolo miesta, kde bolo uskutočnené zahriatie, rovnako tak ako na mieste vlastného spojenia. Vrstva musí byt odstránená preto, aby nehrdzavejúca oceľ získala požadované povrchové vlastnosti, ktoré zahrnujú normálnu pasivovanú vrstvu, s príslušným obsahom cukru. Odstránenie vrstvy oxidu je obvykle dosiahnuté pôsobením rañnovanćho moriaceho činidla, ako sú moridlové pasty alebo gély, ktoré sú natreté na oceľ v oblasti zvarovacích spojov alebo moríace kvapaliny, ktoré sú nastriekané, obvykle na väčšej ploche na úplné vyčistenie po úprave ocele. Pasta/kvapalina obsahuje plnivo na zvýšenie viskozíty činidla a z toho dôvodu vylepšuje jeho priľnavosť proti povrchu ocele a znižuje riziko postriekania. Pokiaľ moríace činidlo pôsobí určitý čas, normálne asi hodinu, je odparované vodou.Súčasné moríace činidlá sú založené na takzvaných miešaných kyselinách, t. j. zmesi kyseliny dusičnej(HNO 3) a kyseliny fluorovodíkovej (HF). Moreníe miešanými kyselinami poskytuje dobré výsledky a je taktiež ekonomické, ale vyúsťuje do ekologických problémov, ktoré sú ťažko riešiteľné, objavujúcich sa pri oxidácii kovu kyselinou dusičnou, vznikajúce dusíkaté plyny (NOX) a dusičnany sú vyvrhované do atmosféry a vody. Nové spôsoby morenia bolí vyvinuté po nedávnych požiadavkách na lepšie pracovné prostredie a právami zaoberajúcimi sa emisiarni vo vzduchu a odpadovýrní vodami z priemyselných procesov. Alternatíva, ktorá sa nedávno objavila, je takzvané morenie bez dusičnanov, t. j. kyselina dusičná bola nahradená iným oxidačných činidlom. Namiesto HNO boli použité napríklad Fe, peroxid vodíka (HZOZ) a kyselina sírová (H 2 SO 4), ktoré poskytovali dobré výťažky moriacich efektov, ale nie takých dobrých, ako pri použití kyseliny dusičnej. Ale s altematívnyrni oxidačnýmí činidlami bolo emisií NOX a dusičnanov zabránenć.Pokiaľ sú moríace gély, pasty alebo postrekové kvapaliny vyrobené, je problémom nájsť oxidačné činidlo, ktoré je dostatočne účinné, jednoduché na zaobchádzanie a tiež aj dlhodobo stabilné. S mnohými moriacirni činidlami bez dusičnanov je napríklad veľmi ťažké zaobchádzať a musí sa vziať do úvahy, že spotrebiteľ nie je odborníkom, obvykle je to otázka nižšej mechanickej schopnosti spotrebiteľa moriaceho činidlá. Taktiež dôležitá je stabilita, pretože moríace činidlá sú skladovateľnými výrobkami a môžu byť uskladnené dlho pred ich použitím.Typ moriaceho činidlá, ktorý je zámerom predkladaného vynálezu, by mal odolať uskladneniu V niekoľkých článkoch predajného reťazca, lodnej preprave po celom svete a uskladneniu spotrebiteľom. Známe, ale menej účinné činidlo na zníženie NO, v spojení s moriacimi činidlami diskutovaného typu je manganistan draselný. Meriace činidlo s prídavkom manganistanu horečnatého je veľmi nestabilné a preto sú takéto činidlá predávané po celom svete ako dvojzložkové činidlá. Podľa medzinárodných bezpečnostných noriem však nie je dovolené nakladať manganistan horečnatý a moríace činidlá, pokiaľ by mali byť dopravované loďou,čo znamená veľkú nevýhodu, ktorá je veľkým problémom pre obchod. Ďalej, pokiaľ sú tieto činidlá použité,mal by byť manganistan horečnatý a moríace činidlo zmiešané tesne pred použitím a potom celý obsah spotrebovaný do 24 h.Pokial je použitý kontinuálny moriaci kúpeľ s miešanými kyselinami, ktoré sú použité na morenie spojitých oceľových pásov pri ich výrobe, je oceľ obvykle privedená do moriaceho kúpeľa na odstránenie vrstvy oxidu, ktorý bol vytvorený napríklad pri úprave, ako je vinutie za studena, vinutie za tepla a temperovanie. Testy boli urobené s prídavkom močoviny do moriaceho kúpeľa na redukciu dusíkatých pár a dusičnanov. Pri neutralizácii zostatkových produktov z morenia s použitím močoviny sa objavujú hlavne komplikácie,ako je vznik amoniaku (NH 3). Ďalej je tu riziko vzniku dusičnanu amónneho (NH 4 NO 3) V moriacom kúpeli a tieto dusičnany sa môžu ukladať do odsávacich kanálov. Dusičnan amónny je explozívny pri vyšších teplotách alebo pri kontakte s ohňom. Najpravdepodobnejšie však je, že kvapky moriacich kyselín sú emitované,pokiaľ nastane vznik plynu a to isté sa stane aj s prídavkom močoviny. Keď je dusičnan amónny a FeF 3 uložený v studených stenách, sú potom kvapky moriacich kyselín prenesené do odpadových kanálov.Je známe množstvo patentov, ktoré uvádzajú použitie močoviny v moriacich kúpeľoch. V patente DE 3 412 329 je uvedený moriaci kúpeľ s miešanými kyselinami, kde je močovina pridaná V množstve, ktoré bolo stanovené po kontinuálnej analýze NOX v rúrkach vetracích komínov. V patente GB 2 048 3 ll sú uvedené moríace kúpele s miešanými kyselinami a močovínou. Je uvedené, že moriaca účinnosť bola zvýšená, pokiaľ celkový molárny pomer močovina/kyselina dusičná bol udržiavaný nie viac ako 1. Je taktiež teoreticky opí 10sané, čo sa stane, keď bude použité príliš veľa močoviny. Udane vhodne použité nmožstvá močoviny sú potom 0,05 až 5 hmotnostných. Taktiež v abstrakte JP 57 019 385 je použitá močovina v Innožstve 0,1 až 5 hmotnostných a moriaci kúpeľ je opísaný na použitie v spojení s výrobou ocele. V patente SE 8 305 648 je uvedený moríaci kúpeľ s miešanými kyselinami a močovinou, v patente je odporúčané pridanie močoviny z dna moríaceho kúpeľa. V abstrakte JP 61 015 989 je uvedený moriaci kúpeľ s miešanými kyselinami a 5 g/l močoviny. US 4 626 417 je najviac všeobecným patentom zaoberajúcim sa znížením N 0, v zmesi močoviny a kyseliny sírovej. V príklade l je ukázané vhodné použitie v moriacom kúpeli. V abstrakte JP 54 056 939 je uvedený spôsob morenia, ktorý je použitý v spojení s výrobou nehrdzavejúcich oceľových rúrok, v ktorom je pridávaná močovina v koncovom štádiu, zatiaľ čo moriaci kúpeľ je zahrievaný na 30 až 70 °C.Už V roku 1979 bolo v patente GB 2 048 311 a JP 54 056 939 uvedené použitie močoviny v moriacich kúpeľoch pre kontinuálne morenie ocele v spojeni s výrobou ocele. Hoci je táto technika známa už viacej ako 20 rokov, odbomík s veľkou znalosťou v odbore vie, že žiadny komerčný proces nepoužíva v súčasnosti močovinu do moriacich kúpeľov pre kontinuálne meranie. Dôvodom je pravdepodobne to, že bolo preskúmané mnoho problémov v spojení s použitím močoviny. Rovnako tak je zrejmé z mnohých ďalších patentov, že použitie močoviny v moriacich kúpeľoch nie je jednoducho uskutočniteľné. Konkrétne je problémom odolnosť moriaceho činidla. Napríklad v SE 8 305 648 je uvedené, ako je poznamenané, že problémy v spojení s použitím močoviny môžu byť vyriešené pridaním močoviny v špeciálnom rrmožstve, zo dna moriaceho kúpeľa. GB 2 048 311 uvádza, že nesmie byť použité príliš veľa močoviny, presnejšie maximálne 5 hmotnostných, a táto močovina musí byť pridaná počas moriaceho procesu. Ako je zrejmé z JP 61 015 989, obsah močoviny musi byť kontrolovaný počas procesu. Napriek všetkým týmto návrhom, ako vyriešiť tieto problémy spojené s pridaním močoviny v súčasnosti, po 20 rokoch neexistuje komerčný spôsob. Oveľa menej sa predpokladalo, že močovina môže byť použitá V moriacich činidlách podľa predkladaného vynálezu, t. j. že moriace činidlo sa chápe je určené na použitie neznalýrni spotrebiteľmi bez akejkoľvek možnosti kontroly postupu procesu a činidlo taktiež musí odolať uskladneniu počas dlhého času. Protikladom k uvedeným odkazom, ktoré sa týkajú moriacich kúpeľov pre morenú nehrdzavejúcu oceľ v spojení s ich výrobou, napríklad SE 504 733 a US 3 598 777, sú uvádzané moriace činidlá, ktoré sú podobnejšie rnoriacim činidlám podľa predkladaného vynálezu, napríklad dlhodobo stabilné moriace činidlá na odstránenie oxidovej vrstvy na nehrdzavejúcej oceli po tepelnej úprave, ako je napríklad zváranie a moriace činidlá, ktoré obsahujú dusičnú kyselinu a plnivá a tvoria moriacu pastu alebo moriaci gél, ktorý je natieraný na tepelne upravenú nehrdzavejúcu oceľ, alebo moriaca kvapalina, ktorá je nastriekaná na oceľ. Ale žiadny z týchto dvoch odkazov neuvádza nič o použití močoviny na zníženie obsahu vznikajúcich NOX, pokiaľ boli ako moriace činidlá použité.Predkladaný vynález sa zameriava na odstránenie uvedených problémov a najmä na prípravu moriaceho činidla, ktoré je účinné, jednoduché na zaobchádzanie a dlhodobo stabilné, s nepatrnými emisiami dusikatých plynov, pokiaľ budú použité. Ďalej by malo byť možné dopravovať činidlá podľa predkladaného vynálezu loďou v konečných zmiešaných zmesiach a niekoľkokrát otvoriť a znova uzavrieť nádoby činidla, pokiaľ bolo použité pri každej príležitosti iba malé množstvo bez toho, aby činidlo stratilo svoj efekt.Z toho dôvodu je podľa predkladaného vynálezu moriace činidlo typu, o ktorom sa hovorilo v úvodnej časti, zatiaľ čo moriace činidlo zahrnuje taktiež močovinu v zmysle zníženia vzniku dusikatých plynov pri použití moriaceho činidla.Podľa prvého hľadiska predkladaného vynálezu je moriace činidlo zložené z moriacej pasty alebo moriaceho gélu, ktorý je natrený po tepelnej úprave na nehrdzavejúcu oceľ, alebo moriacej kvapaliny, ktorá je nastriekaná na oceľ. Množstvo močoviny v moriacom činidle by malo byt aspoň 0,5 g/l, ale maximálne 200 g/l. Podľa jedného uskutočnenia predkladaného vynálezu by mali byt účinné množstvá močoviny v spodnej časti tohto rozpätia, výhodne 80 g/l a výhodnejšie 50 g/l. Podľa ďalšieho uskutočnenia predkladaného vynálezu je vhochié na redukciu dusikatých plynov použitie väčšieho množstva močoviny, výhodne aspoň 60 g/l, ešte výhodnejšie aspoň 80 g/l, ale maximálne 200 g/l, výhodne maximálne 160 g/l.Množstvo pridanej kyseliny dusičnej by malo byť 15 až 30 hmotnostných, výhodne 17 až 27 hmotnostných a ešte výhodnejšie 19 až 25 hmotnostných. V celkovom morení by nemalo presiahnuť množstvo kyseliny dusičnej 23 hmotnostných. Ale množstvo kyseliny dusičnej pridanej k činidlu môže presiahnuť 23 hrnotnostných podľa predkladaného vynálezu, podľa intervalu, ktorý bol vyznačený, pretože určité množstvo dusičnej kyseliny je spotrebované pridaním močoviny.Vďaka obsahu močoviny v moriacom činidle je rrmožstvo vzniknutých dusikatých plynov drasticky znížené, pokiaľ je činidlo použité na oxidovanej nehrdzavejúcej oceli. Výhodou je pomer NO N 02, ktorý je nahradený väčším nmožstvom NO, pokiaľ je močovina použitá do moriaceho činidla. Toto je pozitívna výhoda, pretože NO je menej zdraviu škodlivý ako N 02. Limitovaná množstvo pre N 02 je 25-krát nižšie ako pre NO.Ďalšou výhodou je, že N 2 a C 02, ktoré vznikajú pri morení v prítomnosti močoviny, prispievajú k zmenšeniu oxidovanćho povrchu, čo je pozitívnym efektom. Ďalej je pri morení v prítomnosti močoviny dosiahnutá väčšia rozpustnosť kovu/oxidu kovu. Čo nastane, je pravdepodobne, bez obmedzenia predkladaného vynálezu podľa teórie, eliminácia dusitanového iónu, ak je odstránený inhibičný efekt, čo spôsobí zvýšenie rýchlosti morenia. Inhibícia môže byť vysvetlená štúdiom jednotlivých procesov morenia. Rýchlosť moriacej reakcie je celkom predpísané počtom iónov, ktoré sú transportované na povrch kovu a taktiež preč z povrchu. Vyššia koncentrácia reakčného produktu je prítomná na povrchu kovu, väčšie množstvá sú adsorbované na povrchu. Táto adsorpcia potláča moriacu rýchlosť zablokovaním kovu. Za stabilných podmienok je produkt reakcie prevedený do kvapalnej fázy rovnakou rýchlosťou ako vzniká. Pokiaľ je k roztoku pridaná močovina,koncentrácia oxidov dusíka V roztoku klesne, čím je znížený celkový tlak na výstup dusíkatých plynov. Výsledkom toho je rýchlejšie odstránenie dusíkatých oxidov z povrchu a koncentrácia zameraná na nižšiu úroveň získania konštantných stavových podmienok. Dôsledkom je zvýšenie moriacej rýchlosti, čo spôsobuje taktiež možnosť zníženia množstva kyseliny dusičnej podľa predkladaného vynálezu so zachovaním moriacej účinnosti.Pokiaľ sú použité štandardné moriace činidlá založené na zmiešaných kyselinách, t. j. kyseline dusičnej(HNO 3) a kyseline íluorovodíkovej (HF) na morenie zoxidovanej nehrdzavejúcej ocele, sú kovy alebo oxidy kovov oxidované počas vzniku Cry, Fe a Ni iónov. Potom je HNO spotrebované a vznikajú dusíkatě oxidy. Reakcia rozpúšťania kovu Fe 411 N 03 - Fe N 0 2 H 20 Cr 411 No - CP NO 2 H 20 3 Ni 811 2 N 0 - 3 Ni 2 N 0 4 H 2 OReakcia rozpúšťania oxidu 3 FeO. (Fe, Cr)203 28 I-ľ N 03 H 6 Fe 3 Cr 3 14 H 20 N 0 Ni 0 2 H - Ni 11,0Z uvedených vzorcov vyplýva, že na prvom mieste je spotrebovaný H V reakcii a HF tu nie je vôbec zahrnutá. Keď sa reakcia snaží prejsť do ekvilibria, t. j. podmienok, keď je produkt tvorený a menený rovnakou rýchlosťou, hrá HF dôležitú úlohu. Toto vyjadrenie zahrnuje iba pravú stranu reakcie, t. j. rozpustenie kovov a oxidu. So zvýšením množstva kovových íónov pri rozpúšťacej reakcii, vytvorí fluoríd v HF stabilné komplexy a zabraňuje týmto zastaveniu reakcie. Vznik komplexov íluoridu rozpustením kovov a oxidu je uprednostnenć, pretože rovnováha je umiestnená na pravej strane reakcie, kde sú spotrebovávané kovové ióny. Reakcie tvorby kovových komplexov 3 HF Fe - FeF 3 311 2 HF Fe - FeF 2 211 3111 Cŕ - CrF, 3 H 2 HF CH - CrF 2 211 HF Ni - N 117 HV rozpúšťacích reakciách vznikajú dusíkate plyny (NOX), ktoré sa skladajú z rôznych oxidov N 03,N 205, N 203, N 204, N 20 a N 02. Niektoré z nich majú vysokú tendenciu rozkladať sa na NO a N 02, ktoré V spojení s morením, v sebe zahmujú NOX, ktorý sa považuje za zmes N 0 a N 02 (1 l). Tieto plyny tvorenépri rozpustení sú nevyhnutným predpokladom samotného moriaceho procesu preto, že zvyšujú tlak pod oxidovou vrstvou a prakticky trhajú oxid.Močovina, ktorú je taktiež možné nazvat karbaminan amónny NH 2)2 CO), je bezfarebná, zrnitá zlúčenina, ktorá je ľahko rozpustná vo vode (~ 500 g/l). Močovina je taktiež pomerne lacný chemický produkt v porovnaní s ostatnými materiálmi redukujúcimi NOX, ako sú rôzne pevné peroxidy. Močovina nereaguje s čístým oxidom dusným alebo oxidom dusičitým. V prítomnosti silných kyselín, ako je HNOg, sa ale vznik komplexov objavuje a komplex močoviny s kyselinou dusičnou bude reagovat s kyselinou dusičnou za vzniku dusíkatých plynov, kyseliny kyanatej a Vody podľa vzorcaVznikajúca kyselina kyanatá (HNCO) je ihned rozkladaná, väzbou na kyselinu dusičnú alebo hydrolýzou.HNCO HNO, - Co, N, 11,0 HNCO 11,0 - NH 3 C 0, Celková reakcia môže byt vyjadrená nasledovneRozklad kyanatej kyseliny hydrolýzou nastane, pokiaľ je prítomný prebytok močoviny vzhľadom na kyselinu dusičnú, koncentrácia kyseliny dusíčnej je príliš nizka, alebo pokiaľ koncentrácia kyseliny dusičnej je príliš vysoká, takže neutralizuje vzniknutý amoniak. Uvedené podmienky sa stretávajú v močiacom činidle,ktoré v sebe zahrnuje poslednú uvedenú reakciu. Produkty reakcie vznikajú, pokiaľ je kyselina kyanatá rozkladaná hydrolýzou, a v pritorrmosti kyseliny dusičnej sú plyny dusíka, oxidu dusičnateho, dusičnanu amónneho a vody. Táto reakcia môže byt znázomená nasledujúcim spôsobomNa neutralizácíu l kg kyseliny dusičnej je teoreticky potrebné 1,66 kg močoviny, pričom vzniká 1,7 kg dusičnanu amónneho, 22,4 l oxidu uhličitého a 22,4 1 dusíkového plynu, a tiež 0,38 kg vody. Podľa T.W. Price, J. Chem. Soc., 115, 1919, 1354 - 60 a E.A. Werner, J. Chem. Soc., 118, 1920, 1078 - 81 boli urobené skúšky ohľadom štiepnej rýchlosti močoviny vprítomnosti kyseliny dusičnej. Bolo nájdené, že pri teplote pod 60 °C bola degradácia príliš pomalé, takže bola zanedbateľná.Uprednostnené uskutočnenia predkladaného vynálezuMeriace činidlo pravdepodobne zahrnuje vedľa močoviny a kyseliny dusičnej, ako je poznamenané, taktiež tluorovodikovú kyselinu, vhodnú v množstve 3 až 8 hmotnostných, výhodne 4 až 7 hmotnostných percent a ešte viacej je uprednostňované 5 až 6 hmotnostných. Inak, alebo v kombinácii, môže moriace činidlo obsahovať kyselinu sírovú, vhodne v množstve 10 hmotnostných, výhodne 0,1 až 5 hmotnostných a ešte viacej výhodnejšie 0,2 až 3 lunotnostných. Taktiež ostatné kyseliny alebo soli kyselín môžu byť použité v rôznych množstvách. Najmä pre moriace kvapaliny pridavok kyseliny sírovej má schopnosť poskytnúť zlepšenú konzistenciu a distribúciu kvapaliny na oceli, pokiaľ bude použitá kvapalina.Moriace činidlo, vo forme pasty, gélu alebo striekanej kvapaliny, zahmuje výhodne taktiež pridavok plniva vo forme prášku, ktoré sa výhodne skladá z anorganického zahusťovača, výhodne oxidu kovu alkalických zemín, výhodne v množstve 2 až 30 hmotnostných. Plnivo MgO v množstve 2 až 15 hmotnostných, výhodne 2 až 10 hmotnostných je viacej uprednostnená. Taktiež AlzO 3 v množstve 5 až 30 hmotnostných,výhodne 10 až 25 hmotnostných môže byt použité samostatne alebo V koncentrácii s MgO. Funkciou plniva je dodat moriacemu činidlu správnu viskozitu a konzistenciu na jednoduché použitie, pokial je použite na morenie.Vhodne množstvo plniv sa liši pre pasty a gély v porovnaní s kvapalinami, ako sa uvádza ďalej. Pre moriace pasty alebo moriace gély, ktore by mali mat krćmovitú/pastovú/masťovú konzistenciu by mal byť použitý prídavok Alzog a MgO v uvedených množstvách. Pre kvapaliny na nastriekaníe, ktoré by mali mať konzistenciu ako zrazenć mlieko, aby nestekali z ocele príliš rýchlo, nie je výhodné použit Al 2 O 3, ale MgO v množstve 2 až 10 hmotnostných, výhodne 2 až 6 hmotnostných.Zostatok moriaceho činidla sa skladá z vody.Pri výrobe moriaceho činidla podľa predkladaného vynálezu, je obvykle začatá výroba s technickou močovinou, ktorá je rozpustená vo vode za vzniku vpodstate nasýteného roztoku, 300 až 500 g/l pri teplote miestnosti predtým, ako je použitá do moriaceho činidla. Špeciálne pre moriace pasty je uprednostnená, aby

MPK / Značky

MPK: C25F 1/00, C23G 1/08

Značky: dlhotrvajúce, přípravy, spôsoby, moriace, močovinu, činidla, obsahujúce

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/13-287092-dlhotrvajuce-moriace-cinidla-obsahujuce-mocovinu-a-sposoby-ich-pripravy.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Dlhotrvajúce moriace činidlá obsahujúce močovinu a spôsoby ich prípravy</a>

Podobne patenty