Ингибиторы коррозии для систем термостатирования

Очень важным фактором при производстве изделий из различных полимеров (ПМ) методом литья под давлением является временной период, в течение которого изделия охлаждаются в формах. Охлаждение обеспечивается теплообменом между изделием и формой, и его скорость зависит от параметров системы термостатирования. Эта система должна быть спроектирована так, чтобы эффективно отбирать те порции тепла, которые поступают в форму вместе с расплавленным пластиком, из которого формируются изделия. Важно, что управлять всеми ситуациями, которые происходят в процессе литья и теплообмена невозможно, поэтому ряд процессов, которые влияют на параметры охлаждения, а значит, и на качество готового изделия, происходит бесконтрольно. Точно рассчитать протекание процессов мешают различные факторы, влияющие на процессы теплообмена. Связана такая неуправляемая динамика процессов в основном с тем, что теплоноситель через каналы охлаждения поступает неравномерно из-за имеющихся на их поверхности солевых отложений, вызванных солями жесткости воды, смешанных с продуктами коррозии, которой подвергаются стенки каналов.

Такие накипно-коррозионные отложения накапливаются на стенках канала и уменьшают их диаметр, а это существенно снижает скорость теплообмена, так как приводит к значительному понижению скорости протекания воды по каналам теплообмена. При расчете параметров снижения инженерам удалось установить, что снижение диаметра канала на 10% приводит к понижению скорости течения воды уже на 36%, что существенно влияет на скорость процесса охлаждения.

Такие накипно-коррозионные отложения крайне негативно влияют на процессы теплообмена, что приводит к некоторым нарушениям технологии производства изделий и ухудшению качества литья. Поверхности изделий становятся структурно неоднородными, происходит неравномерная усадка, возникает неравномерное натяжение в структуре изделия, что приводит к появлению трещин и утяжин. Для того чтобы избежать этой опасности и обеспечить равномерное охлаждение изделия, необходимо устранить все препятствия на пути водяного потока. Этого можно добиться применением следующих способов:

· Принятием мер, направленных на предотвращение появления накипных отложений в каналах системы охлаждения, во всей термостатической системе и в системе водоподготовки;

· Принятием мер, направленных на растворение и устранение уже сформировавшихся отложений, что должно благотворно повлиять на производительность процесса литья и общую эффективность производства;

· Изначального использования для изготовления литьевых форм материала, имеющего хорошие показатели теплопроводности.

Следует понимать, что именно накипно-коррозионные отложения в полной мере ответственны за все недочеты при производстве изделий методом литья из полимерных материалов, за ухудшение оптических свойств, за неравномерность поверхности и появление трещин. Вследствие этого вопросу борьбы с такими отложениями необходимо уделять повышенное внимание.

Матрица изделий обычно изготавливается из одной, из двух марок стали – или конструкционной углеродистой стали высокого качества марки Ст30, или же из высококачественной стали марки Ст30ХНЗ. Специалисты провели расчеты по влиянию на эти конкретные марки стали и коэффициенты теплопередачи слоя накипно-солевых отложений. Стало ясно, что коэффициент интенсивности теплообмена напрямую зависит от толщины этого слоя, и, значит, должны применяться все меры для его устранения.

Таблица 1. Исходные данные для расчета и рассчитанные значения термических сопротивлений стенки матрицы, изготовленной из разных материалов, и слоя отложений различного состава на поверхности термостатирующих каналов формы.

Таблица 2. Коэффициент теплопередачи К сквозь двухслойную стенку матрицы литьевой формы и слоя отложений в сравнении с вариантом отсутствия отложений.

Вследствие этого обязательным является добавление к составу воды, используемой в системе охлаждения, ингибиторов коррозии и выпадения солей. Очень важно и то, что использование таких ингибиторов позволяет выбирать в качестве материала для форм, используемых для литья изделий, более теплопроводные марки стали. Они существенно дешевле, а это хорошо влияет на себестоимость продукции и общий технико-экономический эффект.

Также следует учитывать, что коррозионно-солевые отложения делают стенки каналов системы охлаждения шероховатыми, что приводит к тому, что процесс течения воды в слое, граничащим с поверхностью стенок, меняется с ламинарного на турбулентный, что повышает гидравлическое сопротивление и существенно снижает скорость и эффективность теплообмена.

Специалисты московской компании ООО «Спектропласт» многие годы занимаются решением проблем устранения коррозионно-солевых отложений. Они выпустили на рынок очень популярную и эффективную серию водорастворимых концентратов присадок-ингибиторов коррозии и отложения солей марки СП-В. Перед тем как начать промышленный выпуск этой серии добавок, были проведены многочисленные испытания, результатом которых стал максимальный эффект действия ингибиторов. Так, одним из испытаний стало погружение образцов сталей в водные среды, в которые были добавлены ингибиторы серии СП-В, и в водную среду без добавки ингибиторов. Эксперименты показали, что в тех случаях, когда отключаются каналы охлаждения форм для литья от поступления в них воды, наибольшему коррозионному воздействию начинает подвергаться та часть каналов, которая контактирует с водными парами. Само же использование ингибиторов решает проблему коррозии, уменьшая ее скорость в несколько раз, что, в конечном итоге, повышает экономическую эффективность всего процесса литья.

Таблица 3. Скорости коррозии в воде некоторых металлов и отложения солей жесткости (Результаты сравнительных испытаний).

Примечание: жесткость воды – около 10 моль/м³; содержание концентратов ингибиторов - 5 % масс.

Сам концентрат СП-В добавляется в воду в пропорции 0,5-7%, выбор конкретной концентрации зависит от марки стали, типа оборудования, срока и особенностей его эксплуатации. Это позволяет решить следующие задачи в сфере оптимизации производственных процессов литья:

· Теплообмен в литьевой форме становится интенсивным и стабильным, он более соответствует расчетным параметрам;

· Сокращение срока остывания каждой отдельной отливки уменьшает литьевой цикл, что повышает производительность процесса;

· Готовые изделия становятся более точными по размерам, с более ровной поверхностью, уменьшается процент брака;

· Сама система термостатирования увеличивает свой период эксплуатации. Во многом это связано со способностью ингибиторов защищать металл от коррозии даже при отсутствии воды в течение месяца;

· Литьевая форма увеличивает срок своего полезного использования на 20-30%;

· Расширяются возможности конструкционного производства и пространственного размещения каналов охлаждения;

· Существенно сокращается время, необходимое для технического обслуживания литейной формы, особенно период времени на ее консервацию и расконсервацию;

· Снижается частота профилактических и обычных ремонтов системы термостатирования;

· Себестоимость изготовления литьевых форм также может быть сокращена, так как обоснованно могут быть использованы более дешевые марки стали.

Все эти факторы помогают конструктору существенно снизить итоговую себестоимость готового изделия. Все концентраты абсолютно экологически безопасны, изготавливаются в соответствии с утвержденными техническими условиями, пожаро- и взрывобезопасны, соответствуют четвертому классу опасности по ГОСТ – малоопасные вещества. Они имеют необходимые санитарные сертификаты. Упаковываются они в герметичную тару по 10, 20 и 200 литров.