Применение кубовых остатков ректификации стирола в качестве компонента композиций для лубрикации рельсов

Использование: в области железнодорожного транспорта. Сущность: в качестве компонента композиции для лубрикации рельсов применяют кубовые остатки ректификации стирола. Технический результат - улучшение растворяющей способности компонентов смазки, адгезии смазки к поверхности металла и утилизации отхода производства.

 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и конкретно касается снижения износа боковой поверхности головки рельсов в криволинейных участках пути и гребней колес подвижного состава. Решение этой проблемы не только увеличивает срок службы колес и рельсов [1], но и во многих случаях приводит к уменьшению расхода электроэнергии на тягу поездов [2], уменьшает шум при движении поезда в кривых [3]. Наиболее эффективным приемом снижения износа гребней колес и головки рельса является лубрикация, то есть использование смазки в зоне контакта колесо-рельс на кривых участках пути [4, 5]. Рынок смазочных материалов, применяемых для лубрикации рельсов, характеризуется большим разнообразием. Это обусловлено тем, что к смазкам, наносимым в зону трения колесо-рельс, предъявляется широкий набор требований, включающих эффективность защиты от износа, доступность и дешевизну, хорошую адгезию к металлу, отсутствие токсичного действия на человека, безопасность для окружающей среды, пожаро- и взрывобезопасность и др. По этой причине обычно используются не индивидуальные химические вещества, а сложные многокомпонентные смазочные композиции, совокупность действия отдельных компонентов которых обеспечивает наибольший эффект применения композиции.

Известна смазочная композиция для лубрикации рельсов, содержащая низкомолекулярный полиэтилен (отход производства полиэтилена высокого давления), отработанное дизельное масло локомотивов, диспергированный нефтяной кокс и серосодержащий полимер, получаемый из отходов производства эпихлоргидрина [6]. Недостатком данной композиции является плохая смешиваемость низкомолекулярного полиэтилена с отработанным дизельным маслом локомотивов. Для получения однородной смеси требуется не только перемешивание, но и нагревание. И, тем не менее, в смазке иногда остаются сгустки нерастворенного полиэтилена, что затрудняет ее использование в передвижных рельсосмазывателях и стационарных лубрикаторах.

Предлагаемая разработка достигается использованием кубовых остатков ректификации стирола по новому назначению - в качестве компонента композиций для лубрикации рельсов.

При выделении стирола в системе ректификационных колонн образуется смолистый остаток [7], который в технике получил название КОРС - кубовый остаток ректификации стирола. В состав КОРСа входят остаточный стирол, его гомологи, димеры стирола, дивинилбензол, а также продукты их полимеризации. Для снижения полимеризации в технологические потоки ректификации стирола вводят ингибиторы полимеризации: диоксимхинон (0,06 кг на тонну выделяемого стирола), n-нитрофенол (0,15 кг/т) и основание Манниха (0,23 кг/т). В ходе ректификации эти компоненты концентрируются в кубовых остатках. Даже при использовании ингибиторов полимеризации выход КОРСа составляет 16-23 кг на тонну стирола или около 20 т на 1000 т целевого продукта.

Ведутся разработки по использованию КОРСа для получения лакокрасочных покрытий [8], однако до сих пор на большинстве предприятий по производству стирола он сливается в мазут и используется в качестве топлива. Наличие в КОРСе таких ценных продуктов как стирол, его олигомеры и полимеры, гомологи стирола, дивинилбензол, а также ингибиторов полимеризации позволяет предполагать возможность более квалифицированного использования этого отхода производства. Одним из таких путей является применение КОРСа в качестве компонента композиций для лубрикации рельсов.

Достоинствами применяемого компонента и композиций, его содержащих, являются следующие:

1. КОРС является смесью ароматических углеводородов, поэтому обладает хорошей растворяющей способностью по отношению к другим компонентам композиции. Низкомолекулярный полиэтилен хорошо растворяется в КОРСе даже без применения нагревания.

2. Ненасыщенные и ароматические углеводороды, входящие в состав кубового остатка, облегчает адгезию смазки на поверхности металла.

3. При контакте колеса с рельсом в зоне контакта возникают кратковременные резкие увеличения температуры и давления, которые способствуют полимеризации компонентов КОРСа. Это приводит к образованию тонкой полимерной пленки на поверхности головки рельса.

4. КОРС является отходом производства, поэтому цена его незначительна, и он доступен на Российском рынке.

5. Количество применяемого КОРСа регулирует вязкость получаемой композиции.

Применение кубового остатка ректификации стирола в качестве компонента композиций для лубрикации рельсов показано с использованием машины трения МИ-1М [9] и в реальных условиях на криволинейном участке железнодорожного пути и иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Была приготовлена консистентная смазочная композиция, содержащая (по массе): 10% мелкораздробленного нефтяного кокса, 20% КОРС, 5% полисульфидного полимера и 65% низкомолекулярного полиэтилена. Предварительно низкомолекулярный полиэтилен смешивали (без нагревания) с КОРСом, затем в полученную смесь добавлялась дисперсия нефтяного кокса и серосодержащего полимера. В результате получается однородная консистентная смазка, устойчивая при хранении. Смазку испытывали на машине трения МИ-1М, замеряя износ подвижного и неподвижного роликов из рельсовой стали. В отсутствие смазки за 6 часов работы машины износ подвижного ролика составил 1,473 г, неподвижного 1,512 г. В присутствии смазки износ роликов за 18 часов работы составил: неподвижного 0,201 г, подвижного - 0,072 г.

Пример 2. Применение смазки, описанной в примере 1, но содержащей 25% КОРС и 60% низкомолекулярного полиэтилена, показало следующие результаты: неподвижной ролик - 0,186 г, подвижной ролик - 0,053 г.

Пример 3. Применение смазки, описанной в примере 1, но содержащий 15% КОРС и 70% низкомолекулярного полиэтилена, показало следующие результаты: неподвижный ролик - 0,217 г, подвижный ролик - 0,063 г.

Композиция, соответствующая примеру 1, была испытана в реальных условиях путем нанесения на рельс вручную с помощью кисти. Композиция наносилась на одном стометровом пикете криволинейного участка железнодорожного пути радиусом 300 м. После нанесения смазки и прохождения поезда осмотр головки рельса показал, что на ее боковой поверхности образуется черная полимерная пленка, обладающая высоким защитным эффектом.

Кубовый остаток ректификации стирола может выступать в качестве компонента композиций для лубрикации рельсов. Он может применяться в композициях, где требуется жидкий компонент, обладающий хорошей растворяющей способностью по отношению к другим компонентам.

Использованные источники

1. Андреев А.И., Комаров К.Л., Карпущенко Н.И. Износ рельсов и колес подвижного состава // Железнодорожный транспорт. 1997. №7. С.31.

2. Редькин В.И., Ладыгин О.И., Верхотуров В.К. Энергетическая эффективность лубрикации // Железнодорожный транспорт. 1999. №12. С.48.

3. Смазывание рельсов как средство уменьшения шума // Железные дороги мира. 2000. №7. С.64.

4. Эффективность смазывания рельсов // Железные дороги мира. 1996. №6. С.55.

5. Карпущенко Н.И. Смазка - единственный способ предупреждения износа // Путь и путевое хозяйство. 2000. №2. С.15.

6. Якимова Г.А., Назаров Н.С., Корчевий Н.А. Композиция для лубрикации и упрочнения поверхности в зоне трения колесо - рельс. Патент RU №2196807.

7. Плате Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров. - М.: Наука. 2002. С. 217.

8. Сорокин М.Ф. Химия и технология пленкообразнующих веществ. - М.:

Химия. 1989. С. 466.

9. Зозуля В. Д. Словарь-справочник по трению, износам и смазке деталей машин. - Киев. 1990. 258с.

Применение кубового остатка ректификации стирола в качестве компонента композиций для лубрикации рельсов.