板带轧制油的组成及性能要求
张文豪王冬赵月峰
(河北省邯郸钢铁集团公司冷轧厂酸轧车间河北邯郸056015)
摘要: 介绍了板带轧制油的主要组分及性能参数, 探讨了板带循环式乳化液润滑系统对轧制油性能的要求。
关键词: 轧制油; 边界润滑; 皂化值
中图分类号: TG33 文献标识码: B 文章编号: 0254 - 0150 (2005) 3 - 185 - 2
在上世纪30 年代初, 随着冷轧带钢四辊连轧机的投入使用, 轧制油也就应运而生了。
轧制油
的初期是以棕榈油和水的混合物为基础, 采用直喷式向轧机提供乳化液, 实现轧辊和带钢的冷
却和润滑。
现在少量可逆轧机仍在使用这种方式。
到1940年以后, 棕榈油供不应求, 而且价格昂贵。
再加上污染环境和资源的极大浪费, 这种轧制油的润滑方式逐渐被淘汰, 而产生了循环式乳
化液润滑系统。
随着人们对板带性能要求的增高, 对乳化液的要求也越来越高, 乳化液系统和轧制油的添加剂等技术也得到了不断地完善和发展。
1轧制油的作用
在冷轧轧制过程中, 轧制油一般与90% ～98%的水以一定的方式混合使用。
它的主要作用是: 润
滑板带与轧辊, 降低摩擦力; 冷却板带与轧辊; 冲洗板带与轧辊, 以得到较好的板带表面质量; 提高板带在中间过程的防锈能力。
在冷轧带钢时, 轧辊与带钢之间的摩擦力是必不可少的, 因为所有的变形能都是从轧辊与带钢之间的工作表面所产生的剪切应力转换来的。
但并不是摩擦力越
大就越容易轧制。
过大的摩擦力会阻碍材料的流动, 而且摩擦力过大也容易造成板带表面的划伤, 增加辊耗。
由于金属材料的变形和板带与轧辊之间的摩擦,会产生大量的热量。
所以必须对轧辊
和带钢进行有效的散热, 以得到稳定的高质量产品。
2轧制油的组成
化学家们采用各种不同的原料, 开发出了各种轧制油。
根据轧制条件和品种的不同, 轧制油配方更是多种多样。
其主要组成如下:
2.1.1 基础油脂
基础油脂是指提供润滑性能的主要组分。
初期轧制油以植物油(棕榈油) 为基础油。
后来, 人们
发现动物油的润滑性能远远优于植物油, 稳定性也比较好, 以动物油为基础油逐渐占据主导地位。
但动物油有一个缺点: 挥发性能不好。
退火时在板带表面产生大量残碳, 影响板带表面质量。
基于这个原因, 化学家又开发了一种新的产品———合成脂。
合成脂的出现改善了板带退火过程
中的挥发性, 从而提高了板带的清洁度。
2.1.2 矿物油
为了调和轧制油的皂化值, 基础油脂中可以加入一定比例的矿物油, 同时矿物油也是基础油脂
的载体。
当选用矿物油时, 一定注意轧制油的稳定性、退火清洁性和润滑性能。
2.1.3 脂肪酸
由于每种类型的脂肪酸具有不同的碳链长度、不饱和度和极性, 在轧制油中加入脂肪酸可以调整
轧制油的润滑性能和乳化性能。
2.1.4 乳化剂
乳化剂是轧制油中比较关键的因素, 技术含量高。
乳化剂的主要作用是将油水混合, 在轧制过程中, 既能起到润滑轧辊和带钢的作用, 也能起到冷却作用。
乳化剂的多少直接影响乳化液的稳定
性和润滑性能。
乳化剂少, 稳定性差, 影响乳化液的正常工作; 乳化剂多, 稳定性好, 但带油能力差, 从而其润滑能力也差。
根据乳化剂的极性, 乳化剂可分为阴离子型、阳离子型和非离子型。
无论哪一种形式, 它们的分子都含有亲水基和亲油基, 促进油水的相互溶解。
2.1.5 润滑添加剂
润滑添加剂的作用是调整轧制油的润滑能力, 以适用各种润滑应用场合。
轧制油为了满足轧制要
求,分为3种润滑方式: 液体润滑、边界润滑和极压润滑。
液体润滑即为普通形式的润滑, 依靠轧辊和带钢的吸附, 在轧辊和带钢之间形成一层油膜, 起到润滑的作用。
它的润滑效果依赖于油品的粘度、轧制速度、轧辊及钢板表面的粗糙度和材质的硬度等。
边际润滑的机理是油脂分子在钢板表面形成单分子膜,当液体润滑来不及形成油膜, 或压力过高油膜被破坏后, 单分子膜起到了较好的润滑作用。
膜的强度和厚度取决于油脂的极性。
极压润滑是指通过各种添加剂在轧制过程中, 在轧辊与钢板表面形成一层保护性油膜, 或在轧辊表面与钢表面反应, 形成耐磨润滑层, 以防止在高温下表面熔结, 在钢板表面产生缺陷或轧辊粘连等。
总的来说, 低速度主要为边际润滑; 较高速度主要为边际润滑和液体润滑; 高速高压下时主要为液体润滑, 边际润滑和极压润滑共同作用。
边界润滑添加剂和极压添加剂是必不可少的。
2.1.6 抗氧化剂
因为天然脂肪和油类都含有不饱和化学键, 能够与其它化合物发生多种化学反应, 如氧化反应和聚合反应。
油的氧化反应使油变稀, 粘度降低, 油膜变薄。
聚合反应造成油脂固化, 容易使板带产生斑迹。
2.1.7 杀菌剂
乳化液在长期运行情况下, 有时会生成厌氧菌等菌类。
这些细菌落到钢板上, 容易形成斑迹, 也容易使乳化液酸败。
在轧制油中或乳化液运行过程中, 加入适量的杀菌剂, 可以有效防止细菌的产生, 延长乳化液的使用寿命。
3轧制油(或乳化液) 的主要物性参数
技术参数包括浓度、颗粒度、pH 值、皂化值、乳化液稳定指数等。
浓度: 指乳化液中轧制油的含量, 是影响其润滑性能、冷却性能和残油量的主要参数。
浓度过高则轧机容易出现打滑现象, 不利于冷却; 浓度过低则达不到润滑效果, 板带容易出现划伤, 轧机震颤, 速度提不上去, 轧制力高, 增加轧辊消耗。
对于连轧机, 一般前机架的浓度较高, 最后机架的浓度较低。
颗粒度: 指乳化液中油滴颗粒的大小。
颗粒度大则具有较好的带油能力, 也就是离水展着性好, 因而有较好的润滑性能, 但稳定性就差。
油滴小则稳定性好, 但带油能力差。
pH值: pH值是影响乳化液稳定性的主要因素。
pH值过高, 容易皂化和形成铁皂, 过低则轧制油容易析出。
当pH值过低时, 将增加稳定性, 但有可能导致过润滑现象。
一般轧制油的pH值范围为510～715。
板带的残留酸对pH值影响较大。
皂化值: 是指产品中可皂化油脂/酯在pH > 10(水和有机醇溶剂中) 时, 可以与碱发生中和反应的所有有机酸及极性添加剂的数值。
一般情况下, 皂化值中油脂/酯占总值的80% ～95%。
轧制油的皂化值直接影响它的润滑性能。
皂化值越高, 润滑性能越好。
乳化液稳定指数( ESI) : 乳化液稳定指数表明乳化液的稳定性能。
在静止30 min后, 测量分离出来的油量, 即得到乳化液的稳定指数。
使用范围一般为80% ～100%。
4轧制油的性能指标
产品的不同, 导致轧制油的性能也不相同。
如何判断轧制油的好坏, 可参考如下指标: 板带清洁度、残油量、润滑和防锈性能、油耗、成材率等。
板带清洁度是指板带的清洁程度, 通常使用反射率来表示。
反射率的测量方法为: 用透明胶带粘取带钢表面杂质后, 粘在白纸上, 与洁净的胶带作反射比较, 其比值即为放射率。
对于轧制油的油耗, 没有非常完美的表示方法。
通常使用吨钢消耗量, 也有的采用平方米消耗量。
根据板厚、钢种和产品的不同, 油耗范围一般为013～110 kg/ t。
轧制油的成分、作用和性能之间的关系见图1。
5结束语
随着我国西部开发和各项基础建设的蓬勃发展,板材的需求量日益升高, 世界各国的轧制油厂商也特别看好中国市场, 各种轧制油技术日趋完善和多元化, 如Quarker的DPD技术、Stuart的阳离子技术等等。
国内的一些厂商的轧制油技术虽存在一定的差距, 但也日趋完善, 一些指标已可与国外名牌油品相媲美。