轧制油的应用及其理论

轧制油的理论及其应用轧制油的应用及其理论D.A.StuartCompany轧制油的理论及其应用目录表Ⅰ.--------简介Ⅱ.--------配方Ⅲ.--------产品类型Ⅳ.--------实验室现场服务Ⅴ.--------乳化液的维护Ⅵ.--------轧机调查轧制油的理论及其应用一.简介1.轧制润滑的历史第一台冷轧带钢的四辊连轧机在1930年之前开始投产。在30年代和40年代初期，冷轧机所采用的润滑油的类型主要以棕榈油和水的混合物为基础，而润滑方法则采用直喷式系统向轧机喷油润滑（这种润滑系统类型现在仍然在使用）。以后，开发了乳化液系统。用棕榈油配制的粗乳化液以循环的方式向轧机喷乳化液润滑。这种不稳定的乳化液总要求进行维护，而且不能很好地实现轧机的性能。在1940年以后，由于棕榈油越来越难找到，而且价格很昂贵，因此，所开发的大部分在美国使用的冷轧油都使用动物油为基础。随着工业的发展，更新、更高速度的连轧机变得更加盛行，改进轧制油的乳化技术成为更加关键的问题。由于成本更高、环境保护的要求更加严格，直喷式乳化液润滑系统被逐步淘汰，并且开发了更先进的乳化液润滑技术。由于每台轧机的乳化液系统的大小、泵的规格、集管喷头的设计、乳化液系统的设计、过滤器的设计、水源的情况、乳化液的配制步骤以及总体乳化液的维护方案等与其它轧机的都不相同，因此，每台轧机的轧制油的配方都与其它轧机的轧制油的配方不同。在此期间内，极端压力添加剂的使用进一步增强了加到轧制油中的动物油的润滑性能。由于对乳化液性能的要求越来越高，乳化液系统和添加剂的性能也必须改进和发展。这些工业上的需求要求在乳化液技术领域内连续进行研究和开发，以便满足不断变化的对冷轧润滑油的要求。2.轧制油技术的发展1)棕榈油直喷式润滑油系统（1940年前）2)棕榈油加乳化剂循环式润滑系统（1940年前）3)动物油加乳化剂直喷式和循环式润滑系统（战前）轧制油的理论及其应用4)动物油加先进的乳化剂系统（40-50年代）5)动物油加：（60-70年代）极端压力添加剂先进的乳化剂系统（带油量和粒度概念）6)动物油加：（当前）各种润滑性添加剂弥散剂（粒度与带油量之间的关系）抗氧化剂杀菌剂pH缓冲剂3.应用轧制油的目的轧制油的功能是在轧辊和带钢的表面形成一个保护膜，由限制金属与金属之间的接触的方法来减小摩擦系数。水是润滑油的载体，其作用是冷却，带走在轧辊咬入过程中由于摩擦产生的热。因此，轧制乳化液实现了为了满足轧机的速度和带钢的质量等要求所必须的功能，既提供了润滑性能，又提供了冷却性能。对每台轧机，所采用的轧制油都必须特别配制，以便提供控制金属与金属之间的接触所必须的润滑性能。在金属与金属之间发生接触时，就会产生摩擦，如果没有摩擦，就会产生诸如打滑和厚度控制的结果不良等问题。因此，轧制油的目的并不是消除摩擦，而是必须控制它以满足轧机的要求。4.使用轧制乳化液的目的轧制油提供限制金属与金属（带钢与轧辊）之间接触的一层保护膜。水的作用是作为油的载体和轧辊及带钢的冷却剂。轧制油的理论及其应用二.轧制摩擦在冷轧带钢时，轧辊与带钢之间的摩擦是必要的，这是因为所有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。这就产生了这样的印象，即，摩擦力越大轧制的效率越高，或者说更容易轧制。然而，事实并不是这样的；在轧辊咬入时的摩擦力水平太高，反而趋向于阻碍材料的流动；另一方面，如果摩擦力的水平太低，轧辊就会在带钢上打滑。显然，这种允许在最容易的方式下有效地轧制的摩擦力水平的大小必须是一个优选的值。在这种优选的摩擦条件下，轧制力将为最低值，而且所要求的能量也将为最小值。除了考虑轧制力和能量之外，轧制咬入的摩擦也相当严重地影响了所轧制的产品的材料的质量。轧制压力超过发生在轧辊和带钢表面的所轧材料的屈服应力的超额量要适当。在此阶段中，正在轧制一个新的带钢表面，太高的摩擦力水平对钢板表面产生不利的影响，导致带钢的表面质量不佳，因而拒收率很高。这类的带钢表面缺陷被称为摩擦啄印，它对高速的连轧机最为有害。其它由于摩擦而产生的不良影响是由于高温而增大的棕色边、单向皱纹或者由于在材料的宽度上的不均匀的摩擦而产生的皱折，以及由于产生金属细粉使表面脏污。轧制摩擦力采用特殊的润滑油来控制，尽管可以使用纯油，但通常用水作为承载的介质。在冷轧工艺中所使用的轧制油被比喻为生命中的血液，它极大地影响了轧机的产量和产品的质量。轧制油的润滑能力通过对轧机的轧制性能的影响表现出来，轧制油的润滑能力是以在轧辊的咬入区内对摩擦系数的影响为基础决定的。在这个区域内的钢板的截面如下图中所示。中性面（几乎位于辊咬入处的平均带钢厚度进入面和离开面中间）在带钢进入轧辊的咬入点处，轧辊的速度比带钢的速度大。这个速度差被称为逆向滑差；在带钢进一步进入到轧辊咬入点时，此滑差轧制油的理论及其应用的幅度增大。当带钢的速度与轧辊的速度相同而且逆向滑差的值为零时，达到了一个点。此点被称为中性点。从咬入点到此中性点之间的接触弧被称为进入面。在大多数情况下，轧制的带钢离开工作辊的速度比轧辊的速度稍微大一些，这个差被成为前向滑差。从中性点到离开点，滑差的幅度增加，从中性点到此离开点之间的接触弧被称为离开面。此中性点的位置受到所采用的前后张力的相关值的影响。具体的轧制力按照带钢的每单位宽度上所要求的轧制力中的描述，轧制力的幅度取决于下列各个参数：带钢来料的厚度轧机的布置前后张力带钢的压缩屈服应力轧辊的弹性模量轧辊的尺寸轧辊咬入的摩擦系数在没有摩擦力和张力的情况下，轧制力就是简单地由接触弧的有效长度和带钢的压应力的屈服强度产生的。张力减小了材料的有效屈服强度。在有摩擦力的情况下，轧制力增加，这是由于这种摩擦力产生了被称为摩擦斜坡的影响。对于一台轧机的实际轧制程序来说，从第1到第6条都是固定的，因此，轧机操作的第7条-摩擦系数是这些参数中最重要的参数。必须对轧机润滑这个变量进行控制。在冷轧的情况下，轧辊与带钢之间的具体的压力值大约为50-250公斤/平方毫米，这取决于所轧的钢种和轧制的条件。摩擦系数的值通常为0.1到0.03，而且润滑增加了轧制速度，这轧制油的理论及其应用种情况与滑动轴承类似。然而，在非常高的轧制速度下，所产生的大量的热趋向于减小润滑油的粘度，结果是润滑油层减薄，甚至可能完全消失，因此，摩擦系数再次增加。这就是为什么把各种润滑油所能达到的润滑系数作为指导性的值来考虑的原因。因为此值在各个不同的条件下是变化的。轧制油的理论及其应用三.润滑油的基本情况1.轧制润滑油影响冷压下轧制性能的主要参数是：1)轧制油的化学成份通过极性和非极性结构对性能的影响。2)纯轧制油的粘度和粘度指数等物理性能。3)轧制油在90-95%水中或者其它在轧机现场所用的浓度及轧制液的温度情况下的弥散程度。4)添加剂或者指定含量的轧制油。5)带钢或者钢板（扁平产品）的成份。6)操作实际情况。7)工作辊的直径和轧机的设计。8)轧制之前钢卷的情况。9)在使用期间内轧制液中产生的污染物。10)轧制油的使用方法和乳化液存储设备。11)要求的冷轧的产品的表面光洁度和清洁程度。12)工作辊的成份、表面光洁度和凸度。13)与热轧板卷酸洗及酸洗油涂层之间的兼容性。14)对下道清洗和退火工序的影响。轧制油基本上是根据轧机的类型、应用方法和稳定性设计的。分类如下。1)生产薄板和镀锡板的3、4和5机架连轧机的直喷式系统用的润滑油。2)生产薄板和镀锡板的3、4、5和6机架连轧机的循环系统用的润滑油。3)可逆轧机用的润滑油。4)双压下镀锡板轧机用的润滑油。(DCR)轧制油的理论及其应用斯图亚特公司正在使用的最新技术是以润滑性添加剂与弥散剂相结合为基础的新技术。传统的冷轧润滑油技术中的轧制液是一种乳化液。由于乳化剂的作用，保持油的颗粒混合在水中，但这些颗粒破碎成为许多不同大小的油滴。较小的粒度对于控制的稳定性是必要的，但其润滑性能不够好。较大的粒度对乳化液的稳定性有不良的影响，并且导致润滑性能不良和不稳定。乳化液：我们的最新成果是采用均匀的乳化剂技术，把油的颗粒控制在一个非常窄的粒度范围之内。这种技术被称为弥散液技术。在搅拌的条件下此弥散液是均匀的，但是，当停止搅拌时，它就会分离成为两相。这种性能允许：均匀地带出以便更好地润滑。提供性能均匀的乳化液-容易洗掉，实现更好的清洁度-分散铁粉，保持轧机清洁。由于在废水处理时油容易从中分离出来，便于污染控制。弥散液：这种弥散剂技术加上我们的专有的添加剂技术，允许我们在更高速度的轧机上改进润滑，由于增加了速度，实现更好的轧机生产性能，由于得到了更好的板形和厚度规格，实现更好的质量，更好的清洁度、更小的污水处理的成本，并且由于对现有材料的更好的使用效率，实现了更低的油耗。我们也扩展了乳化型产品的业务。这种乳化型的轧制油必须在很小搅拌下或者无搅拌的情况下使用。我们的产品已经提供了更加稳定的乳化性能，并且其润滑性能优于同样的应用方式下的奎克产品。轧制油的理论及其应用带油率或者带油度也部分地受到乳化液稳定性的控制；即，不稳定的或者亚稳定的乳化液通常比完全稳定的乳化液的带油率更好。但有些例外；例如：不稳定的矿物油的乳化液就不能给出好的水中悬浮的带油率。然而，由于乳化程度将影响其带油率的稳定性，所以我们把它作为一个因素来考虑。乳化液的稳定程度通常指的是下列情况：不稳定乳化液：轧制油在水中的分散情况纯粹是由于机械搅拌形成的，即，不使用化学乳化剂。这种类型的乳化液给出了最大的润滑性能和带油率。亚稳定乳化液：粗乳化液中伴随着添加少量的乳化剂，并且要求适度的搅拌以保持分散性。乳状悬浊稳定乳化液：在一种乳化液中只要求一点搅拌或者不要求用搅拌来分散，而且在无搅拌的静止情况下，没有浮油或者油的泡沫。这种乳化液通常对润滑是最不利的。然而，由于水的pH值、硬度、和总的固体成份的不同,对乳化液的稳定性有很大的影响。总之，水的pH值越高，分散性就越稳定；硬度越高和/或总固体成份含量越高，分散的稳定性就越低。不管怎样，看起来pH值比硬度或固体成份的含量的影响都大。这是因为用高pH值的非常硬的水形成分散的乳化液通常比那些用低pH值的非常软的水形成的乳化液更稳定。酸洗：对于酸洗线的出口端所用的润滑油的种类必须加以考虑。对各种情况进行评估，其中包括:防锈性能。划痕-当使用地上卷取机时，这种缺陷是容易发现的。这也可能受到酸洗线的速度和卷的重量增加的影响。当然，钢卷的划伤是由于钢卷的各层之间的相对运动造成的。总之，使用高粘度的润滑油就可以解决问题。带钢的清洁程度-已经发现最终产品的带钢的清洁度也受到在酸洗线轧制油的理论及其应用所使用的润滑油的种类的影响。轧机的润滑油-在生产镀锡板的情况下，采用一种不溶性的油在轧机上形成一种不稳定类型的乳化液。在生产薄板的情况下，压下量和在1机架上所使用的轧制油的类型通常是决定性的因素，冷却系统使用相对稳定的乳化液，在酸洗线上可以使用相同类型的油，因此在以后把这种油带入到冷却系统中时，可以帮助此系统保持所要的油的浓度。在轧机要求较大的压下量时，这种要求通常可以由在酸洗线上使用不溶性油来实现。轧制油：在轧制运行中，分离轧制油膜的效率是非常重要的，这主要取决于其化学成份。吸附的润滑油分子的取向、表面的粘附强度、和吸附率等对边界润滑的实际效率有着重要的影响。边界润滑受到受力表面上的固体材料和此润滑剂的化学成份的影响。在轧制过程中，必须主要考虑边界润滑，尽管由于轧制速度的增加，可能发生一些液动润滑现象。这是从轧机的实际操作得出的经验。在低速运行时，轧机的张力大，而当轧机达到了较高速度时，张力降低。由于镀锡板和薄板产品之间对于最终产品的规格和表面条件的要求相差很大，这些通常都是连续带钢产品，实际上分为用于镀锡的带钢（黑板）和薄板轧机产品。现在要考虑在这些条件下所采用的各种乳化液系统和润滑油。直喷式润滑系统：这里所用的润滑油都是可以完全皂化型的，使用此类润滑油是因为在生产镀锡板要求高压下率和高速度的情况下要求有效的润滑。由于带钢在退火前在高速清洗线上进行了清洗，这种油的完全