乳化液的应用

乳化液的应用述了乳化液的分类、应用和保养，并介绍了乳化液的性能以及乳化液系统的组成。使用一种乳化液能在一个轧程内实现90%的压下率，将3.00x505mm的坯料轧制至0.30x505mm的成品，不经脱脂直接退火后带钢表面仍保持光洁的表面。【关键词】乳化液可逆式冷轧机一．概述现代冷轧板带轧机设备朝着大型化、高速化和连续化的方向发展，以满足日益不断增长的市场对冷轧板带的数量和质量的要求。生产工艺、设备技术的提高，对冷轧工艺润滑、冷却剂（即轧制油）的要求也越来越高。可以说，冷轧工艺润滑、冷却已成为现代冷轧技术中一个非常重要的课题。轧制油在轧机中的作用如同人体中血液般重要。轧制油的优劣是能否正常发挥轧机生产能力的关键。早期的轧机或采用植物油如菜仔油、棕榈油，或采用动物油如牛脂，或采用矿物油如锭子油，或采用上述油脂的混合油直接供轧机润滑用，轧制冷却则由另一套冷却水系统完成。采用这种润滑方式的优点是具有良好的润滑性能，但由于润滑油的冷却性能较差，需增加冷却水供应系统及润滑油回收分离系统等。使系统变得复杂，增加了设备投资，又不利于润滑系统的管理。故适用于轧制速度较低的轧机轧制极薄带钢，难轧合金，精密合金及部分重有色金属等。随着现代冷轧技术的进步，越来越多的轧机采用乳化液作工艺润滑、冷却，甚至是新建的轧制0.10mm的极薄带轧机。乳化液的发展越来越受人关注。一种性能优良的乳化液应具备以下特点：1）较好的润滑性能，可降低辊缝中的摩擦系数，从而降低了轧制压力和轧制能耗，有利于发挥轧机的最大轧制能力，轧制更薄的产品，获得板形更好、尺寸偏差更精的带材；2）适当的冷却性能，可降低辊缝中带钢与轧辊的温度，有利于提高轧制速度，发挥轧机的最大生产能力，获得更高的经济效益；3）良好的清洁性，保证退火后的带钢具有光洁的表面，降低产品的次品率；4）良好的防锈蚀能力，使带钢在轧制后可贮存较长时间而无需涂防锈油。又可作为酸洗后的预涂油；并可防止轧制设备受腐蚀而降低使用寿命；5）其他性能，如稳定性，抗泡性，抵抗杂油性能和控制细菌滋生性能等。二．乳化液的分类、性能指标及选用１．乳化液的分类通常，乳化液可根据乳化后的稳定性分为稳态乳化液、半稳态乳化液和非稳态乳化液三类。乳化液的稳定性是一个极其重要的指标，其测定方法是将油品配制成一定浓度的乳化液，在一个分料漏斗中静置８分钟，然后将最底下和最上面的四分之一溶液分离出来。用离心分离法测定两部分的浓度，然后以最底下部分的油含量对最上面部分的油含量比例构成乳化液的稳定指数，用ＥＳＩ表示。1.1稳态乳化液稳态乳化液，以精炼轻、中质矿物油和合成酯为主要成分，再加入多种添加剂，如脂肪酸、脂肪油、阴离子和非离子型等表面活性剂，极压添加剂，防锈剂，抗氧剂，抗泡剂等。此类乳化液可在室温下将浓缩油直接加入水中形成稳定的乳化液，稳定指数ＥＳＩ在０.６以上，皂化值小于５０，使用浓度为５％至１０％。配制后的乳化液颗粒大小在１至１.５微米之间，少数可达５微米。稳态乳化液具有良好的退火清洁性，可以不经清洗而直接退火。1.2半稳态乳化液半稳态乳化液，以精炼脂肪油、合成酯和矿物油的混合油为基油，另加入分散剂，极压添加剂，防锈剂，抗氧剂等添加剂组成。此类乳化液需在５０至６０℃温度下，将油在水中调配成乳化液。配制好的乳化液颗粒大部分为１至１０微米，比稳态乳化液，因此半稳态乳化液在使用过程中需不断搅拌并保持一定的温度，防止部分基油从乳化液中析出。半稳步态乳化液的使用浓度为２％至７％，皂化值在５０至１３０之间。半稳态乳化液的润滑性能较稳态乳化液好，但其清洁性较差，故退火前需经脱脂清洗。1.3非稳态乳化液非稳态乳化液的主要成分是动、植物油如牛油、菜仔油等，加入极压添加剂，抗氧剂，防锈剂，乳化剂等。这类乳化液对钢板和轧辊的附着性好，可大幅降低摩擦系数，润滑性能特别好。但残炭多，退火前必须经过电解脱脂。非稳态乳化液的皂化值在１５０至２３０之间，使用浓度５％至１０％。以上三类乳化液的皂化值，润滑性，冷却性及清净性之间的关系如图１所示。图１乳化液的皂化值、润滑性、冷却性及清净性之间的关系２．乳化液的性能指标乳化液的性能指标主要有物理指标和化学指标。物理指标有密度，粘度，闪点，凝固点，灰分，稳定性等，化学指标有酸值，皂化值，ＰＨ值，碘值，残炭值等。在这些指标中，最为重要的是稳定性和皂化值。稳定性在前面已介绍过。皂化值是评价乳化液润滑性能的重要指标，其测定是用氢氧化钾与乳化液浓缩油进行皂化反应，一克浓缩油所消耗氢氧化钾的毫克数即为此乳化液的皂化值。一般认为皂化值越高，乳化液的润滑效果越好。乳化液的皂化值与轧制变形抗力的关系见图２。图2皂化值与变形抗力之间的关系表１列出了国内外几种典型轧制油的主要性能指标。３．乳化液的选用润滑、冷却效果是衡量乳化液的重要指标，但一种真正经济实用的乳化液还应具有成本低，便于保存以及易于自轧制后的带钢表面清除，不留影响表面质量的残渍等。因此，乳化液的选用应综合考虑乳化液的性能和成本。一般来说，轧机的最小可轧厚度在0.50mm以上时，可选稳态乳化液；最小可轧厚度在0.35至0.50mm之间时，选用半稳态乳化液；最小可轧厚度在0.35mm以下时，才采用非稳态乳化液。但近年来，有些乳化液采用了矿物油改质，油脂改质以及石油化学合成润滑油等新技术，其润滑性能和清洁性能都得到了很大的提高，使乳化液的选用突破了上述基本原则。如我厂引进８００轧机选用的香港埃索公司SOMENTORS100乳化液，就是一种非常稳定的乳化液，皂化值只有１３，却能在一个轧程内实现９０％的压下率轧制0.15mm厚的带钢，且不经脱脂退火后仍保持光洁的表面。三．乳化液在可逆式冷轧机上的应用１．乳化液系统图３是典型的稳态乳化液系统示意图。由图中可见，系统中包括有两个乳化液贮存箱。一个叫清油箱，另一个叫污油箱，总容量为68000升。清油箱与污油箱之间有一溢流口，正常情况下，乳化液只能从清油箱溢流到污油箱，以保证供给轧机清洁的乳化液。使用过的乳化液经地下管道自流回污油箱，由污油泵泵送到过滤精度为20微米的带真空泵抽吸的霍夫曼板式过滤器，以除去乳化液中的大部分杂质和污物。污油泵有两套，一套在线，另一套备用，能力为3200升／分钟。乳化液经过滤后流回清油箱，再由清油泵泵出。清油泵也有两套。一套在线，另一套备用，油泵能力为2800升／分钟。由清油泵泵出的乳化液经热交换器后有两条去路。当轧机停机时，乳化液经旁路流回清油箱，旁路中有一个磁性过滤器可将轧制时机械设备磨损以及轧辊与带钢摩擦而带入系统的大部分铁粉除去；轧机运行期间，乳化液通过管道输送到轧机。轧机旁有一气动阀根据轧制方向自动换向，使乳化液始终在带钢的入口处喷出。机架旁分别有上下各五个电磁阀、十一个手动阀，以此实现主操作台上进行五段控制、机架旁手动十一段控制乳化液喷射的冷却效果。另外，由于乳化液通常需维持在一定温度范围内使用，在清油箱和污油箱内各设有２个电加热器，配合清油泵后的热交换器，通过一个带微处理的温控器控制乳化液的使用温度。由于本系统采用的是稳态乳化液，故没有设置搅拌装置。２．乳化液的配制配制乳化液的水一般应采用除去钙、镁等离子的软水。在特殊情况下，也可采用符合要求的自来水。乳化液的配制应在系统中搅动最大的地方将浓缩油加入循环的水之中并搅和在一起。一个最可取的地方就是清油箱中回流图3典型的稳态乳化液系统示意图管入油箱处与过滤器流回清油箱的管道之间。３．乳化液的保养乳化液是冷轧机组的主要消耗介质，其使用寿命是轧制成本高低的重要影响因素之一。乳化液的使用寿命与系统的保养有着密不可分的关系，因此乳化液系统的保养对降低生产成本有着极其重要的作用。乳化液的保养主要是对以下项目进行控制：3.1水硬度水硬度主要是由水中的钙盐离子和镁盐离子等所引起的。乳化液在使用过程中，会由于水的蒸发而使上述离子含量升高，即水硬度值升高。水硬度升高到一定程度时，这些离子就会与乳化液中的某些添加剂反应生成不可溶于水的悬浮颗粒，既影响轧制产品的表面质量又降低了乳化液的冷却效果。严重的话还会使部分润滑油从乳化液中析出，不能形成稳定的乳化液而达不到其润滑效果。如果乳化液中的硫酸根离子或盐酸根离子达到一定量时，也会产生上述现象。通常水硬度应控制在1000ppm以下，如果系统中的水硬度超出了1000ppm，就应用软水补充系统因蒸发而消耗的水份。硬水的软化可采取以下两种方法：1)使用离子交换器或除矿物质离子机组处理；2)在硬水中加入适量的碳酸钠盐（Na2CO3•10H2O,苏打）使水中的钙离子和镁离子形成沉淀而降低水硬度碳酸钠盐的添加量Ｑ可由下式确定：Ｑ（克）水的总硬度(ppm)－－－－－Ｘ６．２６＝－－－－－－－－－＋２０1000升水２用碳酸钠盐处理的软水可使系统中的碱性提高，因此要避免添加过量。而且，由于处理过程中会产生沉淀，所以需经过澄清池或过滤后才能投入使用。经验表明，采用硬度极低（接近于零）的软水配制乳化液，可能会在系统中形成较多的泡沫，所以并不是说软水的硬度越低越好。通常认为最佳的软水硬度是50ppm。3.2酸碱性新配制的乳化液具有较高的ＰＨ值。在使用过程中，乳化液的ＰＨ值会由于吸入空气中的二氧化碳而降低。控制ＰＨ值的目的是为了平衡系统中的细菌滋生，另外如乳化液呈酸性还会对轧制设备和管道起腐蚀作用。所以，应将系统的ＰＨ值控制在８.０左右。ＰＨ值的检测可用ＰＨ试纸或用便携式电子ＰＨ计。当发现系统中ＰＨ值低于７.０时，可在系统中补充浓缩油或加入乳化液生产厂商提供的添加剂。但要注意添加量必须适当，否则会由此破坏系统中的微生物平衡。3.3浓度浓度是维持乳化液润滑效果的重要参数，因此测定是日常监测中的一项重要内容。测定乳化液浓度有两种方法：折射仪法和分离法。折射仪法适用于现场检测，但误差较大。分离法是将100ml乳化液加入装有10克Al2(SO4)3•18H2O的烧瓶中，用H2SO4或HCl酸化、破乳后，水浴一定时间或用离心分离机使油水分离，测量油和水的体积比，以此确定乳化液的浓度。分离法具有准确可靠的优点，但必须在实验室进行。因此，应将折射仪法和分离法结合起来，以达到适当的浓度控制。3.4细菌控制系统中由于细菌滋生可使乳化液变质、变臭，破坏其使用效果。在系统中包括有厌氧细菌和需氧细菌两大类细菌。细菌的检测可将一种特殊处理的载玻片放置在偏僻的地方，定期进行检查，以保证这些微生物处于控制之下。当乳化液中的需氧细菌大量繁殖，将溶液中的所有氧气消耗掉时，厌氧细菌就会迅速滋生。因此，检测并控制系统中需氧细菌的含量是平衡微生物滋生的理所当然的和有效的措施。3.5杂油控制轧制设备中液压油泄漏，其他润滑用稀油或油脂等杂油进入乳化液系统会影响使用效果，而降低其使用寿命。因此加强设备检修、巡检，防止杂油进入系统十分重要。如发现有大量杂油漂浮在乳化液液面，应及时采用人工清理或用离心分离机将杂油分离出来。3.6铁粉轧制生产中，由于机械设备的磨损以及轧辊与带钢的摩擦可产生大量的铁粉，乳化液系统的过滤器应能将这些影响产品表面质量的铁粉滤去。为了检查系统的清洁度以及评价过滤器和撇渣器等设备的效果，应定期测定系统的铁粉含量。最简单的测定方法是将一定量的乳化液用无灰滤纸过滤后将滤纸放入坩埚中，然后置于马弗炉中加热至800℃３０分钟，称量余下的粉末重量，即为铁粉含量。当然也可用某些仪器测定铁粉的含量。3.7氯含量系统中的氯离子主要由酸洗带钢表面残余的酸根离子积累而成，其含量呈逐渐上升趋势。一般认为氯离子含量偏高会对设备和带钢有腐蚀作用，所以应经常检查氯离子的含量，将其控制在100ppm之下。四．结束语我公司生产的HKQ-系列轧制油，在轧制中，润滑、冷却效果良好，轧制稳定，不经脱脂清洗直接在罩式炉退火后表面光洁，无残炭痕迹。乳化液消耗为0.8KG/吨钢，成本约为22.23元/吨钢，取得了良好的经济效益