钢冷轧工艺润滑及冷轧油相关知识

3、乳化液的热分离性
当乳化液喷射到轧辊或变形金属表面上时，由于 受热，乳化液的稳定状态被坏，分离出来的油吸附金 属表面上，形成润滑油膜，起防黏减摩作用。而水则 起冷却轧辊的作用。乳化液正是通过这种热分离性来 达到润滑冷却的目的。即冷轧乳化液的两大主要功能 为润滑和冷却。
乳化液的热分离性除了乳化液本身性质外，基础 油的黏度、添加剂、乳化液中油滴尺寸及分布，乳化 液的使用温度和时间都会影响乳化液的热分离性，进 而影响乳化液的使用效果。
镀锡钢板最早于14世纪在德国问世，首先是锻造方法，到18 世纪才改为轧制生产。1790年开始热轧，由于镀锡板需求增加， 促进了宽带冷轧机发展。但是，由于矿物油等润滑问题未解决， 使生产受到限制。由于轧制速度不断提高，变形量很大，因而迫 切要求同时解决轧辊的润滑与冷却问题，于是，出现了冷却性能 良好的乳化液润滑以代替纯油润滑。
亲油基端 亲油基端
油
乳化剂 油
搅拌
水 水
亲水基端
油 水
根据乳化液中分散相所带电荷性质,乳化液可分为：
(1) 阴离子型乳化剂。阴离子型乳化剂具有乳化效率高、 润滑性能好、清洗性和防锈性强以及破乳容易等特点， 同时也是目前使用较为广泛的轧制润滑乳化液。但是， 其对水质要求较高,易腐败变质,使用寿命短。
1.2、乳化剂
由于两种互不相溶的液相，如油和水混合时不能 形成稳定的平衡体系，故需加入表面活性剂，也即乳 化剂。乳化剂具有独特的分子结构，其分子一端为亲 油基，而分子的另一端为亲水基。这样，通过乳化剂 把油和水结合起来形成稳定的油水平衡体系。乳化剂 结构及乳化液形成过程示意图如下：
乳化剂结构及乳化液形成过程示意图
轧制示意图
2、轧制工艺润滑剂的基本功能 一种工艺润滑剂除了要满足其工艺要求外，往往还要求其实
现多种功能，但这些要求可能是矛盾或相互制约的，所以要考虑 某些特殊要求。但总的来说，工艺润滑剂应具有的普遍的基本作 用包括：
1、降低轧制过程的力能参数（轧制力、轧制力矩、主电机功 率）；
2、分离表面、降低摩擦； 3、减少磨损，提高轧辊使用寿命； 4、提高轧机轧制能力，可实现低温、大压下轧制； 5、提高轧制作业率； 6、冷却性，轧辊冷却，实现高速轧制； 7、减少轧件的不均匀变形；
8、减少轧制过程氧化生成数量，防止氧化铁皮的压入； 9、改善轧后制品质量（板形控制、尺寸精度、表面粗糙度与精 洁性等）；
10、对不同工况的适应性； 11、化学稳定性； 12、使用方便与可控制性； 13、使用安全性； 14、残留物易清除； 15、符合环保要求；
根据金属加工液分类标准按金属加工液的组成将其分成以下五大 类：
(1) 抗氧剂
氧化是使油品质量变坏和消耗增大的原因之一， 同时产生的酸性物质、水及油泥等会对金属带来严重 的腐蚀。另外，轧制过程常处于高温、高压条件下， 这客观上另速了油品的氧化过程。凡是能提高油品在 存储和使用条件下的抗氧化稳定性的添加剂称做抗氧 剂。
(2) 油性剂
润滑油与金属表面形成吸附的能力以及吸附膜的 强度统称为油性。
(5) 清净分散剂
清净分散剂不但能够减少或防止沉淀物的生成， 同时还可以中和酸性物质。特别是对于轧制表面质量 要求较高的产品，能够分散诸如氧化物、油污染等沉 淀物质，减少对产品表面的污染。
(6) 防腐杀菌剂
由于轧制乳化液都为循环使用，而且乳化液具有 一定的温度，这样很容易滋生细菌，引起乳化液变质 失效，导致使用周期减少。为此乳化液中要加入防腐 剂或杀菌剂，然而，防腐剂或杀菌剂往往具用毒性， 对皮肤有刺激性，使用寿命短，需要经常补充。
2.1、浓度
乳化液的浓度主要与润滑性能有关，浓度增加， 润滑性能增强，同样能够提高轧后带钢表面清洁性。
随着乳化液的使用浓度增加，机架的轧制力明显 降低，轧制润滑性能提高，进而导致轧辊与轧件的磨 损减少，乳化液中铁粉含量降低。乳化液中铁粉含量 的降低，使得对轧后板带钢表面污染减少，轧后表面 光亮度增加。
1、乳化液的组成
实际生产中，乳化液主要是由基础油、乳化剂、 添加剂和水组成。组成乳化液的各组分的性能、含量 都会对乳化液的润滑性能、使用效果及使用寿命产生 重要影响。
1.1、基础油
基础油可以是矿物油、动植物油或合成油。润滑 剂的许多理性化性能，如黏度、闪点、倾点等都是由 基础油决定的。另外，基础油的黏度也是影响乳化液 的性能的关键因素之一，同时还要考虑基础油的黏度 要与乳化剂和添加剂的黏度相近,否则可能会对乳化液 的稳定性产生影响。
金属轧制始于15世纪，首先是冷轧变形抗力很小的金属，如 金和铅；16世纪，人们开始轧制窄带，用来制作货币。1728年法 国首先使用带孔型的轧辊，但是，在约一百多年后才轧出较规则 的金属棒材。18世纪中期，人们开始热轧较宽钢板，而薄板热轧 未采用润滑油。1892年，当第一套宽带钢连轧机组建成时，还没 有采用工艺润滑。
(3) 极压剂
由于产生大量的摩擦热和局部高温，靠吸附的油 性剂分子膜无法承受，极压剂正是在这种状态下发挥 作用。极压剂在高温，高压下与金属表面化合在金属 表面形成一层平滑的极压膜。
(4) 防锈剂
防锈剂的作用机理基本上同油性剂，作用是在金 属表面形成一层吸附膜，把金属与水及空气隔开。另 外，防锈剂在油中溶解时常形成胶束，使引起生锈的 水、酸、无机盐等物质被增溶在其中，从而间接防锈。
1.4、水
水对乳化液的稳定性和使用效果有较大影响， 其中主要是水的硬度。由于水中的钙、镁离子会对 乳化剂作用效果产生影响，进而影响乳化液的稳定 性。另外，水中氯化物、硫酸盐和其他无机物虽然 对乳化液的稳定性影响不大，但是能导致腐蚀的产 生和促使细菌生长变质作用。因此制备乳化液时最 好使用软化水。
2、乳化液的制备
（此部分以本公司UCM轧机的乳化液循环系统为例另 讲）
2、乳化液使用时主要分析项目及其评价
工艺润滑剂的理化性能不仅是润滑剂本身品质高 低的一个标志，同时理化性能的好坏还直接影响到工 艺润滑剂的使用性能以及加工后制品的产品质量。由 于冷轧乳化液为循环使用，乳化液的循环、过滤、乳 化液的粒径控制、使用浓度、皂化值、乳化液温度等 对其润滑效果和轧后板带钢表面质量产生不同程度的 影响。
乳化液的制备常是先将乳化剂、基础油、添加剂 等配制乳化油，使用时再按比例兑水制成乳化液。制 备的基本工艺流程如下：
基础油
乳化剂
添加剂
加热、搅 拌
乳化油
乳化油
兑水
乳化液
乳化液制备过程中，制备方法、加料顺序、温度、 时间、乳化液浓度等都会影响乳化液中油相颗粒直径 进而影响乳化液的稳定性和使用效果。
乳化液的粒径不同除了表现出不同的乳化液外观 外，主要是对其润滑性能和热稳定性产生影响。一般 而言，较大粒径有利于乳化液受热时油水两相分离， 轧辊和轧件表面吸附油量增加，降低轧制变形区摩擦 系数。因此，为了提高乳化液的润滑性能可控制2～ 5um的粒径比例达到50％以上。以下分别为乳化液粒 径与冷轧带材表面吸附油量的关系以及粒径分布对摩 擦系数的影响：
钢冷轧工艺润滑及冷轧油相关知识
目录
一、轧制工艺润滑剂概述
1、轧制工艺润滑剂的发展过程 2、轧制工艺润滑剂的基本功能
二、乳化液
1、乳化液的组成 2、乳化液的制备 3、热分离性
三、冷轧工艺润滑系统
1、轧机的乳化液系统 2、乳化液使用时主要分析项目及其评价
一、轧制工艺润滑剂概述
1、轧制工艺润滑的发展过程
加水＝原来的纯油量÷乳化液降低后的浓度－原来乳化液总量
＝3﹪×1000÷2﹪－1000=500(L) 若要使原来的浓度增加到4﹪,要加油: 加油量＝(1000升乳化液×4﹪－1000升乳化液×3﹪)÷(1－4﹪)
轧制方法虽较早问世，但钢的热轧工艺润滑却到20世纪30 ～ 40年代才出现。1935～1936年间，苏联最早在型钢轧机上用动物 油（牛油、猪油）润滑轧辊。1968年美国大湖分厂在热带轧机上 采用工艺润滑。后来许多国家在板带、型材轧机上采用工艺润滑 获得成功。我国始于1979年，在1700炉卷轧机上取得良好润滑效 果。
18世纪开始人们能轧出较宽的铅板，不久轧制有色金属，同 时轧制的厚度范围也扩大了。然而，直到19世纪人们才开始使用 润滑油涂抹轧辊进行润滑。润滑油通常是以矿物油和动、植物油 为基础油。20世纪初，铝板轧制过程中由于铝对轧辊的粘附以及 表面质量的要求，促使轧制工艺润滑的发展，并取得显著效果。 至此，人们第一次提出了系统地发展轧制润滑油的任务，对矿物 油也提出了更高的要求（如污垢少）。为提高润滑效果，人们往 油中添加活性物质，与此同时，低速冷轧窄带钢问世，用水冷却 轧辊。
1.3、添加剂
添加剂就是能够改善油品某种性能的有极性的化 合物或聚合物，它是提高矿物油润滑性能的最经济、 最有效的途径之一。为了保证轧制润滑剂的各种功能， 添加剂也是不可少的。
乳化液中的添加剂主要是乳化稳定剂、抗氧剂、 油性剂、极压剂、防锈剂、清静剂、防腐剂等。其中 油性剂和极压剂主要用于提高乳化液的润滑性能，尤 其是极压剂。由于乳化液中80％～90％是水，油相只 占10％～20％，故基础油中必须加入极压剂。
乳化液平均粒径与冷轧带材表面吸附油量的关系
表面吸附油量/g.m-2
2.0 1.5 1.0 0.5
0
2
4Leabharlann 6810平均粒径/um
乳化液粒径比例与摩擦系数的关系
摩擦系数 0.4
0.3 0.2 0.1
0
20 40 60 80 100
大于1um粒径比例/％
然而，若乳化液粒径过大，容易造成乳化液不稳 定，严重的会使乳化液油水分离影响乳化液的使用效 果和使用周期。一般经机械搅拌、均匀混合的方法制 备的新乳化液平均粒径通常小于1um。随着使用时间 的增加，乳化液的粒径逐渐粗化长大，反映在轧制过 程中可能出现咬入困难、轧件跑偏、打滑的情况。
油性剂分子是一端为极性基团，另一端为非极性 基团的极性分子。当金属表面和润滑剂接近到几个纳 米时，润滑剂中的极性分子通过分子或原子间的相互 吸引力而生成一定韧性和抗压强度的吸附膜。这样可 以有效地阻止金属表面微凸体的直接接触防止粘附， 减少摩擦。但是，吸附膜对温度较为敏感，温度的升 高会引起解吸，或膜的熔化，同时吸附是可逆的。
(2) 阳离子型乳化剂。阳离子乳化剂形成的乳化液对水 质不敏感，由于其本身就具有杀菌作用，故乳化液不 易腐败变质。然后,阳离子成本较高，使用受到限制。
(3) 非离子型乳化剂。非离子型乳化剂的亲油基和亲水 基链长可以人为设计。另外，由于乳化剂是非离子， 故乳化液不怕硬水。但是若配方不当则容易产生泡沫， 而且成本也较高。
当然，乳化液浓度并非越高越好，若浓度过高， 不仅可能会引起轧制过程的不稳定，而且在轧后带钢 退火时表面污染严重。因此，合理确认乳化液浓度， 对于确保轧制润滑效果，降低乳化液成本都有极其重 要意义。
乳化液浓度的计算：
(1)加油和加水的比率要和本油箱的浓度比一致 如如：油箱浓度为2﹪，那么为了使液位升高，往油箱内增加 2000L的乳化液，那么应往油箱加入： 油＝加入量×浓度＝2000×2﹪＝40(L) 水＝加入量×(1－浓度)＝2000×(1×2﹪)＝1960(L) (2)为了改变浓度往油箱内加水或加油 如：油箱浓度为3﹪，共有1000L乳化液，要使浓度降到2﹪，要 加水：
三、冷轧工艺润滑系统
1、UCM轧机乳化液系统
板带材冷轧工艺润滑方式的乳化液为循环使用， 同时还兼有分段冷却、控制轧后板形的作用，同时冷 轧过程一般不存在咬入问题，对轧后板带材表面质量 要求较高。
由于冷轧乳化液为循环使用，乳化液的循环、过 滤、乳化液的粒径控制，乳化液温度等对其润滑效果 和轧后板带钢表面质量都会产生不同程度的影响。
（1）油和油基液体； （2）乳化液和分散型液体； （3）化学溶液； （4）固体润滑剂； （5）其他（有机醇、醚、磷化物、氯化物、硫化物等）。 其中，常用的轧制工艺润滑剂是（1）、（2）两大类，它们又称 轧制油和轧制油乳化液。
二、乳化液
两种互不相溶的液相中，一种液相以细小液滴的 形式均匀分布于另一种液相中形成的两种平衡体系称 为乳化液。其中，含量少的称为分散相，含量多的称 为连续相。若分散相是油，连续相是水，则形成O/W 型乳化液；反之则形成W/O型乳化液。一般来说，乳 化液的外观取决于在连续相中分散相液滴直径的大小， 以O/W型乳化液为例，油相液滴直径越大，外观看上 去越白。