铝轧制基础油的性能与特性

铝轧制基础油的性能与特性
轧制设备对铝箔质量的影响
良好的铝轧制油必须具备以下要求：无毒，低气味；低粘度，高闪点；低终馏点，窄馏分；退火时不产生油斑；良好的氧化安定性和良好的表面光洁度等要求。

铝轧制油由基础油和添加剂组成，通常基础油占93%左右，成为轧制油的主要成分，对铝加工的生产和工艺以及产品质量具有决定性的作用，本文详细介绍基础油的性能、特性以及对铝加工生产的影响。

1 基础油的类别
基础油按组成分为：正构烷烃油，饱和烃油，异构烷烃油，普通矿物油(低档轧制油)。

(1)普通矿物油
属低档轧制油，通常由直馏煤柴油馏分切割制得，硫和芳烃含量较高，有较大的刺激性气味和很强的毒性，又因含有一定量的不饱和烃如烯烃、炔烃等，其氧化安定性较差，易被氧化产生粘稠状胶质(即发生老化)，这类油对轧机系统和人员健康均有一定的危害，影响轧制速度，影响产品的档次。

由于这类油来源广，价格廉，在国内仍占有很大的市场，特别是小型铝加工厂。

但是，近两年来国内轧制油的国产化和高档化的趋势较明显。

(2)正构烷烃油
通常由分子筛脱蜡工艺制得，由于润滑性能好，粘度低，闪点高而引起铝加工业的兴趣，但由于对液压油和添加剂的溶解能力差，影响退火洁净性；又由于生产原料缺乏和价格高等因素而难以普遍使用。

(3)异构烷烃油
此类油为烷基化的副产品，此油对液压油和添加剂的溶解能力强，退火洁净性优良，但对铝表面光洁度有不良影响。

(4)饱和烃油
系指石蜡基原油相应馏分经高压催化加氢饱和制得，特点是低硫、低芳、低气味，具有良好的润滑冷却性能，对液压油和添加剂具有良好的溶解能力，兼有全正构烷烃和异构烷烃的优点。

目前，国际上的高档轧制油如EXXON公司的EXXSOL系列，ESSO公司SOMENTOR 系列，国内清江石化有限公司的MOA系列铝轧制油均属此类油。

这几种基础油对铝加工生产的影响见表1。

2 气味与毒性
轧制油的气味与毒性主要是由硫和芳烃决定的。

硫和芳烃的质量分数越高，则气味越大，其毒性也越大[1]。

矿物油作为轧制油由于易老化，使用周期短，气味大，毒性高，不能用于生产符合食品包装和医药卫生级要求的铝加工制品，因而被逐渐淘汰，铝加工厂应该自觉使用低硫、低芳烃轧制油，减小对市场、环境和社会的危害。

3 粘度、馏程、闪点
(1)粘度
为了提高轧制速度，满足表面质量和减厚的要求，基础油粘度必须在一定的范围内。

目前国内轧机速度在每分钟几百米到1700 m/min之间，为了使油品的冷却润滑流动满足轧机要求，且通过过滤机时有很好的过滤性能，在40℃时，对铝板带材来说油品粘度应在2.1～2.4 mm2/s范围内，对于铝箔，应在1.6～1.9 mm2/s范围内。

实践证明，油品粘度愈大，则油膜愈厚，愈有利于减厚，但不利于轧速的提高，且易于生成油斑，产品表面光洁度变差；粘度变小则情况相反。

所以，粘度的选择基本上是：铝板轧制油的粘度大于铝箔轧制油的，粗轧油的大于精轧油的，低速油的大于高速油的。

(2)馏程
轧制油的馏程的终馏点愈高，其粘度愈大，这对减厚有利，但对退火洁净性和表面光洁度有不利影响；初馏点愈低，则闪点越低，安全性变差，所以轧制油的馏程必须在一定的沸程范围内。

沸程越窄，则轧制油对添加剂和液压油的溶解能力变差，对产品的退火洁净性和生产安全性等一系列因素都产生不同程度的影响，故轧制油的沸程范围宽度在25～40℃之间为最好。

(3)闪点
闪点是石油产品安全性能的重要指标，这与油本身的馏程和碳组成有直接的关系。

闪点愈高，则安全性越好。

由于闪点受馏程和碳组成的影响以及铝加工对粘度的要求，决定了闪点必须在一定的范围内，铝箔轧制油的闪点在65～85℃范围内和铝板轧制油的在95～115℃范围内为最好。

4 退火洁净性和安全稳定性
退火洁净性是由退火时产生油班的密集程度来表示的。

在退火条件下，油品发生分解，缩合和氧化生成浅黄色到深褐色树脂状的胶状物质，沉积在铝材表面上，称为油斑。

这是一种化学反应，该反应过程在轧制过程中即已开始，如矿物油中的烯烃、炔烃和芳烃等部分已发生氧化变质，又如高档油中芳烃和硫不符合要求也易发生氧化反应。

油斑同基础油的化学组成及馏分的宽窄和不挥发物的有直接关系。

表2为各种基础油的退火性能。

对于矿物油来说，退火洁净性差的主要原因是矿物油的烯烃、炔烃因氧化聚合而成为胶质，胶质在退火条件下形成焦稠状油斑，而硫和芳烃也是形成油斑的主要原因。

正构烷烃的硫和芳烃含量较低，而退火性能不如饱和烃的主要原因是：正构烷烃的溶解能力差，对添加剂不能完全溶解，而没有被溶解的分子由于分子间的范德华力的影响而聚集在一起，同时还吸附轧制油中游散的铝粉细粒，形成一个个大分子团或极性团，在退火条件下易形成粘铝或油斑。

此外，影响退火洁净性的因素还有水份和酸值，在空气湿度比较大，或油中水份多，油品酸值偏大的条件下，也会形成白斑(油斑的一种)。

白斑一旦形成则无法消涂。

根据理
论和实践经验，轧制油中水份的质量分数一般不超过1.5×10-4，铝板带轧制油的酸值不大于0.03 mgKOH/100g，铝箔油的不大于0.01 mgKOH/100g。

至于安全稳定性，铝加工业最敏感的问题是着火，尤其是冷轧机着火概率最高。

着火的因素较多，而且很难确定，但总体上不外乎以下几方面的原因：
一是摩擦生热。

这同设备和轧制油都有直接的关系。

低档油(如矿物油)含有烯烃、炔烃等极性键，在轧制过程中对铝粉有吸附作用，它们发生氧化变质又增加了分子团的吸附力，使得吸附的铝粉团越来越大。

当它们粘附在高速运转的轧辊上或轴承上时，由于摩擦生热，而铝粉又易燃易爆，故易导致着火；另一方面，由于正构烷烃对添加剂的溶解能力差而使添加剂分子团吸附铝粉长大，而产生上述情况的火灾。

所以低档油的着火概率高于高档油，正构烷烃油高于混合型饱和烃的。

二是断带火花。

在轧制过程中，轧制油喷射在辊上和铝板带箔表面上形成油雾，温度越高，则油雾越浓。

高速运转的轧机由于突然断带产生的火花可引燃油雾起火。

提高轧制油的闪点，采用合理的生产操作和加强排风，可以减少或避免断带火花造成的火灾。

三是静电。

轧机在轧制时会摩擦生电，喷射油的运动也会产生一定量的静电，静电荷积累到一定程度易导致起火。

预防静电起火可以选择导电性和防静电性比较好的油，如异构烷烃油或含异构烷烃一定量的饱和油。

四是电火花。

有些厂家设备老化，电器电线绝缘部分被氧化而裸露内芯，带电打火导致火灾。

5 轧制油的老化
在轧制过程中，轧制油在较高的温度下循环使用，油品必然发生氧化作用，由于铝及油溶性铝化合物的催化作用，大大加快了氧化速度，氧化的结果生成酸性物质及分子量较大的物质及胶质，使油品酸值及粘度增大，粘度增大虽有利于减厚，但会使褐斑加重，对表面质量均有害且不利于高速轧制，酸值增大易形成白斑。

基础油的氧化稳定性与其组成类型、精制深度有直接关系，一般来说，饱和烃较好，含双键及三键和环结构较多的矿物油氧化安定性较差，在110℃试样油中加入1%铝屑进行老化试验，不同类型的轧制油的氧化安定性如表3所示。

从表3可以看出，基础油的氧化安全性以高档油最好，其中正构烷烃和饱和烃的抗氧化性相近，矿物油的最差。