轧制润滑与过滤

轧机润滑知识普及
一、润滑油
轧制基础油由两部分组成——基础油、添加剂
1、基础油为轻质矿物油，一般是碳链长度在12～15之间的正构烷烃。

从组成上分为两大类：一类是含芳香烃的基础油，是由直馏煤经分馏切割后获得。

二类是低芳烃的基础油（1％以下），由于加工工艺不同分成两种类型即为正构烷烃和饱和烃。

轧制油的分子式为C6H14——C16H34，是一种混合物，不是单一结构。

铝箔轧机和板带轧机使用的基础油不同。

板带轧机用粘度较高的基础油，箔材用粘度较低的基础油，这种方法既考虑了粗轧绝对压下大，需提高油的承载能力，又兼顾了精轧后消除油斑的要求。

2、对轧制油的要求：
1）有良好的润滑性，摩擦系数小。

2）有较高的比热容。

3）容易带走较多的热量。

4）有足够的承载能力，能达到预期压下量。

5）退火时不易形成油斑。

6）有良好的抗氧化稳定性。

7）对设备、铝材无腐蚀作用。

8）无毒、无难闻气味，对人体健康无害。

9）容易净化和过滤，资源丰富，价格低廉。

3、轧制油的理化性能及其评价
1）粘度：运动粘度作为润滑油一个重要的性能指标直接影响到成形过程的润滑性能。

此外油的粘度还会影响成形制品退火表面质量，其中有的粘度越高，表面油斑越严重。

另外，油的粘度与闪点、残炭及冷却性能还有一定的关系。

2）密度：一般油的密度都小于1.0g/cm3，而且油品粘度越低，其密度也越小。

大部分油品密度均为0.8~0.9 g/cm3，有些添加剂的密度则大于1.0 g/cm3。

3)闪点：在规定条件下加热油品，当油达到某一温度时，油的蒸汽和周围空气的混合气体，一旦与明火接触即发生闪火现象，此时的最低温度成为闪点。

4）倾点与凝点：油品在标准规定的冷却条件下，能够流动的最低温度成为倾点。

而凝点是在标准规定的实验条件下，将油品冷却到液面不移动时的最高温度。

倾点与凝点都表示油品早低温下流动性能的好坏，同时与油品成分组成中蜡含量有关。

5）馏程：石油产品是多种有机化合物的混合物，在加热蒸馏时没有固定的沸点，只有一定的馏程。

油品的馏程是指从初馏点到终馏点的温度范围。

当油品在规定的条件下，加热蒸出第一滴油品时的温度称为初馏点，而终馏点是指馏出量达到最末一个规定的馏出百分数时的温度。

5）酸值：酸值是表征油品中有机酸总含量多少的指标。

酸值的高低反映了油品生产的精制程度，精制程度越高其酸值越低。

另外酸值的大小还反映了油品中有机酸含量的高低，即对金属腐蚀程度的大小，特别是当油品中含有水分时，这种腐蚀作用可能更加显著。

另外油品
被氧化发生变质时常常伴随酸值的升高。

所以酸值也是衡量油品抗氧化性和使用过程中油品老化变质情况的一项重要指标。

6）皂化值：皂化值是指皂化1g油品所需的KOH毫克数，单位为：mgKOH/g。

皂化值在乳化液中具有重要意义，它的高低代表了乳化液润滑性能的好坏，皂化值越高，润滑性能越好，但轧后退火板面清洁性也随之变差。

7）硫含量：硫含量是指油品中硫元素的含量，以质量百分比计。

由于硫对金属具有腐蚀性，故对金属成形油品中硫含量应进行控制。

8）芳烃含量：由于芳烃，特别是稠环芳烃在医学上被怀疑具有致癌性，所以在轧制食品和药品包装用金属薄板、箔材时，轧制油中的芳烃含量受限。

4、1）粘度与压力的关系
随着所受压力的增加，润滑油分子间距减小，分子间作用力增大，因而粘度增加。

通常矿物油所受压力超过20MPa时，粘度随压力的变化开始显著。

压力继续增加，粘度变化增大。

2）粘度与温度的关系
压力的增加使粘度急剧增加，而温度增加却使粘度急剧减小。

二、添加剂
1、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化物，它是提高矿物油润滑性能的最经济、最有效的途径之一。

为了保证金属成形润滑剂的各种功能，添加剂是必不可少的。

铝合金轧制油常用的添加剂有三类：醇、酯、脂肪酸
添加剂对轧制油性能的影响：
2、对添加剂的要求
1）提高工艺润滑油润滑性能，增加变形区内油膜强度，降低摩擦系数。

2）成分和性能稳定。

3）退火无污染。

4）对金属和设备无腐蚀。

5）无毒性。

无刺激性气味。

6）与基础油互溶性好。

7）使用经济，资源丰富，适于广泛应用。

8）添加方便。

3、作用机理
1）添加剂可以改善润滑油的润滑性能，是一种带有极性分子的有机物质，它与金属具有很强的亲和能力，在变形区中添加剂牢固地吸附在金属表面。

通过与基础油之间的碳链缠绕是润滑油滞留在变形区中，形成薄而强的油膜，该油膜可承受很高的径向应力和剪切应力。

当该应力超过金属的屈服极限时，金属将发生塑性变形，这时加工过程可稳定正常进行从而是所生产出的产品表面质量好且设备能耗低。

2）温度影响。

由于添加剂是通过与金属表面发生物理或化学吸附来达到起作用效果，因此对温度特别敏感。

一些诸如载荷、速度等工艺条件对添加剂作用效果都可归结于温度变化对添加剂的影响。

三、硅藻土与活性白土
1、硅藻土，是被称之为硅藻的单细胞植物死亡后经过1至2万年左右的堆积期，形成的一种化石性的硅藻堆积土矿床。

硅藻是最早在地球上出现的原生生物之一，生存在海水或者湖水中。

正是这种硅藻，通过光合作用向地球提供氧，促进了人类和动植物的诞生。

这种硅藻土是由单细胞水生植物硅藻的遗骸沉积所形成，这种硅藻的独特性能在于能吸收水中的游离硅形成其骨骸，当其生命结束后沉积，在一定的地质条件下形成硅藻土矿床。

它具有一些独特的性能，如：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性，在通过对原土的粉碎、分选、煅烧、气流分级、去杂等加工工序改变其粒度的分布状态及表面性质后，可适用于涂料油漆添加剂等多种工业要求。

2、组成
3、铝加工在轧制铝板带、箔工艺过程中，对过滤轧制污油的助滤剂，一般有以下基本要求：
1）由于现代化轧机上轧制油，每一个工作循环都要求全流过滤，助滤剂必须满足流量要求。

即在全流过滤时，在规定的时间内流量基本保持不变。

这一特性在过滤器上用入口压力来衡量，在定时连续运转时，进口压力达4kg/cm2，过早达到规定压力，不利于设备保持正常运转。

（严格讲是入口和出口的压力差，因出口压力很小，可忽略不计，一般用入口压力来表示）
2）在满足流量要求的前提下，重要的是保证过滤效果，过滤后净油中最大杂质颗粒不大于0.5μm，净油中的灰分含量为0.05～0.005％。

3）助滤剂应有一定的极性，它不但能载留滤液中较大颗粒的杂质，而且能靠极性作用吸附颗粒极小的胶质。

4）过滤后的净油应清澈，当污油透光率不低于80％时，滤后净油的透光率应不低于90％，提高10个百分点。

5）污油过滤后灰分含量不应增加，经2小时沉淀，不应有可见沉淀物。

6）在过滤过程中，助滤剂不能截留轧制油中的添加剂。

7）不能含有有害健康的成分。

8）不能混有影响运行的杂质。

9）质量稳定均一。

4、硅藻土助滤剂在过滤中的作用及工作原理
硅藻土助滤剂主要通过下列三种作用将悬浮在液体中的固体杂质粒子截留在介质的表面及沟道当中，从而达到固液分离的目的：一、筛分作用：这是一种表面过滤作用，当流体流经硅藻土时，硅藻土的孔隙小于杂质粒子的粒径，这样杂质粒子不能通过而被截留下
来，这种作用被称之为筛分作用。

实际上可以把滤饼的表面看成是一个具有等效平均孔径的筛面，当固体粒子的直径不小于（或略小于）硅藻土孔隙直径时，固体粒子便会从悬浮液中“筛分”出来，起到表面过滤的作用。

二、深度效应：深度效应是深层过滤的阻留作用。

在深层过滤时，分离过程只发生在介质的“内部”，部分穿过滤饼表面的比较小的杂质粒子，被硅藻土内部而曲折的微孔沟道和滤饼内部更细小的孔隙所阻留，这种微粒往往小于硅藻土的微孔，当微粒撞到通道的壁上时，这就有可能脱离液流，但它是否能达到这一点，决定于微粒受到的惯性力和阻力的平衡，这种截留与筛分作用在性质上是类似的，都属于机械作用。

滤除固体粒子的能力基本上仅与固体粒子和孔隙的相对大小及形状有关。

三、吸附作用：吸附作用与以上两种过滤机理截然不同，这一作用实际上也可以看成是动电吸引作用，它主要取决于固体粒子与硅藻土本身的表面性质。

当那些硅藻土内部孔隙还小的颗粒碰撞在多孔硅藻土内部表面上时，被相反电荷所吸引，还有一种是粒子间的相互吸引形成链团而粘附在硅藻土上，这些都属于吸附作用，吸附作用比前两种作用复杂，一般认为，比孔隙直径小的固体微粒之所以被截留，主要是由于：（1）分子间力（也叫做范德华吸引力），包括永久偶极作用、诱导偶极作用和瞬间偶极作用；（2）Zeta电位的存在；（3）离子交换过程
从以上三种作用看，在悬浮液的净压过滤过程中，采用松散颗粒状的硅藻土助滤剂作为过滤介质，主要是为过滤介质层即滤饼提供尽可能
多的孔隙，以及形成的孔的间隔层，使悬浮液由此隔阂层的小孔中通过，将悬浮在液体中的固体杂质粒子截留在此介质的表面及沟道之中，从而使固液达到分离的目的。

硅藻土助滤剂一般分为两个步骤进行：1、在过滤前先用清液（已澄清的滤液或前一次已过滤好的滤液）或清水在过滤介质（滤网、滤布或滤纸）表面上涂敷一层硅藻土肋滤剂，然后进行过滤操作，这就是预涂过滤，这一涂层称作预涂层。

2、少量的助滤剂按一定的比例均匀分散到被滤液体中，被送入滤机的过程称作添加，这样助滤剂与原液中的悬浮固体杂质粒子混合并沉积到预涂上，新的过滤面不断形成，细小硅藻土助滤剂颗粒，拥有数不清的细小通道，可以阻塞杂质的通过。

予涂量是0.5～1kg/m2，予涂厚度是1～2mm，予涂浓度为6～12％，予涂时间为10分钟左右。

轧制油滤前存在杂质直径0.1～2mm的铝屑，0.1～1μm的氧化物和其他几微米的尘埃，由于轧制时间延续，小于10μm的颗粒逐渐增加而使轧制油黑化，如不及时去除会影响制品的表面质量，所以要选用优质的既能保证过滤速度、流量，又能去除造成油质黑化微粒的合适的硅藻土助滤剂。

硅藻土不带有极性，只是机械的过滤杂质，小一些的胶质需要用带有极性的活性白土过滤。

但是活性白土加入太少，不能全部吸取超细颗粒，轧制油过滤不净，逐渐变黑。

加入太多会带走轧制油中的极性物质——添加剂。

为防止添加剂被带走，保持良好的过滤效果，每天要根据灰分和透光率来确定活性白土的添加量。

通常采用75％的硅藻土和25％的活性白土组成过滤介质，这个
比例运转时间是最长的，假如需要更高的清洁度，可增加活性白土的比例。

为了减少轧制油的残留物、微量水分和氧化物，添加活性白土的量是有效的，但势必增加添加剂的消耗量并缩短过滤周期。

四、润滑剂的毒性与防护
由于工艺润滑剂是由有机和无机化合物组成，特别是添加剂如抗氧剂、防腐杀菌剂等可能会对人身造成一些危害，由于每个人对润滑剂中的一些化学成分敏感性不同，因此对引起的症状也不尽相同。

一般长期接触工艺润滑油的人，可能引起下列疾病：
1）接触性皮炎。

水、溶剂、乳化剂、洗涤剂都可能使皮肤脱脂，导致干裂，引发接触性皮炎。

另外如果皮肤被润滑剂中的金属碎屑划伤也可能引发皮炎。

2）毛囊炎。

如果长期接触润滑油皮肤上的毛孔就会被油脂堵塞，进而使皮肤长出黑头粉刺导致发炎，皮肤表面的细菌也能引起毛囊炎，特别是在手背、小臂和脸部容易出现症状。

3）肿瘤。

医学上怀疑芳烃，特别是稠环芳烃可能引起皮肤角质层磷状化，进而导致良性或恶性肿瘤发生。

但是现在一般都对特殊用途的成形润滑剂中芳烃含量作了限制。

上述因与润滑剂接触而可能导致的发病比较容易预防与避免，因为目前现代化金属成型设备都已实现自动化操作，一般人手不会与工艺润滑油频繁接触。