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虎牌铝热轧乳液润滑技术的研发与应用

【铝道】摘要：简要介绍虎牌铝热轧乳液的研发和润滑技术原理，及乳液在现场使用维护管理，通过实际应用客户案例介绍，展现虎牌铝热轧乳液的优异性能，使热轧乳液运行更加有效，帮助控制器用户提升产品表面质量，节约综合成本。

关键词：铝热轧、润滑、乳化液

牵引拖车

前言

铝及铝合金板带材是国民经济发展所需的重要基础材料。我国铝板带箔的生产已形成较为完整的生产体系，铝热轧也是今后我国铝加工行业的重点发展方向，热轧产量逐年攀升。随着国内大型热连轧机的迅速发展，不但要求热轧后铝板表面质量良好，而且要求热轧乳液的使用寿命长，日常维护成本降低。因此，铝热轧乳液的研制应特别注重产品的热稳定性、化学稳定性、乳液颗粒度分布以及乳化技术等方面，以期轧制出更好的铝材，在提高生产效率的同时，降低综合使用成本。

目前，国内铝热轧加工企业大部分仍使用某国外品牌的热轧乳液，一家独大的格局一时间难以打破。随着虎牌对中国市场的不断深入，多项核心产品逐步确立。虎牌研发团队经过多年艰苦努力，与多家国际知名添加剂公司通力合作，终于在2012年成功攻克多项技术难题，研发出具有国际领先技术的虎牌铝热轧产品系列，并于2014年7月成功推向市场，打破了竞争对手在铝热轧市场长期垄断的局面。

为保持虎牌始终走在润滑科技的较前沿，2015年虎牌石油与被誉为 中华石油英才之母 的中国西北大学达成长期战略合作伙伴关系，为虎牌的长远发展再添动力，我们将始终秉承诚实守信的商业原则，坚守与客户共赢经营理念，有决心将虎牌优质的铝热轧产品服务于我们广大的中国客户

1.铝热轧乳液的研制目标

1.1 铝热轧机对铝热乳液的要求

（1）优良的润滑性能

铝合金热轧油应具有良好的润滑性能，使在轧制过程中轧制力波动小，轧后板面质量良好，不出现粘铝、条纹、黑丝黑线等缺陷。

（2）较长的使用寿命

由于清理更换热轧乳液需要耗费大量的人力物力，同时因环保法规日趋严格排放处理废乳液的成本较高，为了减少乳化液排放，保护环境，要求铝热轧乳液的使用寿命应达到12个月以上。

（3）轧制温度适用范围宽

铝热轧乳液应适用于轧制入口温度250～600℃的所有热轧机组。

（4）乳液的轧制适用范围要广

同时满足轧制各种系列铝合金产品，无需特别切换或调整轧制使用浓度及其他指标。

（5）优良的清洗性能

保证轧制后的板面清洁、光亮、无残留。

（6）保持机架干净和环保无毒

由于热轧温度较高，现场操作环境恶劣，因此要求采用环保无毒害的添加剂原料，确保轧后机架干净和现场操作环境干净，对人体无伤害。

1.2 铝热乳液的基本技术参数和指标

综合考虑铝热轧的要求，确定了相关指和具体参数标，见表1

表1、铝热乳液的基本技术指标

2.铝热轧乳液的研发

热轧是金属在再结晶温度以上的轧制过程。由于金属在热轧过程中无加工硬化，所以具有较高的塑性变形和较低的变形抗力，可以用较少的能量得到较大的变形。热轧的突出特点是其轧制温度较高，在轧制变形区中轧辊表面的瞬间温度可高达500～600℃。

铝热轧是铝加工工艺中常见的一种加工手段。在热轧时，一般先将铝热轧油兑水配制成一定浓度比例的乳化液（一般使用浓度：3～5%）。乳化液通过喷嘴喷射到轧辊表面。在高温条件下，乳化液的稳定状态杯破坏，引起油水分离，此时水起冷却作用，分离出来的油黏附在轧辊表面起到润滑作用。乳化液正是通过这种油水分离特性来起到冷却和润滑作用的。这样，既能防止轧辊过热及铝材与轧辊的粘结，又便于冲洗铝粉，保证轧制后铝板的良好表面质量和清洁。

从铝热轧工艺条件可以看出：

铝合金热轧油要有良好的乳化安定性和热稳定性：因为在高温条件下，乳化液往往容易破乳测试项目：改变性能实验析出油，影响乳化液的润滑和冷却性能；

铝热轧油应具有合适的摩擦系数：摩擦系数低，轧辊与轧件在轧制过程中易产生打滑而无法咬入；摩擦系数太大时，则可能使轧辊表面黏有铝屑层。虽然良好的铝轧制过程要有少量铝粉铝皂黏附在轧辊上，但如果铝粉数量过多，会使铝粉再次压入铝板而造成表面质量缺陷。

为了满足铝热五金模具轧的特殊要求，在铝热轧油的研制过程中，主要从油性剂、乳化体系、极压抗磨剂等方面来解决润滑问题。

2.1 多元醇酯型油性剂的选择

油性剂分子在极性基团的作用下，靠物理吸附或化学吸附定向排列在金属表面，形成牢固的吸附油膜。肉眼看起来很光滑的互相接触的金属表面实际存在着100～1000nm的凹凸面，实际接触的只是凸出的部分，这些凸出部分支撑着全部载荷。溶解在润滑油中的油性剂减少了金属表面的直接接触部分，从而起到降低摩擦和减少磨损的作用，

其作用机理，见图1

图1 油性剂的作用机理

合成酯型添加剂的关键是选择合适的脂肪酸和脂肪醇化合物。脂肪酸的碳原子数与油膜强度及摩擦系数的关系见图2

图2 脂肪酸的碳原子数与油膜强度及摩擦系数的关系

由图2可以看出，脂肪酸的摩擦系数和油膜强度与脂肪酸的碳链长度有关，随着脂肪酸的碳链长度增加，其摩擦系数逐渐减小，油膜强度逐渐增强；但碳链长度大于12后，变化较小。有人指出饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸的酯润滑性好，如硬脂酸比油酸酯润滑性好。可以根据原料的来源难易、交付产品的倾点要求以及使用性能来选择不同的脂肪酸酯。

当前多元醇酯得到了广泛的应用。多元醇酯除了具有优异的热稳定性和氧化稳定性之外，还具有良好的黏温特性、润滑性能以及优异的低温黏度性能。用不同结构的多元醇酯和不同碳链长度的脂肪酸合成了几种多元醇酯。几种多元醇酯油性剂的润滑性能及主要理化指标见表2

表2 多元醇酯油性剂的润滑性能及主要理化指标

由表2可以看出，酯E具有较高的PB

值和Falex失效负荷，表明其极压性能和抗磨性能良好，同时倾点低，残炭含量不高，能满足铝热轧的要求，顾选择酯E作为研制产品的油性剂。

2.2 乳化剂的选择

乳化剂的主要作用是：降低表面张力，从而使乳化液变为热力学稳定体系。

尽可能保持油滴表面稳定：乳化液要有一定的热稳定性和化学稳定性，以保证其冷却和润滑性能。

在实验室采用非离子表面活性剂A、B与阴离子表面活性剂C、D、E相结合配制了乳化液体系从24h漂浮量、乳化液稳定性指数ESI、乳化液颗粒度三方面考察整个研制产品的稳定性能，同时结合工业试验情况评价，结果见表3.

表3 乳化剂种类及加剂量对手轮乳化液稳定性能和颗粒度的影响

由表3可以看出，将乳化剂A、C、E按2:1:1.5的比例复配得到的乳化液体系有较稳定的乳化状态，因此在研制产品中选择A、C、E。

2.3 极压抗磨剂的选择

铝热轧时温度和压力都很高，单纯的矿物油和油性剂不能保证其良好的极压性能，因此需要加入抗磨剂和极压剂。常用的极压剂一般会含有硫、磷、氯等元素。由于含硫极压剂会在铝板表面形但其产业化亦仅差临门1脚成黄褐斑，而氯化物会引起板面腐蚀，因此铝热轧制油一般选用磷系添加剂，其主要代表是磷酸酯和亚磷酸酯。磷系添加剂的主要特点是其抗磨损作用，也即抛光作用，其金属化合物熔点范围介于氯化物和硫化物之间。在实验室用醇类物质与磷酸试剂进行反应合成磷酸酯极压剂。选用P2O5做为磷酸化试剂，控制磷酸化试剂与醇类物质的比例，选择合适的反应温度和时间，合成了试验用新型磷酸酯并优选出一种磷酸酯极压剂AP与2种含磷极压剂T304、T306及一种市售脂肪醇磷酸酯在四球机和Falexs试验机上进行了极压抗磨性能评价，结果见表4。

表4 极压剂的极压抗磨性能考察结果

3、虎牌铝热轧乳液的应用和维护管理

3.1 热轧乳液稳定性的控制

3.1.1 乳液颗粒尺寸大小的控制

一般来说，在热粗轧阶段轧制咬入角大压下量大,所以需要乳液提供相对较高的摩擦力以便能使轧件顺利咬入,也需要有良好的承载能力适应大压下量的要求，同时需要乳液要有较强的冷却能力。所以在热粗轧阶段乳液需要的乳粒尺寸较小，乳液需相对稳定一些；

在热精轧阶段的轧件温度已经相对较低，变形抗力加大，同时轧件变薄和对表面质量缺陷敏感，所以对乳液的要求是要具有良好的润滑能力其润滑膜要有较高的承载能力。热精轧的乳液的乳粒尺寸大，乳液需要相对不稳定一些，油水分离性好，以适应高的润滑能力的要求。

对于热粗/精轧单机架轧机来说，乳液需要同时兼顾粗轧阶段的冷却性能和精轧阶段的高润滑要求，故其乳液配方的整体设计介于两者之间，乳液需处于相对稳定状态，乳液颗粒尺寸大小一般在1.0～1.5u之间为宜。见图3

图3、乳液颗粒尺寸分布图

3.1.2 热分离性：

热分离是指乳液和温度较高的轧辊接触时所分离出的纯油量。热分离性是衡量乳液润滑性能的一个重要指标；热分离性好，分离出来的油量就多，润滑就好；热分离性差，分离出来的油量就少，润滑较差，冷却性相对较好，乳液较稳定。

热分离性主要取决于乳液中所含乳化剂含量高低、乳液箱循环泵的剪切力大小、乳液喷射压力大小的影响，同时也受到轧制时的轧辊温度和乳液温度的影响。

3.2 虎牌乳液日常维护检测项目及控制指标，见表5

表5 热轧乳液日常检测项目及控制规范要求

3.3虎牌热轧乳液日常维护管理要点

按照上述表5乳液的控制指标对乳液进行监测控制，出现异常情况，及时进行复检，排除实验误差，然后及时采取相应措施。样品应该在固定时间，固定位置，具有代表性（在喷嘴处取样），如果结果异常，要重新采样进行复核。定期监控记录乳液温度，一般保持在55度左右；日常轧制油产品的应该在工作泵前缓慢添加，需监控乳液箱液位水平，尽量使乳液保持在较高和稳定的液位运行，及时和定期补加消耗水量，较好是用去离子水补充，定期检测去离子水的电导率。现场实验室日常监控项目：浓度、pH值、电导率等；定期取样送检做全面分析。

尽量避免杂油泄漏；加强撇油和过滤。

4、实际应用案例介绍

4.1 虎牌公司铝热轧客户：

宁波富邦精业集团铝材厂

开始使用日期：2014年8月份

热轧机：1550MM两辊双卷曲可逆式粗/精轧机

主要铝热轧产品系列：1系、3系、5系、6系铝及合金卷、板材

乳液箱体积：40吨

配液用水：去离子水

乳液温度：50～55度

2015年热轧产量：41，400吨

2015年平均乳液吨耗：0.47（公斤/吨铝）

概述：

虎牌公司协助宁波富邦铝材厂加强对乳液的日常维护管理工作，使乳液运行和维护更有效，良好的乳液使用状况保证了热轧生产正常进行，热轧卷的板面利用低本钱技术使塑料包装材料性能提升质量明显提升，尤其是解决了困扰多年的黑丝黑线等表面质量问题。在保证热轧产量的同时，热轧产品表面质量得到提升，且热轧乳液的日常添加消耗量也明显下降，使宁波富邦真正做到了降本增效的期望目标。

4.2 虎牌公司其他铝热轧客户

分别在安徽、江苏、浙江、广西等地，不一一展开介绍。

5、结论

虎牌公司铝热轧乳液系列产品具有的润滑性能、突出的冷却性能、良好的铝及合金缓蚀性和较长的使用寿命，达到了预期的应用目标。

在宁波富邦等客户的产品应用结果表明，虎牌公司铝热轧乳液使用性能稳定，轧后表面质量良好，降低了客户综合使用成本，完全能够满足铝热轧生产企业的实际使用需求。

参考文献

1、《有色金属塑性加工学》杨守山北京：冶金工业出版社1988.81

2、《金属加工润滑剂》周耀华、张广林北京：中国石化出版社1998.173

3、《润滑剂与润滑》曼格.德雷泽尔北京：化学工业出版社2003.61

4、魏云华.铝热轧乳液的性能控制[J].轻合金加工技术,2002(10)；

5、王诚海,刘晓娟.铝及铝合金热轧用乳化液应用技术[J].铝加工,2014(4)；

作者:小吕7013次浏览

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