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1、冷轧乳化液颗粒度与润滑性能的关系探究摘要：轧制过程采用工艺润滑技术，除了可以减少摩擦及轧锟磨损，提高轧机 能力和作业率外，还可能使轧制板材的物理及冶金特征得到改善，如控制和改善 晶粒组织，控制轧制织构形成，提高板材深冲性能等等。另一方面，轧制工艺润 滑与节能环保也有密切关系。在采用工艺润滑后，吨能耗可降低5%10%；能够 减少轧制过程中氧化铁皮的生成，降低金属损耗，并因此提高酸洗速度，降低酸 耗；使轧制产品的表面缺陷率降低30%50%，提高成材率；提高热轧循环水的利 用率，减少除鳞用高压水，减少冷轧辊用水量。关键词：冷轧乳化液；润滑性能；颗粒度近年来，随着连铸连轧工艺的完善，板带钢精轧机组向高
2、速化、高效率化方 向发展，热轧工艺润滑技术得到了前所未有的重视，在连铸连轧工艺、低温大压 下轧制、热轧板表面质量与板形控制、热轧氧化铁皮控制等方面得到很大的应用 和发展。由此引发的研究重点是：进一步分析热轧润滑机理，研发新一代环保型 轧制润滑介质，如限制使用有毒化学添加剂、使用动植物油替代添加剂、选用可 生物降解的油品、减少热轧油燃烧物或残留物对大气和冷却水的污染等等；同时 要改进润滑方法与装置，开发高效润滑技术和循环利用技术，提高热轧润滑工艺 的可操作性。1、冷轧乳化液颗粒度等技术参数轧制油的主要技术参数包括浓度、颗粒度、pH值、皂化值和乳化液稳定指数 等。乳化液颗粒度分布同乳化液酸碱度有十
3、分密切的关系。通常，在PH值在5-8 之间范围时，乳化液颗粒度是不变的。当PH值低于4.5,颗粒度趋于增大，导致乳化液不稳定。当PH值在8-9之 间，乳化液颗粒度趋于减小，导致冷轧过程中缺乏润滑性。当PH值大于9.5以上，可能出现的相关现象，乳化液中脂/酯的颗粒度将趋 于变小，而乳化液中碱性物质颗粒度趋于增大。当轧制乳化液PH值突然改变，伴随电导率改变，可能是被酸、盐、或碱性 物质污染。通过冷却剂流量与温度的控制实现所需的冷轧摩擦条件。冷却剂温度上升5C 有利于降低滑动问题，使轧机生产效率提高约5%。研究也表明冷却剂温度的控 制对实现最有的辊缝间摩擦条件以及稳定冷轧轧制过程的重要性。因此，将进
4、行 一些设备改造，升级冷却剂系统中的温度控制与配套的加热/冷却设备。轧制试验表明，降低冷却剂流量导致辊缝入口处摩擦条件发生变化。因此， 如果可能的话，在轧制机架上的出入口侧都必须安装喷头，分开控制润滑水平 （通过入口喷头）与轧辊和带钢的冷却（出口喷头）。而这已经列入未来改造计 划中去，改造方案包括优化冷却剂喷头设计，以及在第3和第4机架的入口与出 口侧都安装冷却剂喷头。浓度过高：可能导致轧制时过润滑，引起打滑，增大轧后板面的残油量，降 低了板面的清洁度；浓度过低：可能导致轧制时欠润滑，引起热划伤，增大了铁 粉的磨损浓度控制方法：按照油、水的比例同时补充。细菌会引起PH值下降，而电导率不发生改变
5、。特别是停机不使用乳化液时 经常发生。受到细菌侵害的乳化液，会散发出难闻的气味来。在轧制薄规格产品（带钢出口厚度一般小于0.45mm）时，有时出现滑动问 题。当辊缝出口处的工作辊速度大于带钢速度时，就发生滑动现象。这会引起单 机架无法控制的工艺波动，造成带钢厚度出现变化。在极端情况下，当轧制速度 非常高时还会出现断带现象，这会造成生产停顿，需要将废钢从冷轧机中清除， 停工期一般为212h。为了监测滑动问题，所有冷轧机架的顶部都安装了加速度测量仪，测量轧机 机架的垂直方向运动，并用来监测1001000Hz频率范围内的机架振动幅度大小。 当监测到机架出现大的振动时，系统就会做出反应来降低轧制速度，
6、稳定轧制过 程，从而降低机架振动幅度，因此使出现带钢断裂的可能性降至最低。不过，降 低轧制速度也意味着明显降低生产率，从而影响了冷轧产品向下游工艺生产线的 供应。精轧机架使用粗糙、经毛化后的工作辊轧制所有通过机组的产品。毛化后的 工作辊能使经冷轧后的带钢表面产生一定的粗糙度。第5机架上的轧制力控制在 一定设定值，这将有助于使最终产品获得良好的平直度。如果该机架的轧辊粗糙 度高且轧制力相对较弱，则在轧制薄规格产品时，该机架上的带钢厚度压下量一 般低于1%。利用这个信息，则可计算出前一机架的前滑值，前提是假设第4机 架上的带钢出口速度与第5机架工作辊速度相同。如果第5机架上压下量低，则 这一假设是
7、成立的。2、冷轧乳化液颗粒度与润滑性能的关系实际应用四辊可逆冷轧机组在实际生产过程中，对54卷同一规格低碳钢 (2.6x0.42x940mm)在经过轧制时，计算了第4机架上的前滑值。计算结果表明， 随着第4机架上轧制量的增加以及工作辊磨损量的增加，前滑值迅速降低到最小 值，约0.1%。当前滑值落到低于这一临界值时，就可能发生钢带滑动。当第4机 架轧机工作辊的轧制量达到350km时，滑动问题将变得非常严重，必须更换工作 辊。前滑与工作辊磨损之间有非常强的关系，这是由于随着工作辊磨损量的增加， 工作辊表面粗糙度下降，因此导致辊缝间摩擦的降低。在轧制开始时，工作辊磨 削后粗糙度一般在0.40.6mg
8、mRa，而在换辊时，实测第4机架工作辊粗糙度则 低于0.2曲mRa。无论是从轧制理论还是从轧制实践的观点分析，存在几个轧制参数，它们影 响辊缝内的中性点位置。主要的影响因素包括：钢带入口张力、出口张力，辊缝 间摩擦系数、压下量以及带钢硬度等。研究表明，控制辊缝间摩擦条件对降低滑 动问题是极为重要的。2.1许多参数影响了冷轧过程中的摩擦条件。混合润滑理论认为辊缝间摩擦系 数的大小是由辊缝间润滑油膜的厚度以及工作辊与钢带表面交互作用等决定的。 以下轧制参数影响了这些表面交互作用，并进而影响摩擦系数。工作辊表面粗糙度，必须对轧辊进行精心磨削，以保证获得粗糙度一致的轧 辊。一般来说，轧机每一机架的工作
9、辊都有规定的表面粗糙度。当工作辊在轧制 过程中磨损时，轧辊表面粗糙度将降低。钢带表面粗糙度，一般由来料的热轧以及酸碱洗条件决定。生产工艺问题如 热轧过程中工作辊表面剥落以及带钢在酸碱洗槽中酸洗过度等，都会影响冷轧前 钢带表面原始粗糙度，这对冷轧机组的第1机架而言尤为重要。越往后的机架， 由于“粗糙度传递(工作辊表面毛化影响钢带表面)效应，钢带表面粗糙度主要 受前面机架工作辊表面粗糙度的影响。轧制速度是显著影响辊缝间摩擦条件的轧制参数。随着轧机轧制速度的提高， 更多的润滑油由于受到流体动力效应的作用而流入到辊缝中。因此，对冷轧机 组中的后面机架，只要在轧辊咬入处润滑油供应充分，由于轧制速度提高，
10、辊缝 间摩擦系数将快速降低。2.2轧制润滑油参数，该参数影响了辊缝间润滑油供应量以及辊缝间润滑水平。 它的主要影响参数包括：用于润滑与冷却辊缝的油-水乳化液中油的浓度、轧制润 滑油在工作辊与钢带的表面形成的薄膜厚度、冷却乳化剂中油的颗粒尺寸分布、 轧制润滑油的皂化（SAP）值、油-水乳化液的稳定性指标（ESI）、轧制润滑油的粘 度、冷却乳化液的温度、轧制润滑油配料中耐极压（EP）添加剂的使用（如硫和 磷化物添加剂）以及冷却剂中废附浮油的含量等。2.3冷却剂工艺，包括向辊缝供应轧制润滑油的冷却剂喷头的压力、流量以及 结构设计等，该参数影响了辊缝入口处油膜的形成。一般而言，冷轧机采用“溢流 辊缝入
11、口工作条件，即供应大量的水/油乳化液用以冷却工作辊和钢带，并润滑工 作辊/钢带界面。降低冷却剂喷头的压力与流量，就会发生所谓的不能自然咬入” 条件。当供给辊缝入口处轧制油的供应量不足以维持辊缝间的一定油膜厚度时，就 会发生不能自然咬入的现象。在这种情况下，辊缝间的油膜厚度将会降低，因此 增加了辊缝间摩擦。冷却喷嘴堵塞也将引起摩擦条件的局部变化，导致钢带平直 度以及表面缺陷等问题，即所谓的摩擦刮伤。2.4钢带压下量以及带钢硬度，将影响钢带与工作辊之间的压力，进而影响油 膜厚度。上述参数之间相互作用，影响复杂，还需进行深入研究，才能全面理解 冷轧过程中的润滑现象。不过，目前普遍接受的观点是，冷轧过
12、程中的润滑既包括边界润滑（低速）也包括高速轧制时的混合润滑（边 界润滑与流体动力润滑）。人们已经开发出专门用来描述辊缝润滑机理的润滑模 型。总体来说，轧辊磨损以及轧制速度是显著影响辊缝摩擦条件、进而影响滑动 现象的两大主要轧制参数。在冷轧过程中，随着轧辊表面粗糙度的降低，润滑油 的有效膜厚度（相对于轧辊/钢带表面粗糙度之和）增加，从而降低了辊缝间摩擦 与前滑。因此，前滑与轧辊磨损之间存在直接关联的观点就很容易理解。3、结语考察四辊可逆冷轧机组颗粒度与乳化液润滑性能的关系，选用合适的基础油 与油性剂、抗氧剂、极压抗磨剂和防锈剂等功能添加剂，结果表明，随着颗粒度 的增大有利于提高乳化液的抗磨减摩性
13、能，不同颗粒度分布的乳化液润滑下轧后 的板面质量。制备不同颗粒度分布的冷轧乳化液，利用亲油亲水平衡体系调节乳 化油的乳化状态，能够改善冷轧成品板面质量，改良极压、抗磨性能的关系。整 个生产过程无污染物排放，符合环保要求。添加复合极压抗磨添加剂、非离子高 分子乳化分散剂等多种功能添加剂，研制成钢冷轧极薄板轧制油，保证极薄板轧 制过程中乳化液润滑的平稳性和轧后板面的清洗性能。经用户使用，保证轧制过 程中边界润滑性能的同时使轧后板面反射率更高，质量保证体系健全，该油品具 有可生物降解性。轧制过程形成的复合极压润滑膜牢固不破裂，颗粒大小均匀， 轧制顺利，无划伤，检测手段完备，该油品配制的乳化液颗粒度分布范围窄，能 保证产品质量。生产工艺装备齐全，产品经检测，建成5000吨/年生产装置，具 备了工业化生产能力，与国外同类产品质量相当。参考文献1 秦鹤年，罗宇.冷轧钢板轧制乳化液的研制J.润滑与密封,2009.2 张军，孙建林,蔡文通，等.板带钢冷轧乳化液及润滑效果研究J.润滑与密封,2007.3孙建林.轧制工艺润滑原理、技术与应用M.北京:冶金工业出版社,2010.
