不銹鋼生產(chǎn)及其乳化型軋制油的發(fā)展

張旭

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

本文回顧了國際、國內(nèi)不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展歷程，簡要介紹了不銹鋼冷軋板的生產(chǎn)趨勢(shì)；闡述了乳化型不銹鋼軋制油所取得的技術(shù)進(jìn)步，展望了軋制乳化液的發(fā)展方向。

國內(nèi)外不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展歷程

世界不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展歷程[1,2]

自1912年德國克虜伯公司（現(xiàn)為蒂森克虜伯股份公司，ThyssenKrupp AG）開始工業(yè)化生產(chǎn)不銹鋼起，世界不銹鋼工業(yè)化生產(chǎn)至今已有100多年的發(fā)展歷史。20世紀(jì)50年代開始，不銹鋼生產(chǎn)在美國得到迅速發(fā)展；60年代，隨著世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，歐洲不銹鋼消費(fèi)量不斷增長；70年代起，日本不銹鋼產(chǎn)量超過美國，并長時(shí)間保持世界第一；80年代以后， 亞洲地區(qū)韓國、中國的不銹鋼生產(chǎn)得到快速發(fā)展。2009年起，中國不銹鋼產(chǎn)量躍居世界第一；2014年起，中國不銹鋼產(chǎn)量在全球不銹鋼總產(chǎn)量中占比超過50%。1950—2016年全球不銹鋼產(chǎn)量走勢(shì)見圖1，2001—2017年中國及其他地區(qū)不銹鋼產(chǎn)量走勢(shì)見圖2， 2005年與2014年全球不銹鋼產(chǎn)量集中度對(duì)比見圖3。

中國不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展歷程[3]

中國不銹鋼生產(chǎn)始于1952年，起步較早，但發(fā)展緩慢；歷經(jīng)30年后，到20世紀(jì)80年代后期才有了較快的發(fā)展。1980年，中國不銹鋼板材產(chǎn)量僅為 2.0×104t，1983—1985年以年均20%的速度遞增，1988年達(dá)到 1.18×105t。1991年中國經(jīng)濟(jì)開始回升，1992年生產(chǎn)不銹鋼板材1.22×105t。

我國不銹鋼生產(chǎn)從1999年起快速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2017年12月中旬，我國不銹鋼冷軋生產(chǎn)線新投產(chǎn)5.05×106t /a，在建冷軋產(chǎn)能 2.825×106t /a，2018年計(jì)劃新建產(chǎn)能6.0×105t /a。目前，我國不銹鋼冷軋總產(chǎn)能達(dá)1.714×107t /a。

不銹鋼冷軋板生產(chǎn)趨勢(shì)

圖1 1950—2016年全球不銹鋼產(chǎn)量走勢(shì)

圖2 2001—2017年中國及其他地區(qū)不銹鋼產(chǎn)量走勢(shì)

不銹鋼冷軋板的生產(chǎn)，追求板面平直、粗糙度小、光亮度高，板面從窄到寬，軋機(jī)從最初的4輥、6輥、偏8輥、12輥、14輥、18輥發(fā)展到20輥，追求產(chǎn)品品質(zhì)越來越高。太鋼、酒鋼、寶新、甬金、天管、張浦、誠德、聯(lián)眾、天成、寶鋼、本鋼、瀚陽等企業(yè)擁有50余臺(tái)板寬在1 250 mm以上的20輥軋機(jī)。據(jù)報(bào)道，福建甬金、海利陽江、海利江西、青拓克虜伯、句容中圣、連云港華樂等企業(yè)都有在建或擬建的20輥生產(chǎn)線。

我國不銹鋼產(chǎn)量的快速增長引發(fā)企業(yè)間的激烈競(jìng)爭，產(chǎn)品從單純的質(zhì)量競(jìng)爭逐步轉(zhuǎn)向“質(zhì)量＋成本”型競(jìng)爭。2014年開始，新增不銹鋼冷軋項(xiàng)目中多機(jī)架冷連軋工藝開始迅速增加。目前太鋼不銹、寶鋼不銹、寶鋼德盛、北海誠德、佛山誠德、宏旺集團(tuán)等單位擁有13條1 250～1 650 mm寬幅生產(chǎn)線，合計(jì)產(chǎn)能約7.0×106t/a。在建或擬建的寬帶項(xiàng)目還有江蘇德龍、江蘇展碩、泰嘉、陽江甬金、福欣特鋼、晟豐科技、鼎信科技等，青山集團(tuán)在印尼、印度也在建設(shè)連軋項(xiàng)目。

不銹鋼軋制工藝對(duì)潤滑劑的要求

不銹鋼軋制工藝不同，所使用的潤滑劑也不相同。目前，20輥軋機(jī)使用全油型軋制油進(jìn)行軋制，而連軋機(jī)則多使用乳化液（由乳化型軋制油在使用時(shí)按指定濃度配制而成）。不銹鋼軋制工藝對(duì)全油型軋制油/乳化液的要求見表1。

乳化型軋制油新技術(shù)發(fā)展情況

目前高潤滑性的乳化型軋制油基本是以合成酯為主體，添加適量的極壓抗磨劑、防腐防銹劑、乳化劑等各種功能添加劑組合而成，合成酯、極壓抗磨劑的種類和用量以及乳液膠團(tuán)的大小、表面電荷分布狀態(tài)決定了乳化型軋制油的潤滑性和清凈性能。

表1 不銹鋼軋制工藝對(duì)全油型軋制油/乳化液的要求

根據(jù)Akira Azushima提出的入口相變理論，乳化液在入口區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閃/O型（油包水），乳化液在入口區(qū)的油膜厚度近似等于純油的油膜厚度，入口區(qū)的油膜厚度隨軋制速度的增加而直線增加，殘余油量在軋制速度低于610 m/min時(shí)隨著軋制速度的提高而增加，而軋制速度高于610 m/min時(shí)則相反[4]。乳化液在軋制區(qū)的相變過程見圖4。

高潤滑、高清凈性組合物

動(dòng)植物油脂 、高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪醇、合成脂肪酸酯都有良好的潤滑減摩性能。

合成脂肪酸酯有單酯、雙酯、多元醇酯等多種結(jié)構(gòu)類型，不同結(jié)構(gòu)酯類的潤滑性、穩(wěn)定性不同。單酯、雙酯類化合物，由于醇羥基β碳原子上存在氫而在較高溫度下容易氧化變質(zhì)。通常醇羥基β碳原子上有氫原子的酯（動(dòng)植物油脂、線型結(jié)構(gòu)的一元、二元酸酯等），分解所需活化能為188.4 kJ/mol。新戊基多元醇與脂肪酸合成的酯，由于其龐大的新戊基對(duì)酯基提供了良好的空間屏蔽作用，因而被稱為阻化酯。阻化酯在分解時(shí)所需能量較高，為280.52 kJ/mol，其分解溫度通常比二元酸高50 ℃左右，分解速度約是二元酸的1/3，具有較好的耐高溫抗氧化及抗熱分解性能。其潤滑性類似于天然油脂，而清凈性類似于礦物油[5～7]。

通過阻化酯與硫磷類極壓抗磨劑的復(fù)合使用，可達(dá)到高潤滑性與高清凈性的統(tǒng)一。

圖4 乳化液在軋制區(qū)的相變過程

高分子乳化劑與反溶解乳化劑技術(shù)

高分子乳化劑配制的乳化液膠團(tuán)更大，更加有利于油水分離，潤滑性更好。

反溶解乳化劑在正常溫度下乳化能力好，在高溫下乳化能力減弱或失去乳化能力，在正常溫度下再次恢復(fù)乳化功能。這一性能使得乳化液進(jìn)入軋制區(qū)后在高溫、高壓下迅速破乳，以增加成膜速度和油膜強(qiáng)度，保證潤滑性能。

顆粒度控制技術(shù)[8，9]

顆粒度大小就是乳化液中油相在水相中分散膠團(tuán)的大小，平均顆粒度大小反映乳化液的穩(wěn)定程度，越小越穩(wěn)定，但小顆粒度不利于油品的離水展著性（乳化液在輥縫中油水分離的性能）。

近年來各大公司相繼推出了不同概念的顆粒度控制技術(shù)，主要有CPS(Control Particle Size)、DPD（Define Particle size Distribution）、UPD（Uniform Particle size Distribution）、NUPD（New Uniform Particle size Distribution）等叫法，其實(shí)質(zhì)是通過各種乳化劑品種和用量的復(fù)合達(dá)到控制顆粒度大小的目的，以充分發(fā)揮軋制油的潤滑性能。

陽離子技術(shù)[10]

目前人們希望軋后板面殘油、殘鐵盡可能少，同時(shí)節(jié)能要求的提高也要求軋制油的噸鋼消耗進(jìn)一步降低，這使得傳統(tǒng)的非離子乳化劑難以滿足要求。近年來，以牛油胺為代表的弱陽離子類表面活性劑開始用于軋制乳化液的配制，獲得了較好的使用效果：

◇可降低乳化液的鐵粉含量；

◇可降低軋后板面的殘油、殘鐵；

◇可提高軋后、退火后板面的光潔度。

軋制乳化液發(fā)展方向

高性能、低油耗技術(shù)開發(fā)

隨著軋制工藝的技術(shù)進(jìn)步，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高，軋制速度提高、板厚降低，對(duì)軋制油的潤滑性提出更高的要求，因此要求軋制油表現(xiàn)出更好的潤滑性能和更好的油水分離特性。同時(shí)隨著節(jié)能、減排、降本要求的提高，軋制油的噸鋼消耗會(huì)越來越低。

乳化液微觀特性研究

乳化液中油相顆粒度大小的分布及其穩(wěn)定性以及油顆粒表面電荷狀態(tài)對(duì)軋制油的潤滑性能、軋后板面的殘油殘鐵都有很大影響，因此需要進(jìn)一步研究乳化液的微觀狀態(tài)。

乳化液應(yīng)用維護(hù)技術(shù)研究

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭的進(jìn)一步加劇和環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，軋制油的噸鋼消耗日益減少。乳化液應(yīng)用效果的好壞、使用壽命的長短越來越依賴乳化液應(yīng)用維護(hù)技術(shù)的發(fā)展，適宜的攪拌強(qiáng)度、良好的過濾除雜油設(shè)備等維護(hù)技術(shù)及相應(yīng)的管理規(guī)范將越來越重要。

廢液處理技術(shù)研究

現(xiàn)有的廢乳化液處理技術(shù)費(fèi)用高、固體廢渣多，業(yè)界急需開發(fā)新的廢液處理技術(shù)：

◇盡可能回收再利用，少排廢液；

◇開發(fā)更加有效的處理方法，減少二次廢物的產(chǎn)生。

結(jié)束語

我國是不銹鋼生產(chǎn)大國，不銹鋼粗鋼產(chǎn)量占全球產(chǎn)量一半以上，但是我國人均不銹鋼消費(fèi)量還很小，現(xiàn)有不銹鋼產(chǎn)量中200系不銹鋼還占有很大比重，而不銹鋼薄板可以廣泛應(yīng)用于汽車、家電、給排水、建筑、環(huán)保、工業(yè)設(shè)施等行業(yè)，因此今后的發(fā)展?jié)摿€很大。隨著不銹鋼薄板應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和品種多樣化要求的增加，對(duì)板面的要求也會(huì)進(jìn)一步提高，將對(duì)所使用的軋制潤滑劑提出更多的要求，從而推動(dòng)軋制工藝和軋制潤滑劑技術(shù)的發(fā)展。

[1]《2017-2022年中國不銹鋼市場(chǎng)供需預(yù)測(cè)及發(fā)展趨勢(shì)研究報(bào)告》智研咨詢集團(tuán)，2016年11月

[2]中國特鋼協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì).分會(huì)統(tǒng)計(jì)：2017年中國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量同比增長4.74%至2577.37萬噸[EB/OL].http://www.cssc.org.cn/xinwen/xiehuixinwen/2018-01-29/3971.html.

[3]張國禮，徐芳泓.世界不銹鋼發(fā)展概況[J].山西冶金，2000，（3）：1-3.

[4]Akira Azushima. O/W emulsion in cold sheet rolling[C]//The 5rd Baosteel BAC，2013: 49-54.

[5]羅永康，胡大華.酯類合成潤滑油[J].合成潤滑材料，1993，（4）：39-40.

[6]羅永康，胡大華.酯類合成潤滑油[J].合成潤滑材料，1994，（1）：31-42.

[7]羅永康，胡大華.酯類合成潤滑油[J].合成潤滑材料，1994，（2）：36-43.

[8]孫建林，孫橋.板帶鋼冷軋工藝潤滑技術(shù)發(fā)展[C]//第四屆全國金屬加工潤滑技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)文集，2013：1-8.

[9]胡漢國.國內(nèi)外冷軋寬帶鋼軋制油的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油商技，2001，19（5）：11-15.

[10]鐘海清，胥建平，楊世平，等.彌散型陽離子乳化液在新鋼冷軋廠的應(yīng)用實(shí)踐[J].江西冶金，2015，(4)：39-41.