鋁板帶單機(jī)架熱軋機(jī)的乳液適用性分析及應(yīng)用

張建輝

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 鋁板帶熱軋過程中采用乳液的目的

在鋁板帶生產(chǎn)過程中，熱軋是生產(chǎn)高附加值，特別是對深沖性能要求較高產(chǎn)品的重要加工工序，也是鋁加工企業(yè)的主要成型方法之一。在熱軋加工過程中，為了減少外摩擦的不利影響，保證成形過程的順利進(jìn)行，通常在熱軋機(jī)的軋輥和鋁錠之間施加乳液進(jìn)行工藝?yán)鋮s潤滑，其主要目的有以下幾點(diǎn)。

(1) 冷卻潤滑軋輥，保證軋制過程順利進(jìn)行。鋁板帶在成型過程中，尤其是熱軋過程中極易發(fā)生鋁材和軋輥之間的粘結(jié)，如果沒有工藝?yán)鋮s潤滑，則會發(fā)生軋輥粘鋁、纏輥，甚至斷輥等事故。

(2) 降低熱軋過程中力能消耗，實(shí)現(xiàn)大壓下量軋制。采用乳液潤滑可以極大的減少鋁錠與軋輥的直接接觸，減少鋁錠在變形過程中的摩擦力和變形力，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

(3)降低軋輥損耗，減少換輥次數(shù)，延長其使用壽命，提高生產(chǎn)效率。由于乳液具有防粘減磨的作用，使得鋁錠與軋輥之間的摩擦狀況得到明顯改善，進(jìn)而降低工模具磨損。

(4)改善鋁板帶質(zhì)量。工藝潤滑效果的好壞會對質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。采用較好的熱軋工藝潤滑可以防止軋后板面產(chǎn)生輥印、劃傷等，減少不均勻變形的程度，控制板型。由于軋輥的磨損得到控制，使得鋁板帶的尺寸精度也得到改善。

2 鋁板帶熱軋乳液的分類、組成與制備

2.1 分類

鋁板帶熱軋乳液主要有有皂乳液和無皂乳液。其中，有皂乳液控制和利用油酸和皂的作用；而無皂乳液摒棄油酸和皂或?qū)⑺鼈兊暮靠刂频姆浅５停瑢θ榛瘎┮蠛芨?，靠乳化劑穩(wěn)定乳液系統(tǒng)。有皂乳液中的油酸本身具有較好的潤滑作用，由于分子極性原因，它和金屬離子反應(yīng)形成金屬皂，而金屬皂本身也具有潤滑作用；但其在含量過大時(shí)，對鋁板帶表面質(zhì)量會有不良影響，容易造成表面質(zhì)量缺陷(如“山水畫”和“魚眼”缺陷)。

2.2 組成[1]

實(shí)際生產(chǎn)中，乳液主要是由基礎(chǔ)油、乳化劑、添加劑和水組成。組成乳液各組分的性能和含量都會對乳液的潤滑性能、使用效果及使用壽命產(chǎn)生重要影響。一般來說，乳化液中的添加劑主要是抗氧劑、油性劑、極壓劑、清靜劑、防腐劑和消泡劑等，采用有皂技術(shù)的乳液還含油酸和皂。

2.3 制備[2]

在鋁板帶熱軋乳液的制備過程中，先將乳化劑、基礎(chǔ)油、添加劑等配制乳化油，再按比例兌去離子水配制成乳液。其制備方法、加料順序、溫度、時(shí)間、乳化液濃度等都會影響乳化液中油相顆粒直徑，進(jìn)而影響乳化液的穩(wěn)定性和使用效果。實(shí)踐證明，乳化劑、添加劑和基礎(chǔ)油先混合，再經(jīng)過機(jī)械攪拌后加入水中，在常溫下乳化所形成的顆粒均勻且較細(xì)。

3 鋁板帶單機(jī)架熱軋機(jī)的乳液適用性分析

近年來，我國的鋁板帶行業(yè)得到了飛速發(fā)展，單機(jī)架熱軋機(jī)已有數(shù)十臺投產(chǎn)運(yùn)行，無皂乳液和有皂乳液均有應(yīng)用。由于鋁板帶單機(jī)架熱軋機(jī)需要兼顧熱粗軋和熱精軋這一特殊要求，不論采用哪種乳液，以下兩方面的問題需要考慮。

第一，熱粗軋大壓下量咬入對乳液要求，和熱精軋保證產(chǎn)品高表面質(zhì)量需要良好潤滑效果對乳液的要求存在矛盾。鋁板帶單機(jī)架熱軋機(jī)在潤滑要求上既不同于一般的熱粗軋也不同一般的熱精軋，有其獨(dú)特的要求。熱粗軋軋制鑄錠較厚，咬入角與壓下量較大，所以需要乳液提供相對較高的摩擦力以使軋件能順利咬入，同時(shí)乳液也需要有良好的承載能力適應(yīng)大壓下量的要求。另外，熱粗軋時(shí)鑄錠溫度高，壓下量大，接觸弧長，軋制所產(chǎn)生變形熱和摩擦熱也相對較大，所以熱粗軋同時(shí)要求乳液具有較強(qiáng)的冷卻能力。隨著軋制過程的進(jìn)行，熱精軋的軋件溫度已經(jīng)相對較低，變形抗力增大，對表面質(zhì)量缺陷敏感，所以要求對乳液是要具有良好的潤滑能力，其潤滑膜要有較高的承載能力。鋁板帶單機(jī)架熱軋機(jī)介于一般意義上的熱粗軋和熱精軋之間，既要滿足易咬入、冷卻能力強(qiáng)、承載能力強(qiáng)，又要在軋制的后期提供良好的潤滑能力。對于有皂乳液來說，油酸和金屬皂在軋制過程中可以充當(dāng)優(yōu)良的潤滑成分，同時(shí)該潤滑成分和其它潤滑組分或手段相比，它們對咬入性能影響較低，有相對足夠的磨擦系數(shù)，處于可以接受的范圍之內(nèi)。而別的潤滑成分，如潤滑脂或者通過濃度調(diào)節(jié)方法，在解決潤滑的同時(shí)，卻帶來咬入困難，影響整個(gè)軋制過程。

第二，熱軋過程中會產(chǎn)生一定量的鋁粉，這些鋁粉需要去除，不然會影響鋁板帶的表面質(zhì)量，特別是在熱精軋階段，容易影響表面質(zhì)量甚至造成表面缺陷。熱粗軋產(chǎn)生鋁粉較少，進(jìn)入熱精軋工序后，鋁板的厚度進(jìn)一步變薄，溫度降低，變形抗力加大，再結(jié)晶受到抑制，溫度降低，表面積加大，熱精軋出現(xiàn)鋁粉的數(shù)量大幅增加。這些鋁粉如不及時(shí)去除，對穩(wěn)定軋制必然帶來威脅，所以需要考慮用乳液將其沖洗掉或者兜住，不讓其壓制在鋁件表面。按照目前熱軋機(jī)配備的平床過濾系統(tǒng)，可以將大顆粒的鋁粉去除，而對于細(xì)小的鋁粉去除能力欠佳。對于有皂乳液，可以通過油酸和金屬粉末形成皂，然后這些金屬皂隨同大油珠顆粒上浮，形成浮油被撇除。經(jīng)過對乳液箱上面的浮油進(jìn)行灰分分析，上層浮油的灰分含量是乳液中數(shù)倍，可見其去除鋁粉的效果。對于無皂乳液，必須強(qiáng)化乳液過濾系統(tǒng)，考慮將其控制在可接受的范圍內(nèi)，否則會影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4 熱軋乳液的生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用

以國內(nèi)某大型鋁板帶單機(jī)架熱軋機(jī)的調(diào)試及生產(chǎn)為例，該機(jī)組主要用于生產(chǎn)表面質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，而且為了提高產(chǎn)量和產(chǎn)品的致密度，考慮在熱粗軋階段采用大壓下量軋制。經(jīng)過數(shù)次交流和考察，選用了有皂乳液，利用油酸和皂有利的一面，將其不好的一面控制在可接受的范圍之內(nèi)。在此過程中碰到過各種問題，乳液的各項(xiàng)指標(biāo)是影響熱軋板面質(zhì)量非常重要的因素，甚至直接決定板面質(zhì)量。

4.1 邊部粘鋁

機(jī)組投入運(yùn)行不久，發(fā)現(xiàn)邊部粘鋁特別嚴(yán)重(圖1)。組織取樣送檢，檢測結(jié)果為，乳液溫度56℃，濃度3.4%，pH值7.75，電導(dǎo)率197us/cm，灰分168mg/L，疏水粘度39.5m2/s，EST 0.89。

圖1Fig.1

究其原因，主要是由于邊部潤滑不夠造成。制定解決方案，適當(dāng)改變軋輥中凸度，適當(dāng)降低鑄錠加熱溫度，添加乳油，進(jìn)行大循環(huán)，將乳液濃度增加，板面質(zhì)量恢復(fù)正常(圖2)。同時(shí)對乳液取樣檢測，檢驗(yàn)結(jié)果為，乳液溫度55℃，濃度3.9%，pH值7.79，電導(dǎo)率216us/cm，灰分196mg/L，疏水粘度39.9m2/s，EST 0.9。

4.2 表面油污

熱軋過程中，出現(xiàn)表面油污很嚴(yán)重(圖3)，而且有少量亮點(diǎn)，進(jìn)入熱處理工序后，表面有黃油斑。對乳液取樣送檢，檢測結(jié)果，乳液溫度60℃，濃度4.6%，pH值6.57，電導(dǎo)率221us/cm，灰分226mg/L，疏水粘度42.8m2/s，EST 0.93。

圖2Fig.2

圖3Fig.3

經(jīng)過分析，主要是由于乳液處于偏酸性和金屬反應(yīng)生成金屬皂，以及乳液濃度偏高導(dǎo)致潤滑過度。添加去離子水進(jìn)行稀釋，同時(shí)調(diào)整pH值，然后進(jìn)行大循環(huán)，調(diào)整到55℃以上再進(jìn)行軋制，情況好轉(zhuǎn)，并逐步恢復(fù)正常(圖4)。同時(shí)取樣乳液送檢，檢驗(yàn)結(jié)果為，乳液溫度56℃，濃度4.1%，pH值7.51，電導(dǎo)率212us/cm，灰分191mg/L，疏水粘度39.8m2/s，EST 0.91。

圖4Fig.4

乳液在熱軋過程中具有很重要的地位，根據(jù)不同情況，對乳液進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，這樣才能最大限度地發(fā)揮乳液的作用，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)論

根據(jù)上述分析及生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用，若生產(chǎn)對表面質(zhì)量要求不太高或不敏感的產(chǎn)品，例如復(fù)合材料等，可以考慮選用無皂乳液。如果考慮生產(chǎn)對表面質(zhì)量要求高或敏感的產(chǎn)品，建議采用有皂乳液。另外需要說明的是，有皂乳液比無皂乳液的維護(hù)成本要高一些，特別是在熱軋停產(chǎn)階段，采用有皂乳液需要大循環(huán)和加熱，使其保持新鮮性和控制在一定的溫度以抑制細(xì)菌的生長。