不銹鋼冷連軋軋制液的應(yīng)用維護(hù)

王靖宇 熊星

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

本文介紹了不銹鋼板帶冷連軋生產(chǎn)配套的冷軋軋制液系統(tǒng)及主要輔助設(shè)備，從軋制液濃度的控制和檢測、排鐵屑性能2個(gè)方面闡述了其使用及性能監(jiān)控過程中應(yīng)關(guān)注的要點(diǎn)。

我國是全球最大的不銹鋼生產(chǎn)國，2017年，中國不銹鋼產(chǎn)量約為2.6×107t，占全球總產(chǎn)量的50%以上。2001—2017年中國及全球不銹鋼產(chǎn)量見圖1。

隨著裝備技術(shù)的進(jìn)步及自動(dòng)化水平的提高，不銹鋼板帶冷軋生產(chǎn)方式有了新的發(fā)展，特別是全連續(xù)冷連軋工藝的應(yīng)用給傳統(tǒng)不銹鋼冷軋生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的沖擊。2014年開始，新增冷軋項(xiàng)目中多機(jī)架冷連軋工藝開始迅速增加。根據(jù)2016年中國不銹鋼行業(yè)大會(huì)報(bào)告[2]，截至2016年上半年，我國不銹鋼冷連軋已建、在建產(chǎn)能約5.5×106t，接近我國冷軋不銹鋼總產(chǎn)能的30%。這主要源于我國不銹鋼產(chǎn)量快速增長引發(fā)企業(yè)間激烈競爭，由產(chǎn)品質(zhì)量競爭逐步轉(zhuǎn)向質(zhì)量+成本型競爭，不銹鋼冷連軋工藝產(chǎn)能大與效率高的優(yōu)勢明顯，成為不銹鋼冷軋行業(yè)的新趨勢。

與單機(jī)架軋制相比，冷連軋工藝的軋制速度更快，效率更高，對軋制過程中的冷卻性要求更高，因此乳化型軋制液的需求越來越大。乳化型軋制液因兌水使用使其具有更好的冷卻性和潤滑可調(diào)性，生產(chǎn)過程中可以滿足高速大壓下的生產(chǎn)工藝的要求，是不銹鋼冷連軋工藝的主要配套潤滑介質(zhì)。

在不銹鋼的冷連軋生產(chǎn)過程中，軋制液系統(tǒng)是冷軋軋機(jī)在軋制過程中潤滑和冷卻的關(guān)鍵系統(tǒng)，對降低軋制力、延長軋輥壽命、控制帶鋼表面質(zhì)量和板型等都具有極其重要的作用。在冷連軋軋制過程中，不銹鋼冷連軋軋制液一般應(yīng)具有優(yōu)異的潤滑性、良好的冷卻性、清凈性、適當(dāng)?shù)碾x水展著性等[3，4]，而這些性能的發(fā)揮，均離不開專業(yè)的現(xiàn)場應(yīng)用維護(hù)。

圖2 冷連軋軋制液循環(huán)系統(tǒng)示意

冷連軋軋制液系統(tǒng)及輔助設(shè)備

冷連軋軋制液系統(tǒng)用于軋制液的配置、輸送和循環(huán)，一般包括輸送部分、過濾部分、熱交換部分、攪拌部分和加水加油部分，如圖2所示[5]。

軋制液在循環(huán)使用過程中，因不斷帶入鐵粉微粒、雜油、灰分等雜質(zhì)而受到一定程度的污染，如不進(jìn)行處理，會(huì)對帶鋼質(zhì)量和表面光潔度造成不良影響。因此，把軋制液污染控制在最低限度、充分發(fā)揮其性能是非常重要的。

通過維護(hù)軋制液系統(tǒng)各輔助設(shè)備的正常工作，維持軋制液的清潔度和供液壓力穩(wěn)定，對發(fā)揮軋制液的潤滑冷卻性能、延長使用壽命、提高不銹鋼質(zhì)量和表面光潔度、降低油耗和輥耗都有重要的作用。

軋制液溫度控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于控制軋制液溫度。軋制液溫度在工藝潤滑中起重要作用，必須嚴(yán)格控制，一般為45～60 ℃。合適的溫度對潤滑、帶鋼清潔和軋制液的使用壽命等均有影響：

◇溫度過低會(huì)影響潤滑效果，也有可能使軋制液產(chǎn)生酸敗，滋生細(xì)菌；

◇溫度過高，軋制液顆粒度會(huì)增大，穩(wěn)定性差，老化加快，產(chǎn)生大量廢液[6]。

軋機(jī)產(chǎn)線開機(jī)初期、以及北方地區(qū)冬季容易出現(xiàn)溫度過低的現(xiàn)象，為此需要加強(qiáng)監(jiān)控。

過濾系統(tǒng)

軋制液的過濾系統(tǒng)一般包括真空過濾器、磁性過濾器和反沖洗過濾器。

真空過濾器

真空過濾器廣泛用于冷連軋軋制液系統(tǒng)中，能有效去除在用液中的鐵粉、雜油、灰分、油泥等，保持軋制液的清潔，是冷連軋系統(tǒng)中不可缺少的組件。其過濾機(jī)理是機(jī)械篩除，過濾媒質(zhì)按其孔徑大小對液體中的顆粒進(jìn)行截留分離[7]。一般不銹鋼冷連軋的真空過濾器的濾紙過濾精度為50～120 g/m2。運(yùn)行中，要定期檢查過濾器的運(yùn)行狀態(tài)，如是否定期走紙、是否能有效過濾油泥以及濾紙是否有破損等。

磁性過濾器

磁性過濾器主要用于去除軋制液中的細(xì)微鐵粉顆粒等雜質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，需結(jié)合軋制液的品質(zhì)要求和油耗指標(biāo)的控制，調(diào)節(jié)磁性過濾機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。

反沖洗過濾器

反沖洗過濾器是一種利用濾網(wǎng)直接攔截水中的雜質(zhì)，去除水體懸浮物、顆粒物，以凈化水質(zhì)及保護(hù)系統(tǒng)其他設(shè)備正常工作的精密設(shè)備。在冷連軋過程中，反沖洗過濾器是軋制液進(jìn)入軋機(jī)前的最后一道屏障，其作用是去除介質(zhì)中的固體顆粒，防止軋制液噴嘴的堵塞，對噴嘴起到保護(hù)作用[8]。

攪拌器

由于冷連軋軋制液一般是半穩(wěn)定態(tài)或彌散型，在軋制液箱內(nèi)設(shè)立機(jī)械攪拌，可以起到均勻乳液的作用，同時(shí)防止有效組分從系統(tǒng)中析出，并與顆粒物結(jié)合長大被撇油系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)等清除，對降低油耗也十分重要。

吹掃裝置

軋制液能否從帶鋼板面吹掃干凈是影響帶材表面質(zhì)量的重要原因。為了保證軋后鋼卷表面干燥，防止出現(xiàn)軋制液斑跡，板面清潔吹掃壓力和角度十分重要。通過調(diào)整各種參數(shù)，增加吹掃效率，可消除不銹鋼板面的軋制液殘留，提高產(chǎn)品反射率。

軋制液使用及性能監(jiān)控

在軋制液使用過程中，除了維護(hù)好系統(tǒng)輔助設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還必須定期取樣，通過對在用液外觀、濃度、pH值、電導(dǎo)率、皂化值、酸值、灰分、氯含量、細(xì)菌等性能進(jìn)行檢測，檢測指標(biāo)是否有突變，來判斷軋制液的使用狀態(tài)。同時(shí)需要結(jié)合現(xiàn)場在用液情況，不斷探索調(diào)整檢測方法和調(diào)控方案，以更好地滿足軋制工藝的要求。下面以軋制液的濃度調(diào)配與檢測方法、排鐵屑性能提升為例探討軋制液在使用過程中常見的問題。

軋制液濃度

軋制液的配制

保持一定的濃度是軋制液發(fā)揮潤滑性能的基礎(chǔ)，濃度太低時(shí)可能造成潤滑不足，產(chǎn)生黏輥和熱劃傷等危害。濃度太高則可能造成過潤滑，引起軋機(jī)打滑，并且高濃度乳化液會(huì)造成軋件表面殘留較多，不利于后續(xù)退火清凈。濃度的調(diào)配在實(shí)驗(yàn)室是基本操作，只要準(zhǔn)確計(jì)量、充分?jǐn)嚢杓茨芘渲瞥鏊铦舛鹊能堉埔?。但是，即便是這樣的常規(guī)操作，轉(zhuǎn)移到軋制現(xiàn)場卻常碰到初始配液時(shí)濃度難以提升、后期即使不補(bǔ)油也出現(xiàn)濃度仍在增加的問題，國內(nèi)幾家大型鋼廠配液時(shí)濃度變化情況見表1。

表1 國內(nèi)大型鋼廠配液時(shí)濃度變化情況

由表1可見，液槽體積越大，濃度提升相對越慢。這可能與攪拌器的有效攪拌能力有關(guān)，由于軋制液一般為乳化液，在充分?jǐn)嚢柘驴梢赃_(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)，液槽體積越大，濃度越不易于均一。另外，在液槽體積相近的情況下，一般老產(chǎn)線清槽換液時(shí)軋制液的配制較新產(chǎn)線初次配液更難提升濃度，可能與老產(chǎn)線液槽及管道內(nèi)壁前期在乳化液及鐵粉的沖刷作用下，表面會(huì)有些小坑點(diǎn)，吸附表面增加有關(guān)，舊液排出時(shí)，這些坑點(diǎn)處于干渴狀態(tài)，新配置的乳化液一部分被液槽及管道表面吸附，所以配液濃度較理論濃度低。對于鋼廠2，雖然液槽較大，但因?yàn)槭浅醮闻湟?，且現(xiàn)場加油緩慢，所以濃度提升得相對較快。當(dāng)然，濃度的提升除了與液槽大小、攪拌器的攪拌能力有關(guān)，還與加油速度、乳化液循環(huán)狀態(tài)、液槽結(jié)構(gòu)等多方面因素有關(guān)，一般來說，緩慢多次加油、加大乳化液循環(huán)、液槽中擋板少，更有利于濃度的提升。

在軋制過程中，軋制液的有效組分被不斷消耗，為此需要不斷補(bǔ)充新油，保持其潤滑能力。補(bǔ)加新油時(shí)要緩慢補(bǔ)加，使軋制油充分分散，利于油耗的降低和軋制液性能的均勻發(fā)揮。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不補(bǔ)油，濃度卻在提升的奇怪現(xiàn)象，碰到此類情況也要仔細(xì)尋找原因，如取樣是否均勻、是否一次補(bǔ)油量太大、是否鐵粉或者雜油漏入過多等，進(jìn)而采取對應(yīng)的調(diào)整措施。

軋制液濃度的測定

在使用過程中，軋制液會(huì)不可避免地混入鐵粉、雜油和灰分等雜質(zhì)，影響濃度檢測的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的乳化液濃度檢測方法有破乳法、水分測定法和折光讀數(shù)法，近年來也發(fā)展出超聲波檢測法、光透檢測法等方法。

破乳法直接從乳化液中提取了油性組分，通過測定提出油性組分的皂化值推算雜油含量，進(jìn)而可得到乳化液中軋制油的準(zhǔn)確含量，被較多鋼廠采用，但是對使用時(shí)間較長、雜質(zhì)含量較高的乳化液很難破乳完全。結(jié)合某龍頭鋼鐵企業(yè)在用軋制液濃度的監(jiān)控，對傳統(tǒng)破乳法進(jìn)行了改進(jìn)，以鹽酸和硝酸復(fù)配，再加入少量氯化鈉的優(yōu)化破乳法進(jìn)行破乳測濃度，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高，為軋制生產(chǎn)線提供了準(zhǔn)確的濃度信息[9]。增強(qiáng)破乳能力后，使破乳法能準(zhǔn)確測得油品老化程度較高、雜質(zhì)含量較高的乳化液的濃度。破乳方法改進(jìn)前后破乳狀態(tài)見圖3。

圖3 破乳方法改進(jìn)前后破乳狀態(tài)對比

軋制液的排鐵屑性能

在軋制生產(chǎn)過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量鐵屑，在真空過濾器、磁性過濾器等過濾設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好且軋制液正常補(bǔ)加維護(hù)的情況下，對軋制和后續(xù)的清洗退火過程不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。但是在產(chǎn)品應(yīng)用中，有些鋼廠由于設(shè)備缺陷，沒有配備清洗線，軋制后直接退火，且對板面質(zhì)量要求較高，這對軋制液本身的排鐵屑性能提出了更高的要求。針對現(xiàn)場特殊情況，一方面需要更加細(xì)致地對在用液進(jìn)行維護(hù)管理，另一方面也需要從配方角度進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整乳化劑體系，以獲得更好的排鐵屑效果，且減少乳化液的排放頻次，在改善板面質(zhì)量的同時(shí)顯著降低油耗。

結(jié)論及建議

☆軋制乳化液因其具有更好的冷卻性和潤滑可調(diào)性，是不銹鋼冷連軋工藝配套使用的重要潤滑介質(zhì)。

☆軋制液系統(tǒng)輔助設(shè)備如軋制液加熱器和冷卻器、真空過濾機(jī)、磁性過濾器、反沖洗過濾器、攪拌器和吹掃裝置等，對軋制過程的順利進(jìn)行和軋后不銹鋼的質(zhì)量及表面狀態(tài)有重要的影響。

☆對軋制液要定期取樣分析，并要結(jié)合現(xiàn)場，不斷地探索提升軋制液的現(xiàn)場維護(hù)技術(shù)，以降低現(xiàn)場問題的發(fā)生概率并延長軋制液的使用壽命，最終降低生產(chǎn)成本。