燒結(jié)機潤滑脂的黏附性能研究

王鵬，盧少華，揭斌華，林國就，王雪梅

(中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

0 引言

燒結(jié)機作為燒結(jié)廠的核心設備，將礦粉原料經(jīng)過高溫燒結(jié)、篩分形成空隙率高、強度大的均勻塊料供給高爐冶煉，其主要能耗來自風機，燒結(jié)機工作時，燒結(jié)機臺車游板與滑道之間需要采用潤滑脂進行潤滑和密封[1]。漏風率偏大是燒結(jié)機普遍存在的問題，其中滑道漏風占總漏風率的30%～50%，而造成滑道漏風的主要原因是滑道密封效果差、滑道磨損等[2]，研究表明，燒結(jié)機漏風率降低10%，每噸礦石電耗可降低1.5～2.0 kW·h，燒結(jié)礦生產(chǎn)效率可提高6%[3-4]。因此，選擇黏附性能優(yōu)異的燒結(jié)機潤滑脂可有效降低燒結(jié)機的漏風率和減少滑道的磨損，對于節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率有重大的意義[5]。

為改善燒結(jié)機潤滑脂的黏附性能，提高燒結(jié)機滑道的潤滑和密封效果，本文針對華南某鋼廠燒結(jié)機滑道的工況條件和潤滑要求，考察了基礎油、增黏劑、稠化劑等原料對燒結(jié)機潤滑脂黏附性能的影響，經(jīng)黏附性實驗裝置評定，篩選出黏附性能優(yōu)越的燒結(jié)機潤滑脂，并通過燒結(jié)機生產(chǎn)現(xiàn)場試用進行驗證，監(jiān)測滑道油槽的填充情況、潤滑脂的消耗等，以確定燒結(jié)機潤滑脂的最佳配方。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所需的實驗原料見表1所示。

表1(續(xù))

1.2 實驗儀器

本實驗所需的實驗儀器如表2所示。

表2 主要所需實驗儀器

1.3 實驗步驟

參照方法SH/T 0469-1994附錄A，如圖1所示，將涂抹潤滑脂樣品的金屬圓盤放入恒溫烘箱中，在規(guī)定的溫度下經(jīng)一定時間的離心作用后，測定潤滑脂在試驗金屬圓盤表面的黏附率。具體操作步驟：用石油醚將實驗用圓盤洗凈、烘干；在天平上稱量烘干后的圓盤重量，用刮刀將潤滑脂均勻涂抹在圓盤上，趕出帶進的氣泡，以盤沿高為準刮平式樣表面，稱量裝好試樣的圓盤質(zhì)量；將稱量后的組合件與同步電機軸相連接，用防護圈圈住圓盤，加熱到實驗溫度后，恒溫15 min，開啟同步電機，使其在實驗轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)15 min，運轉(zhuǎn)結(jié)束，斷開電源，取出防護擋圈，從同步電動機上卸下組合件，冷卻至室溫后稱重。

圖1 涂抹潤滑脂前后的金屬圓盤

潤滑脂的黏附率按如下計算：

X=(G3-G1)/(G2-G1)×100%

式中：X-潤滑脂黏附率/%；

G1-試驗圓盤的質(zhì)量/g；

G2-試驗前圓盤和脂的質(zhì)量/g；

G3-試驗后圓盤和脂的質(zhì)量/g。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 基礎油對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

基礎油在潤滑脂中占80%～96%，基礎油性質(zhì)決定著潤滑脂的性質(zhì)，而基礎油的黏度、黏溫性能將直接影響潤滑脂的黏附性能[6]，因此，本實驗選取不同黏度的基礎油，考察不同基礎油對燒結(jié)機潤滑脂的黏附性的影響。

分別采用HVI Ⅰb500、HVI Ⅰb750、HVI Ⅰb900、HVI 120BS、HVI 150BS五種基礎油，基礎油的運動黏度、黏度指數(shù)等主要理化性能見表3，并加入1.2%增黏劑A，制備得到不同的燒結(jié)機潤滑脂，同時，將潤滑脂裝入黏附性評定裝置，這五種燒結(jié)機潤滑脂的黏附性考察結(jié)果見表4。

表3 基礎油的理化數(shù)據(jù)

表4 基礎油對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

表4(續(xù))

由表4中不同基礎油制備的燒結(jié)機潤滑脂的黏附性考察可知，不同基礎油制備的燒結(jié)機潤滑脂黏附性差異較大[7]， HVI Ⅰb500、HVI Ⅰb750、HVI Ⅰb900、HVI 120BS、HVI 150BS基礎油制備的燒結(jié)機潤滑脂黏附率依次增加，這是由于從表3基礎油的理化數(shù)據(jù)可看出，HVI Ⅰb500、HVI Ⅰb750、HVI Ⅰb900、HVI 120BS、HVI 150BS的黏度依次增加，而基礎油黏度越大，具備更好的油膜厚度，制備的燒結(jié)機潤滑脂黏附性越好[8]。同時，由表5可知，隨著基礎油的黏度增加，制備的燒結(jié)機潤滑脂相似黏度也隨之增大，而當使用HVI 150BS基礎油時，制備的燒結(jié)機潤滑脂相似黏度為410 Pa·s，超出質(zhì)量指標要求范圍，因此，確定最佳基礎油為HVI 120BS。

表5 基礎油對燒結(jié)機潤滑脂相似黏度的影響

2.2 增黏劑類型對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

增黏劑主要作用是提高潤滑脂的黏附性，增加潤滑脂的稠度，抑制潤滑脂的分油，對潤滑脂的滴點、腐蝕、蒸發(fā)損失、安定性影響不大[9]。常見的增黏劑種類主要有聚異丁烯、乙烯-丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸脂等，因此本實驗選取了5種不同類型的增黏劑，考察不同類型的增黏劑對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響，其中增黏劑A為聚甲基丙烯酸脂，增黏劑B為聚異丁烯，增黏劑C、增黏劑D、增黏劑E均為乙烯-丙烯共聚物。

以HVI 120BS為基礎油，加入1.2%不同類型的增黏劑，制備得到不同的燒結(jié)機潤滑脂，同時，將潤滑脂裝入黏附性評定裝置，燒結(jié)機潤滑脂的黏附性考察結(jié)果見圖2。

圖2 增黏劑類型對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

由圖2可知，不同增黏劑制備的燒結(jié)機潤滑脂黏附性差異較大，其中增黏劑制備的燒結(jié)機潤滑脂黏附性能為增黏劑A>增黏劑C>增黏劑E>增黏劑D>增黏劑B，這可能是由于聚甲基丙烯酸脂增黏劑A具有更好的分子結(jié)構(gòu)和合適的分子量，可均勻分散在燒結(jié)機潤滑脂中，使得燒結(jié)機潤滑脂具有更好的黏附性[10]，因此，通過試驗可選出配方中最佳增黏劑為增黏劑A。

2.3 增黏劑加入量對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

以HVI 120BS為基礎油，加入增黏劑A，改變增黏劑的加入量制備得到不同的燒結(jié)機潤滑脂，同時，將燒結(jié)機潤滑脂裝入黏附性評定裝置，考察增黏劑的加入量對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 增黏劑的加入量對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

由圖3可知，在一定的加入范圍內(nèi)，隨著增黏劑的增加，燒結(jié)機潤滑脂的黏附性增加，這可能是由于增黏劑分子進入皂結(jié)構(gòu)中與皂纖維相互吸附和纏結(jié)，使皂空間結(jié)構(gòu)膨脹，提高了燒結(jié)機潤滑脂的膠體安定性和黏附性[11]；當增黏劑加入量為1.2%制備的燒結(jié)機潤滑脂的黏附性最好，轉(zhuǎn)盤中的燒結(jié)機潤滑脂剩余量最多，且分散均勻，黏附性效果好；而增黏劑加入量大于1.2%時，隨著增黏劑的增加，燒結(jié)機潤滑脂的黏附性下降，這可能是由于燒結(jié)機潤滑脂對增黏劑的分散性和容納性是有限的，增黏劑加入量過多時，影響整個潤滑脂體系的組分平衡[12]，因此，增黏劑的最佳加入量為1.2%。

2.4 不同稠化劑對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

稠化劑約占潤滑脂總量的3%～20%，它在潤滑脂結(jié)構(gòu)中起著骨架的作用，將基礎油包容起來使其失去流動性，因而使?jié)櫥蔀榉桥ｎD體流體或半流體物質(zhì)。稠化劑對潤滑脂的性質(zhì)會產(chǎn)生很大的影響，其含量和性質(zhì)影響著燒結(jié)機潤滑脂的耐高溫、稠度和耐水等性能[13]。因此，本實驗選取了4種不同的稠化劑，考察不同稠化劑對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響。

以HVI 120BS為基礎油，加入1.2%增黏劑A，分別制備聚脲潤滑脂、復合鋁基潤滑脂、通用鋰基潤滑脂、復合鋰基潤滑脂四種不同稠化劑的燒結(jié)機潤滑脂，同時，將燒結(jié)機潤滑脂裝入黏附性評定裝置，考察稠化劑對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同稠化劑對燒結(jié)機潤滑脂黏附性的影響

由圖4可知，不同稠化劑制備的燒結(jié)機潤滑脂黏附性差異非常大，其中復合鋰基型燒結(jié)機潤滑脂黏附性能最佳，這是由于不同稠化劑制備的潤滑脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)不同[14]，而復合鋰基潤滑脂對基礎油稠化效果更佳，黏附性最好。因此，確定燒結(jié)機潤滑脂的最佳配方為以HVI 120BS為基礎油，加入1.2%增黏劑A制備得到的復合鋰基潤滑脂，并命名為SJ-100潤滑脂。

2.5 實際應用情況

2.5.1 燒結(jié)機設備參數(shù)

華南某鋼廠燒結(jié)機車間使用某品牌燒結(jié)機潤滑脂，燒結(jié)機設備參數(shù)見表6所示?，F(xiàn)場反映該品牌燒結(jié)機潤滑脂的黏附性較差，導致滑道內(nèi)潤滑脂未填滿、空隙率較大，燒結(jié)機潤滑脂在使用過程中容易被風機抽走，進而造成滑道密封效果差、燒結(jié)機潤滑脂流失快、漏風率偏大、滑道磨損等問題，迫切希望結(jié)合燒結(jié)車間的設備工況特點，選用一款黏附性能更優(yōu)的燒結(jié)機潤滑脂，解決現(xiàn)場實際問題。

表6 某鋼廠燒結(jié)機設備參數(shù)

2.5.2 燒結(jié)機潤滑脂的性能對比分析

對原用燒結(jié)機潤滑脂、SJ-100潤滑脂開展理化性質(zhì)分析并與燒結(jié)機潤滑脂的質(zhì)量要求[15]進行對比，分析結(jié)果見表7。

表7 燒結(jié)機潤滑脂的性能對比分析

表7(續(xù))

從表7燒結(jié)機潤滑脂的性能分析對比結(jié)果來看，兩種燒結(jié)機潤滑脂均滿足質(zhì)量指標要求，但SJ-100潤滑脂的鋼網(wǎng)分油、黏附率、蒸發(fā)損失等指標更具優(yōu)勢，說明其具有更好的膠體安定性和黏附性。

2.5.3 實際應用效果

華南某鋼廠燒結(jié)機車間自2018年2月開始使用SJ-100潤滑脂，并對使用前后的現(xiàn)場情況進行跟蹤。從圖5 兩種燒結(jié)機潤滑脂使用前后燒結(jié)機滑道情況來看，使用原燒結(jié)機潤滑脂時，由于燒結(jié)機潤滑脂的黏附性差，不能填滿燒結(jié)機滑道，造成整個設備的漏風率偏高，同時，滑道在運行過程中油量不足，存在潤滑不良的現(xiàn)象，加劇滑道的磨損，并最終影響能耗和燒結(jié)效果。而使用SJ-100潤滑脂后，潤滑脂填滿燒結(jié)機滑道，在使用過程中不易被抽風機抽走，保證燒結(jié)機滑道在運行過程中的有效潤滑，降低整個設備的漏風率，有效保證鐵礦的燒結(jié)效果，同時，加脂間隔時間由20 min延長至30 min，燒結(jié)機潤滑脂消耗量下降33%，降低了能耗和設備維護費用。

圖5 SJ-100潤滑脂使用前后燒結(jié)機滑道油槽情況

3 結(jié)論

(1)通過考察基礎油、增黏劑、稠化劑等原料對燒結(jié)機潤滑脂黏附性能的影響，經(jīng)黏附性實驗評定，確定燒結(jié)機潤滑脂的最佳配方為以HVI 120BS為基礎油，加入1.2%增黏劑A制備得到的復合鋰基潤滑脂。

(2)試驗篩選的最佳配方成功應用于華南某鋼廠，加脂間隔時間由20 min延長至30 min，燒結(jié)機潤滑脂消耗量下降33%，并可降低燒結(jié)設備的漏風率、能耗和設備維護費用，取得可觀的綜合效益，可在行業(yè)中推廣應用。