水-乙二醇難燃液壓液的發展及其在鋼鐵工業中的應用

郝玉杰，楊超，鄭延波，姜禹，王龍，苗新峰，李猛，劉中國

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116032)

0 引言

隨著現代液壓設備向高速、高溫、高壓、大容量的方向發展，對生產安全、環保的要求日益提高，而傳統的礦物油型液壓油不能滿足一些特殊行業的防火要求。在鑄造工業、煉鋼工業以及旋轉舞臺、安全門等特殊場合，難燃液壓液的使用越來越多[1]。根據ISO 12922分類，難燃液壓液主要包括：水包油型乳化液(HFAE)、化學水溶液(HFAS)、油包水型乳化液(HFB)、含聚合物水溶液即水-乙二醇難燃液壓液(HFC)、磷酸酯無水合成液(HFDR)和其他成分的無水合成液(HFDU)。水-乙二醇難燃液壓液屬于含水型的難燃介質，是難燃液壓液的一種。相對磷酸酯無水合成液而言，水-乙二醇難燃液壓液價格便宜，容易與非金屬材料配套使用，其潤滑性優于高水基液體，穩定性優于乳化液，同時還具有比礦物油型液壓油好的難燃性。基于上述特點，水-乙二醇難燃液壓液是難燃油(液)中發展最快、用量最大的產品。

1 水-乙二醇難燃液壓液的組成和性能

水-乙二醇難燃液壓液主要由水、乙二醇(或其同系物)、水溶性聚合物組成，再添加相應的抗磨劑、防銹劑、金屬鈍化劑、抗泡劑等添加劑。水-乙二醇難燃液壓液的主要性能包括：難燃性、抗腐蝕性、抗磨性、橡膠相容性、剪切安定性、放氣性及貯存穩定性、pH值等。

1.1 難燃性

水-乙二醇難燃液壓液優異的難燃性主要是通過高含量的水來實現的，一般含水量為38%～43%，當有火焰產生時，可通過水蒸氣蒸發來阻止火焰的蔓延。一般采用SH/T 0567難燃液壓液歧管著火試驗法和SH/T 0785難燃液燃燒持久性試驗來考察水-乙二醇難燃液壓液的難燃性。

水-乙二醇難燃液壓液的難燃性能主要由水含量決定，一般認為，水含量≥34%時，產品具有難燃性能。由于水-乙二醇難燃液壓液中水容易與多元醇或聚醚進行氫鍵鍵合，水分含量檢測一般使用SH/T 0246試驗方法檢測較為準確。

1.2 抗腐蝕性

與油基液壓油不同，水-乙二醇難燃液壓液本身就含有腐蝕性因素——水，很容易對所接觸的銅、鐵等設備部件造成腐蝕，因此必須加入適量的防銹劑和金屬鈍化劑。此外，基于水-乙二醇難燃液壓液的獨特性，不能用于含有鉛、錫、鎂、鋅、鎘或這些金屬的合金中，水-乙二醇對這些金屬有腐蝕作用，還會造成液壓液的快速老化。抗腐蝕試驗是水-乙二醇難燃液壓液的重要控制項目之一。國內外對水基產品的抗腐蝕性能的研究也不斷深入，目前常用SH/T 0752含水難燃液壓液抗腐蝕性測定法或GB/T 5096石油產品銅片腐蝕試驗法評價抗腐蝕性能，也有企業自行建立抗腐蝕性能的評價方法。

1.3 抗磨性

抗磨性是液壓液的重要性能之一，水-乙二醇難燃液壓液作為液壓液的一種，也必須具備良好的潤滑性和抗磨性，從而保證液壓泵的正常工作。乙二醇本身具備一定的潤滑性，抗磨性的提高主要還是依靠添加適量抗磨劑。一般來說，在相當條件下，水-乙二醇難燃液壓液的潤滑性要比合成型和礦物油型液壓油要差。目前國外普遍使用Vickers 104C 葉片泵臺架評價抗磨性能，國外使用方法為ASTM D7043，國內使用SH/T 0830-2010 非石油基和石油基液壓油磨損特性葉片泵測定法。

1.4 橡膠相容性

在液壓系統中通常會使用一些橡膠作為密封材料，液壓液與密封材料適應性不好，會造成密封材料的異常膨脹或收縮，造成液壓液的泄漏，影響液壓設備的正常運行，同時還會對液壓液的性能造成破壞，縮短換油期。因此，必須保證液壓液與橡膠具有良好的相容性。水-乙二醇難燃液壓液與一般的密封材料和O型圈相容，但與皮革、軟木、纖維素不相容，這些材料會吸水、老化、泡脹。

1.5 剪切安定性

液壓液在經過泵、閥等元件，尤其是通過液壓元件的小孔、縫隙時，要經受劇烈的剪切作用。在剪切力的作用下，大分子會發生斷裂，變成較小的分子，使黏度降低。而使用適當黏度的液壓液是保證液壓系統正常工作的必要條件之一，因此必須保證所用液壓液在使用過程中在其黏度等級范圍內。水-乙二醇難燃液壓液中使用了大量水溶性高分子聚合物作為黏度指數改進劑，因此剪切性能也是非常關鍵的性能指標。

1.6 放氣性

液壓液在液壓系統中高速循環，可能會產生氣泡。氣泡的存在，會使得液壓系統壓力下降、能量傳遞不均、氣蝕、振動及噪音增大等。一般通過空氣釋放值和泡沫性來考察液壓液的放氣性，放氣性也是水-乙二醇難燃液壓液的重要控制項目之一。

1.7 pH值

水-乙二醇難燃液壓液的pH值一般保持在8以上，多數在9～10。堿性環境是為了減少細菌的生成，同時水-乙二醇難燃液壓液中還會加入防霉菌劑，以防止在存放和使用過程中產生霉菌。

2 水-乙二醇難燃液壓液的研究現狀及發展

20世紀50年代初，美國開始研制水-乙二醇難燃液壓液，70年代以后，發展十分迅速，例如，美國好富頓公司，英國BP石油公司，日本丸善石油公司等均有此種產品生產。在很多國家，水-乙二醇難燃液壓液已經成為難燃液壓液的主流。

國內20世紀80年代初開始研制水-乙二醇難燃液壓液，1995年參考國外產品研制了低泡型水-乙二醇難燃液壓液，在各大鋼鐵企業及其他行業的液壓設備上使用，達到了當時國外同類產品的水平。目前國內生產水-乙二醇難燃液壓液的企業很多，主要遵循國家標準(GB/T 21449-2008)。

為了適應高溫高壓的工況，提高水-乙二醇難燃液壓液的潤滑性成為關注的熱點，相關專利很多，許多公司的產品也紛紛以此為賣點，國際上目前公認使用Vickers 104C葉片泵臺架作為評價抗磨性能的依據。另外為了適應環保發展的要求，環保型水-乙二醇難燃液壓液的開發引起了人們的興趣，即提高水-乙二醇難燃液壓液的生物降解能力，它取決于其基礎組分和添加劑的生物降解度。此外，隨著人們對食品安全高度關注，食品加工行業在高溫下使用的食品級水-乙二醇難燃液壓液也越來越受到關注，目前中國石油潤滑油公司已有自主開發的滿足食品級潤滑油要求的水-乙二醇難燃液壓液。

3 水-乙二醇難燃液壓液在鋼鐵工業中的應用

國際上水-乙二醇難燃液壓液已有50多年的應用歷史，已成為冶金、鑄造和化工等行業的液壓設備普遍采用的介質，雖然在國內應用的歷史較短，但據統計水-乙二醇難燃液壓液的年用量逐年上升[2]。

鋼鐵工業的生產特點是高溫明火，大機械負荷，24 h連續運轉，而水-乙二醇難燃液壓液因其獨特的優點在鋼鐵工業各個部門液壓裝置上的應用比較廣泛，見表1。

表1 水-乙二醇難燃液壓液在鋼鐵工業中的應用

近年來，國內多個液氣錘使用廠家先后發生液壓管路爆裂，元件損壞，致使大量液壓油外噴、外泄，造成火災事故。2003年4月12日，武漢重工鑄鍛有限公司3 t蒸(空)自由鍛錘和1.5 t蒸(空)自由鍛單臂錘，由貴陽萬里公司承擔液氣動力頭改造，采用了水-乙二醇難燃液壓液作為液壓介質。2003年12月及2004年2月，武漢冶金設備制造公司鍛造廠3 t和5 t液氣模鍛錘投入使用，采用水-乙二醇難燃液壓液作為介質。2004年12月，武鋼集團機制公司3 t自由鍛錘和長安汽車集團1 t模鍛錘用液氣動力頭節能改造，也采用水-乙二醇難燃液壓液作為介質。這些設備運行與使用傳統礦物油型液壓油基本無差別，且消除了火災隱患，進一步保證了生產的安全。

4 結論

鋼鐵工業因其生產特點是難燃液壓油的使用大戶，限于目前技術水平，大部分水-乙二醇難燃液壓液產品適用于中、低壓的液壓系統，但隨著其抗磨性的增強，可以謀求在更高壓力下的操作穩定性。同時鑒于環保型水-乙二醇難燃液壓液的發展，在鋼鐵工業中，水-乙二醇難燃液壓液將有很大的應用前景。