冷軋乳化液的管理維護(hù)及對(duì)生產(chǎn)的建議

楊蘭 姚鈞耀 彭昕

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司上海研究院

本文介紹了冷軋乳化液的作用原理、軋制工藝對(duì)乳化液的要求，從配置水和理化指標(biāo)兩個(gè)方面介紹了乳化液管理和維護(hù)的注意事項(xiàng)，對(duì)某鋼廠連軋產(chǎn)線乳化液近2年的跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，為生產(chǎn)應(yīng)用提供指導(dǎo)。

我國(guó)是鋼鐵大國(guó)，2019年粗鋼產(chǎn)量9.8億t，其中板材占42%。我國(guó)不銹鋼產(chǎn)量全球第一，2018年，全國(guó)不銹鋼粗鋼產(chǎn)量達(dá)到2 670萬(wàn)t，超過(guò)全球產(chǎn)量的50%。2009—2018年中國(guó)及全球粗鋼產(chǎn)量見圖1[1]。2012—2018年全球不銹鋼粗鋼產(chǎn)量及分布見圖2[2]。

乳化液在冷軋過(guò)程中起到良好的潤(rùn)滑和冷卻作用，對(duì)冷軋鋼帶的生產(chǎn)起著重要的作用，直接影響到冷軋鋼帶的產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)軋制乳化液實(shí)施良好的控制與管理，加強(qiáng)對(duì)軋制乳化液的維護(hù)，對(duì)提高冷軋薄板的質(zhì)量起著重要作用。

乳化液的作用原理

乳化液是由水和軋制液在表面活性劑的作用下，輔助攪拌后形成水包油型溶液。水是軋制液的載體，其作用是冷卻，帶走在軋輥咬入過(guò)程中由摩擦和變形產(chǎn)生的熱。同時(shí)，乳化液又具有離水展著性，即在一定情況下會(huì)出現(xiàn)油水分離，分出油層起到潤(rùn)滑的作用。在乳化液進(jìn)入軋制變形區(qū)后，優(yōu)先附著在軋輥及軋件表面形成油膜，起潤(rùn)滑作用，而水分帶走塑性變形熱及摩擦熱，起冷卻作用，通過(guò)濃度的調(diào)節(jié)，可以控制潤(rùn)滑效果。

軋制工藝對(duì)乳化液的要求

近年來(lái)連軋工藝取得了顯著進(jìn)步，對(duì)冷軋板帶的要求越來(lái)越高，希望軋制出更寬、更薄、附加值更高的冷軋板帶，因而期望使用優(yōu)良的軋制液。軋制工藝對(duì)乳化液的要求包括：

◇良好的潤(rùn)滑性能；

◇退火清凈性好，軋后以及退火后應(yīng)保持表面色澤光亮，無(wú)斑跡、銹蝕等現(xiàn)象[3]；

圖1 2009—2018年中國(guó)及全球粗鋼產(chǎn)量

圖2 2012—2018年全球不銹鋼粗鋼產(chǎn)量及分布

◇抗氧化性能好，防止聚合物產(chǎn)生，延長(zhǎng)軋制油使用壽命；

◇合適的乳化穩(wěn)定性，乳化液便于管理，廢液易于處理。

乳化液的維護(hù)和管理

乳化液使用過(guò)程中，一定要進(jìn)行維護(hù)和管理，通過(guò)對(duì)在用乳化液各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)是否有異常，進(jìn)而判斷乳化液的使用狀態(tài)。

配置水指標(biāo)要求

乳化液對(duì)配置水有一定要求，配置水中的離子情況會(huì)影響乳化液的乳化狀態(tài)。乳化液配置水的各項(xiàng)指標(biāo)要求見表1。

理化指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和控制

對(duì)于乳化液的理化指標(biāo)，要根據(jù)配制乳化液的濃縮液、水質(zhì)狀況、軋制效果制定出合理的控制范圍。乳化液日常監(jiān)測(cè)的分析項(xiàng)目包括濃度、pH值、電導(dǎo)率、皂化值、酸值、灰分和鐵含量。如果在軋制期間乳化液指標(biāo)出現(xiàn)異常，則要考慮多方面因素，如配置水指標(biāo)是否正常、是否有雜油或酸堿漏入等。乳化液日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見表2。

pH值

pH值是監(jiān)控乳化液是否異常的基礎(chǔ)指標(biāo)，pH值與電導(dǎo)率同時(shí)變化表明有酸、鹽類或堿漏入乳化液。當(dāng)電導(dǎo)率一定時(shí)，pH值變化，一方面可能是配置水出現(xiàn)異常，另一方面，pH值下降可能為乳化液發(fā)生了酸敗。

表1 乳化液配置水各項(xiàng)指標(biāo)要求

表2 乳化液日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

電導(dǎo)率

電導(dǎo)率反映了乳化液系統(tǒng)中離子的情況。通常情況下配液初期，pH值保持不變，電導(dǎo)率會(huì)隨軋制周期延長(zhǎng)而緩慢上升，但隨著軋制的進(jìn)行，不斷補(bǔ)充水和油，電導(dǎo)率會(huì)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

油濃度

油濃度指的是乳化液中油的含量，包括有效油濃度即軋制油的含量，以及無(wú)效油濃度即雜油含量。在軋制過(guò)程中，在不補(bǔ)油的情況下，油濃度是不斷減少的，一部分隨軋后板面帶走，還有一部分被過(guò)濾系統(tǒng)帶走。一般維持油濃度在3%左右，所以在油濃度低于這個(gè)量時(shí)，就要及時(shí)補(bǔ)油，保持其潤(rùn)滑能力。

皂化值

皂化值是檢測(cè)乳化液狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)皂化值可計(jì)算乳化液的有效油濃度，從而得出雜油含量，進(jìn)而判斷乳化液的潤(rùn)滑性能。

檢測(cè)乳化液的皂化值，先要破乳獲得乳化液的濃縮液，通過(guò)檢測(cè)濃縮液的皂化值，即可得到乳化液的皂化值。獲取乳化液濃縮液的方法為：取一定量的乳化液中加入10%氯化鈉，加熱至80 ℃，全部溶解后，移入分液漏斗中，加入30%的丁酮強(qiáng)烈震蕩數(shù)分鐘，并隨時(shí)打開旋塞及時(shí)放氣，然后靜置，待其分層后，取上層油相，濾去鐵皂和不溶物后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸餾，除去丁酮，即得到濃縮液。

游離脂肪酸（酸值）

游離脂肪酸是指乳化液中含有的游離的脂肪酸成分，也可用酸值來(lái)表示，酸值約等于游離脂肪酸的2倍。檢測(cè)乳化液的酸值，首先也要破乳獲得濃縮液。

保持一定的游離脂肪酸含量有利于乳化液的潤(rùn)滑作用，但如游離脂肪酸含量太高，則需要檢測(cè)是否發(fā)生生菌的現(xiàn)象或乳化液老化。

灰分

乳化液中的灰分主要是系統(tǒng)環(huán)境帶來(lái)的，包括無(wú)機(jī)鹽類、鐵粉以及灰塵，隨著軋制時(shí)間增加，灰分含量逐漸增加。乳化液的灰分含量應(yīng)當(dāng)越低越好，當(dāng)灰分較多時(shí)，增加機(jī)械磨損，降低了乳化液的潤(rùn)滑性，同時(shí)也影響了退火后板面的清潔度。

檢測(cè)乳化液的灰分含量，首先要蒸去稱量好乳化液試樣中的水分，再來(lái)進(jìn)行灰分檢測(cè)。

鐵含量

乳化液中的鐵含量主要來(lái)自于軋制過(guò)程中產(chǎn)生的鐵粉。鐵在乳化液中以以下幾種形式存在：鐵粉、Fe2O3、Fe3O4和鐵皂。鐵含量主要與兩方面因素有關(guān)：一方面，在有效油濃度較低時(shí)產(chǎn)生，潤(rùn)滑性能不佳，輥縫處就有大量鐵粉被磨出來(lái)；另一方面，乳化液過(guò)濾系統(tǒng)不佳，使得產(chǎn)生的鐵粉無(wú)法被帶走，存留在乳化液中，造成鐵含量過(guò)高[4]。

乳化液試樣按照測(cè)定灰分含量步驟進(jìn)行灰化處理后，用鹽酸溶解鐵粉，以磺基水楊酸溶液為指示劑，以EDTA（乙二胺四乙酸）為標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)滴定，測(cè)定鐵含量。

氯含量

乳化液中本身不含有氯，但在鋼板軋制中前道工序酸洗中，會(huì)在鋼板表面殘留一定的氯離子。氯離子含量升高說(shuō)明酸洗后殘留較多，吹掃不干凈，容易產(chǎn)生酸腐蝕，因此檢測(cè)在用乳化液的氯含量對(duì)于控制板面質(zhì)量有重要意義。

將乳化液以鉻酸鉀（K2CrO4）為指示劑，用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，可測(cè)定乳化液中氯離子的含量。

細(xì)菌和霉菌

乳化液中含有油脂，溫度合適，若再混入雜油，則會(huì)促進(jìn)細(xì)菌和霉菌將很快生長(zhǎng)，而細(xì)菌霉菌快速生長(zhǎng)，使得乳化液酸敗，進(jìn)而影響板面光潔度和防銹性能，

乳化液管理維護(hù)數(shù)據(jù)分析及生產(chǎn)建議

南方某鋼廠應(yīng)用長(zhǎng)城不銹鋼軋制液在其連軋產(chǎn)線上。該產(chǎn)線乳化液系統(tǒng)分為A和B兩套系統(tǒng)，分別有獨(dú)立的過(guò)濾設(shè)備。2018—2019年乳化液跟蹤監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)分別見圖3～圖9。

由圖3～圖5可以看出，乳化液的pH值、電導(dǎo)率和濃度在2019年1月左右出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。從2018年四季度開始，現(xiàn)場(chǎng)陸續(xù)補(bǔ)加另一品牌的軋制液，隨著另一品牌的軋制液的加入量慢慢增多，乳化液的檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)也出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，直到2019年5月，現(xiàn)場(chǎng)清槽，全部更換回長(zhǎng)城軋制液，各項(xiàng)數(shù)據(jù)才趨于平穩(wěn)，生產(chǎn)恢復(fù)正常。

圖3 不同時(shí)期的pH值變化

圖4 不同時(shí)期的電導(dǎo)率變化

圖5 不同時(shí)期的油濃度變化

圖6 不同時(shí)期皂化值變化

圖8 不同時(shí)期灰分變化

圖9 不同時(shí)期鐵含量變化

由圖8和圖9可以看出，灰分和鐵粉也呈現(xiàn)類似的規(guī)律，同一時(shí)期灰分和鐵粉急劇增高，乳化液清潔度較差，從而影響到軋后板面質(zhì)量，甚至出現(xiàn)大批生產(chǎn)降級(jí)，清槽換回長(zhǎng)城乳化液后，灰分和鐵粉數(shù)據(jù)慢慢回落（鐵粉由于設(shè)備問(wèn)題，2019年5月后無(wú)檢測(cè)數(shù)據(jù)）。

由圖6和圖7可以看出，酸值和皂化值數(shù)據(jù)較為平穩(wěn)，可知補(bǔ)加的另一品牌軋制液與長(zhǎng)城軋制液的理化指標(biāo)接近，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)漏油等情況，乳化液中雜油含量少。

通過(guò)分析乳化液檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，通常不建議不同品牌的乳化液進(jìn)行混兌使用。這是因?yàn)檐堉埔号浞浇M成不同，不排除配方之間發(fā)生相斥的反應(yīng)，出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)吸附等復(fù)雜情況，導(dǎo)致乳化液的潤(rùn)滑性能下降，影響板面質(zhì)量等異常情況。而含水產(chǎn)品可做的混兌試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目較少，無(wú)法提前預(yù)知混兌效果，直接混兌會(huì)將正常生產(chǎn)置于不可知的狀況下，可能對(duì)正常生產(chǎn)造成重要影響。

結(jié)論

☆冷軋乳化液在滿足軋制潤(rùn)滑需求的同時(shí)，因具有優(yōu)良的冷卻性能和安全性能，是連軋工藝的重要潤(rùn)滑介質(zhì)。

☆乳化液日常監(jiān)控對(duì)使用管理維護(hù)具有重要意義，良好的狀態(tài)可延長(zhǎng)乳化液的使用壽命。

☆通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)跟蹤，不同品牌的軋制乳化液不建議混兌使用，以防止生產(chǎn)發(fā)生不可知的異常，切換品牌時(shí)需要清槽換液。