冷軋乳化液的管理維護及對生產的建議

楊蘭 姚鈞耀 彭昕

中國石化潤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、軋制工藝對乳化液的要求，從配置水和理化指標兩個方面介紹了乳化液管理和維護的注意事項，對某鋼廠連軋產線乳化液近2年的跟蹤監測數據進行了分析，為生產應用提供指導。

我國是鋼鐵大國，2019年粗鋼產量9.8億t，其中板材占42%。我國不銹鋼產量全球第一，2018年，全國不銹鋼粗鋼產量達到2 670萬t，超過全球產量的50%。2009—2018年中國及全球粗鋼產量見圖1[1]。2012—2018年全球不銹鋼粗鋼產量及分布見圖2[2]。

乳化液在冷軋過程中起到良好的潤滑和冷卻作用，對冷軋鋼帶的生產起著重要的作用，直接影響到冷軋鋼帶的產品質量。對軋制乳化液實施良好的控制與管理，加強對軋制乳化液的維護，對提高冷軋薄板的質量起著重要作用。

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，帶走在軋輥咬入過程中由摩擦和變形產生的熱。同時，乳化液又具有離水展著性，即在一定情況下會出現油水分離，分出油層起到潤滑的作用。在乳化液進入軋制變形區后，優先附著在軋輥及軋件表面形成油膜，起潤滑作用，而水分帶走塑性變形熱及摩擦熱，起冷卻作用，通過濃度的調節，可以控制潤滑效果。

軋制工藝對乳化液的要求

近年來連軋工藝取得了顯著進步，對冷軋板帶的要求越來越高，希望軋制出更寬、更薄、附加值更高的冷軋板帶，因而期望使用優良的軋制液。軋制工藝對乳化液的要求包括：

◇良好的潤滑性能；

◇退火清凈性好，軋后以及退火后應保持表面色澤光亮，無斑跡、銹蝕等現象[3]；

圖1 2009—2018年中國及全球粗鋼產量

圖2 2012—2018年全球不銹鋼粗鋼產量及分布

◇抗氧化性能好，防止聚合物產生，延長軋制油使用壽命；

◇合適的乳化穩定性，乳化液便于管理，廢液易于處理。

乳化液的維護和管理

乳化液使用過程中，一定要進行維護和管理，通過對在用乳化液各項指標的檢測，監測指標是否有異常，進而判斷乳化液的使用狀態。

配置水指標要求

乳化液對配置水有一定要求，配置水中的離子情況會影響乳化液的乳化狀態。乳化液配置水的各項指標要求見表1。

理化指標的監測和控制

對于乳化液的理化指標，要根據配制乳化液的濃縮液、水質狀況、軋制效果制定出合理的控制范圍。乳化液日常監測的分析項目包括濃度、pH值、電導率、皂化值、酸值、灰分和鐵含量。如果在軋制期間乳化液指標出現異常，則要考慮多方面因素，如配置水指標是否正常、是否有雜油或酸堿漏入等。乳化液日常監測項目見表2。

pH值

pH值是監控乳化液是否異常的基礎指標，pH值與電導率同時變化表明有酸、鹽類或堿漏入乳化液。當電導率一定時，pH值變化，一方面可能是配置水出現異常，另一方面，pH值下降可能為乳化液發生了酸敗。

表1 乳化液配置水各項指標要求

表2 乳化液日常監測項目

電導率

電導率反映了乳化液系統中離子的情況。通常情況下配液初期，pH值保持不變，電導率會隨軋制周期延長而緩慢上升，但隨著軋制的進行，不斷補充水和油，電導率會穩定在一定范圍內波動。

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，以及無效油濃度即雜油含量。在軋制過程中，在不補油的情況下，油濃度是不斷減少的，一部分隨軋后板面帶走，還有一部分被過濾系統帶走。一般維持油濃度在3%左右，所以在油濃度低于這個量時，就要及時補油，保持其潤滑能力。

皂化值

皂化值是檢測乳化液狀態的關鍵指標。通過皂化值可計算乳化液的有效油濃度，從而得出雜油含量，進而判斷乳化液的潤滑性能。

檢測乳化液的皂化值，先要破乳獲得乳化液的濃縮液，通過檢測濃縮液的皂化值，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%的丁酮強烈震蕩數分鐘，并隨時打開旋塞及時放氣，然后靜置，待其分層后，取上層油相，濾去鐵皂和不溶物后，進行旋轉蒸餾，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，也可用酸值來表示，酸值約等于游離脂肪酸的2倍。檢測乳化液的酸值，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滑作用，但如游離脂肪酸含量太高，則需要檢測是否發生生菌的現象或乳化液老化。

灰分

乳化液中的灰分主要是系統環境帶來的，包括無機鹽類、鐵粉以及灰塵，隨著軋制時間增加，灰分含量逐漸增加。乳化液的灰分含量應當越低越好，當灰分較多時，增加機械磨損，降低了乳化液的潤滑性，同時也影響了退火后板面的清潔度。

檢測乳化液的灰分含量，首先要蒸去稱量好乳化液試樣中的水分，再來進行灰分檢測。

鐵含量

乳化液中的鐵含量主要來自于軋制過程中產生的鐵粉。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：一方面，在有效油濃度較低時產生，潤滑性能不佳，輥縫處就有大量鐵粉被磨出來；另一方面，乳化液過濾系統不佳，使得產生的鐵粉無法被帶走，存留在乳化液中，造成鐵含量過高[4]。

乳化液試樣按照測定灰分含量步驟進行灰化處理后，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）為標準溶液來滴定，測定鐵含量。

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，會在鋼板表面殘留一定的氯離子。氯離子含量升高說明酸洗后殘留較多，吹掃不干凈，容易產生酸腐蝕，因此檢測在用乳化液的氯含量對于控制板面質量有重要意義。

將乳化液以鉻酸鉀（K2CrO4）為指示劑，用硝酸銀標準溶液進行滴定，可測定乳化液中氯離子的含量。

細菌和霉菌

乳化液中含有油脂，溫度合適，若再混入雜油，則會促進細菌和霉菌將很快生長，而細菌霉菌快速生長，使得乳化液酸敗，進而影響板面光潔度和防銹性能，

乳化液管理維護數據分析及生產建議

南方某鋼廠應用長城不銹鋼軋制液在其連軋產線上。該產線乳化液系統分為A和B兩套系統，分別有獨立的過濾設備。2018—2019年乳化液跟蹤監測分析數據分別見圖3～圖9。

由圖3～圖5可以看出，乳化液的pH值、電導率和濃度在2019年1月左右出現異常數據。從2018年四季度開始，現場陸續補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，乳化液的檢測數據出現異常，現場生產也出現不穩定的情況，直到2019年5月，現場清槽，全部更換回長城軋制液，各項數據才趨于平穩，生產恢復正常。

圖3 不同時期的pH值變化

圖4 不同時期的電導率變化

圖5 不同時期的油濃度變化

圖6 不同時期皂化值變化

圖8 不同時期灰分變化

圖9 不同時期鐵含量變化

由圖8和圖9可以看出，灰分和鐵粉也呈現類似的規律，同一時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量，甚至出現大批生產降級，清槽換回長城乳化液后，灰分和鐵粉數據慢慢回落（鐵粉由于設備問題，2019年5月后無檢測數據）。

由圖6和圖7可以看出，酸值和皂化值數據較為平穩，可知補加的另一品牌軋制液與長城軋制液的理化指標接近，現場設備無漏油等情況，乳化液中雜油含量少。

通過分析乳化液檢測數據可知，通常不建議不同品牌的乳化液進行混兌使用。這是因為軋制液配方組成不同，不排除配方之間發生相斥的反應，出現競爭吸附等復雜情況，導致乳化液的潤滑性能下降，影響板面質量等異常情況。而含水產品可做的混兌試驗檢測項目較少，無法提前預知混兌效果，直接混兌會將正常生產置于不可知的狀況下，可能對正常生產造成重要影響。

結論

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

☆乳化液日常監控對使用管理維護具有重要意義，良好的狀態可延長乳化液的使用壽命。

☆通過應用數據跟蹤，不同品牌的軋制乳化液不建議混兌使用，以防止生產發生不可知的異常，切換品牌時需要清槽換液。