段麗娟，賈 宇

目前，國(guó)內(nèi)外的鋁板帶熱軋機(jī)多選擇單機(jī)架四輥可逆軋制或多機(jī)架四輥軋機(jī)連續(xù)軋制的方式。與鋼鐵軋制不同的是，鋁及鋁合金在軋制過程中，易發(fā)生輥面粘鋁現(xiàn)象，鋁粉先粘附在軋輥表面，在軋制過程中再粘附到鋁材表面上，使軋輥表面與軋制板材表面產(chǎn)生熱膠著等表面損傷，這些表面缺陷將影響后續(xù)鋁板帶深加工的表面質(zhì)量。因此，軋制鋁及鋁合金時(shí)，必須使用乳化液作為工藝?yán)鋮s潤(rùn)滑劑，其作用如下：

（1）防止粘輥，改善軋后板材表面質(zhì)量。

（2）冷卻軋輥，控制輥形。

（3）降低摩擦力和軋制力。

（4）提高軋輥使用壽命。

（5）清洗軋輥。

1 乳化液的特性

該類乳化液由兩種互不相溶的液相組成，其中的一種液相以0.1～100 μm微小液滴形式均勻分布于另一種液相中形成兩相平衡體系。乳化液的組成主要是基礎(chǔ)油、水、乳化劑和各種添加劑等。在乳化液的兩相平衡體系中，含量少的稱為分散相，含量多的稱為連續(xù)相。若分散相是油，連續(xù)相是水，則形成O/W型乳化液，反之則形成W/O型乳化液。鋁板熱軋一般使用O/W型乳化液,其基本性能如下：

（1）無毒、無味，維護(hù)管理方便，使用周期長(zhǎng)，并且破乳容易，排放達(dá)標(biāo)，對(duì)環(huán)境無污染。

（2）對(duì)軋輥的洗滌作用強(qiáng)，軋后鋁粉分離性好，對(duì)軋輥及設(shè)備無腐蝕。

（3）具有良好的穩(wěn)定性和熱分離性。

乳化液的穩(wěn)定性主要是由穩(wěn)定性指數(shù)和乳粒的尺寸大小決定的。

乳化液是基礎(chǔ)油和水在高速攪拌下形成的乳狀液體，由于油和水是兩種互不相溶的液體，這種乳狀液體混合時(shí)不能形成穩(wěn)定的平衡體系，極易分離，需要在油水混合體系中加入表面活性劑，即乳化劑以后，才能形成相對(duì)穩(wěn)定的乳化液。乳化液的穩(wěn)定性指數(shù)是在熱力學(xué)上不安定的乳化液的安定性指標(biāo)，數(shù)值越高，乳化液越穩(wěn)定。鋁板熱軋用乳化液的穩(wěn)定性指數(shù)一般在0.4～0.8之間，指數(shù)過高會(huì)影響乳化液的熱分離性，過低則會(huì)增加乳化液消耗量，嚴(yán)重者甚至?xí)绊懭榛旱恼Ｊ褂?。乳粒的尺寸越小，則乳液越穩(wěn)定。乳化液的乳粒尺寸取決于乳化體系的HLB值及乳化液循環(huán)系統(tǒng)的攪拌力和溫度等因素。隨著使用時(shí)間的增加，乳化液的粒徑逐漸粗化長(zhǎng)大，乳化液的穩(wěn)定性也隨之下降。

在軋制過程中，乳化液被噴射到溫度很高的鋁板和軋輥上以后，其平衡狀態(tài)遭到破壞，油水迅速分離，隨著水分蒸發(fā)帶走了大量的熱量，對(duì)軋輥和鋁板起到冷卻的作用，剩下的水和油形成的反乳均勻地分散在金屬的表面上形成潤(rùn)滑油膜，對(duì)軋制起到潤(rùn)滑作用（見圖1）。

圖1 熱分離原理圖

熱分離過程越短的乳化液對(duì)軋輥的冷卻潤(rùn)滑作用越強(qiáng)，反之越差。該過程與軋輥和軋件的溫度及乳液本身的性質(zhì)有關(guān)。另外，基礎(chǔ)油的黏度、添加劑、乳化液中油滴的尺寸及分布、乳化液的使用時(shí)間等也都會(huì)影響乳化液的熱分離性。從濃度為8%的乳化液在軋輥不同溫度下的分離情況上可以看出，軋輥和軋件的溫度越高，乳化液的熱分離性就越好（見圖2）。從濃度為8%的標(biāo)準(zhǔn)乳化液和濃縮乳化液的對(duì)比中可以看出，在相同濃度下油滴大小均一，分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)乳化液熱分離性好，能夠形成一層明顯的油膜，而油滴分布不均勻的乳化液油水分離不徹底，沒有形成明顯的油膜（見圖3）。而從新舊乳化液的對(duì)比中可以看出，使用一段時(shí)間后的乳化液乳液乳粒變大，在油滴水中分布不均，熱分離性下降，無法形成明顯的油膜（見圖4）。

圖2 熱分離性和溫度的關(guān)系

圖3 不同乳粒的乳化液熱分離性對(duì)比

圖4 新舊乳化液熱分離性對(duì)比

乳化液處于一種脆弱的油水平衡狀態(tài)，其穩(wěn)定性和熱分離性都是有條件限制的，溫度、水質(zhì)、外界污染、生物行為等因素都能夠?qū)ζ浒l(fā)生影響，乳化液的溫度最好應(yīng)控制在40～60℃之間，如果低于40℃，容易滋生各種微生物，乳化液容易變質(zhì)，導(dǎo)致乳化液的熱分離性變差，潤(rùn)滑性能也隨之下降；隨著溫度升高，大多數(shù)微生物將被殺死，乳化液的熱分離性也逐漸變好，但當(dāng)溫度高于75℃時(shí)，乳化液中的添加劑就會(huì)析出，反而會(huì)影響乳化液的穩(wěn)定性。在生產(chǎn)時(shí)，乳化液的溫度應(yīng)控制在55～65℃之間，此時(shí)乳化液的穩(wěn)定性和熱分離性都較好；停機(jī)時(shí)乳化液的溫度應(yīng)控制在40～50℃之間，既減少熱能損耗，又可以防止細(xì)菌的滋生。乳化液對(duì)水的PH值、電導(dǎo)率、硬度等都有明確要求，其中，PH值最好在6～8.5之間，電導(dǎo)率應(yīng)低于50 μs/cm，硬度應(yīng)在100～200 ppm之間，硬度過大的水不但會(huì)影響乳化液的穩(wěn)定性和防銹性能，還會(huì)加快細(xì)菌的繁殖。

2 乳化液的作用

（1）潤(rùn)滑作用

乳化液在與高溫的鋁板和軋輥接觸時(shí)其穩(wěn)定的乳化狀態(tài)將被破壞，使油水發(fā)生分離，吸附在鋁板和軋輥表面的油滴鋪成油膜并進(jìn)入軋制變形區(qū)起潤(rùn)滑作用，減小軋輥表面粘鋁現(xiàn)象，此外，還能起到降低軋制力，減少能耗，降低軋輥的磨損，有利于板形控制，清潔帶材表面，提高成品質(zhì)量等作用。皂化值是軋制潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑性能的標(biāo)志性指標(biāo)，皂化值越高則潤(rùn)滑性越好。此外，乳化液的潤(rùn)滑性還受潤(rùn)滑液離水展著性的制約，離水展著性是潤(rùn)滑液游離油的能力，是乳化液中顆粒大小分布的一種宏觀表現(xiàn)，隨著乳化液穩(wěn)定性的提高，其離水展著性會(huì)有所降低。

（2）冷卻作用

乳化液受熱后平衡狀態(tài)將遭到破壞，油水迅速分離，水分蒸發(fā)帶走了大量的熱量以冷卻軋輥和鋁板，并且還能控制軋輥熱凸度，進(jìn)而控制板形。

（3）洗滌作用

乳化液的洗滌作用包括對(duì)軋件表面和軋輥的清洗，在軋制過程中，軋輥表面粘附的鋁粉及在軋件表面殘留的各種油液，都將被乳化液帶走，提高軋后板材的表面質(zhì)量。在提高乳化液的清洗能力的同時(shí)，乳化液的穩(wěn)定性也會(huì)提高，但乳化液的潤(rùn)滑性則會(huì)有所降低。

3 乳化液性質(zhì)與工藝性的關(guān)系

（1）乳化液的冷卻性和潤(rùn)滑性與乳化液的濃度有關(guān)，乳液的濃度越高，潤(rùn)滑性越好，但是冷卻性就越差，相反，如果乳化液的濃度過小，潤(rùn)滑性下降（見圖5）。隨著濃度的增加，軋輥和帶材表面油的附著量增大，軋制時(shí)的摩擦系數(shù)、軋制壓力均呈下降趨勢(shì)，然而，乳化液的濃度過大，其冷卻性能就會(huì)變差；相反，如果乳化液濃度太小，乳化液對(duì)軋輥的粘附性將明顯變差。根據(jù)不同的軋制產(chǎn)品和軋制工藝，乳化液的使用濃度一般應(yīng)在2%～10%之間，鋁板帶熱粗軋軋制時(shí)，一般用2%～5%的水包油乳化液，鋁板帶熱精軋或連續(xù)軋制時(shí)，一般用4%～10%的水包油乳化液。

圖5 乳化液冷卻潤(rùn)滑規(guī)律

（2）乳化液的冷卻性和潤(rùn)滑性還和乳粒的大小有關(guān)，乳化液的組成一定時(shí)，乳粒尺寸偏大的乳化液，油的附著量也大，因而潤(rùn)滑性優(yōu)于冷卻性。對(duì)鋁材熱軋過程中常出現(xiàn)軋輥表面粘有鋁屑層來說，潤(rùn)滑效果的好壞與鋁屑厚薄關(guān)系密切，因而軋鋁潤(rùn)滑劑采用冷卻性能好的乳化液進(jìn)行工藝潤(rùn)滑時(shí)可以減少軋輥表面粘鋁現(xiàn)象。通常鋁及鋁合金熱粗軋采用細(xì)密型乳化液，平均粒徑小于2 μm，熱精軋采用粗散型乳化液，平均粒徑小于5 μm。

（3）通過控制乳化液的用量還可以保持或改變軋輥的熱凸度進(jìn)而起到控制板形的作用，尤其是在軋制板厚＜1 mm的帶材時(shí)，乳化液對(duì)板形控制效果的作用更加明顯。在這里需要特別說明的是，軋輥的熱凸度是在軋制時(shí)由于鋁板本身的溫度、金屬的塑性變形熱和摩擦熱累積等傳導(dǎo)到軋輥上，使軋輥受熱膨脹產(chǎn)生凸度，軋輥中間部分由于散熱不足，產(chǎn)生的熱凸度較大。高速旋轉(zhuǎn)過程中的軋輥與乳化液之間將進(jìn)行熱量交換，但這個(gè)過程主要集中在軋輥表層，在乳化液噴射到軋輥上的瞬間，軋輥表面的溫度迅速下降，相當(dāng)于在軋輥表面形成了一層冷隔，將會(huì)阻礙進(jìn)一步的熱量交換，所以不能只靠增大乳化液的噴射量控制軋輥的熱凸度。比如某鋼廠工作輥的乳化液采用噴射梁分段控制，在正常生產(chǎn)過程中根據(jù)板形情況，調(diào)控軋輥不同位置乳化液的噴淋量，再配合彎輥實(shí)現(xiàn)板形控制。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)濃度相同的乳化液來說，熱分離性越好，潤(rùn)滑冷卻作用越強(qiáng)；而對(duì)于同一種乳化液來說，濃度較高者潤(rùn)滑效果會(huì)更好。

[1]孫建林，軋制工藝潤(rùn)滑原理技術(shù)與應(yīng)用，北京：冶金工業(yè)出版社，2004，ISBN7-5021-3377-5.