鋁板帶單機架熱軋機的乳液適用性分析及應用

張建輝

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 鋁板帶熱軋過程中采用乳液的目的

在鋁板帶生產過程中，熱軋是生產高附加值，特別是對深沖性能要求較高產品的重要加工工序，也是鋁加工企業的主要成型方法之一。在熱軋加工過程中，為了減少外摩擦的不利影響，保證成形過程的順利進行，通常在熱軋機的軋輥和鋁錠之間施加乳液進行工藝冷卻潤滑，其主要目的有以下幾點。

(1) 冷卻潤滑軋輥，保證軋制過程順利進行。鋁板帶在成型過程中，尤其是熱軋過程中極易發生鋁材和軋輥之間的粘結，如果沒有工藝冷卻潤滑，則會發生軋輥粘鋁、纏輥，甚至斷輥等事故。

(2) 降低熱軋過程中力能消耗，實現大壓下量軋制。采用乳液潤滑可以極大的減少鋁錠與軋輥的直接接觸，減少鋁錠在變形過程中的摩擦力和變形力，從而達到節能的效果。

(3)降低軋輥損耗，減少換輥次數，延長其使用壽命，提高生產效率。由于乳液具有防粘減磨的作用，使得鋁錠與軋輥之間的摩擦狀況得到明顯改善，進而降低工模具磨損。

(4)改善鋁板帶質量。工藝潤滑效果的好壞會對質量產生不同程度的影響。采用較好的熱軋工藝潤滑可以防止軋后板面產生輥印、劃傷等，減少不均勻變形的程度，控制板型。由于軋輥的磨損得到控制，使得鋁板帶的尺寸精度也得到改善。

2 鋁板帶熱軋乳液的分類、組成與制備

2.1 分類

鋁板帶熱軋乳液主要有有皂乳液和無皂乳液。其中，有皂乳液控制和利用油酸和皂的作用；而無皂乳液摒棄油酸和皂或將它們的含量控制的非常低，對乳化劑要求很高，靠乳化劑穩定乳液系統。有皂乳液中的油酸本身具有較好的潤滑作用，由于分子極性原因，它和金屬離子反應形成金屬皂，而金屬皂本身也具有潤滑作用；但其在含量過大時，對鋁板帶表面質量會有不良影響，容易造成表面質量缺陷(如“山水畫”和“魚眼”缺陷)。

2.2 組成[1]

實際生產中，乳液主要是由基礎油、乳化劑、添加劑和水組成。組成乳液各組分的性能和含量都會對乳液的潤滑性能、使用效果及使用壽命產生重要影響。一般來說，乳化液中的添加劑主要是抗氧劑、油性劑、極壓劑、清靜劑、防腐劑和消泡劑等，采用有皂技術的乳液還含油酸和皂。

2.3 制備[2]

在鋁板帶熱軋乳液的制備過程中，先將乳化劑、基礎油、添加劑等配制乳化油，再按比例兌去離子水配制成乳液。其制備方法、加料順序、溫度、時間、乳化液濃度等都會影響乳化液中油相顆粒直徑，進而影響乳化液的穩定性和使用效果。實踐證明，乳化劑、添加劑和基礎油先混合，再經過機械攪拌后加入水中，在常溫下乳化所形成的顆粒均勻且較細。

3 鋁板帶單機架熱軋機的乳液適用性分析

近年來，我國的鋁板帶行業得到了飛速發展，單機架熱軋機已有數十臺投產運行，無皂乳液和有皂乳液均有應用。由于鋁板帶單機架熱軋機需要兼顧熱粗軋和熱精軋這一特殊要求，不論采用哪種乳液，以下兩方面的問題需要考慮。

第一，熱粗軋大壓下量咬入對乳液要求，和熱精軋保證產品高表面質量需要良好潤滑效果對乳液的要求存在矛盾。鋁板帶單機架熱軋機在潤滑要求上既不同于一般的熱粗軋也不同一般的熱精軋，有其獨特的要求。熱粗軋軋制鑄錠較厚，咬入角與壓下量較大，所以需要乳液提供相對較高的摩擦力以使軋件能順利咬入，同時乳液也需要有良好的承載能力適應大壓下量的要求。另外，熱粗軋時鑄錠溫度高，壓下量大，接觸弧長，軋制所產生變形熱和摩擦熱也相對較大，所以熱粗軋同時要求乳液具有較強的冷卻能力。隨著軋制過程的進行，熱精軋的軋件溫度已經相對較低，變形抗力增大，對表面質量缺陷敏感，所以要求對乳液是要具有良好的潤滑能力，其潤滑膜要有較高的承載能力。鋁板帶單機架熱軋機介于一般意義上的熱粗軋和熱精軋之間，既要滿足易咬入、冷卻能力強、承載能力強，又要在軋制的后期提供良好的潤滑能力。對于有皂乳液來說，油酸和金屬皂在軋制過程中可以充當優良的潤滑成分，同時該潤滑成分和其它潤滑組分或手段相比，它們對咬入性能影響較低，有相對足夠的磨擦系數，處于可以接受的范圍之內。而別的潤滑成分，如潤滑脂或者通過濃度調節方法，在解決潤滑的同時，卻帶來咬入困難，影響整個軋制過程。

第二，熱軋過程中會產生一定量的鋁粉，這些鋁粉需要去除，不然會影響鋁板帶的表面質量，特別是在熱精軋階段，容易影響表面質量甚至造成表面缺陷。熱粗軋產生鋁粉較少，進入熱精軋工序后，鋁板的厚度進一步變薄，溫度降低，變形抗力加大，再結晶受到抑制，溫度降低，表面積加大，熱精軋出現鋁粉的數量大幅增加。這些鋁粉如不及時去除，對穩定軋制必然帶來威脅，所以需要考慮用乳液將其沖洗掉或者兜住，不讓其壓制在鋁件表面。按照目前熱軋機配備的平床過濾系統，可以將大顆粒的鋁粉去除，而對于細小的鋁粉去除能力欠佳。對于有皂乳液，可以通過油酸和金屬粉末形成皂，然后這些金屬皂隨同大油珠顆粒上浮，形成浮油被撇除。經過對乳液箱上面的浮油進行灰分分析，上層浮油的灰分含量是乳液中數倍，可見其去除鋁粉的效果。對于無皂乳液，必須強化乳液過濾系統，考慮將其控制在可接受的范圍內，否則會影響產品質量。

4 熱軋乳液的生產實踐應用

以國內某大型鋁板帶單機架熱軋機的調試及生產為例，該機組主要用于生產表面質量要求高的產品，而且為了提高產量和產品的致密度，考慮在熱粗軋階段采用大壓下量軋制。經過數次交流和考察，選用了有皂乳液，利用油酸和皂有利的一面，將其不好的一面控制在可接受的范圍之內。在此過程中碰到過各種問題，乳液的各項指標是影響熱軋板面質量非常重要的因素，甚至直接決定板面質量。

4.1 邊部粘鋁

機組投入運行不久，發現邊部粘鋁特別嚴重(圖1)。組織取樣送檢，檢測結果為，乳液溫度56℃，濃度3.4%，pH值7.75，電導率197us/cm，灰分168mg/L，疏水粘度39.5m2/s，EST 0.89。

圖1Fig.1

究其原因，主要是由于邊部潤滑不夠造成。制定解決方案，適當改變軋輥中凸度，適當降低鑄錠加熱溫度，添加乳油，進行大循環，將乳液濃度增加，板面質量恢復正常(圖2)。同時對乳液取樣檢測，檢驗結果為，乳液溫度55℃，濃度3.9%，pH值7.79，電導率216us/cm，灰分196mg/L，疏水粘度39.9m2/s，EST 0.9。

4.2 表面油污

熱軋過程中，出現表面油污很嚴重(圖3)，而且有少量亮點，進入熱處理工序后，表面有黃油斑。對乳液取樣送檢，檢測結果，乳液溫度60℃，濃度4.6%，pH值6.57，電導率221us/cm，灰分226mg/L，疏水粘度42.8m2/s，EST 0.93。

圖2Fig.2

圖3Fig.3

經過分析，主要是由于乳液處于偏酸性和金屬反應生成金屬皂，以及乳液濃度偏高導致潤滑過度。添加去離子水進行稀釋，同時調整pH值，然后進行大循環，調整到55℃以上再進行軋制，情況好轉，并逐步恢復正常(圖4)。同時取樣乳液送檢，檢驗結果為，乳液溫度56℃，濃度4.1%，pH值7.51，電導率212us/cm，灰分191mg/L，疏水粘度39.8m2/s，EST 0.91。

圖4Fig.4

乳液在熱軋過程中具有很重要的地位，根據不同情況，對乳液進行適時調整，這樣才能最大限度地發揮乳液的作用，提高產品質量。

5 結論

根據上述分析及生產實踐應用，若生產對表面質量要求不太高或不敏感的產品，例如復合材料等，可以考慮選用無皂乳液。如果考慮生產對表面質量要求高或敏感的產品，建議采用有皂乳液。另外需要說明的是，有皂乳液比無皂乳液的維護成本要高一些，特別是在熱軋停產階段，采用有皂乳液需要大循環和加熱，使其保持新鮮性和控制在一定的溫度以抑制細菌的生長。