CN105414216B - 一种金属板带的乳化液轧制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属板带的乳化液轧制系统及方法，该系统包括用于为后机架或道次提供纯油润滑的雾化喷射装置、为最后平整机架提供清洗液而设的独立的表面活性清洗剂按比例加注装置；轧制方法将轧制油分离成基础轧制油和表面活性清洗剂，前面机架或道次轧制过程使用低浓度乳化液润滑、冷却，后机架或后道次使用基础轧制油润滑、使用低浓度乳化液冷却，最后平整机架使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗。本发明全面更好地满足现有轧机的高表面质量、高速、高效、低油耗、多品种等宽泛而苛刻的要求；可随时灵活地调节ESI，便于对乳化液状态进行快速、及时地控制，稳定轧制过程，大大地节约油耗。

Description

一种金属板带的乳化液轧制系统及方法

技术领域

本发明涉及金属板带加工技术领域，更为具体来说，是一种金属板带的乳化液轧制系统及方法。

背景技术

在钢铁、铝、铜等金属板带的轧制过程中，必须对辊和金属板带之间进行润滑和冷却。

现有技术中，绝大多数工艺润滑介质是乳化液，乳化液是轧制油和水的混合液，其中轧制油的浓度为2％-7％。在金属板带轧制的过程中，通过喷嘴向辊缝区喷入大量的乳化液以实现润滑，每架或每道次每分钟大概喷射1000-2000升乳化液，也就是说每分钟需要使用20-140升轧制油提供润滑，其余约3000-4000升/分钟用于工作辊、中间辊、支持辊冷却，从冷却角度讲，乳化液浓度越高、效果越差；传统的轧制工艺中，喷射出去的所有乳化液被循环使用，回收的乳化液经磁过滤等过滤装置后再循环喷射，而乳化液被金属粉、泄露的机械油、皂类物污染后难以轧制出高质量的金属表面；轧制设备通常包括两类：多机架连轧机和可逆轧机，多机架轧制设备一般为4-6架，以5架居多，实现连续单向轧制，可逆轧机实现往复多道次轧制。

对于乳化液，评价乳化液性质和行为的核心指标是ESI(emulsion stabilityindex),即乳化液稳定指数，据此乳化液也被分类成稳态、半稳态或非稳态型乳化液。ESI用于表征乳化液的油水分离速度，分离速度越快，ESI越小，润滑能力越强；ESI的变化能够调节乳化液向辊缝提供的油量大小，改变对辊缝的润滑能力。由于ESI受pH值、电导率、长时间停机等多重因数影响而经常波动，不仅影响轧制过程的稳定性和板带表面质量也增加了乳化液管理的难度。

一台轧机并非轧制单一品种，其轧制的钢种和规格越来越多，表面质量的要求也越来越高。不同的品种所要求的润滑程度和表面质量要求存在差异。连轧机不同机架和可逆轧机的不同道次对润滑的要求也有差异，通常地随着加工硬化的发生，后道次和后机架的润滑要求显著增加，而且后机架和后道次主要影响着板带的表面质量。

乳化液因含水从源头就带来容易水解、氧化及生皂等缺陷，所以由于采用乳化液喷射润滑——冷轧带钢经常出现划伤、色差、振动和辊印等缺陷；热轧铝带出现色差、粘铝等问题；热轧带钢工艺润滑则容易堵塞喷嘴、轧辊辊面过早出现桔子皮等疲劳层。由于传统乳化液存在的这种先天不足的问题，首先很难轧制出光亮的高表面质量的板带。

目前，传统的金属板带轧制因采用乳化液润滑方式至今还存在着其他诸多问题。

一、目前仅用单一浓度乳化液润滑的方式无法满足宽泛的润滑要求。

一台轧机往往用于轧制多个钢种，即使是某个特定的钢种，也有许多不同的规格，连轧机不同机架或者可逆轧机的不同道次对润滑的要求也有所差异，通常随着加工硬化的产生，前2-3机架或者前2-3道次的速度和加工硬化较小、对润滑的要求也较低，后机架或者后道次的润滑要求显著增加，而目前使用容积约为100-400立方米的乳化液油箱供应连轧机的不同机架或者可逆轧机的全部道次，只能同时调节所有机架或者可逆轧机所有道次，而且对于如此庞大体积的乳化液油箱，加油后浓度的响应要滞后数小时甚至一天的时间，往往会顾此失彼、调不适时。由于多机架或全部道次由同一乳化液箱供液即使用单一浓度，只能就高不能就低，所以现有技术无法实现低浓度润滑轧制，也很难同时全部满足和及时适应不同机架和不同道次的润滑要求，高浓度乳化液的冷却效果也差。另外，如前所述，目前的乳化液轧制技术因为乳化液固有的含水缺陷已经越来越不适应于日益增长的对板带表面的质量要求。

二、乳化液稳定性波动、难以管理：ESI受多重因数影响而容易波动，经常出现浮油、浓度响应滞后、浓度低、油耗高等现象，不仅影响轧制过程的稳定性和板带表面质量也增加了乳化液的管理难度。而目前的轧制油技术都采用整体式配方，缺乏有效的ESI调整手段，一旦ESI设计过高投入使用后几乎没有补救措施，因为无法从现成的轧制油里分离乳化剂出来。ESI过高时润滑性能显著降低，轧制出的金属板带表面脏、表面质量差，轧机也会变得很脏，甚至有时无法维持正常的轧制生产。相反，如果ESI设计过低或者说油水分离速度过快时，润滑能力过高，又容易出现轧机打滑、浮油和浓度响应滞后的问题。所以，首先设计合适的ESI对目前传统的整体式轧制油来说非常关键且不是一件轻松的事情，加上在使用过程中出现ESI波动时，目前的技术只能采用临时现场添加添加剂的办法，但这种做法粗放而短效。特别是轧机因检修或订单不足而停机时间长超过4天以上再重新开机时乳化液的ESI和浓度因循环剪切不足而大幅下降，目前的技术措施往往是大量地补油造成很大的浪费。

因此，获得一种减少油耗、乳化液易管理、乳化液ESI易被调节的金属板带乳化液轧制系统或者轧制方法具有很大的现实意义和技术价值，已成为本领域技术人员长期研究的重点课题之一。

发明内容

为解决现有技术中单一浓度的乳化液无法满足宽泛的润滑要求进而无法实现低浓度轧制、油耗较大、轧制出的金属板带表面质量差等问题，本发明提供了一种金属板带轧制系统及方法，创新地将传统轧制油分离成基础轧制油和表面活性清洗剂分别使用，由此不仅随时方便地调节乳化液的ESI而且扩充了轧制油的功能，即分离后的基础轧制油具有疏水性而分离后的表面活性清洗剂释放出真正的清洗性能；同时本发明在润滑要求高同时把关表面质量的后机架或后道次引入雾化纯油润滑，解决乳化液润滑难以生产均匀光亮的高表面质量的难题。表面活性清洗剂加水成的清洗液在最后平整机架的应用又能显著地降低表面残留物，减少了轧后清洗线的负担甚至可以省去清洗线。总之，本发明通过传统轧制油的分离结合雾化纯油润滑，扩展了轧制油的功能和灵活性，以不同的组合适应金属板带轧制的不同机型的多种需求，实现低浓度、低油耗和高表面质量的金属板带的轧制。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种金属板带的乳化液轧制系统，包括依次排列的前机架、后机架及平整机架，前机架的辊缝入口、出口分别设有与主乳化液箱连接的喷嘴；后机架工作辊的辊缝入口设有连接油桶的雾化喷射装置，后机架的辊缝出口设有与主乳化液箱连接的喷嘴，平整机架辊缝入口设有与副乳化液箱连接的喷嘴；主乳化液箱中容纳乳化液，副乳化液箱中容纳表面活性清洗剂和水的混合液，油桶中容纳基础轧制油。

本发明根据前、后机架或后道次不同的润滑需求，根据轧机速度、轧制品种及金属板带表面质量等要求高低不同的多种工况，由于可以实现多种组合和灵活调节，本发明能够更好地满足现有轧机的高表面质量、高速、高效、低油耗、多品种等宽泛的、苛刻的要求。

进一步地，主、副乳化液箱均连接清洗剂桶，其连接油管上串接流量泵，油桶与主乳化液箱相连接。油桶为主乳化液箱提供基础轧制油，清洗剂桶为主乳化液箱提供表面活性清洗剂，通过流量阀控制加入基础轧制油和表面活性清洗剂之间的比例，使得ESI的调节变得容易，便于对乳化液状态进行快速、及时地控制。

进一步地，为实现纯油润滑，本发明雾化喷射装置内开有油路通道、气路通道及雾路通道，油路通道、气路通道连通后与雾路通道连接，雾路通道的出口端安装有雾化喷嘴，油路通道入口端的进油口与油桶连接，进油口与油桶之间的管路上安装有油泵、流量阀；气路通道入口端的进气口与空压机连接，进气口与空压机之间的管路上安装有调压比例阀。

进一步地，基础轧制油包括基础油、抗氧剂、极压添加剂、调粘剂及退火清净剂，表面活性清洗剂包括乳化剂和pH缓释剂；主乳化液箱中乳化液的浓度为0.8％至1.4％，相对传统乳化液的浓度大幅降低，大大地节约了油耗。

本发明的另一个发明目的在于提供一种金属板带的乳化液轧制方法，乳化液由基础轧制油、表面活性清洗剂、水分别加注混兑而成；前机架或前道次使用浓度小于1.4％的乳化液润滑、冷却，后机架或后道次使用基础轧制油润滑、使用浓度小于1.4％的乳化液冷却，平整机架使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗。

本发明通过分离轧制油的方式，根据前机架或前道次、后机架或后道次不同的润滑需求，对润滑需求大且影响表面质量的后机架或后道次使用纯基础轧制油润滑，对于前机架或前道次采用浓度较低的乳化液润滑冷却，平整机架使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗。

进一步地，后机架或后道次中，为实现低油耗及为提高喷射的效果，通过雾化喷射基础轧制油的方式进行润滑。

进一步地，如果轧制设备为连轧机，前机架使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液润滑、冷却，后机架使用基础轧制油润滑、使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液冷却，平整机架使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗。

进一步地，如果轧制设备为可逆轧机，前道次使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液润滑、冷却，后道次使用基础轧制油润滑、使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液冷却。

进一步地，表面活性清洗剂和水的混合液中，表面活性清洗剂的浓度为0.1％至0.3％。

本发明乳化液的浓度非常低，具有减少油耗的技术效果。

本发明的有益效果为：本发明打破传统轧制油整体式配方模式，将轧制油分离为基础轧制油和表面活性清洗剂，不仅可以灵活地调节乳化液的ESI，又释放出基础轧制油的疏水性和表面活性清洗剂的洗涤性能，并将它们用于后机架或后道次的纯油润滑，纯油润滑的引入，使得担当润滑和冷却双重任务的乳化液实现低浓度成为可能，冷却效果也得到提高。

乳化液的浓度是影响油耗的主要环节，本发明由于实现低浓度乳化液的润滑和冷却，加上通过微量纯油雾化，恰好足量地为后机架或后道次辊缝提供润滑，又避免了因ESI的波动需要大量补油的弊端，所以大大地节省了油耗，比传统乳化液技术节约油耗20％至50％。

通过雾化微量纯基础轧制油润滑的方式克服了水分、皂类物等在高温高压的轧制变形区里的氧化或劣化问题，提高了金属板带表面的均匀性和光亮度，比如本发明可轧出要求表面均匀光亮的300系的不锈钢板；同时避免了后机架或后道次在高速状态下因辊缝内油膜的不稳定容易诱发轧机振动的不足之处。

末架平整过程中表面活性清洗剂和水的混合液即可实现对板带的清洗，显著降低了带钢表面的残留，相当程度上担当了清洗线的功能，为轧机后续的清洗线大大减轻了负担，甚至省去清洗线成为可能。

附图说明

图1为五机架连轧机轧制系统组成示意图。

图2为雾化喷射装置结构示意图。

图3为可逆轧机轧制系统组成示意图。

图中，

1、主乳化液箱；10、清洗剂桶；2、副乳化液箱；3、支持辊；4、工作辊；5、雾化喷射装置；50、油桶；51、空压机；52、油泵；53、流量阀；54、油路通道；55、调压比例阀；56、气路通道；57、雾路通道；6、金属板带；7、前机架；8、后机架；9、平整机架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构进行详细解释说明。

实施例一：

本实施例中，如图1所示，以五机架连轧机为例，前面四架承担金属板带变形轧制的作用，最后一架起平整作用，金属板带的压下率小于2％。

如图1所示，本发明的一种金属板带的乳化液轧制系统，包括依次排列的前机架7、后机架8及平整机架9，按照金属板带6的轧制顺序，前机架7包括图中左边前三个机架，润滑要求低，带材的加工硬化小，金属板带前进速度慢，后机架8为第四个机架，加工硬化很大、速度快、负荷最重，平整机架9为最后一个机架，负荷较小；前机架7、后机架8入口、出口设有与主乳化液箱1连接的多个喷嘴，包括用于辊缝润滑的喷嘴和用于辊缝冷却的喷嘴，本发明的入口或者出口包括工作辊4之间的辊缝、工作辊4与支持辊3之间的辊缝，主乳化液箱1通过加油管分别连接油桶50和清洗剂桶10，通过调节表面活性剂清洗剂的加注量，随时轻便地调节ESI,副乳化液箱2通过油管连接清洗剂桶10，油管上安装有比例流量泵，本发明改变了传统的加油方式，向主乳化液箱单独加入基础轧制油和表面活性清洗剂，调节方式灵活，使得ESI的调节变得容易，便于对乳化液状态进行快速、及时地控制。后机架8入口设有连接油桶50的雾化喷射装置5，平整机架9入口所有喷嘴由副乳化液箱供液；主乳化液箱1内装有乳化液，副乳化液箱2内装有表面活性清洗剂和水的混合液，油桶50内装有基础轧制油。

本发明中，基础轧制油包括基础油、抗氧剂、极压添加剂、调粘剂及退火清净剂，表面活性清洗剂包括乳化剂和pH缓释剂。本发明创新地将传统轧制油“单剂”分离成本发明基础轧制油、表面活性清洗剂“双剂”。

如图2所示，本发明的雾化喷射装置5内开有油路通道54、气路通道及雾路通道57，油路通道54、气路通道连通后与雾路通道57连接，雾路通道57的出口端安装有雾化喷嘴，通过雾化喷嘴喷出雾化基础轧制油，油路通道54入口端的进油口与油桶50连接，进油口与油桶50之间的管路上安装有油泵52、流量阀53；通过油泵52、流量阀53从油桶50中抽出基础轧制油，气路通道入口端的进气口与空压机51连接，进气口与空压机51之间的管路上安装有调压比例阀55，调压比例阀55用来改变雾化喷嘴的喷射油量。

需要说明的是，本发明中主乳化液箱1中乳化液的浓度为0.8％至1.4％，相对于传统方式的2％-7％，这是一个相对很低的浓度，对于轧制系统需要的大容量润滑系统来说，不仅可以节省初装的轧制油，又可以在轧机运行中降低油耗。

本实施例中，连轧机中机架的个数不同或压下制度及对表面质量要求不同时，根据机架工况和任务的具体差异，分别施以纯基础轧制油、低浓度乳化液或者表面活性清洗剂，以满足润滑、冷却、清洗需求。

本发明还公开了一种金属板带的乳化液轧制方法，虽然也使用轧制油对金属板带6进行润滑、冷却、清洗，但是本发明将轧制油分离成基础轧制油和表面活性清洗剂，分别利用基础轧制油的润滑性能和表面活性剂的洗涤性能，而且这种分离的方式不会提高成本，如传统的1升轧制油、按照合适比例共1升的基础轧制油和表面活性清洗剂，成本几乎相同；依照机架顺序；前机架或前道次使用浓度小于1.4％的乳化液润滑、冷却，后机架或后道次使用基础轧制油润滑,满足后机架或后道次的高润滑和把关表面金属板带质量要求,为提高润滑效果，本发明采用雾化纯油的方式进行喷射，这里的“纯油”，指的是基础轧制油，后机架或后道次使用浓度小于1.4％的乳化液冷却，平整过程使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗，表面活性清洗剂和水的混合液中，表面活性清洗剂的浓度为0.1％至0.3％。

本实施例中，轧制设备为连轧机，前机架7使用乳化液润滑，后机架8用雾化纯油润滑，平整机架9使用清洗液清洗，乳化液浓度为0.8％至1.4％。

实施例二：

实施例二与实施例一基本相同，其区别在于：本实施例使用轧机种类不同。

如图3所示，本实施例以可逆轧机为例，轧制设备为可逆轧机，可逆轧机轧制需要多道次，类似于连续轧制的多个机架，多道次中前、后道次对于润滑的需求也是不同的。前道次使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液润滑，前道次润滑要求低，带材的加工硬化未达充分，后道次加工硬化大、速度高、负荷重，对板带表面质量起把关作用，所以使用基础轧制油润滑，由于乳化液的浓度低，冷却效果也得到提高。

值得一提的是，本发明的双剂轧制油配方采用环保的原材料，符合GHS和欧盟法规REACH，REACH即化学品的注册、评估、授权和限制，GHS即化学品分类及标记全球协调制度。目前大多数单剂的乳化液润滑的轧制油调整和能力受限，为了适应润滑和乳化液行为的大跨度要求，其配方里不得不保留违反REACH和GHS的有害组份，而本发明的双剂轧制油的调整能力强、组合方式多，所以简化和重组了乳化液的功能，完全去除有害组份。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属板带的乳化液轧制系统，包括依次排列的前机架(7)、后机架(8)及平整机架(9)，前机架的辊缝入口、出口分别设有与主乳化液箱(1)连接的喷嘴；其特征在于：后机架工作辊(4)的辊缝入口设有连接油桶(50)的雾化喷射装置(5)，后机架的辊缝出口设有与主乳化液箱连接的喷嘴，平整机架辊缝入口设有与副乳化液箱(2)连接的喷嘴；主、副乳化液箱均连接清洗剂桶(10)，其连接油管上串接流量泵，油桶与主乳化液箱相连接；主乳化液箱中容纳乳化液，副乳化液箱中容纳表面活性清洗剂和水的混合液，油桶中容纳基础轧制油，基础轧制油包括基础油、抗氧剂、极压添加剂、调粘剂及退火清净剂。

2.根据权利要求1所述的金属板带的乳化液轧制系统，其特征在于：雾化喷射装置内开有油路通道(54)、气路通道(56)及雾路通道(57)，油路通道、气路通道连通后与雾路通道连接，雾路通道的出口端安装有雾化喷嘴，油路通道入口端的进油口与油桶连接，进油口与油桶之间的管路上安装有油泵(52)、流量阀(53)；气路通道入口端的进气口与空压机(51)连接，进气口与空压机之间的管路上安装有调压比例阀(55)。

3.根据权利要求1所述的金属板带的乳化液轧制系统，其特征在于：表面活性清洗剂包括乳化剂和pH缓释剂；主乳化液箱中乳化液的浓度为0.8％至1.4％。

4.一种金属板带的乳化液轧制方法，使用轧制油对金属板带进行润滑、冷却、清洗，其特征在于：乳化液由基础轧制油、表面活性清洗剂、水分别加注混兑而成，基础轧制油包括基础油、抗氧剂、极压添加剂、调粘剂及退火清净剂；基础轧制油由油桶提供，表面活性清洗剂由清洗剂桶提供；前机架或前道次使用浓度小于1.4％的乳化液润滑、冷却，后机架或后道次使用基础轧制油润滑、使用浓度小于1.4％的乳化液冷却，平整机架使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗。

5.根据权利要求4所述的金属板带的乳化液轧制方法，其特征在于：后机架或后道次通过雾化喷射基础轧制油的方式进行润滑。

6.根据权利要求5所述的金属板带的乳化液轧制方法，其特征在于：轧制设备为连轧机，前机架使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液润滑、冷却，后机架使用基础轧制油润滑、使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液冷却，平整机架使用表面活性清洗剂和水的混合液清洗。

7.根据权利要求5所述的金属板带的乳化液轧制方法，其特征在于：轧制设备为可逆轧机，前道次使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液润滑、冷却，后道次使用基础轧制油润滑、使用浓度为0.8％至1.4％的乳化液冷却。

8.根据权利要求6或7所述的金属板带的乳化液轧制方法，其特征在于：表面活性清洗剂和水的混合液中，表面活性清洗剂的浓度为0.1％至0.3％。