DE1594330B1 - Waessrige Schmiermitteldispersion fuer das Heisswalzen von Aluminium - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine wäßrige Schmiermitteldispersion, die sich ganz besonders zur Verwendung beim Heißwalzen von Aluminium eignet.
• Es ist allgemein bekannt, daß zum Kühlen der Walzen und gleichzeitig zur Verhütung von Oberflächenschäden an heißen Aluminiumbrammen die Notwendigkeit besteht, Schmiermittel zu verwenden. Normalerweise handelt es sich dabei um Emulsionen verschiedener organischer Verbindungen im Wasser.
• Ein wichtiger Gesichtspunkt beim Heißwalzen von Aluminium ist die Steuerung der »Zubrand«-Bildung. Hierbei wird eine geringe Menge von Aluminium von der Oberfläche der heißen Aluminiumbramme auf die Oberfläche der Stahlwalzen übertragen und wird später gelegentlich von der Oberfläche der Walzen wieder in die Oberfläche der Aluminiumbrammen hinein übertragen. Als Ergebnis hiervon wird die Oberfläche der Aluminiumbramme verdorben und ist somit ungeeignet für die Herstellung von Blech- oder Bandmaterial zum Eloxieren.
• Der »Zubrand«-Schaden wird während des Kaltwalzens verdeckt, taucht aber wieder auf, wenn das kaltgewalzte Bandmaterial geätzt oder eloxiert wird. Außerdem kann das Auftreten von schwerem »Zub-and« die Qualität von Folienmaterial beeinträchtigen, da die Schwere dieses Fehlers zum Auftreten von Nadellöchern in sehr dünnen Folien führen kann.
• Es hat sich gezeigt, daß ein vollständiges Ausschalten des )Jubrandse üblicherweise unter Standardbedingungen des Heißwalzens nicht möglich ist, weil ohne einen gewissen »Zubrand« die Aluminiumbramme während ihres Durchlaufes durch die Walzen rutscht oder die Walzen nicht in die einlaufende Aluminiumbramme »einbeißen«. Mit gewissen Heißwalzemulsionen ist es beispielsweise möglich, die »Zubrand«-Bildung zu verringern durch Erhöhen der Konzentration des organischen Bestandteils in der Wasserphase, aber unter einem gewissen Niveau des »Zubrands« beginnen Rutschen und Nicht-Angreifen der Walzen, und das Walzen wird schwierig oder völlig unmöglich.
• Daraus ergibt sich, daß, wenn übliche Heißwalzschmiermittel verwendet werden, ein Kompromiß zwischen der Steuerung des »Zubrands« und der Einfachheit des Walzvorganges notwendig ist. Durch eine empirische Wahl aus den zur Verfügung stehenden handelsüblichen Heißwalzschmiermittelemulsionen ist es normalerweise möglich, zu Bedingungen zu kommen, die zu einem mäßigen »Zubrand« führen, der nur deswegen angenommen werden muß, weil es kein Schmiermittel gibt, das eine weitere Verringerung des »Zubrands« gestattet ohne Rutschen oder Nicht-Angreifen der Walzen.
• Andere Faktoren, die, in Betracht gezogen werden müssen, wenn Heißwalzschmiermittel gewählt werden, sind ihre Sauberkeit und Stabilität im Betrieb. Schmiermittel, die eine Verfärbung (Fleckenbildung) im Aluminium hervorrufen, sind unerwünscht, obwohl es Gelegenheiten gibt, bei denen die Fleckenbildung eine geringe oder vernachlässigenswerte Bedeutung hat. Schmiermittel, die die Korrosion der Aluminiurrbramme oder der Bestandteile des Walzwerkes mit sich bringen, können selbstverständlich nicht verwendet werden. Ebenso muß auch die Anwendung solcher Schrniermittel, die während des Arbeitsganges schnell zersetzt werden oder in anderer Weise Schwierigkeiten i bereiten, vermieden werden. In den meisten Fällen erfolgt die Wahl eines Heißwalzschmiermittels empirisch, weil weder ein volles theoretisches Verständnis der Prinzipien, die die Leistung von Heißwalzschmiermitteln regeln, noch genau definierte und allgemein angenommene Laboratoriumstestergebnisse zur Verfügung stehen, um ihre Arbeitsnierkmale vollständig und richtig zu bewerter.
• Schmiermittel für stark beanspruchte Konstruktionsteile von normalen Maschinen sind bereits bekannt. So wird in der britischen Patentschrift 812 213 eine Mischung beschrieben, die aus einem Mineralschmieröl und zwei verschiedenen Polymeren, nämlich Polymere des Butens oder Copolymere aus Buten und C,-C,-Monoolefinen und Diolefinen, besteht. Aus der schweizerischen Patentschrift 295 060 ist eine Schmierölmischung bekannt, die im wesentlichen aus Polybuten mit einem Zusatz von 0,005 bis 2,0 Gewichtsprozent Bortrifluorid besteht. Ein Schmierrnittel für das Verwalzen von Aluminium wird in der USA.-Patentschrift 2 899 390 beschrieben. Dieses besteht im wesentlichen aus unverdünntem Polybuten und enthält etwa 1 "/, Butylstearat. Als Arbeitstemperatur wird je- doch ausdrücklich der Bereich von 316 bis 343'C genannt. Zum Heißwalzen von Aluminium, das normalerweise bei Temperaturen von etwa 500'C erfolgt, ist somit dieses Schmiermittel, ebenso wie die aus den beiden erstgenannten Patentschriften bekannten Schmiermittel, nicht geeignet. Im Gegensatz hierzu gestattet das wäßrige Schmiermittel gemäß der Erfindung die Kontrolle des normalerweise beim Heißwalzen des Aluminiums erfolgenden »Zubrands«.
• Die Erfindung schafft nun eine wäßrige Schmiermitteldispersion, bestehend aus leichtem Mineralöl, vorzugsweise einem Mineralöl mit einer Bromzahl von höchstens 1,5, Polybuten mit einer Viskosität von mindestens 13 000 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C, einem bekannten Emulgator, Wasser und gegebenenfalls einem Zusatz von 0,5 bis 3 0/, üblichen Netzmitteln und von 0,5 bis 3 0/, üblichen Korrosionsinhibitoren. Mit diesem Schmiermittel wird eine Anzahl der Nachteile bekannter Zusammensetzungen verringert. Die Menge an leichtem Mineralöl muß so bemessen sein, daß die Viskosität unterhalb 800 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C liegt. Das Emulgierungsmittel, vorzugsweise eine Polyoxyalkylenverbindung, muß in einer genügenden Menge vorhanden sein, um eine Dispersion des in Öl aufgelösten Polybutens in Wasser zu gewährleisten.
• Die Polybutenverbindung kann entweder geradkettig oder zweikettig oder eine Mischung von beiden sein. Es ist festgestellt worden, daß Oronite Polybuten 128, das eine Viskosität von 89.0 000 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C hat, ganz besonders zufriedenstellend ist, wobei dies der am meisten viskose Grad von Polybuten ist, der zur Zeit zur Verfügung steht. Im allgemeinen stellen wir fest, daß, je höher die Viskosität des Polybutens ist, um so zufriedenstellender die wäßrige Dispersion als Walzschmiermittel ist. Gleichzeitig muß die Menge an Leichtöl, in welchem es aufgelöst ist, größer sein, um zu ermöglichen, daß die Lösung in Wasser emulsioniert wird. Zwischen der Viskosität des Polybutens und seiner Wirksamkeit als Belastung tragender Bestandteil in dem Schmiermittel besteht ein Zusammenhang.
• Sollte es wichtig sein, die Fleckenbildung auf ein Minimum zu verringern, so ist die Leichtölphase vorzugsweise von der Art, wie sie üblicherweise als »Spindelöl« bekannt ist. Dieses ist ein Mineralöl mit einem hohen Sättigkeitsgrad und besitzt eine Bromzahl von 1,5 oder weniger. Ein geeignetes Spindelöl kann eine Viskosität von ungefähr 80 bis 100 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C haben.
• Das Emulgierurgsmittel ist vorzugsmeise eire nichtionische Polvoxyalkylenverbindung. Ein geeignetes Emulgierungsirittel dieser Klasse ist ein nichtionisches, oberflächenaktives Mittel, das einen laugkettigen Fettalkohol und ein kurzkettiges Äthylenoxydradikal umfaßt. Eire Kcrntination einer Anzahl verschiedener Polyoxyall,ylenverbindungen kann als Emulsionierungsmittel hinzugefügt werden, und sie können auch in Kombination mit einem geeigneten Korrosionshemmungsstoff beigegeben werden. Ein speziell gemischtes Mittel enthält als einen nichtionischen Anteil ein Kordensat eiver nicht gesättigten Fettsäure, zusami-ren mit eirer Äthyleroxydkette, einem Kondensat von Glyzeridölen und Äthylenoxyd, einem Polyoxyalkylenglykol und schließlich einem Aminsalz einer Alkylarylsulfonsäure, wobei dieser letzte Bestandteil ein Korrosionshemmungsstoff ist und in Mengen bis zu 20 Volumprozent vorhanden ist.
• Ein Netzmit' tel kann ebenfalls der Schmiermittelzusarrrrensetzung beigefügt werden, um das Netzen des Metalis durch die Wasserphase des schließlich erzielten Heißwalzscbmiermittels zu erleichtern. Bevorzugte Netzmittel sind nichtionische Polyoxyalkylenglykole.
• Oberflächenaktive Mittel anderer Arten, wie etwa Alkylarylsulfonate können verwendet werden, aber sie haben die Neigung, während dem des Wieder-in-Um-]auf-Bringens Schaum zu erzeugen, während das oben erwähnte Netzmittel diese Schwierigkeiten nicht zeigt. Andere, nicht schäumende Netzmittel, die verwendet werden können, sind sulfonierte Alkylphenoxypolyäthoxyäthanole.
• Bevorzugte Schmiermitteldispersionen nach der vorliegenden Erfindung umfassen 10 bis 50 0/, Polybutenbestardteil, 5 bis 150 0/, Emulgator, 0,5 bis J 0/, Netzmittel und 0,5 bis 3 11/0 Korrosionsinbibitor, wobei der Rest die Leichtölphase ist, und zwar muß er in einer Menge vorliegen, die genügt, um die Viskosität der Zusammensetzung in dem erforderlichen Ausmaß zur Dispersion in Wasser zu verringerr. Die Prozentsätze basieren auf dem Gesamtvolumen der endgültigen Schmiermitteldispersion vor dem Dispergieren. Wenn das Polybuten eine Viskosität etwa am unteren Ende des wirksamen Viskositätsbereiches hat, ist die Menge an Öl, die hinzugefügt wird, um die Viskosität auf ein Niveau zu bringen, bei dem die Zusammensetzung in Wasser dispergiert werden kann, ungefähr 10 "/,. In allen anderen Fällen ist die Menge an 01 höher.
• Die Schmiermittelzusammensetzung wird folgendermaßen hergestellt: der Polybutenbestandteil und die Leichtölphase werden getrennt voneinander auf ungefähr die gleiche Temperatur erwärmt. Hierbei löst entweder der Polybutenbestandteil oder die Leichtölphase den Emulgator auf, oder das Auflösen erfolgt teilweise in dem einen und teilweise in dem anderen. Schließlich werden die Ölphase und das Polybuten zusammen gemischt. Wenn es erwünscht ist, ein Netzmittel in die Zusammensetzung einzubringen, dann kann dieses bei jeder beliebigen Stufe in dem Herstellungsverfahren beigegeben werden. Normalerweise wird es aber nach der endgültigen Mischstufe beigefügt. Ein Korrosionshemmungsmittel kann auch injeder beliebigen Stufe des Verfahrens beigegeben werden. Im allgemeinen wird es aber der Leichtölphase zugegeben. Der Pol-vbutenbestandteil und die Leichtölphase werden vorzugsweise auf mindestens 50oC, am besten unget> fähr 80'C, erwärmt und bei dieser Temperatur gemischt.
• Das Wasser, in dem das in Öl aufgelöste Polybuten dispergiert wird, weist vorzugsweise eine Härte von nicht mehr als 150 Teile je Million auf. Der Anteil der Ölphase in der wäßrigen Dispersion beläuft sich vorzugsweise auf mindestens 0,5 Volumprozent, basierend auf dem Volumen der endgültigen Dispersion in Wasser und vorzugsweise nicht mehr als 5 Volumprozent, obwohl für besondere Zwecke höhere Konzentrationen der Ölphase angewendet werden können.
• Die wäßrige Dispersion nach der Erfindung kann durch jedes beliebige geeignete Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann der Polybutenbestandteil in dem Leichtöl aufgelöst werden (dem das Emulgierungsmittel beigegeben wurde), wonach die sich ergebende Lösung in Wasser einer geeigneten Härte dispergiert wird, vorzugsweise durch Rühren bei einer Temperatur von 30 bis 40'C. Ein Netzmittel oder ein Korrosionshemmungsmittel oder beide können bei jeder beliebigen Stufe hinzugefügt werden.
• Es hat sich gezeigt, daß eine besonders gute Stabilität und Leistung beim Heißwalzen von Aluminium erzielt wird unter Verwendung einer Schmiermittelzusammensetzung auf Ölbasis, die Emulgierungsmittel in solcher Menge enthält, daß der Durchschnittsdurchmesser der Ölphasenteilchen bei der Dispersion in Wasser zwischen ungefähr 5 und ungefähr 6 Mikron liegt, wobei die Größe der Ölphasenteilchen beim Dispergieren in Wasser unter anderem von der Konzentration des Emulgierungsmittels, der Temperatur, bei der die Emulsionierung ausgeführt wird, und der Heftigkeit des Rührens abhängt.
• Bei der Anwendung sowohl bei Laboratoriumstests und anschließend bei tatsächlichen Heißwalzbedingungen in einem Walzwerk zeigten diese wäßrigen Dispersionen der Lösungen von Polybutenen einen hohenWirkungsgrad beim Verringern der »Zubrand«-Bildung, und außerdem waren sie während längerer Arbeitsperioden sehr stabil und sauber und zeigten nur sehr geringe, wenn überhaupt Neigung, die Oberfläche der Aluminiumbramme anzugreifen oder zu verfärben. Weiterhin gestattete die Verwendung dieser Dispersionen von Polybuten in Wasser als Heißwalzschmiermittel die Verringerung des »Ziibrands«, ohne das Auftreten von Rutschen oder Nichtangreifen der Walzen. Es wird an-- nommen, daß dies auf die hochgradig viskose Natur ge des Polybutens zurückzuführen ist, und dies ist der Grund zur Auswahl der am sätrksten viskosen Grade von Polybuten.
• Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel noch näher erläutert. In dem Beispiel sind die Teile Volumteile. B i i 1 20 Teile Oronit Polybuten 128 wurden auf 80'C erhitzt, und 5 Teile Emulgierungsmittel (Texofor AZ) wurden darin aufgelöst. 64 Teile eines leichten Mineralöls wurden ebenfalls auf 80'C erhitzt und 10 Teile eines Emulgierungsmittels mit Korrosionshemmungsstoff, (Texofor CDX) darin aufgelöst. Der Polybutenbestandteil und der leichte Minerallölanteil wurden dann zusammengemischt, und schließlich wurde ein Teil Netzmittel (Texofor FX85) der Mischung beigegeben. Diese Schmiermittelzusammensetzung auf Ölbasis hatte eine Viskosität von 550 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C.
• Diese Ölbasis, die, wie vorstehend beschrieben, erzielt wurde, ließ sich leicht in Wasser bei ungefähr 30 bis 40'C unter Rühren unter Verwendung einer Pumpe dispergieren. Das verwendete Wasser hatte eine Härte von zwischen 100 und 150 Teilen je Million. Die Konzentration des Ölbasis-Schmiermittels in der wäßrigen Dispergierung betrug ungefähr 10/, dem Volumen nach, und der Durchmesser der organischen Teilchen betrug zwischen 5 und 6 Mikron.
• Die wäßrige Dispergierung des Schmiermittels auf Ölbasis war äußerst wirksam beim Steuern des »Zubrands«und auch sehr stabil während des Betriebes in Aluminiumheißwalzwerken.
• Es wurde in dem Schmiersystem in diesen Walzwerken ohne Wechsel während eines beträchtlich längeren Zeitraumes gehalten, als das bei den üblichen Schmiermitteln möglich war, die bisher verwendet wurden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Wäßrige Schmiermitteldispersion für das Heißwalzen von Aluminium, bestehend aus leichtem Mineralöl, vorzugsweise einem Mineralöl mit einer Bromzahl von höchstens 1,5, Polybuten mit einer Viskosität von mindestens 13 000 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C, einem bekannten Emulgator, Wasser und gegebenenfalls einem Zusatz von 0,5 bis 3 "/, üblichen Netzmitteln und von 0,5 bis 3 üblichen Korrosionsinhibitoren.
2. 2. Wäßrige Schmiermitteldispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator eine nichtionogene Polyoxyalkylenverbindung ist. 3. Wäßrige Schmiermitteldispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre organische Phase aus 10 bis 5001, Polybuten, 5 bis 50 0/, Emulgator und zum Rest aus Leichtöl besteht. 4. Wäßrige Schmiermitteldisp-crsion nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dispersion ein Polybuten mit einer Viskosität von 890 000 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C enthalten ist. 5. Wäßrige Schiniermitteldisp-.rsion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Phase aus 20 Teilen Polybuten, 64 Teilen Leichtöl mit einer Viskosität von weniger als 100 Sekunden Redwood Nr. 1 bei 37,8'C, 13 Teilen eines nichtionogenen Polyoxyalkylenemulgators und 1 Teil Korrosionsinhibitor und 1 Teil Netzmittel besteht. 6. Wäßrige Schmiermitteldispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Phase 1 "/, der Gesamtdispersion ausmacht.