DE2201019A1

DE2201019A1 - Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumwalzwerks

Info

Publication number: DE2201019A1
Application number: DE19722201019
Authority: DE
Inventors: Tripathi Krishna Chandra
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1971-01-13
Filing date: 1972-01-11
Publication date: 1972-07-20
Also published as: FR2121783B3; GB1325851A; CA961836A; FR2121783A3; US3783664A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE

D-8000 Mönchen ei ■ Arabellastrasse 4 · telefon (oenj 911087 ZZU I

Alcan Research and Development Limited Montreal / Kanada

Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumwalzwerks

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Walzwerken zum Walzen von Aluminium und insbesondere auf die Schmierung des Aluminiums während des Walzvorgangs. Die hierin gebrauchte Bezeichnung Aluminium soll auch Aluminiumlegierungen einschließen.

Es ist bekannt, beim Walzen von Aluminium ein Walzschmiermittel in Form einer öl-in-Wasseremulsion zu verwenden, in deren ölphase ein leichtes Mineralöl enthalten ist , das darin gelöst eine erhebliche Menge einer Fettsäure enthält. Dabei ist die Emulsion durch ein Amin oder eine Amidseife stabilisiert.

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Es ist die allgemeine Erfahrung, daß bei der Verwendung von Schmiermitteln dieses Typs sich das Oberflächenaussehen des gewalzten Produkts während eines Zeitraums von mehreren Tagen nach Einführung einer frischen Charge der Schmieremulsion in die Mühle allmählich verbessert,und daß aber nach einem weiteren Zeitraum die erhältlichen Resultate stark abfallen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu überwinden.

Die Untersuchung des Schmiermittels in verschiedenen Stufen während der Betriebszeit einer Charge des Schmiermittels im Schmiersystem eines Heißwalzwerks hat nun ergeben, daß die Veränderung des Verhaltens des Schmiermittels während der Betriebszeit auf Veränderungen der durchschnittlichen Teilchengröße zurückzuführen ist. Obgleich die optimale Teilchengröße der dispergierten ölphase nicht für alle öl-in-Wasserschmieremulsionen des derzeitigen Typs die gleiche 1st, scheint es aber so zu sein, daß für ein bestimmtes Schmiermittel ein optimaler Bereich der Teilchengröße existiert, der durch Experimente bestimmt werden kann.

Die praktischen Erfahrung mit den handelsüblichen öl-in-Wasserschmieremulslonen, auf die oben Bezug genommen wurde, scheinen sich aus der Tatsache herzuleiten, daß die Teilchengröße der frisch hergestellten Emulsionen zu gering ist, um am meisten zufriedenstellende Ergebnisse zu ergeben. Diese öl-in-Wasseremulsionen wirken nämlich sowohl als Schmiermittel als auch als Kühlmittel. Damit die Emulsion als gutes Schmiermittel wirken kann, sollte sie die Oberfläche der Stahlwalzen gut benetzen, damit das öl, das sich auf den Walzen als Ergebnis der Ab-

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dampfung von Wasser abscheidet, gleichförmig auf der Walzenoberfläche verteilt wird, um eine Verringerung der Reibung zwischen den Walzen und des der Deformierung unterworfenen Metalls zu ergeben. Pernerhin sollte die Schmieremulsion einen überschüssigen Übergang des Metalls oder eines Oxids von der deformierten Metalloberfläche auf die Walzen und umgekehrt vermeiden. Diese charakteristische Eigenschaft des Walzschmiermittels scheint von der Teilchengröße der dispergierten ölphase abhängig zu sein. Es wurde somit gefunden, daß für eine jeweilige öl-in-Wasserschmiermittelmischung eine sehr kleine Teilchengröße der ölphase zu einer sehr schweren Aluminiumaufnahme (pick up) auf den Walzen führen kann, was zu der Bildung von Walzaluminium mit schlechter Oberflächenqualität führt.

Bei den erfindungsgemäßen öl-in-Wasserschmiermittelmischungen enthält die ölphase ein leichtes Kerosin-Basisöl, in welchem eine Fettsäure als lasttragendes Additiv und eine Seife vom Amintyp als Stabilisator für die wässrige Emulsion gel'öst ist. Die Seife vom Amintyp ist gewöhnlich eine Seife, die aus Ethanolamin gebildet worden ist, das mit einem Teil der Fettsäure sich umgesetzt hat. Es ist üblich, andere Substanzen viie Trikresylphosphat als Additive für extreme Drücke und gegen einen Verschleiß sowie oberflächenaktive Mittel für die Ausbreitung des Schmiermittels auf der Oberfläche der Walzen zuzusetzen. Es wurde gefunden, daß die Teilchengröße, bei welcher optimale Ergebnisse erhalten werden, sowohl vom Fettsäuregehalt als auch vom Gehalt des, oberflächenaktiven Mittels der ölphase abhängt. Es wurde gefunden, daß vorzugsweise eine öl-in-Wassermischung verwendet wird, die optimale

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Ergebnisse bei einer solchen Teilchengröße ergibt, daß die ölteilchen durch Filter mit der erforderlichen Feinheit zur Entfernung der Oxidteilchen nicht .entfernt werden, da es dieser Umstand erlaubt, die feinen Feststoffteilchen ohne einen Verlust von überschüssigen Mengen des Öls in den Filtern zu entfernen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Methode zur Einstellung der Teilchengröße einer Schmiermittel-öl-in-Wasseremulsion, deren ölphase eine signifikante Menge einer Fettsäure und eine Aminoseife enthält, auf jeden gewünschten Wert zur Verfügung zu stellen, wobei danach die Teilchengröße an diesem Wert gehalten wird.

Die Bezeichnung Aminoseife soll' sich auf alle beliebigen Seifen erstrecken, in welchen das Kation eine Amin-, Imin-, Amid- oder Imidgruppe mit Eirshluß von Ammonium darstellt.

Nach der klassischen Kolloidtheorie ist zu erwarten, daß die Teilchengröße einer Emulsion durch eine Zugabe von Metallionen zu der wässrigen Phase der Emulsion ansteigt. Es kann postuliert werden, daß die Zunahme der Teilchengröße einer Schmieremulsion des Typs der derzeit im Gebrauch ist, auf die Aufnahme von Metallionen während des Walzprozesses zurückzuführen ist. Somit werden aus dem verwalzten Metall und aus den Oberflächen der Walzen Aluminium und Eisen aufgenommen. Es ist auch wahrscheinlich, daß Magnesium in genügender Menge wegen des großen Anteils von magnesiumenthaltenden Legierungen, die in den meisten Aluminiumheißwalzwerken verwalzt werden, aufgenommen wird. Es ist weiterhin unvermeidlich,, daß signifikante Mengen von Kalziumionen mit dem Frischwasser zugeführt werden, das.dem Schmiermittel täglich zugesetzt wird um die großen Mengen von Wasser zu ersetzen, die durch

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Verdampfen auf den Walzen verloren gehen. Selbst wenn man sogenanntes entjonisiertes Wasser verwendet, dann werden geringe Mengen von Kalziumionen eingebracht. Somit wird gefunden, daß die bewußte Zuführung dieser Ionen in Form von löslichen Salzen in die wässrige Phase zu einer Zunahme der Teilchengröße der Emulsion führt. Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Anfangsteilchengröße der Emulsion erforderlichenfalls durch eine kontrollierte Zugabe eines mehrwertigen Metallsalzes, vorzugsweise eines Aluminiumsalzes wie Aluminiumsulfat erhöht.

Aus der klassischen Kolloidtheorie würde zu erwarten sein, daß die Zugabe von Ionen von einwertigen Metallen auch die Wirkung einer Zunahme der Teilchengröße hätte, wenn auch in einem geringeren Ausmaß als bei merhwertigen Ionen. Es wurde jedoch gefunden, daß die Zugabe von Kationen in der Form einer Alkalimetallseife oder unter solchen Bedingungen, daß in situ durch Umsetzung mit der in der ölphase enthaltenen freien Fettsäure eine Alkalimetallseife gebildet wird zu einer Verringerung der Teilchengröße der öle-in-Wasserschniermittelemulsion des vorliegenden Typs führt, obgleich die Zugabe der Seife in die wässrige Phase ziemlich zufriedenstellend ist, ist es nichtsdestoweniger vorzuziehen die freie Base zuzusetzen, die sich mit der Fettsäure an der Oberfläche der ölphasenteilchen umsetzt und somit mit maximaler Wirksamkeit die Seife am Ort bildet. Somit kann sowohl aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Wirksamkeit die Verringerung der Teilchengröße am wirksamsten durch Zugabe von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid erreicht werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumwalzwerkes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Schmiersystem des Walzwerks mit einer öl-in-

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Wasseremulsion beschicht, deren ölphase eine Kohlenwasserstofföl -Base, einen erheblichen Anteil einer freien Fettsäure und eine Aminoseife enthält, daß man wenn erforderlich, zu Beginn die durchschnittliche Teilchengröße der ölphase durch Zugabe von mehrwertigen Metallionen zu der wässrigen Phase oder durch Zugabe einer Alkalimetallseife oder eines Materials, das durch Umsetzung mit der freien Fettsäure eine Alkalimetallseife bildet auf eine Teilchengröße in einem optimalen Größenbereich einstellt je nachdem es erforderlich ist die anfängliche durchschnittliche Teilchengröße zu erhöhen oder zu verringern, daß man die durchschnittliche Teilchengröße der ölphase periodisch überprüft und daß man genügend mehrwertige Metallionen, Alkalimetallseife oder Material, das durch Umsetzung mit der Fettsäure eine Alkalimetallseife bildet, zusetzt, daß die durchschnittliche Teilchengröße auf einen Wert innerhalb des optimalen Größenbereiches wieder eingestellt wird.

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, wird die letztere Teilchengrößeeinstellung vorzugsweise durch Zugabe von kontrollierten Mengen eines Alkalimetallhydroxide, vorzugsweise von Natriumhydroxid erreicht. Anstelle der Bestimmung der durchschnittlichen Teilchengröße der ölphaseteilchen kann folgUch die gleiche Information erhalten werden, wenn man den Gehalt der Metallionen der ölphase bestimmt. Somit ist es möglich durch Erstellung geeigneter Errechnungstabellen die Menge von Natriumhydroxid zu errechnen, die zu einer bekannten Schmiermittelemulsion gegeben werden muß, um sie auf eine bekannte durchschnittliche Teilchengröße wieder herzustellen, wenn der Individuelle Gehalt an Natrium und mehrwertigen Metallen, insbesondere KalziurqMagnesium, Eisen und Aluminium bestimmt worden 1st. Es wird ersichtlich, daß ähnliche Ergebnisse durch Zugabe von Kaliumhydroxid erhalten werden können. Es ist auch ersichtlich, daß Natrium und Kalium in das wässrige Medium in Form ihrer Karbonate und Bikarbonate oder anderer

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- 7 stark alkalischer Salze eingeführt werden können.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich wird, wird es bevorzugt, eine Schmiermittelemulsion auszuwählen, die optimale Ergebnisse bei einer Teilchengröße ergibt, welche erheblich unterhalb der Größe der störenden Feststoffteilchen liegt , welche eine Entfernung durch Filtration benötigen können.

In der Praxis wurde nun gefunden, daß es eine zufrMenstellende Methode zur Bestimmung der mittleren Teilchengröße einer Schmiermittelemulsion ist,, die Anzahl von Teilchen oberhalb einer vorgewählten Größe in einem kleinen Volumen der Emulsion abzuschätzen. Für jede Schmiermittelmiicnung (Ölphasen-Zusammensetzung) gibt es eine optimale Zahl (N/C), welche erhalten wird, indem man die tatsächliche Anzahl von Tei .chen durc** die Konzetration der ölphase in der Emulsion texlt. In sehi/geeigneter Weise werden ölphasenteilchen mit einer Größe von mehr als 2μ gezählt. Die Zunahme dieser Zahl zeigt eine Zunahme der durchschnittlichen Teilchengröße an. Die Bestimmung der Anzahl (N) erfolgt in der Weise, daß 25 Mikroliter der Emulsion in 250 ml eines Standardelektrolyten dispergiert werden und daß dann die Anzahl der öltröpfchen mit einer Größe von mehr als 2/u in 0,05 ml der Dispersion gezählt wird. C ist die Konzentration im Volumen der organischen Komponente in der Emulsion. Bei einer Versuchsreihe war das Schmiermittel , das in einem Schmiersystem eines Heißwalzwerks verwendet wurde, eine wässrige Emulsion , die etwa 6% einer ölphase enthielt, die ein kerosinisches Kohlenwasserstoffbasisöl umfaßte, daß etwa 12$ ölsäure und 5^ Triäthanolamin enthiä-t, das sich zum Teil der ölsäure unfier Bildung eines Aminseifen-Emulgators mit der ölsäure umsetzt. Die ölphase

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kann auch ein Schmiermittel für extremen Druck wie Trikresylphosphat und ein Kupplungsmittel wie Diäthylenglyko] zur Unterstützung der Löslichkeit der Additive enthalten. Jedoch hängt die Teilchengröße der Emulsion in erster Linie von der Konzentrat on der ölsäure (oder einer anderen Fettsäure) und des Triäthanolamins (oder einer anderen seifenbildenden Aminobase) in der ölphase und den Mengen der einwertigen und mehrwertigen Kafiionen ab. Bei den betreffenden Versuchen war es aus Erfahrungen in der Vergangenheit bereits bekannt, bei welcher Zahl (n/C) die am meisten zufriedenstellenden Walzergebnisse erhalten würden. Bei einem anfänglichen Ansatz wurde gefunden, daß der V/ert für N/C zu gering war, so daß folglich Aluminiumsulfat in geringen Mengen zugesetzt wurde, bis die vorgewählte optimale Zahl von etwa 700 bis 900 erhalten wurde. Während des nachfolgenden Betriebs wurden intervallweise aus dem System kleine Proben des Schmiermittels herausgenommen und es wurde der Metallionengehalt der jeweiligen oben genannten Metalle in der stabilen ül-in-Wasseremulsion gemessen. Sodann wurde zu dem Schmiermittelsystem eine geeignete Menge Natriumhydroxid gegeben, daß das Gleichgewicht der einwertigen Metallionen zu den mehrwertigen Metallionen entsprechend der gewünschten Teilchengröße wieder hergestellt wurde.

Die Erfindung stellt eine Methode zur Verlängerung der Betriebszeit einer Charge eine Öl-in-Wasserschmiermittelemulsion in einem Aluminiumwalzwerk über sehr lange Perioden zur Verfügung. Dadurch werden sigfinikante Betriebsvorteile erzielt.

Bei weiteren Versuchen wurde der ölsäuregehalt der ölphase erhöht und auch derjenige des Trikresylphosphats,

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während der A'thanolamingehalt im -Bereich von 2 bis h% gehalten wurde. Die Werte für die Ölsäure und das Trikresylphosphat wurden von etwa \~y?₀ bzw. 2.% auf etwa 15$ bzw. 2,5$ erhöht. Eine weitere Zunahme des ölsäuregehalts auf 17$ kann ohne Schwierigkeiten erreicht werden. Zur gleichen Zeit wurden entsprechende weitere Mengen von Triäthanolamin zugesetzt. Es zeigte sich, daß diese Zugaben eine Emulsion ergaben, die bei einem signifikant -niedrigeren Wert von N/C (etwa 200 bis 400) als Zufuhr gute Walzergebnisse ergab. Die Zugabe von Natriumhydroxid in regulären Intervallen gestattete es, diese kleine Teilchengröße ebenfalls über einen verlängerten Zeitraum beizubehalten. Es wurde somit gefunden, daß es nunmehr möglich ist, das Schmiermittelsystem mit einer wirksamen Filtration zur Entfernung der mitgerissenen Peststoffteilchen in Betrieb zu halten. Bislang wurde gefunden, daß selbst, wenn eine dichte Filtration zur Entfernung der Feststoffe verwendet wurde, die Ölverluste in den Filtern sehr hoch waren. Somit gestattet das Verfahren der Erfindung, wenn es zusammen mit einer dichten Filtration verwendet wird, die Verwendung eines reinen vollkommen gefilterten Schmiermittels, wodurch die Mengen von unerwünschten festen Ablagerungen, die sich auf dem Aluminium während des Verformens in dem Walzwerk absetzen, vermindert werden.

Es wurde gefunden, daß es bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung vorzuziehen ist, die Zugaben des Alkalimetallmäterials während Perioden vorzunehmen, wenn das Walzwerk abgeschaltet ist, um ein Schäumen zu vermeiden. Die Zugaben von mehrwertigen Metallionen für die Steigerung der Größe der öltröpfchen erfolgen/der anderen Seite vorzugsweise dann, wenn das Walzwerk in Betrieb ist, um soweit wie möglich die Bildung von extra großen Tröpfchen zu vermeiden, die durch Filtrationen entfernt würden.

Hierin sind beim Fehlen gegenteiliger Angaben sämtliche Teile und Prozente auf das Gewicht bezogen.

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Claims

Pa tentansprüche

ίlJ Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumwalzwerks, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schmiersystem des Walzwerks mit einer öl-in-Wasseremulsion beschickt, deren ölphase eine Kohlenwasserstoff Öl-Base, einen erheblichen Anteil einer freien Fettsäure und eine Aminoseife enthält, daß man wenn erforderlich, zu Beginn die durchschnittliche Teilchengröße der ölphase durch Zugabe von mehrwertigen Metallionen zu der wässrigen Phase oder durch Zugabe einer Alkalimetallseife oder eines Materials, das durch Umsetzung mit der freien Fettsäure eine Alkalimetallseife bildet auf eine Teilchengröße in einem optimalen Größenbereich einstellt je nachdem es erforderlich ist die anfängliche durchschnittliche Teilchengröße zu erhöhen oder zu verringern, daß man die durchschnittliche Teilchengröße der ölphase periodisch überprüft und daß man genügend mehrwertige Metallionen, Alkalimetallseife oder Material, das durch Umsetzung mit der Fettsäure eine Alkalimetallse'fe bildet, zusetzt, daß die durchschnittliche Teilchengröße auf einen Wert innerhalb des optimalen Größenbereiches wieder eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Wirkung der angesammelten mehrwertigen Metallionen durch Zugabe eines Alkalimetallhydroxide entgegenwirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die ölphase IJ> bis 17$ Fettsäure und 2 - 2,5$ Trikresylphosphat und 2 - ^l\% Triäthanolamin enthält.

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