WO2004023090A2 - Bestimmung der verseifungszahl der ölkomponenten einer öl-in-wasser-emulsion, insbesondere beim walzen von metallband - Google Patents

Bestimmung der verseifungszahl der ölkomponenten einer öl-in-wasser-emulsion, insbesondere beim walzen von metallband Download PDF

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WO2004023090A2
WO2004023090A2 PCT/EP2003/009408 EP0309408W WO2004023090A2 WO 2004023090 A2 WO2004023090 A2 WO 2004023090A2 EP 0309408 W EP0309408 W EP 0309408W WO 2004023090 A2 WO2004023090 A2 WO 2004023090A2
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Ludger Bütfering
Benoit Staes
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
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    • G01N2021/3595—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR

Definitions

  • the present invention relates to a method for checking the composition of the oil components of an oil-in-water emulsion. This method is particularly suitable for checking cooling lubricant emulsions which are used in the rolling of metal strips.
  • Cold rolled sheet is made from hot strip by rolling, a process of cold forming. This generally requires a roller emulsion as a cooling lubricant. This serves as a cooling and lubricating medium during the rolling process and helps to avoid the formation of undesirable surface deposits on the cold strip or the destruction of the strip surface by cold welding to the rolls.
  • a roller emulsion is usually an oil-in-water emulsion.
  • the rolling oil is the disperse phase and water is the dispersant.
  • Ready-to-use emulsions of this type are generally prepared in practice by diluting a low-water or virtually water-free emulsion concentrate with water to the desired oil content of the oil-in-water emulsion.
  • the desired oil content of the emulsion depends on the application and the rolling process.
  • the emulsion concentrate contains the oil phase and, if the oil is not self-dispersing, suitable dispersants.
  • the concentrate can contain oil- or water-soluble corrosion inhibitors, which are distributed either in the oil phase or in the water phase when the emulsion is produced.
  • the oil-in-water emulsion hereinafter also partially referred to as rolling oil emulsion, must be removable without residue in an annealing process following rolling in order to leave a correspondingly clean strip surface.
  • the rolling oil emulsion must have a sufficient lubricating effect, which depends on the one hand on the chemical composition of the oil phase and on the other hand on the droplet size of the oil phase. In order to control these parameters over a longer period of operation, the composition of the oil phase must be monitored. This should preferably run automatically.
  • the oil phase of a rolling oil emulsion often consists of saponifiable components or contains them at least in considerable amounts. A component is "saponifiable" when it reacts with alkalis using OH ions.
  • This reaction can consist in the neutralization of acid groups or in the cleavage of ester groups and neutralization of the resulting acids.
  • the direct determination of the saponification number by carrying out the saponification reaction is very time-consuming and is therefore unsuitable as a control method in practical operation. However, it can be used for calibration purposes. In practice, there is a need for methods with which the saponification number can be determined quickly and preferably fully automatically.
  • the determination of the saponification number is particularly suitable for checking a rolling oil emulsion, since it is sensitive to the frequently occurring impurities in the rolling oil emulsion.
  • esters can be split in the oil phase during operation, so that the lubricating effect changes.
  • the rolling oil emulsion is contaminated by the fact that foreign oil such as lubricating, morning or hydraulic oil is introduced, which contains little or no saponifiable components. This also changes the lubricating effect and residue behavior. In both cases the saponification number decreases, so that their control can indicate whether such undesirable processes have occurred.
  • the saponification number is derived from FTIR spectra by comparing the areas of the absorption maxima of carbonyl bands and hydrocarbon CH bands.
  • the integration is error-prone and an empirical correction factor must also be used.
  • This method of determining the saponification number is therefore relatively imprecise, especially when used by inexperienced personnel. There is therefore a need for an improved, preferably automatically employable, method for determining the saponification number which does not require the use of (environmentally harmful) auxiliary chemicals and / or which permits a higher accuracy of the determination.
  • the present invention provides such a method.
  • it relates to a method for determining the saponification number of the oil components of an oil-in-water emulsion by isolating the oil phase, which contains one or more saponifiable individual components, and recording absorption spectra in the infrared range, characterized in that a) one Transferring the portion of the oil-in-water emulsion into a vessel, b) removing the water portion in this portion of the oil-in-water emulsion by evaporation, the oil portion remaining in the vessel, c) largely isolating that in sub-step b) Oil portion transferred into a measuring cell, d) records an infrared absorption spectrum of the oil portion present in the measuring cell, and e) determines the saponification number by means of comparative samples by means of chemometric analysis of the absorption spectrum obtained.
  • the vessel in sub-step a) is preferably a pointed piston, which has a volume in the range from 50 to 1000 ml.
  • the water content is preferably removed by evaporation in vacuo in a rotary evaporator. If a pointed piston is used here, the remaining oil fraction collects in the tip and can be transferred from this in partial step c) to a measuring cell by suction via a capillary.
  • the measuring cell is preferably designed in such a way that it enables the infrared absorption spectrum to be recorded in sub-step d) according to the attenuated total reflection method.
  • the infrared absorption spectrum can be determined either directly by measuring the absorption as a function of the wavenumber or indirectly using the Fourier transform method. Suitable measuring probes are known in the prior art.
  • the measuring beam is totally reflected one or more times at an interface which is in contact with the oil to be measured.
  • the measuring beam can pass through an infrared transparent material, the surface of which is from the oil to be measured is wetted.
  • the measuring beam is totally or repeatedly reflected on this surface if the material has a refractive index that differs sufficiently from the oil.
  • the infrared absorption spectrum is preferably recorded over a wave number range of 1,500 to 3,200 cm -1 , since those absorption bands which correlate most strongly with the saponification number lie in this wave number range.
  • the infrared measurement is evaluated in sub-step e) by determining the saponification number of the measurement sample by chemometric analysis of the absorption spectrum obtained directly or indirectly using the spectra of comparative samples with a known saponification number.
  • comparison samples are used which either represent mixtures of oil components with saponifiable individual components with known saponification numbers or which consist of samples of the rolling oil emulsion used, the saponification numbers of which have been determined using the customary wet-chemical methods.
  • a calibration file (calibration matrix) can be created from the spectra of the comparative samples, for example using the least squares method (partial least square method) or the principle component regression method.
  • the saponification number of the sample can be calculated by offsetting the calibration matrix with the spectrum of the measurement sample. This process can be carried out fully automatically without user intervention. There are suitable software packages from well-known manufacturers for creating suitable calibration files and automating the determination of results.
  • the sequence of sub-steps a) to e) is repeated automatically in a time-controlled manner.
  • the time intervals for this can be, for example, in the range from 15 minutes to 2 hours. This ensures continuous quality control of the rolling oil emulsion.
  • the determination process can also be started automatically if an automatically operating monitoring device detects difficulties during the rolling process.
  • the method is applicable, for example, to a rolling oil emulsion that
  • emulsifiers Contains 0 to 20% by weight of emulsifiers, where the proportions add up to 100% by weight and the oil contains or consists of one or more saponifiable components.
  • Oil-rich emulsions with oil contents above about 5% by weight are usually used for direct application. Otherwise, the oil contents of the rolling oil emulsion for the first stands of a tandem mill are in the range from approximately 1 to approximately 3% by weight, in the last stands in the range from approximately 0.3 to approximately 1.5% by weight. Corresponding upper limits apply to the proportions of emulsifiers, which are usually lower than the oil proportions in the emulsion.
  • the oil can, for example, contain or consist of one or more of the following saponifiable components: glycerol esters obtained from natural raw materials such as vegetable or animal oils or synthetically produced from saturated or mono- or polyunsaturated fatty acids with about 10 to about 22 carbon atoms or synthetic Esters of such fatty acids, which may contain, for example, trimethylolpropane, neopentylglycol, ethylhexanol, pentaerythritol as the alcohol component.
  • saponifiable components glycerol esters obtained from natural raw materials such as vegetable or animal oils or synthetically produced from saturated or mono- or polyunsaturated fatty acids with about 10 to about 22 carbon atoms or synthetic Esters of such fatty acids, which may contain, for example, trimethylolpropane, neopentylglycol, ethylhexanol, pentaerythritol as the alcohol component.
  • the emulsifiers can be selected, for example, from alkylphenol ethoxylates, in particular from nonylphenol ethoxylates, and from fatty alcohol ethoxylates and / or from fatty amine ethoxylates, which can contain about 8 to about 22 carbon atoms in the alkyl radical.
  • the method according to the invention is designed so that it runs fully automatically under program control, that is to say without human intervention. This applies not only to the course of the determination itself, but also to the start of the determination process, which preferably also takes place fully automatically without human intervention.
  • the fully automatic process preferably also includes rinsing and cleaning steps for the devices used.
  • the present invention relates to a method for rolling metal strip using an oil-in-water emulsion as a cooling lubricant ("rolling oil emulsion") which contains one or more saponifiable individual components, the saponification number of the oil components being as described above Process, preferably fully automated, determined. Regular checking of the quality of the rolling oil emulsion in the manner described helps to obtain a consistently good rolling result and a correspondingly good surface quality of the rolled metal strip.
  • rolling oil emulsion which contains one or more saponifiable individual components, the saponification number of the oil components being as described above Process, preferably fully automated, determined. Regular checking of the quality of the rolling oil emulsion in the manner described helps to obtain a consistently good rolling result and a correspondingly good surface quality of the rolled metal strip.
  • At least one of the following actions is carried out: i) replenishing the concentrate of the oil-in-water emulsion, ii) issuing an alarm message iii) discharging by creaming and skimming, if necessary, by temporarily switching off the agitators or magnetic chain filter of the rolling oil contaminated with foreign oil and supplementing it with fresh oil iiii) discarding at least part of the oil-in-water emulsion and supplementing it with freshly prepared oil-in-water emulsion.
  • Actions i), ii), iii) and / or iiii) can be carried out either fully automatically or, in particular, actions i) or iii) or iiii) can also be carried out manually. In the latter case it can be provided that the control device issues a corresponding recommendation for the method according to the invention.
  • a slight decrease in the saponification number of the oil components during repeated use of the rolling oil emulsion usually occurs and is not a reason to issue an alarm message or to discard part of the rolling oil emulsion. Rather, if the drop in the saponification number is in the expected range, it is sufficient, in accordance with action i), to add concentrate of the rolling oil emulsion to the emulsion used until the predetermined value of the saponification number is reached again.
  • the amount required for this can be calculated with a known saponification number of the concentrate, the oil content of the rolling oil emulsion and the total volume of the rolling oil emulsion.
  • the amount of emulsion concentrate to be metered in can, however, also be predetermined from empirical values depending on the difference between the predetermined value of the saponification number and the value actually measured. This subsequent dosing is preferably carried out fully automatically without human intervention.
  • a range of values for the saponification number is preferably specified, within which the replenishment is carried out as the only action.
  • the range of values can depend on the elapsed time since the last replenishment of concentrate.
  • the saponification number drops sharply or unexpectedly rapidly, that is to say below the predetermined value range for replenishing the concentrate of the rolling oil emulsion, this can be due to contamination by foreign oil with a low saponification number indicate. Since this can cause the quality of the rolling oil emulsion to drop sharply, it is preferably provided in such a case that at least one alarm message is output. In addition, it can be provided that either action iii) is carried out automatically or that a corresponding recommendation is issued to the operating personnel of the system.
  • the invention thus provides a method with which the quality of a rolling oil emulsion can be checked automatically with sufficient accuracy. This enables a uniformly good rolling result to be achieved. The necessary measures to restore the quality of the rolling oil emulsion can also be initiated automatically. This reduces the manual effort for checking the rolling oil emulsion.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Verseifungszahl der Ölkomponenten einer Öl-in-WasserEmulsion durch Isolierung der Ölphase, die eine oder mehrere verseifbare Einzelkomponenten enthält, und Aufnahme von Absorptionsspektren im Infrarotbereich, dadurch gekennzeichnet, dass man a) einen Anteil der Öl-in-Wasser-Emulsion in ein Gefäss überführt, b) den Wasseranteil in diesem Anteil der Öl-in-Wasser-Emulsion durch Verdampfen entfernt, wobei der Ölanteil in dem Gefäss verbleibt, c) den im Teilschritt b) isolierten Ölanteil in eine Messzelle überführt, d) ein Infrarot-Absorptionsspektrum des in der Messzelle vorliegenden Ölanteils aufnimmt und e) durch chemometrische Analyse des erhaltenen Absorptionsspektrums anhand von Vergleichsproben die Verseifungszahl bestimmt. Die Bestimmung der als Kühlschierflüssigkeit beim Walzen von Metallband eingesetzt werden, wobei bei einem Absinken der Verseifungszahl unter einem vorbestimmte Wert eine Alarmmeldung oder Korrekturmaβnahmen ausgeführt werden.

Description

"Bestimmung der Verseifungszahl der Ölkomponenten einer ÖI-in-Wasser-Emulsion, insbesondere beim Walzen von Metallband"
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Kontrolle der Zusammensetzung der Ölkomponenten einer ÖI-in-Wasser-Emulsion. Dieses Verfahren ist insbesondere zur Kontrolle von Kühlschmierstoffemulsionen geeignet, die beim Walzen von Metallband eingesetzt werden.
Kaltgewalztes Feinblech wird aus Warmband durch Walzen, einem Prozeß der Kaltverformung, hergestellt. Hierbei benötigt man im allgemeinen eine Walzemulsion als Kühlschmierstoff. Diese dient als Kühl- und Schmiermedium beim Walzvorgang und trägt dazu bei, die Ausbildung unerwünschter Oberflächenbeläge auf dem Kaltband oder eine Zerstörung der Bandoberfläche durch Kaltverschweißen mit den Walzen zu vermeiden.
Eine Walzemulsion ist in der Regel eine ÖI-in-Wasser-Emulsion. Dabei stellt das Walzöl die disperse Phase und Wasser das Dispersionsmittel dar. Derartige anwendungsfertige Emulsionen werden in der Praxis in der Regel dadurch hergestellt, daß man ein wasserarmes oder nahezu wasserfreies Emulsionskonzentrat mit Wasser auf den erwünschten Ölgehalt der ÖI-in-Wasser-Emulsion verdünnt. Dabei hängt der erwünschte Ölgehalt der Emulsion vom Anwendungszweck und dem Wslzverfahren ab. Das Emulsionskonzentrat enthält die Ölphase und, falls das Öl nicht selbstdispergierend ist, geeignete Disper- gatoren. Weiterhin kann das Konzentrat öl- oder wasserlösliche Korrosionsinhibitoren enthalten, die sich beim Herstellen der Emulsion entweder in der Ölphase oder in der Wasserphase verteilen.
Die ÖI-in-Wasser-Emulsion, nachstehend auch teilweise als Walzölemulsion bezeichnet, muß bei einem auf das Walzen folgenden Glühprozeß rückstandsfrei entfernbar sein, um eine entsprechend saubere Bandoberfläche zu hinterlassen. Beim Walzen selbst muß die Walzölemulsion eine ausreichende Schmierwirkung entfalten, die einerseits von der chemischen Zusammensetzung der Ölphase und andererseits von der Tröpfchengröße der Ölphase abhängt. Um diese Parameter über eine längere Betriebsdauer zu kontrollieren, ist eine Überwachung der Zusammensetzung der Ölphase erforderlich. Vorzugsweise soll diese automatisch ablaufen. Die Ölphase einer Walzölemulsion besteht häufig aus verseifbaren Komponenten oder enthält solche zumindest in beträchtlichen Mengen. "Verseifbar" ist eine Komponente dann, wenn sie mit Laugen unter Verbrauch von OH-Ionen reagiert. Diese Reaktion kann in der Neutralisation von Säuregruppen oder in der Spaltung von Estergruppen und Neutralisation der hierbei entstehenden Säuren bestehen. Die Verseifungszahl ist um so höher, je größer der Anteil der Komponenten ist, die mit OH-Ionen reagieren können. Die direkte Bestimmung der Verseifungszahl durch Ausführung der Verseifungsreaktion ist jedoch sehr zeitaufwendig und daher als Kontrollmethode im praktischen Betrieb wenig geeignet. Sie kann jedoch zu Kalibrierungszwecken herangezogen werden. In der Praxis besteht ein Bedarf nach Methoden, mit denen die Verseifungszahl rasch und vorzugsweise vollautomatisch bestimmt werden kann. Die Bestimmung der Verseifungszahl ist zur Kontrolle einer Walzölemulsion besonders geeignet, da sie empfindlich von häufig auftretenden Verunreinigungen der Walzölemulsion abhängt. Beispielsweise können während des Betriebs Ester in der Ölphase gespalten werden, so daß sich die Schmierwirkung ändert. Oder die Walzölemulsion wird dadurch verunreinigt, daß Fremdöl wie beispielsweise Schmier-, Morg- oder Hydrauliköl eingetragen wird, das wenige oder keine verseifbaren Anteile enthält. Auch hierdurch ändern sich Schmierwirkung und Rückstandsverhalten. In beiden Fällen nimmt die Verseifungszahl ab, so daß deren Kontrolle anzeigen kann, ob solche unerwünschten Prozesse eingetreten sind.
Es ist bereits bekannt, zur Ermittlung der Verseifungszahl einer Walzölemulsion Infrarotspektren der Ölphase zu verwenden (F. Klepper: "Schnelle Betriebskontrolle von Walzemulsion", stahl und eisen 120, Nr. 8, (2000), Seiten 45 bis 48). Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird das Öl aus der Emulsion mit Tetrachlorkohlenstoff extrahiert. Dieser Schritt hat den Nachteil, daß der Tetrachlorkohlenstoff einerseits toxikologisch bedenklich ist und damit die Handhabung nur unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen möglich ist, andererseits die Abfälle entweder energie- und zeitaufwendig regeneriert oder als Sonderabfall entsorgt werden müssen. Die Verseifungszahl wird aus FTIR-Spektren dadurch abgeleitet, daß man die Flächen der Absorptionsmaxima von Carbonylbanden und Kohlenwasserstoff C-H Banden ins Verhältnis setzt. Bei manueller Durchführung ist die Integration fehleranfällig und zusätzlich muß ein empirischer Korrekturfaktor eingesetzt werden. Dieses Bestimmungsverfahren der Verseifungszahl ist also insbesondere bei Verwendung durch wenig erfahrenes Personal vergleichsweise ungenau. Daher besteht ein Bedarf nach einem verbesserten, vorzugsweise automatisch einsetzbaren Verfahren zur Bestimmung der Verseifungszahl, das ohne die Verwendung von (umweltschädlichen) Hilfschemikalien auskommt und/oder das eine höhere Genauigkeit der Bestimmung erlaubt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein derartiges Verfahren zu Verfügung. Sie betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Bestimmung der Verseifungszahl der Ölkomponenten einer ÖI-in-Wasser-Emulsion durch Isolierung der Ölphase, die eine oder mehrere verseifbare Einzelkomponenten enthält, und Aufnahme von Absorptionsspektren im Infrarotbereich, dadurch gekennzeichnet, dass man a) einen Anteil der ÖI-in-Wasser-Emulsion in ein Gefäß überführt, b) den Wasseranteil in diesem Anteil der ÖI-in-Wasser-Emulsion durch Verdampfen entfernt, wobei der Olanteil in dem Gefäß verbleibt, c) den im Teilschritt b) weitgehend isolierten Olanteil in eine Messzelle überführt, d) ein Infrarot-Absorptionsspektrum des in der Messzelle vorliegenden Ölanteils aufnimmt und e) durch chemometrische Analyse des erhaltenen Absorptionsspektrums anhand von Vergleichsproben die Verseifungszahl bestimmt.
Das Gefäß in Teilschritt a) stellt vorzugsweise ein Spitzkolben dar, der ein Volumen im Bereich von 50 bis 1 000 ml aufweist. Im Teilschritt b) entfernt man den Wasseranteil vorzugsweise durch Verdampfen im Vakuum in einem Rotationsverdampfer. Verwendet man hierbei einen Spitzkolben, sammelt sich der verbleibende Olanteil in der Spitze und kann aus dieser im Teilschritt c) durch Ansaugen über eine Kapillare in eine Meßzelle überführt werden.
Die Meßzelle ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie es ermöglicht, das Infrarot- Absorptionsspektrum im Teilschritt d) nach der Methode der abgeschwächten Totalreflexion aufzunehmen. Dabei kann man das Infrarot-Absorptionsspektrum entweder unmittelbar durch Absorptionsmessung als Funktion der Wellenzahl oder mittelbar nach der Fourier-Transform-Methode bestimmen. Geeignete Messsonden sind im Stand der Technik bekannt. Bei dem bevorzugten Meßverfahren der abgeschwächten Totalreflektion wird der Meßstrahl ein- oder mehrmals an einer Grenzfläche totalreflektiert, die in Kontakt mit dem zu messenden Öl ist. Beispielsweise kann der Meßstrahl ein infrarotdürchlässiges Material durchlaufen, dessen Oberflächevon dem zu messenden Öl benetzt wird. An dieser Oberfläche wird der Meßstrahl ein- oder mehrmals total reflektiert wenn das Material einen vom Öl genügend abweichenden Brechungsindex aufweist. Vorzugsweise nimmt man im Teilschritt d) das Infrarot-Absorptionsspektrum über einen Wellenzahlbereich von 1 500 bis 3 200 cm"1 auf, da in diesem Wellenzahlenbereich diejenigen Absorptionsbanden liegen, die am stärksten mit der Verseifungszahl korrelieren.
Die Auswertung der Infrarotmessung erfolgt im Teilschritt e), indem man durch chemometrische Analyse des direkt oder indirekt erhaltenen Absorptionsspektrums anhand der Spektren von Vergleichsproben mit bekannter Verseifungszahl die Verseifungszahl der Meßprobe bestimmt. Zum Erstellen der Vergleichsdaten verwendet man Vergleichsproben, die entweder Mischungen von Ölkomponenten mit verseifbaren Einzelkomponenten mit bekannten Verseifungszahlen darstellen oder die aus Proben der eingesetzten Walzölemulsion bestehen, deren Verseifungszahlen man mit den üblichen naßchemischen Verfahren bestimmt hat. Aus den Spektren der Vergleichsproben kann man beispielsweise nach der Methode der kleinsten Quadrate (partial-least-square- Verfahren) oder nach dem principle-component-regression-Verfahren eine Kalibrationsdatei (Kalibrationsmatrix) erstellen. Durch Verrechnung der Kalibrationsmatrix mit dem Spektrum der Meßprobe läßt sich die Verseifungszahl der Probe berechnen. Dieser Ablauf kann vollautomatisch ohne Benutzereingriff erfolgen. Für die Erstellung geeigneter Kalibrationsdateien und die Automatisierung der Ergebnisermittlung gibt es geeignete Softwarepakete namhafter Hersteller.
Dabei sieht man vorzugsweise vor, daß man die Abfolge der Teilschritte a) bis e) zeitgesteuert automatisch wiederholt. Die Zeitabstände hierfür können beispielsweise im Bereich von 15 Minuten bis 2 Stunden liegen. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Qualitätskontrolle der Walzölemulsion sichergestellt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Bestimmungsvorgang jederzeit manuell zu starten. Beispielsweise kann dies der Fall sein, wenn eine Verschlechterung der Oberflächengüte nach dem Walzen oder eine erhöhte Reibung zwischen Walzen und Band festgestellt wird. Der Bestimmungsvorgang kann auch automatisch gestartet werden, wenn eine automatisch arbeitende Überwachungseinrichtung Schwierigkeiten beim Walzvorgang feststellt.
Das Verfahren ist beispielsweise auf eine Walzölemulsion anwendbar, die
80 bis 99,5 Gew.-% Wasser,
0,5 bis 20 Gew.-% Öl und
0 bis 20 Gew-% Emulgatoren enthält, wobei sich die Mengenanteile zu 100 Gew.-% ergänzen und das Öl eine oder mehrere verseifbare Komponenten enthält oder aus diesen besteht.
Dabei werden ölreiche Emulsionen mit Ölgehalten oberhalb von etwa 5 Gew.-% üblicherweise bei einer Direktapplikation verwendet. Ansonsten liegen die Ölgehalte der Walzölemulsion für die ersten Gerüste einer Tandemstraße im Bereich von etwa 1 bis etwa 3 Gew.-%, in dem letzten Gerüst im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 1,5 Gew.-%. Entsprechende Obergrenzen gelten für die Anteile an Emulgatoren, die üblicherweise geringer sind als die Ölanteile in der Emulsion.
Das Öl kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden verseifbaren Komponenten enthalten oder aus diesen bestehen: aus natürlichen Rohstoffen wie pflanzlichen oder tierischen Ölen gewonnene oder synthetisch hergestellte Glycerinester von gesättigten oder ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit etwa 10 bis etwa 22 C-Atomen oder synthetische Ester derartiger Fettsäuren, die als Alkoholkomponente beispielsweise Trimethylolpropan, Neopentylglykol, Etylhexanol, Pentaerythrit enthalten können. Die Emulgatoren können beispielsweise ausgewählt sein aus Alkylphenolethoxylaten, insbesondere aus Nonylphenolethoxylaten, und aus Fettalkoholethoxylaten und/oder aus Fettaminethoxilaten, die etwa 8 bis etwa 22 C-Atome im Alkylrest enthalten können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist so konzipiert, daß es programmgesteuert vollautomatisch, also ohne menschliches Eingreifen abläuft. Dies gilt nicht nur für den Ablauf der Bestimmung selbst, sondern auch für den Start des Bestimrnungsvorgangs, der vorzugsweise ebenfalls ohne menschliches Eingreifen vollautomatisch erfolgt. Zum vollautomatischen Ablauf gehören vorzugsweise auch Spül- und Reinigungsschritte für die verwendeten Geräte.
In einem erweiterten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Walzen von Metallband unter Verwendung einer ÖI-in-Wasser-Emulsion als Kühlschmierflüssigkeit ("Walzölemulsion"), die eine oder mehrere verseifbare Einzelkomponenten enthält, wobei man die Verseifungszahl der Ölkomponenten nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren, vorzugsweise vollautomatisch, bestimmt. Die regelmäßige Überprüfung der Qualität der Walzölemulsion auf die beschriebene Weise trägt dazu bei, ein konstant gutes Walzergebnis und eine entsprechend gute Oberflächenqualität des gewalzten Metallbands zu erhalten. Dabei wird vorzugsweise vorgesehen, daß bei einem Absinken der Verseifungszahl unter einen vorbestimmten Wert mindestens eine der nachstehenden Aktionen ausgeführt wird: i) Nachdosieren von Konzentrat der ÖI-in-Wasser-Emulsion, ii) Ausgeben einer Alarmmeldung iii) Austragen durch Aufrahmung und Abskimmen, gegebenenfalls durch zeitweise Abstellen der Rührwerke bzw. durch Magnetkettenfilter des mit Fremdöl kontaminierten Walzöles und Ergänzung durch Frischöl iiii) Verwerfen mindestens eines Teils der ÖI-in-Wasser-Emulsion und Ergänzen durch frisch bereitete ÖI-in-Wasser-Emulsion.
Dabei können die Aktionen i), ii), iii) und/oder iiii) entweder vollautomatisch oder insbesondere die Aktionen i) oder iii) oder iiii) auch manuell durchgeführt werden. In letzterem Falle kann vorgesehen werden, daß die Steuereinrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren eine entsprechende Empfehlung ausgibt.
Ein geringer Abfall der Verseifungszahl der Ölkomponenten während des wiederholten Gebrauchs der Walzölemulsion tritt üblicherweise auf und ist kein Anlaß, eine Alarmmeldung auszugeben oder ein Teil der Walzölemulsion zu verwerfen. Vielmehr genügt es dann, wenn der Abfall der Verseifungszahl im zu erwartenden Bereich liegt, gemäß Aktion i) Konzentrat der Walzölemulsion zu der eingesetzten Emulsion zuzugeben, bis der vorbestimmte Wert der Verseifungszahl wieder erreicht ist. Die hierfür erforderliche Menge kann bei bekannter Verseifungszahl des Konzentrats, dem Olanteil der Walzölemulsion und dem Gesamtvolumen der Walzölemulsion errechnet werden. Die nachzudosierende Menge an Emulsionskonzentrat kann jedoch auch aus Erfahrungswerten je nach Differenz zwischen dem vorbestimmten Wert der Verseifungszahl und dem tatsächlich gemessenen Wert vorgegeben werden. Vorzugsweise wird dieses Nachdosieren vollautomatisch ohne menschliches Eingreifen durchgeführt.
Für das Nachdosieren von Konzentrat der Walzölemulsion gibt man vorzugsweise einen Wertebereich für die Verseifungszahl vor, innerhalb dessen das Nachdosieren als einzige Aktion ausgeführt wird. Dabei kann der Wertebereich von der verstrichenen Zeitdauer seit dem letzten Nachdosieren von Konzentrat abhängen.
Fällt die Verseifungszahl stärker oder unerwartet rasch ab, liegt also unterhalb des vorbestimmten Wertebereichs für ein Nachdosieren von Konzentrat der Walzölemulsion, so kann dies auf eine Verunreinigung durch Fremdöl mit geringer Verseifungszahl hindeuten. Da hierdurch die Qualität der Walzölemulsion stark abfallen kann, wird in einem solchen Fall vorzugsweise vorgesehen, daß zumindest eine Alarmmeldung ausgegeben wird. Zusätzlich kann vorgesehen werden, daß entweder die Aktion iii) automatisch durchgeführt wird oder daß an das Bedienungspersonal der Anlage eine entsprechende Empfehlung ausgegeben wird.
Die Erfindung stellt also ein Verfahren zur Verfügung, mit dem automatisch mit ausreichender Genauigkeit die Qualität einer Walzölemulsion überprüft werden kann. Hierdurch kann ein gleichmäßig gutes Walzergebnis erzielt werden. Auch die erforderlichen Maßnahmen zur Wiederherstellung der Qualität der Walzölemulsion können automatisch eingeleitet werden. Hierdurch verringert sich der manuelle Aufwand für die Kontrolle der Walzölemulsion.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Verseifungszahl der Ölkomponenten einer ÖI-in- Wasser-Emulsion durch Isolierung der Ölphase, die eine oder mehrere verseifbare Einzelkomponenten enthält, und Aufnahme von Absorptionsspektren im Infrarotbereich, dadurch gekennzeichnet, dass man a) einen Anteil der ÖI-in-Wasser-Emulsion in ein Gefäß überführt, b) den Wasseranteil in diesem Anteil der ÖI-in-Wasser-Emulsion durch Verdampfen entfernt, wobei der Olanteil in dem Gefäß verbleibt, c) den im Teilschritt b) isolierten Olanteil in eine Messzelle überführt, d) ein Infrarot-Absorptionsspektrum des in der Messzelle vorliegenden Ölanteils aufnimmt und e) durch chemometrische Analyse des erhaltenen Absorptionsspektrums anhand von Vergleichsproben die Verseifungszahl bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das im Teilschritt a) eingesetzte Gefäß ein Spitzkolben darstellt, der ein Volumen im Bereich von 50 bis 1000 ml aufweist.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man im Teilschritt b) den Wasseranteil durch Verdampfen im Vakuum (z.B. in einem automatisierten Rotationsverdampfer) entfernt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Infrarot-Absorptionsspektrum im Teilschritt d) nach der Methode der abgeschwächten Totalreflexion aufnimmt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man im Teilschritt d) das Infrarot-Absorptionsspektrum über einen Wellenzahlbereich von 1500 bis 3200 cm"1 aufnimmt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Abfolge der Teilschritte a) bis e) zeitgesteuert automatisch wiederholt
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ÖI-in-Wasser-Emulsion eine Walzölemulsion darstellt, die 80 bis 99,5 Gew.-% Wasser,
0,5 bis 20 Gew.-% Öl und
0 bis 20 Gew-% Emulgatoren enthält, wobei sich die Mengenanteile zu 100 Gew.-% ergänzen und das Öl eine oder mehrere verseifbare Komponenten enthält oder aus diesen besteht.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ohne menschliches Eingreifen programmgesteuert abläuft.
9. Verfahren zum Walzen von Metallband unter Verwendung einer ÖI-in-Wasser- Emulsion als Kühlschmierflüssigkeit, die eine oder mehrere verseifbare Einzelkomponenten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verseifungszahl der Ölkomponenten der ÖI-in-Wasser-Emulsion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 bestimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Absinken der Verseifungszahl unter einen vorbestimmten Wert mindestens eine der nachstehenden Aktionen ausgeführt wird: i) Nachdosieren von Konzentrat der ÖI-in-Wasser-Emulsion, ii) Ausgeben einer Alarmmeldung iii) Austragen durch Aufrahmung und Abskimmen des mit Fremdöl kontaminierten
Walzöles und Ergänzung durch Frischöl iiii) Verwerfen mindestens eines Teils der ÖI-in-Wasser-Emulsion und Ergänzen durch frisch bereitete ÖI-in-Wasser-Emulsion.
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