Смазочно-охлаждающие жидкости при производстве проката

By | 28 января, 2013

Основными функциями смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) являются: снижение коэффициента трения, уменьшение износа валков, предотвращение налипания металла на валки, предохранение полос от задиров, формирование микрогеометрии поверхности полосы, очистка поверхности полос от загрязнений, отвод тепла из очага деформации, регулирование теплового профиля валков. СОЖ должны удовлетворять определенным требованиям — быть стабильными в эксплуатации, удобными при подаче на полосу и валки, при хранении, приготовлении и удалении с поверхности полос, поддаваться регенерации, быть экономически целесообразны при использовании и недефицитны, не оказывать вредного влияния на окружающую среду [28].

Смазочно-охлаждающие жидкости при производстве проката

В ЦХП первой точкой нанесения технологической смазки является НТА — с целью предохранения металла от коррозии при хранении протравленных рулонов перед холодной прокаткой, а также защиты полос от царапин и задиров при смотке полос в рулон после травления. Нанесенная на НТА смазка становится и технологической смазкой при прокатке полосы в первой клети нсхп. Поэтому в этой смазке применяют те же компоненты, что и при холодной прокатке.

 Смазку применяют и при производстве горячекатаных травленых полос, при этом она играет роль консервационной смазки. Однако практика показала, что поверхность протравленной полосы с остаточными ионами хлора в атмосфере цеха, особенно при перепадах температуры и высокой влажности, оказывается недостаточно коррозионностойкости, По данным работы, она составляет 1-2 суток. В связи с этим на НТА-2 ЦХП ОАО HJIMK проведена реконструкция. Подробнее о ней и достигнутых результатах сообщено в разделе 1 главы 4.

Непосредственно на станах холодной прокатки полос применение СОЖ обязательно. В ряде случаев их не применяют при дрессировке отожженных полос.

Применяемые при холодной прокатке смазки классифицируют по агрегатному состоянию и химическому составу:

1. Минеральные и растительные масла и их смеси между собой или с синтетическими маслами (компаунды).

2.  Водомасляные смеси.

3.  Эмульсии.

Наиболее распространенными минеральными маслами являются трансформаторное, индустриальное, цилиндровое, прокатное. Их получают из нефти и используют с небольшими добавками антикоррозионных, моющих, противоокислительных присадок. Из растительных масел применяют пальмовое, хлопковое, подсолнечное, кориандровое. При прокатке растительные масла подают на полосу или валки в чистом виде либо в виде механической смеси с водой (дисперсии).

Эмульсии типа масло-вода получили широкое распространение благодаря высокой охлаждающей способности, возможности длительного использования в циркуляционных системах, сравнительно низкому расходу смазки. Получение устойчивых эмульсий возможно при наличии в них эмульгаторов. Для приготовления эмульсий используют эмульсолы — композиции из минерального масла, эмульгатора и присадок. Эмульсии из них приготавливают непосредственно в прокатном цехе. В настоящее время наиболее распространены метастабильные эмульсии. Эти растворы изготавливают из масла на основе, главным образом, растительных жиров. Содержание масла в растворе 2- 10%. Для поддержания масла в дисперсном состоянии суспензия непрерывно перемешивается. Температуру эмульсии при подаче на валки выдерживают в пределах 40-50°С.

Подача эмульсии должна быть равномерной и регулироваться по длине бочки валков. В цехах жести чаще всего применяют пальмовое масло и его водные эмульсии (расход пальмового масла 3-4,5 кг на 1 т проката). На многовалковых станах используют минеральные масла.

Вопросам разработки составов и способов подачи технологических смазок при холодной прокатке всегда уделялось большое внимание и различными научно-исследовательскими организациями разработано большое их число для конкретных условий СХП и прокатываемых материалов.

Продолжаются эти работы и в последние годы. Так, в работе [53] дана структура современного эмульсола. Это композиция, состоящая как минимум из минерального масла; сложных натуральных и синтетических эфиров; противоизносных присадок; противозадирных присадок; пакета эмульгаторов; специальных присадок, облегчающих испарение эмульсола при отжиге (в последние годы на основе соединений серы); ингибиторов коррозии; антиоксидантов.

Первые четыре компонента обусловливают смазочную способность эмульсола. Пакет эмульгаторов определяет стабильность эмульсии; чистоту поверхности прокатываемых полос; размер капель масляной фазы эмульсии, при увеличении которых смачиваемость поверхности прокатываемой полосы улучшается, увеличивается количество масла на полосе, а следовательно, повышаются смазочные свойства эмульсии. Очень большое значение имеют соединения серы для повышения испаряемости остаточного эмульсола, адсорбированного на полосе, из межвиткового пространства рулонов при отжиге в садочных колпаковых печах. Кроме того, соединения серы влияют на повышение смазывающей способности эмульсола. Ингибиторы коррозии вводят в эмульсол для защиты холоднокатаного листа от коррозии в период межопера- Ционного срока хранения от момента окончания холодной прокатки до начала отжига. Антиоксиданты уменьшают вероятность бактериального поражения эмульсии и увеличивают срок ее службы.

Особенности химического состава эмульсолов являются ноу-хау фирм- производителей, и их определение представляет значительную трудность.

Современные эмульсолы должны обеспечивать высокое суммарное обжатие за проход благодаря эффективным смазочным свойствам даже при прокатке на высоких скоростях, исключать предварительное нанесение эмульсола для смазки полосы в линии непрерывных травильных агрегатов, обеспечивать высокое качество поверхности полосы, уменьшать отложение смазочного компонента на оборудовании прокатных клетей, способствовать снижению производственных затрат.

Состав эмульсола оказывает различное влияние на энергосиловые параметры, стабильность процесса прокатки и качество проката в зависимости от условий прокатки на конкретном стане, то есть для каждого стана необходим подбор своего оптимального эмульсола.

На стане 2030 ОАО НЛМК с 1981 г. постоянно ведется поиск наиболее эффективных эмульсолов. За 1981-2004 г.г. проведены исследования эмульсолов. Далее приведены результаты этих исследований по наиболее эффективным из них [53].

1. Промышленные испытания эмульсола «Quakerol 671М»

Основной задачей при исследовании этого эмульсола была оценка возможностей прокатки полос со скоростью выше 17 м/с и снижения содержания посторонних масел в эмульсии.

В процессе испытаний контролировали уровень энергосиловых параметров, стабильность процесса прокатки и состояние поверхности полос.

Результаты испытаний показали, что загрязненность проката при использовании эмульсий «Quakerol 671М» и «Quakerol 671» находилась на одном уровне. При прокатке металла по схеме 2,34-2,5 0,5-0,6 мм в диапазонах скоростей 8,3-15,8 и 16,7-19,2 м/с средняя загрязненность проката по коэффициенту отражения на эмульсии «Quakerol 671М» составила, соответственно, 62 и 70%, на эмульсии «Quakerol 671» — 65 и 67%.

Анализ энергосиловых параметров процесса прокатки металла с обжатием 77-80% на скорости 10-17,3 м/с не выявил значительных отличий по уровню усилий и моментов прокатки.

Таким образом, эмульсолы «Quakerol 671М» и «Quakerol 671» обеспечивают стабильную прокатку металла на скоростях до 16,7-17,5 м/с при содержании посторонних масел в масляной фазе эмульсии ниже 14%.

Ограничением для дальнейшего увеличения скорости прокатки является появление рисок перегрева (тепловых царапин) на полосе, возникающих в основном в 3-й и 4-й клетях стана.

Риски перегрева возникают на рабочих валках как следствие микросхватывания прокатываемого металла с поверхностью валка в условиях недостаточных смазочных свойств масляной пленки между трущимися поверхностями валков и полосы. С увеличением скорости прокатки и обжатия растет температур на поверхности контакта валков и полосы, приводящая к снижению вязкости масляной пленки и ее частичному разложению. Процесс разложения смазочного слоя и потери им смазочных свойств начинается, как только температура в очаге деформации превысит предел термостабильности эмульсола, ртянутого с полосой в очаг деформации клети.

В связи с повышенным расходом и незначительным положительным эффектом эмульсола «Quakerol 671М» было решено отказаться от его использования.

2. Промышленные испытания эмульсола «Quakerol 673» (1-й этап)

Дальнейшее изменение сортамента стана 2030 в сторону уменьшения толщины и ширины прокатываемых полос потребовало увеличения скорости прокатки до 18,3-21,7 м/с, чтобы компенсировать снижение производительности стана. Решение этой задачи потребовало внедрения нового эмульсола для высокоскоростной прокатки. С этой целью фирма «Quaker Chemicl» разработала новый эмульсол и на стане 2030 в 2002 г были проведены его испытания, которые дали положительные результаты, но показали необходимость проведения определенных реконструктивных мероприятий эмульсионной системы (см. работу).

Повторные испытания эмульсола «Quakerol 671» показали, что при его использовании возможно повышение скорости прокатки полос толщиной 0,5- 0,69 мм с 11,7-17,5 до 18,3-22 м/с при сохранении высокого качества поверхности проката и снижении энергосиловых параметров процесса прокатки.

Для повышения эффективности листопрокатного производства необходимо создание комплексной методики, позволяющей обеспечить целенаправленный выбор составов технологических смазок. При этом методологической основой следует принять механизм граничного трения. В качестве оценки фрикционного взаимодействия трущихся поверхностей в зоне деформации следует использовать величину напряжения трения (тД определяемую как условиями прокатки (конструктивными параметрами прокатного стана, условиями подачи смазки и охлаждения, скоростями, деформационными режимами, режимом натяжений полосы и др.), так и свойствами технологической смазки.

Одно из основных положений предлагаемой методики заключается в том, что способность технологических смазок обеспечивать выполнение разнообразных, часто взаимоисключающих друг друга требований обусловлена их сложным составом, когда каждая составляющая смазки выполняет определенную функцию. Таким образом, при разработке состава технологических смазок следует руководствоваться принципом: многофункциональность смазки обеспечивается ее многокомпонентностью.

Исходя из современных требований, предъявляемых к рассматриваемым эмульсиям, авторы работы представляют состав эмульсолов в виде схемы, приведенной на рис.76, и предлагают три основных этапа разработки состава смазки

—   анализ условий технологического процесса, обоснование направления разработки и формулировка технических требований к смазке;

—   выбор состава смазки и комплексная оценка ее в лабораторных условиях;

—   оценка разработанного состава в производственных условиях.

Окончательное заключение о результате разработки может быть получено после опытно-промышленного опробования, выявления возможных побочных эффектов и технико-экономической оценки.

На первом этапе при анализе технологического процесса, исходя из имеющегося (или предполагаемого) оборудования, сортамента выпускаемой продукции, существующих аналогов, определяют тип эмульсии: минерально-масляная, жировая или комбинированная.

По результатам анализа принятого технологического процесса определяют количественные значения важнейших показателей при следующих основных требованиях: обеспечение оптимального значения напряжения трения, защита поверхностей от повреждений, получение требуемой микрогеометрии поверхности, сведение к минимуму загрязнения на поверхности изделия, поступление смазки в зону трения, высокая охлаждающая способность, долговечность и стабильность эмульсии.

Прокатные эмульсии не должны снижать качества изделий и в процессе последующей термической обработки: продукты смазки должны легко удаляться с поверхности, не вызывать пятен и дефектов поверхности в виде сажистого налета.

Необходим учет и других требований, таких как пожаробезопасность, нетоксичность, пригодность к транспортированию и хранению, недефицитность сырья.

Важнейшей задачей является определение требуемой величины напряжения трения, которую предлагается рассчитывать исходя из выбранных или имеющихся деформационно-скоростных режимов прокатки, режимов натяжений, характеристик прокатного стана, профильного и марочного сортамента выпускаемой продукции на основе закономерностей, полученных авторами работы с позиций граничного трения и экспериментальных исследований процесса холодной прокатки.

 

Значения базового напряжения трения для некоторых эмульсолов и смазочных веществ

Рис. 77. Значения базового напряжения трения для некоторых эмульсолов и смазочных веществ

Компонентный состав эмульсолов для холодной прокатки стальных листов и полос

Рис. 76. Компонентный состав эмульсолов для холодной прокатки стальных листов и полос

На рис.77 приведены значения базового напряжения трения для некоторых эмульсолов и смазочных веществ.

Ряд показателей технологической смазки окончательно может быть определен только в производственных условиях: склонность к образованию дефектов, влияние на качество поверхности, долговечность в эксплуатации. В процессе промышленного опробования новой технологической смазки может потребоваться корректировка технологических режимов прокатки, а иногда и оборудования, в первую очередь адаптация систем технологической смазки и охлаждения к новым составам СОЖ. Предлагаемый подход к разработке технологических смазок представлен на рнс.78.

При разработке новых и анализе уже используемых эмульсолов необходимо учитывать их неразрывную связь со всем технологическим циклом производства. Переход на новую технологическую смазку или изменение ее состава, как правило, требует изменения деформационно-скоростного режима прокатки, совершенствования параметров прокатки по температурным условиям, расходу СОЖ, концентрациям и срокам эксплуатации эмульсий, иногда —совершенствования систем их подачи и очистки. Таким образом, новая эмульсия — это новая технология, новое качество.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *