有色金属轧制工艺润滑技术研究.pdf

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#相关技术#有色金属轧制工艺润滑技术研究李德峰1,孙建林2（1.中国有色金属工业技术开发交流中心,北京100814;2.北京科技大学,北京100814）摘要:

本文由轧制工艺润滑机制入手,探讨了有色金属轧制工艺对润滑的要求,以及工艺润滑的现状与发展,并结合工艺润滑中存在的问题提出参考意见。

关键词:

润滑技术;轧制润滑机制;热轧工艺润滑;冷轧;润滑剂;浮化液中图分类号:

TG356.16文献标识码:

B文章编号:

10021752（2000）06005803自从1886年润滑力学的创始人雷诺（O.Reynolds）导出了著名的雷诺方程以来,润滑力学为工艺润滑技术的应用和发展提供了重要的理论依据。

目前,工艺润滑作为金属加工的一个重要环节,不仅可以降低加工过程中的力能消耗和工模具的损耗,而且还能提高加工后产品尺寸精度和表面质量,提高生产效率,因此受到人们的广泛重视。

此外,发展新的工艺润滑技术,对改进传统落后的润滑方式,控制板形,改善轧后制品表面质量都有积极的促进作用。

附图轧后工件表面形貌1轧制润滑机制1.1润滑状态常见的润滑状态分为流体润滑（HydrodynamicLubrication）、混合润滑（MixedLubrication）和边界润滑（BoundaryLubrication）。

当变形区表面完全被流体压膜覆盖时,摩擦系数最低,形成流体润滑状态。

在此种情况下,由于轧辊与轧件表面完全被油膜隔开,使轧材表面得不到充分压碾,粗糙如同自然表面,见附图a;相反,当润滑剂粘度小,速度低,不能形成有效的油膜时,则产生混合润滑状态,见附图b;而当变形区内存在一层极薄的边界膜时,则形成边界润滑状态,见附图c。

这种边界膜即防止了轧辊与轧件表面的粘附,又使轧件表面得到轧辊的充分压碾。

这时轧后表面较光亮,接近于轧辊粗糙度。

最常见的润滑状态是混合润滑。

1.2膜厚数学模型近年来,流体润滑理论日臻成熟,采用流体润滑模型求解油膜厚、压力速度等参数时主要有两个方程。

雷诺（O.Reynolds）方程:

dpdx=G（U1+U2）（h-h-）h3卡尔曼,（V.Karmam）方程:

dpdx-（2Rt）（dtdx）-2St=0Wilson和Walowit112在比较了弹性流体动力学入口区与塑性流体动力学入口区的区别后,建立了带有前后张力的厚膜轧制变形区入口厚度ha公式:

ha=3GHR（Va+Vr）Xa（1-e-H（Rc-Rxa）式中:

G）轧制油常压动力粘度;H）压粘系数;R）轧辊半径;Rc）轧件平面变形抗力;Rxa）后张力;Xa）变形区长度;Va）轧件入口速度;Vr）轧辊速度。

Taso122对Wilson的式进行改进并考虑了轧制弹性变形,提出混合润滑塑性变形区入口膜厚的计算。

直到1978年Pater和Cheng132提出了混合润收稿日期:

1999-12-24#58#轻金属2000年第6期滑的平均流动模型真正解决了混合润滑膜厚计算,随后Wu142等人在雷诺方程的基础上又提出了/接触因子5C0的概念,简化了求解步骤,并推导出表面粗糙度诸如高斯分布、三角形分布等接触因子计算公式。

边界润滑除了直接与加工条件有关外,还受到一些表面活性剂的物理及化学性质的影响,因此迄今为止,对金属轧制过程的边界润滑了解不多,还没有形成系统的边界润滑理论,对其应用仅处于试验阶段。

1.3热轧润滑机制到目前为止,对热轧润滑机制的研究远落后于对冷轧润滑的研究。

其主要原因是温度的影响,通常当热轧润滑剂（油水混合液）进入变形区与高温轧材接触时,一部分油燃烧成灰,一部分以油膜形式覆盖在轧辊与轧件接触面上,两者都起润滑作用。

此外,另有观点认为152,在热轧时辊缝中起润滑作用的已不再是润滑油本身而是其分解产物（主要是碳）。

1.4最新进展近年来,一些国内外学者162提出了/薄膜润滑0的概念,认为混合润滑只是描述各种润滑状态共存的情况,因而并不是一种基本的润滑状态。

作为流体润滑状态与边界润滑状态之间的薄膜润滑状态涉及到两接触面形态及润滑剂的流体特征和分子吸附特性,其膜厚为亚微米级。

2热轧工艺润滑在有色金属轧制中,占比例较大的是铝、铜及其合金。

在热轧铜、铝及其合金时,由于轧制温度高（铜为800850e,铝为400510e）,极易发生粘辊,恶化轧后产品表面质量,因此必须使用冷却性较强的乳化液进行冷却润滑,以确保热轧生产的顺利进行。

为此,热轧乳化液应具备下列性能:

稳定性高;热分离性好,即乳化液在高温辊面上油水分离,油起润滑作用,水起冷却作用;对轧辊的洗涤性及轧后金属粉尘分离性好;对金属无腐蚀无毒、无味,使用周期长。

热轧乳化液通常为水包油（O/W）型,乳化剂有离子型和非离子型,而添加剂则包括抗氧剂、油性剂、极压剂、防锈剂、防腐杀菌剂及消泡剂等。

另外,浮化液的正确使用及维护也是影响其使用效果的重要因素之一。

目前,从理化性能、工业应用效果来看,我国铝及其合金热轧乳化液发展水平基本达到国际同类产品水平,表1列出了几种有代表性的铝热轧乳化液的主要参数172。

铜及其合金热轧乳化液大体上与铝相同,如美国Mobil公司的PROSL67既可轧铝,也可轧铜,但是铜粉尘易与乳化液中的活性物质反应形成铜皂,使得乳化液使用周期缩短。

另外,由于铜的热轧温度比铝高得多,故在热初轧时有时也用水冷。

3冷轧工艺润滑由于冷轧板带、箔板对轧后表面质量要求较高,有些产品又要进行中间退火或成品退火,所以,要求表1几种有代表性的铝热轧乳化液性能性能乳化液产品粘度40emm2/s油膜强度5%,NpH值5%使用浓度%使用周期月研制单位59L12210390490718810371前苏联A-100HR561768571571522156日本PROSOL675510-71591056美国Mobil公司200#-68578571271558612西南铝加工厂84#-6857858108151312广州机床研究所LRE-885616685735715231012中南工业大学润滑剂在起减摩降压作用的同时,着重要考虑对轧后及退火后的表面质量的影响。

为此,冷轧润滑剂均是以轻质物质油为基础油,成份有饱和烷烃和正构烷烃两种类型,其中碳原子个数在8以上172,除此以外还应满足:

基础油粘度适当;表面张力低,润滑性好;闪点高,馏程窄;硫及芳烃含量少;退火后表面无油斑。

表2列举了几种冷轧铝材润滑剂的基础油相关性能,从中可以看出:

国产基础油完全可与国外同类产品相媲美,现在关键是添加剂,添加剂通常都是长链的活性物质,以增加基础油的润滑效果,但也往往#59#2000年第6期李德峰,孙建林:

有色金属轧制工艺润滑技术研究对轧后,特别是退火后产品表面造成不利影响182。

所以说,添加剂配方是冷轧工艺润滑剂好坏的关键,这也同时是我国与国外先进水平的差距所在。

现今,添加剂均朝着复合型发展,因此各种添加剂复合,复合比例以及添加剂的用量就显得十分重要了。

表2国内外一些典型冷轧油的基础油产品性能EXXON公司D80ESSO公司Somenter34Mobil公司Genrex56国产Sun-1国产Sun-2国产Sun-3密度,15b,g/cm3017901810187018001760177粘度,40e,mm2/s115221401174115611712133闪点,e80106858591106酸值,mgK/g00010400100501005澳价,gBr/10g01101003012040114馏程,e204232235265215255201236216253240278硫/芳烃含量,ppm/%3/0185/115/75/0174/12/1用途铝箔铝板、带铝带、箔铝箔铝箔带铝板近几年来,在铜材轧制过程中越来越多地采用光亮退火,由于光亮退火省去了原来退火后的酸洗和刷试两道工序,因此对轧制油提出了更高的要求,即除具有轧制油应有的性质外,更重要的是光亮退火后铜材表面不能形成油污或斑渍,典型的适用于铜材轧制光亮退火的乳化液和矿物油分别见表3和表4。

表3国外铜材轧制乳化液有关性能产品性能美国Mobil公司美国ESSO公司PRODOL35prosol66ea66apSomenterSE2乳化油粘度,40emm2/s27103610461031稳定性稳定极稳稳定稳定对水质要求350ppm无无无用途冷轧热、冷轧冷轧热、冷轧表4国外铜材冷轧矿物油有关性能性能产品运动粘度40e,mm2/s闪点e酸值mgKOH/g馏程e用途Genrex22B210850103215260精轧（箔）Genrex24B4131300105260320精轧（板）Genrex26B8171500102280340粗轧Somentor537181450110240340轧铜,黄铜4润滑剂的使用和管理油基润滑剂必须具有冷却和润滑的双重功能,为了建立稳定的循环系统需要有加热器、冷却器、沉淀箱、过滤器等整套设备。

轴承处和液压系统漏油会流入润滑油,使带卷产生油斑,特别是低温退火时（一般180260e）,油斑更为严重,为了改善油封问题,可采用不产生油斑的一些合成物或制造在极低粘度润滑油下能很好工作的轴承等。

为了使带卷少带油可在出口侧用气刀、毡刷或边辊除油。

轧制时,油温控制也很重要,油温过高或过低,都会对其润滑与冷却效果产生影响,一般油温控制在5060e。

润滑剂（乳化液）的使用浓度也是其管理的重点项目之一,因为润滑剂的浓度变化,会引起其润滑性和冷却性的变化,随浓度增大,润滑性提高,冷却性下降。

供油方法,特别是热轧时,对润滑剂使用效果有很大影响,常使用方法有:

直接注入法、蒸汽雾化混合法、油水预搅拌混合法、油水在管路中直接混合法。

利用电磁技术192净化润滑剂（乳化液）,设计撇油装置、乳化液回收装置及磁过滤器1102,利用轧机工艺润滑分段冷却系统等1112可延长润滑剂使用寿命,提高轧制质量。

加强润滑剂的使用和管理具有巨大的经济效益,如:

在55001700mm二辊轧机上使用新型CARE752铝合金热轧乳化液,并加强管理后,使用浓度由原来的8%10%下降到2%3%,乳化液单耗由11149元/t降到2137元/t。

一年节约乳液费用44万元,还改善了产品质量,轧辊寿命提高40%。

5结语金属加工生产正朝着连续化、高速化和自动化方向发展。

加之,对产品表面质量及精度要求越来越高,这就必须要有先进的工艺润滑剂与之相适应,考虑到我国有许多中小企业技术设备还比较落后,润滑管理水平也比较低,为此有必要在研制各种高档专用润滑剂的同时,还要考虑到使用方便,管理容易等需要。

目前润滑剂的研究,生产与应用,已达到了较高的技术水平,其总的发展趋向是多效、长寿命、少维护、节能与减少和消除对环境的污染等。

具有更好#60#轻金属2000年第6期变电所自动化的现状及发展趋势刘金成1,曹俊英2（1.本溪冶金高等专科学校,辽宁本溪117022;2.沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001）摘要:

通过对近年来电力系统中变电所自动化现状的分析,客观地反映了我国目前变电所自动化的发展现状及技术水平。

提出了集中式、分布式及部分功能集中部分功能分布式变电所综合自动化系统总体配置的想法。

这几种方式的综合自动化结构,是适合我国国情的最好方式,随着科学技术水平的不断发展,变电所自动化水平将得到很大的提高,也将为祖国建设发挥其应有的作用。

关键词:

变电所自动化;现状;发展趋势中图分类号:

TM63文献标识码:

C文章编号:

10021752（2000）06006103电力系统自动化是近十几年来在我国刚刚兴起的新技术领域,且自动化技术的发展与计算机技术密不可分,由于计算机技术的飞速发展,使得自动化领域也出现了前所未有的发展势头。

电力行业作为国民经济的一个重要支柱产业,在自动化领域的发展过程中也始终处于先行地位。

因为电力行业的发展步伐直接影响着国民经济的发展和人民生活水平的提高。

对供电系统来说,发展方向就是要扩大供电量,增加各等级变电所的数量。

这就给我们提出了一个新的课题,要保证电网的安全稳定运行,要必须准确地监视和控制繁杂的供电网,要达到这一目的,就得及时地掌握变电所的运行情况,了解电网运行的动态数据,这一切都要靠提高变电所自动化水平来实现。

早在80年代初,变电所的自动控制一般是靠一些常规的设备来完成,如常规远动设备、常规保护设备等。

到了80年代中期,计算机技术得到广泛应用,但当时多数以单板机为主机设备,不具备变电所当地功能,所采集的量也极为有限。

80年代末,由于微型机技术的成熟和普及,使得以微机为主机的远动设备成为现实,同时也打破了常规保护一统天下的局面,出现了微机保护新设备。

可以说这两种设备的出现是电力系统自动化水平的一次飞跃,为将来的发展奠定了基础,为实现变电所无人值守提供了一定的条件。

近年来,由于工业控制机的引进与发展,使其已逐步应用于上述产品之中。

因为工业机具有极其优秀的性能,所以使得各种设备的可靠性也大为提高。

1国内变电所自动化的现状改革开放十几年来,国民经济飞速发展,人民的物质文化水平日益提高。

但从全局来看,发展水平不尽相同,在国内各地区,变电所自动化水平也参差不齐。

总的看来,沿海经济开放地区发展速度较快。

以能代表自动化发展水平的无人二次变为例,深圳地区已有相当部分达到无人值守,在自动化方面,具备了遥信、遥测、遥控、遥调功能,并具有微机保护设备。

遥控的实现,可避免运行人员的误操作,计算机根据当前的运行状态,做出正确的判断,供运行人员参考,避免系统事故的发生,减少人身伤亡及财产损的低温流动性和耐高温的合成油、水基润滑剂等新型润滑剂具有更广阔的应用前景。

有色金属加工润滑剂正朝着水基和油基两个方向发展,然而,这与传统的水基和油润滑剂有很大差别,对于水基润滑剂主要是在满足一定的润滑、防锈等性能要求的同时,更加强调其冷却性能,以保证加工高速化的需要,而油基润滑剂则应以提高加工后产品尺寸精度和表面质量为重点,其组成的矿物油需加各种高效添加剂。

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1215.1102楼大卫,阎润民.轧钢1J2.1997,9

（2）:

3437.1112倪熙安.轧钢1J2.1998,2

（1）:

2326.（责任编辑文华里）收稿日期:

1999-12-06#61#2000年第6期轻金属