铝板带单机架热轧机的乳液适用性分析及应用

张建辉

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

1 铝板带热轧过程中采用乳液的目的

在铝板带生产过程中，热轧是生产高附加值，特别是对深冲性能要求较高产品的重要加工工序，也是铝加工企业的主要成型方法之一。在热轧加工过程中，为了减少外摩擦的不利影响，保证成形过程的顺利进行，通常在热轧机的轧辊和铝锭之间施加乳液进行工艺冷却润滑，其主要目的有以下几点。

(1) 冷却润滑轧辊，保证轧制过程顺利进行。铝板带在成型过程中，尤其是热轧过程中极易发生铝材和轧辊之间的粘结，如果没有工艺冷却润滑，则会发生轧辊粘铝、缠辊，甚至断辊等事故。

(2) 降低热轧过程中力能消耗，实现大压下量轧制。采用乳液润滑可以极大的减少铝锭与轧辊的直接接触，减少铝锭在变形过程中的摩擦力和变形力，从而达到节能的效果。

(3)降低轧辊损耗，减少换辊次数，延长其使用寿命，提高生产效率。由于乳液具有防粘减磨的作用，使得铝锭与轧辊之间的摩擦状况得到明显改善，进而降低工模具磨损。

(4)改善铝板带质量。工艺润滑效果的好坏会对质量产生不同程度的影响。采用较好的热轧工艺润滑可以防止轧后板面产生辊印、划伤等，减少不均匀变形的程度，控制板型。由于轧辊的磨损得到控制，使得铝板带的尺寸精度也得到改善。

2 铝板带热轧乳液的分类、组成与制备

2.1 分类

铝板带热轧乳液主要有有皂乳液和无皂乳液。其中，有皂乳液控制和利用油酸和皂的作用；而无皂乳液摒弃油酸和皂或将它们的含量控制的非常低，对乳化剂要求很高，靠乳化剂稳定乳液系统。有皂乳液中的油酸本身具有较好的润滑作用，由于分子极性原因，它和金属离子反应形成金属皂，而金属皂本身也具有润滑作用；但其在含量过大时，对铝板带表面质量会有不良影响，容易造成表面质量缺陷(如“山水画”和“鱼眼”缺陷)。

2.2 组成[1]

实际生产中，乳液主要是由基础油、乳化剂、添加剂和水组成。组成乳液各组分的性能和含量都会对乳液的润滑性能、使用效果及使用寿命产生重要影响。一般来说，乳化液中的添加剂主要是抗氧剂、油性剂、极压剂、清静剂、防腐剂和消泡剂等，采用有皂技术的乳液还含油酸和皂。

2.3 制备[2]

在铝板带热轧乳液的制备过程中，先将乳化剂、基础油、添加剂等配制乳化油，再按比例兑去离子水配制成乳液。其制备方法、加料顺序、温度、时间、乳化液浓度等都会影响乳化液中油相颗粒直径，进而影响乳化液的稳定性和使用效果。实践证明，乳化剂、添加剂和基础油先混合，再经过机械搅拌后加入水中，在常温下乳化所形成的颗粒均匀且较细。

3 铝板带单机架热轧机的乳液适用性分析

近年来，我国的铝板带行业得到了飞速发展，单机架热轧机已有数十台投产运行，无皂乳液和有皂乳液均有应用。由于铝板带单机架热轧机需要兼顾热粗轧和热精轧这一特殊要求，不论采用哪种乳液，以下两方面的问题需要考虑。

第一，热粗轧大压下量咬入对乳液要求，和热精轧保证产品高表面质量需要良好润滑效果对乳液的要求存在矛盾。铝板带单机架热轧机在润滑要求上既不同于一般的热粗轧也不同一般的热精轧，有其独特的要求。热粗轧轧制铸锭较厚，咬入角与压下量较大，所以需要乳液提供相对较高的摩擦力以使轧件能顺利咬入，同时乳液也需要有良好的承载能力适应大压下量的要求。另外，热粗轧时铸锭温度高，压下量大，接触弧长，轧制所产生变形热和摩擦热也相对较大，所以热粗轧同时要求乳液具有较强的冷却能力。随着轧制过程的进行，热精轧的轧件温度已经相对较低，变形抗力增大，对表面质量缺陷敏感，所以要求对乳液是要具有良好的润滑能力，其润滑膜要有较高的承载能力。铝板带单机架热轧机介于一般意义上的热粗轧和热精轧之间，既要满足易咬入、冷却能力强、承载能力强，又要在轧制的后期提供良好的润滑能力。对于有皂乳液来说，油酸和金属皂在轧制过程中可以充当优良的润滑成分，同时该润滑成分和其它润滑组分或手段相比，它们对咬入性能影响较低，有相对足够的磨擦系数，处于可以接受的范围之内。而别的润滑成分，如润滑脂或者通过浓度调节方法，在解决润滑的同时，却带来咬入困难，影响整个轧制过程。

第二，热轧过程中会产生一定量的铝粉，这些铝粉需要去除，不然会影响铝板带的表面质量，特别是在热精轧阶段，容易影响表面质量甚至造成表面缺陷。热粗轧产生铝粉较少，进入热精轧工序后，铝板的厚度进一步变薄，温度降低，变形抗力加大，再结晶受到抑制，温度降低，表面积加大，热精轧出现铝粉的数量大幅增加。这些铝粉如不及时去除，对稳定轧制必然带来威胁，所以需要考虑用乳液将其冲洗掉或者兜住，不让其压制在铝件表面。按照目前热轧机配备的平床过滤系统，可以将大颗粒的铝粉去除，而对于细小的铝粉去除能力欠佳。对于有皂乳液，可以通过油酸和金属粉末形成皂，然后这些金属皂随同大油珠颗粒上浮，形成浮油被撇除。经过对乳液箱上面的浮油进行灰分分析，上层浮油的灰分含量是乳液中数倍，可见其去除铝粉的效果。对于无皂乳液，必须强化乳液过滤系统，考虑将其控制在可接受的范围内，否则会影响产品质量。

4 热轧乳液的生产实践应用

以国内某大型铝板带单机架热轧机的调试及生产为例，该机组主要用于生产表面质量要求高的产品，而且为了提高产量和产品的致密度，考虑在热粗轧阶段采用大压下量轧制。经过数次交流和考察，选用了有皂乳液，利用油酸和皂有利的一面，将其不好的一面控制在可接受的范围之内。在此过程中碰到过各种问题，乳液的各项指标是影响热轧板面质量非常重要的因素，甚至直接决定板面质量。

4.1 边部粘铝

机组投入运行不久，发现边部粘铝特别严重(图1)。组织取样送检，检测结果为，乳液温度56℃，浓度3.4%，pH值7.75，电导率197us/cm，灰分168mg/L，疏水粘度39.5m2/s，EST 0.89。

图1Fig.1

究其原因，主要是由于边部润滑不够造成。制定解决方案，适当改变轧辊中凸度，适当降低铸锭加热温度，添加乳油，进行大循环，将乳液浓度增加，板面质量恢复正常(图2)。同时对乳液取样检测，检验结果为，乳液温度55℃，浓度3.9%，pH值7.79，电导率216us/cm，灰分196mg/L，疏水粘度39.9m2/s，EST 0.9。

4.2 表面油污

热轧过程中，出现表面油污很严重(图3)，而且有少量亮点，进入热处理工序后，表面有黄油斑。对乳液取样送检，检测结果，乳液温度60℃，浓度4.6%，pH值6.57，电导率221us/cm，灰分226mg/L，疏水粘度42.8m2/s，EST 0.93。

图2Fig.2

图3Fig.3

经过分析，主要是由于乳液处于偏酸性和金属反应生成金属皂，以及乳液浓度偏高导致润滑过度。添加去离子水进行稀释，同时调整pH值，然后进行大循环，调整到55℃以上再进行轧制，情况好转，并逐步恢复正常(图4)。同时取样乳液送检，检验结果为，乳液温度56℃，浓度4.1%，pH值7.51，电导率212us/cm，灰分191mg/L，疏水粘度39.8m2/s，EST 0.91。

图4Fig.4

乳液在热轧过程中具有很重要的地位，根据不同情况，对乳液进行适时调整，这样才能最大限度地发挥乳液的作用，提高产品质量。

5 结论

根据上述分析及生产实践应用，若生产对表面质量要求不太高或不敏感的产品，例如复合材料等，可以考虑选用无皂乳液。如果考虑生产对表面质量要求高或敏感的产品，建议采用有皂乳液。另外需要说明的是，有皂乳液比无皂乳液的维护成本要高一些，特别是在热轧停产阶段，采用有皂乳液需要大循环和加热，使其保持新鲜性和控制在一定的温度以抑制细菌的生长。