乳化液在铝板带轧制过程中的重要作用

崔洪波

【摘 要】铝板带热轧制乳化液的特性和在生产轧制过程中发挥的冷却润滑作用。

【关键词】乳化液；润滑；冷却；分散相；浓度；油膜

1.乳化液的特性

两种互不相溶的液相，一种液相以0.1～100μm的微小液滴的形式，均匀的分布于另一种液相中，形成的两相平衡体系，称为乳化液。乳化液的组成主要是基础油、水、乳化剂和各种添加剂。在乳化液的两相平衡体系中，含量少的称为分散相，含量多的称为连续相。若分散相是油，连续相是水，则形成O/W型乳化液，反之则形成W/O型乳化液。铝板热轧一般使用O/W型乳化液，其基本性能如下：

（1）无毒、无味，维护管理方便，使用周期长，并且破乳容易，排放达标，对环境无污染。

（2）对轧辊的洗涤作用强，轧后铝粉分离性好。对轧辊及设备无腐蚀。

（3）良好的稳定性和热分离性。乳化液的稳定性主要是由稳定性指数和乳粒的尺寸大小决定的。乳化液是基础油和水在高速搅拌下形成的乳状液体，油和水是两种互不相溶的液体，这种乳状液体混合时不能形成稳定的平衡体系，极易分离，需要在油水混合体系中加入表面活性剂，即乳化剂，才能形成相对稳定的乳化液。乳化液的稳定性指数，是在热力学上不安定的乳化液的安定性指标，数值越高，乳化液越稳定。铝板热轧用乳化液的稳定性指数一般在0.4～0.8之间，太高，影响乳化液的热分离性，太低，增加乳化液耗量，严重的甚至影响乳化液的正常使用。乳粒的尺寸越小，则乳液越稳定。乳化液的乳粒尺寸取决于乳化体系的HLB值及乳化液循环系统的搅拌力和温度等因素。随着使用时间的增加，乳化液的粒径逐渐粗化长大，乳化液的稳定性下降。

乳化液喷射到温度很高的铝板和轧辊上，平衡状态遭到破坏，油水迅速分离，水分蒸发带走了大量的热量，对轧辊和铝板起到冷却的作用，剩下的水和油形成的反乳均匀的扩散在金属的表面上，形成润滑油膜，对轧制起到润滑作用。图1为乳化液的热分离原理图。

热分离性的过程越短，乳化液对轧辊的冷却润滑作用越强，反之亦反。这个过程与轧辊和轧件的温度有关，和乳液本身的性质有关，另外，基础油的黏度、添加剂、乳化液中油滴的尺寸及分布、乳化液的使用时间等都会影响乳化液的热分离性。图2是浓度为8%的乳化液在轧辊不同温度下的分离情况，从图上可以看出，轧辊和轧件的温度越高，乳化液的热分离性就越好。图3是浓度为8%的标准乳化液和浓缩乳化液的对比，从图中可以看出在相同浓度下，油滴大小均一，分布均匀的标准乳化液热分离性好，能够形成一层明显的油膜，而另一种油滴分布不均匀的乳化液油水分离不彻底，没有形成明显的油膜。图4为新旧乳化液的对比，从图上可以看出，使用一段时间后的乳化液乳液偏松，乳粒变大，在油滴水中分布不均，热分离性下降，也没有形成明显的油膜。

图3 不同乳粒的乳化液热分离性对比 图4 新旧乳化液热分离性对比

乳化液处于一种脆弱的油水平衡状态，稳定性和热分离性都是有条件的。温度、水质、外界污染、生物行为等因素都能够影响它，乳化液的温度最好控制在40℃～60℃之间，如果低于40℃，容易滋生各种微生物，使乳化液容易变质，并且乳化液的热分离性变差，润滑性能也随之下降；随着温度升高，大多数微生物被杀死，热分离性也变好，但当温度高于75℃时，乳化液中的添加剂就会析出，影响乳化液的稳定性。在生产时，乳化液的温度在55℃～65℃之间，这时乳化液的稳定性和热分离性都较好；停机时乳化液的温度控制在40℃～50℃之间，既减少热能，又防止细菌滋生。乳化液对水的PH值、电导率、硬度等都有要求。PH值最好在6～8.5之间，电导率低于50μs/cm，硬度应在100～200ppm之间，硬度过大的水不但会影响乳化液的稳定性和防锈性，并会加快细菌的繁殖。

2.乳化液的功能

（1）润滑作用：乳化液在与高温的铝板和轧辊接触时稳定的乳化状态被破坏，油水分离，油吸附在铝板和轧辊表面，油滴连接铺成油膜，并进入轧制变形区，起到润滑作用，减小轧辊表面粘铝，降低轧制力，减少能耗；降低轧辊的磨损；有利于板形控制，清洁带材表面，提高成品质量。皂化值是轧制润滑剂润滑性的标志，皂化值越高润滑性越好。乳化液的润滑性还受润滑液离水展着性的制约，离水展着性是润滑液游离油的能力，是乳化液中颗粒大小分布的一种宏观表现。而且随着乳化液稳定性的提高，离水展着性降低。

（2）冷却作用：乳化液受热，平衡状态遭到破坏，油水迅速分离，水分蒸发带走了大量的热量，冷却轧辊以及铝板，还能控制轧辊的热凸度，达到控制板形的目的。

（3）洗涤作用：乳化液的洗涤作用包括对轧件表面的清洗，对轧辊的清洗，在轧制过程中，轧辊表面粘附的铝粉，还有各种油液在轧件表面的部分残留，都通过乳化液带走，以提高轧后板材的表面质量。提高乳化液的清洗能力的同时，乳化液的稳定性会提高，降低了乳化液的润滑性。

3.结束语

对于同一浓度的乳化液，热分离性越好，润滑冷却作用越强；对于同一种乳化液，浓度高的润滑作用好。使用乳化液可以有效的改善轧后板材表面质量，明显的降低轧制力和提高轧辊的使用寿命，还可以改变轧辊的热凸度，控制板形。

【参考文献】

[1]孙建林.轧制工艺润滑原理技术与应用，北京：冶金工业出版社，2004，ISBN7-5021-3377-5.