不锈钢冷连轧轧制液的应用维护

2019-08-31王靖宇熊星

石油商技 2019年4期

王靖宇熊星

中国石化润滑油有限公司上海研究院

本文介绍了不锈钢板带冷连轧生产配套的冷轧轧制液系统及主要辅助设备，从轧制液浓度的控制和检测、排铁屑性能2个方面阐述了其使用及性能监控过程中应关注的要点。

我国是全球最大的不锈钢生产国，2017年，中国不锈钢产量约为2.6×107t，占全球总产量的50%以上。2001—2017年中国及全球不锈钢产量见图1。

随着装备技术的进步及自动化水平的提高，不锈钢板带冷轧生产方式有了新的发展，特别是全连续冷连轧工艺的应用给传统不锈钢冷轧生产企业带来巨大的冲击。2014年开始，新增冷轧项目中多机架冷连轧工艺开始迅速增加。根据2016年中国不锈钢行业大会报告[2]，截至2016年上半年，我国不锈钢冷连轧已建、在建产能约5.5×106t，接近我国冷轧不锈钢总产能的30%。这主要源于我国不锈钢产量快速增长引发企业间激烈竞争，由产品质量竞争逐步转向质量+成本型竞争，不锈钢冷连轧工艺产能大与效率高的优势明显，成为不锈钢冷轧行业的新趋势。

与单机架轧制相比，冷连轧工艺的轧制速度更快，效率更高，对轧制过程中的冷却性要求更高，因此乳化型轧制液的需求越来越大。乳化型轧制液因兑水使用使其具有更好的冷却性和润滑可调性，生产过程中可以满足高速大压下的生产工艺的要求，是不锈钢冷连轧工艺的主要配套润滑介质。

在不锈钢的冷连轧生产过程中，轧制液系统是冷轧轧机在轧制过程中润滑和冷却的关键系统，对降低轧制力、延长轧辊寿命、控制带钢表面质量和板型等都具有极其重要的作用。在冷连轧轧制过程中，不锈钢冷连轧轧制液一般应具有优异的润滑性、良好的冷却性、清净性、适当的离水展着性等[3，4]，而这些性能的发挥，均离不开专业的现场应用维护。

图2 冷连轧轧制液循环系统示意

冷连轧轧制液系统及辅助设备

冷连轧轧制液系统用于轧制液的配置、输送和循环，一般包括输送部分、过滤部分、热交换部分、搅拌部分和加水加油部分，如图2所示[5]。

轧制液在循环使用过程中，因不断带入铁粉微粒、杂油、灰分等杂质而受到一定程度的污染，如不进行处理，会对带钢质量和表面光洁度造成不良影响。因此，把轧制液污染控制在最低限度、充分发挥其性能是非常重要的。

通过维护轧制液系统各辅助设备的正常工作，维持轧制液的清洁度和供液压力稳定，对发挥轧制液的润滑冷却性能、延长使用寿命、提高不锈钢质量和表面光洁度、降低油耗和辊耗都有重要的作用。

轧制液温度控制系统

该系统用于控制轧制液温度。轧制液温度在工艺润滑中起重要作用，必须严格控制，一般为45～60 ℃。合适的温度对润滑、带钢清洁和轧制液的使用寿命等均有影响：

◇温度过低会影响润滑效果，也有可能使轧制液产生酸败，滋生细菌；

◇温度过高，轧制液颗粒度会增大，稳定性差，老化加快，产生大量废液[6]。

轧机产线开机初期、以及北方地区冬季容易出现温度过低的现象，为此需要加强监控。

过滤系统

轧制液的过滤系统一般包括真空过滤器、磁性过滤器和反冲洗过滤器。

真空过滤器

真空过滤器广泛用于冷连轧轧制液系统中，能有效去除在用液中的铁粉、杂油、灰分、油泥等，保持轧制液的清洁，是冷连轧系统中不可缺少的组件。其过滤机理是机械筛除，过滤媒质按其孔径大小对液体中的颗粒进行截留分离[7]。一般不锈钢冷连轧的真空过滤器的滤纸过滤精度为50～120 g/m2。运行中，要定期检查过滤器的运行状态，如是否定期走纸、是否能有效过滤油泥以及滤纸是否有破损等。

磁性过滤器

磁性过滤器主要用于去除轧制液中的细微铁粉颗粒等杂质。在实际生产中，需结合轧制液的品质要求和油耗指标的控制，调节磁性过滤机的运行时间。

反冲洗过滤器

反冲洗过滤器是一种利用滤网直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，以净化水质及保护系统其他设备正常工作的精密设备。在冷连轧过程中，反冲洗过滤器是轧制液进入轧机前的最后一道屏障，其作用是去除介质中的固体颗粒，防止轧制液喷嘴的堵塞，对喷嘴起到保护作用[8]。

搅拌器

由于冷连轧轧制液一般是半稳定态或弥散型，在轧制液箱内设立机械搅拌，可以起到均匀乳液的作用，同时防止有效组分从系统中析出，并与颗粒物结合长大被撇油系统和过滤系统等清除，对降低油耗也十分重要。

吹扫装置

轧制液能否从带钢板面吹扫干净是影响带材表面质量的重要原因。为了保证轧后钢卷表面干燥，防止出现轧制液斑迹，板面清洁吹扫压力和角度十分重要。通过调整各种参数，增加吹扫效率，可消除不锈钢板面的轧制液残留，提高产品反射率。

轧制液使用及性能监控

在轧制液使用过程中，除了维护好系统辅助设备的正常运转，还必须定期取样，通过对在用液外观、浓度、pH值、电导率、皂化值、酸值、灰分、氯含量、细菌等性能进行检测，检测指标是否有突变，来判断轧制液的使用状态。同时需要结合现场在用液情况，不断探索调整检测方法和调控方案，以更好地满足轧制工艺的要求。下面以轧制液的浓度调配与检测方法、排铁屑性能提升为例探讨轧制液在使用过程中常见的问题。

轧制液浓度

轧制液的配制

保持一定的浓度是轧制液发挥润滑性能的基础，浓度太低时可能造成润滑不足，产生黏辊和热划伤等危害。浓度太高则可能造成过润滑，引起轧机打滑，并且高浓度乳化液会造成轧件表面残留较多，不利于后续退火清净。浓度的调配在实验室是基本操作，只要准确计量、充分搅拌即能配制出所需浓度的轧制液。但是，即便是这样的常规操作，转移到轧制现场却常碰到初始配液时浓度难以提升、后期即使不补油也出现浓度仍在增加的问题，国内几家大型钢厂配液时浓度变化情况见表1。

表1 国内大型钢厂配液时浓度变化情况

由表1可见，液槽体积越大，浓度提升相对越慢。这可能与搅拌器的有效搅拌能力有关，由于轧制液一般为乳化液，在充分搅拌下可以达到热力学平衡状态，液槽体积越大，浓度越不易于均一。另外，在液槽体积相近的情况下，一般老产线清槽换液时轧制液的配制较新产线初次配液更难提升浓度，可能与老产线液槽及管道内壁前期在乳化液及铁粉的冲刷作用下，表面会有些小坑点，吸附表面增加有关，旧液排出时，这些坑点处于干渴状态，新配置的乳化液一部分被液槽及管道表面吸附，所以配液浓度较理论浓度低。对于钢厂2，虽然液槽较大，但因为是初次配液，且现场加油缓慢，所以浓度提升得相对较快。当然，浓度的提升除了与液槽大小、搅拌器的搅拌能力有关，还与加油速度、乳化液循环状态、液槽结构等多方面因素有关，一般来说，缓慢多次加油、加大乳化液循环、液槽中挡板少，更有利于浓度的提升。

在轧制过程中，轧制液的有效组分被不断消耗，为此需要不断补充新油，保持其润滑能力。补加新油时要缓慢补加，使轧制油充分分散，利于油耗的降低和轧制液性能的均匀发挥。但有时会出现不补油，浓度却在提升的奇怪现象，碰到此类情况也要仔细寻找原因，如取样是否均匀、是否一次补油量太大、是否铁粉或者杂油漏入过多等，进而采取对应的调整措施。

轧制液浓度的测定

在使用过程中，轧制液会不可避免地混入铁粉、杂油和灰分等杂质，影响浓度检测的准确性。传统的乳化液浓度检测方法有破乳法、水分测定法和折光读数法，近年来也发展出超声波检测法、光透检测法等方法。

破乳法直接从乳化液中提取了油性组分，通过测定提出油性组分的皂化值推算杂油含量，进而可得到乳化液中轧制油的准确含量，被较多钢厂采用，但是对使用时间较长、杂质含量较高的乳化液很难破乳完全。结合某龙头钢铁企业在用轧制液浓度的监控，对传统破乳法进行了改进，以盐酸和硝酸复配，再加入少量氯化钠的优化破乳法进行破乳测浓度，检测数据准确性较高，为轧制生产线提供了准确的浓度信息[9]。增强破乳能力后，使破乳法能准确测得油品老化程度较高、杂质含量较高的乳化液的浓度。破乳方法改进前后破乳状态见图3。

图3 破乳方法改进前后破乳状态对比

轧制液的排铁屑性能

在轧制生产过程中，不可避免地会产生大量铁屑，在真空过滤器、磁性过滤器等过滤设备运行状态良好且轧制液正常补加维护的情况下，对轧制和后续的清洗退火过程不会产生太大的影响。但是在产品应用中，有些钢厂由于设备缺陷，没有配备清洗线，轧制后直接退火，且对板面质量要求较高，这对轧制液本身的排铁屑性能提出了更高的要求。针对现场特殊情况，一方面需要更加细致地对在用液进行维护管理，另一方面也需要从配方角度进行优化，调整乳化剂体系，以获得更好的排铁屑效果，且减少乳化液的排放频次，在改善板面质量的同时显著降低油耗。