轧制油乳化剂的化学组成

2016-05-08

   随着轧制工艺的连续化、自动化、大型化,与之伴生的润滑也经历了无润滑、使用水、使用矿物油脂及使用合成轧制油乳化液的巨大变化。轧制油乳化剂由水和油两部分组成油由基础油和表面活性剂、防锈剂、油性剂、抗氧抗腐蚀剂、粘度滴节剂、极压剂等组成。
     

   (1)水 

   水在轧制油乳化液中的含量通常在95以上。配制轧制油乳化液的水质对乳化液的性能影响很大。首先,水中的硬度即钙、镁离子往往与乳化液中的阴离予乳化刺起作用而使其钠、钾盐或皂被分解成相应的钙皂、镁皂使阴离子乳化剂浓度降低或丧失乳化能力;其次,水中的朋离子如氯离子和硫酸根离子有促进金属腐蚀的作用特别是氯化镁,它可以使钢铁腐蚀井产生恶性循环氯离子及硫酸根离子含量过高时会使水的硬度升高,酸性提高。氯化物含量过高时会起盐析作用,造成乳化液浓度降低。另外,水的pH值大于或小于7时都会引起钢板的严重腐蚀。由此可见,配制乳化液的水应使用经过处理的中性去离子水。 

   (2)基础油 

   基础油馏程的终馏点愈高,基础油的粘度愈大,皂化值也愈太,愈有利于小摩擦系数,增大压下率,降低能耗。但粘度愈大愈不利于轧后油品从板面清除,对于热轧或轧后需经退火工序的轧件来说,表面光洁度降低,退火清净陛变差,影响产品外观。基础油粘度可通过加入粘度指数改进剂来调节,镏程的韧镏点受着火点的危险所限,基础油应选用窄镏分。在使用过程中,窄镏分挥发损失小,粘度稳定,但馏程愈窄生产成本愈高,对添加剂的溶解能力变差。另外,基础油一般要求具有较高的闪点、较小的挥发毒性和容易回收等。基础油可选用矿物油、植物油、合成酯或它们的混合物等。 合成酯综合了矿物油和植物油的优点越来越多的轧钢厂选择台成酯作基础油 。出于环保的需要,世界各国越来越重视发展对环境无害的润滑剂基础油。

   合成酯添加量过少润滑性和退火清洁性不好,添加量过多轧棔会打滑。添加量范围10-60%常见添加量15%。 

   酯类油的特性 

   1.良好的粘温特性。酯类油的粘温特性良好粘度指数较高。加长酯分子的主链粘度增大,粘度指数增高。 

   2. 润滑性好。由于酯分子中的酯基具有极性,酯分子易吸附在摩擦表面上形成边界油膜,因而酯类油的润滑性一般优于同粘度的矿油。有良好的抗磨损抗擦伤,极压及摩擦特性。 

   3.良好的高温性能。同一类型的酯,随着相对分子量的增加,闪点升高,蒸发度降低。 

   4.氧化稳定性好。酯类油的特点之一是氧化稳定性好但也因其结构的不同而异,实际使用时仍需加抗氧抗腐蚀添加剂。 

   5.可生物降解这是酯类油较之其它合成油和矿物油独具的特性,目前市售油品中,号称环保机油、绿色机油的大都以酯类油为基础油调和而成。 

   目前在轧制油中使用较多的是新戊基多元醇酯,如三羟甲基丙烷油酸酯和季戊四醇油酸酯。三羟甲基丙烷油酸酯粘度比季戊四醇油酸酯小相对来说比较容易乳化作出的乳液较细,表现出的润滑性不如季戊四醇油酸酯好。季戊四醇油酸酯比三羟甲基丙烷油酸酯挥发性小。 另外还有人使用饱和酸酯。饱和酸酯比不饱和酸酯耐高温氧化性好,如果在轧制后退火前没有清洗工艺饱和酸酯退火后形成的碳渣较少。但是因为其倾点高,低温使用时受到限制,调和油品时能耗高。 

   (3)表面活性剂

   表面活性剂由具有易溶于油的亲油基和易溶于水的亲水基所组成,这两个基团不仅具有防止油水两相互相排斥的功能而且还有把油和水两相连接起来不使其分离的特殊功能。 虽然轧制基础油与水在高速搅拌下能形成乳状液但这种乳状液很不稳定,扳易分层,必须在油水混台体系中加入表面活性剂即乳化剂,形成油水乳状液。

   对乳化剂化学性能的要求并不是很严格只要不与其它添加剂性能冲突即可。其乳化能力要求一般,在轧制过程中在高压夏高温下要求乳化浪能破乳使润滑油能铺展在轧件表面,水则流散或蒸发以降低轧辊和轧件温度,乳化稳定性太好反而会影响润滑及冷却效果。某些基础油在水中有自乳化作用。  

   (4)防锈添加剂 

   钢铁由于轧制升温以及与大气中水分、氧及其它杂质接触容易引起化学腐蚀、电化学腐蚀及锈蚀,必须在轧制油中添加防锈剂。防锈剂有气相缓蚀剂、水溶性缓蚀剂及油溶性缓蚀剂三种。由于轧制过程中油水分离,油产生离水展着附着于被轧件表面,因此轧制油中一般使用油溶性缓蚀剂。油溶性缓蚀剂分子都是由极性和非极性两部分构成其极性部分与金属和水等极性分子有亲和能力,而非极性部分具有亲油憎水能力。缓蚀剂由于其分子的特殊结构使其能附着于轧件板面阻止板面腐蚀且缓蚀剂的分子特殊结构也使其同时可作为表面活性剂使用。 

   钢铁轧制油较常使用的缓蚀剂通常有以下几种环烷酸锌、石油磺酸钠(亦是乳化剂)、石油磺酸钡、苯并三唑、山梨糖醇单油酸酯、硬脂酸铝等。 

   (5)极压添加剂 

   钢板轧制油中的极压添加剂是含硫、磷、氯等元素的极性化合物,这些化合物从润滑油中吸附到金属摩擦面上生成硫化物、磷化物、氧化物的扳压膜降低金属的摩擦和磨损。这些膜的熔点大都低于铁的熔点(1530℃)如氯化亚铁膜的熔点为600℃、硫化铁膜的熔点为1193℃磷化铁与铁的共溶物的膜的熔点为1020℃这些膜在轧制时与轧件基体发生反应形成具有层状结晶构造的薄膜而起到抗磨、极压的作用。 

   目前市场上使用较多的还是硫磷复配的较多如硫化猪油、磷酸三酚酯等。硫系添加剂添加量一般5%左右磷系添加剂一般小于1%。 

   (6)摩擦改进剂(减摩剂或油性添加剂) 

   摩擦改进剂即减摩剂是一种能改变机械系统摩擦形式的添加剂或复合添加剂摩擦改进剂是一些具有10个以上碳原子的直链,且一端为极性基团的细长的分子所构成极性太小是影响其性能的一个因素。摩擦改进剂一般属于下列化台物中的几种长链羧酸或其衍生物、包括盐长链磷酸或膦酸及其衍生物长链胺、酰胺、亚胺及其衍生物。酸能以阴离子的形式化学吸附在金属表面上胺、亚磷酸脂和磷酸脂以配位形式化学吸附在金属表面上,盐则以形成离子对的形式吸附在金属表面上。无论何种机理起作用结果都是摩擦改进剂以其在金属表面上形成多层吸附膜来影响摩擦性能。 有色金属对油膜强度、极压性要求不高有的不加极压剂仅加少量的油性

剂即可。 

   (7)抗氧化剂 

   在轧制油中需要加人少量抗氧化剂以抑制油的氧化作用降低油的氧化速度并能防止酸性氧化物的腐蚀作用。 常用的抗氧剂为有机胺和酚类,使用202的相对比较少。202与硫系极压

剂配合使用易产生沉淀。