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1、冷轧油乳化性质的研究摘 要本实验主要研究冷轧油的乳化性质。首先，对基础油的理化性质进行测定，实验结果表明选用合适的基础油事关冷轧油的使用性能。同时主要考察了乳化剂用量，配比，类型对理化指标（粘度指数）的影响。乳化剂的作用是：当它分散在分散质的表面时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。实验通过对基础油和添加剂的筛选及大量的配方考察，得到了钢板冷轧乳化油的优化配比。实验还考察了不同温度，不同HLB值下的乳液的乳化效果,得出结论：在制备稳定乳状液时,选择最适合的乳化剂以达到最佳乳化效果是关键问题.对于乳化剂的选择,目前尚没有完善的理论.
2、HLB值在选择乳化剂和确定复合乳化剂配比用量方面有很大的使用价值,其优点主要体现在它的加和性上,可以简单地进行计算;其问题是没有考虑其他因素对HLB值的影响,尤其是温度的影响,特别是被广泛应用的非离子型乳化剂上表现尤为突出.此外,HLB值只能大致预示形成乳状液的类型,不能给出最佳乳化效果时乳化剂浓度,也不能预示所得乳状液的稳定性.因此,应用HLB值选择乳化机是一个比较有效的方法,但也有一定的局限性,在实际应用中还需要结合其他方法参照进行 。关键词：冷轧，冷轧油，乳化剂，乳化性质，乳化液稳定性。AbstractWe studied mainly the emulsifying propertie
3、s of cold rolling oil in this experiment. Firstly, the physical and chemical properties of base oil were determined, experimental results show that appropriate choice of base oil is related to the use of performance cold rolling oil. The amount of emulsifier, the ratio, the type of the physical and
4、chemical properties indicators . The role of emulsifier is: when it is dispersed in the dispersednature of the surface, or double-layer film formation, can disperse phase with a charge, so that small droplets can be dispersed with each other to prevent condensation, so that the formation of emulsion
5、 stable. Experiments on the selection of base oils and additives, and a large number of formula investigation, has been cold-rolled steel sheet optimization of emulsified oil ratio. Experiment also looked at different temperatures and different HLB value of the emulsion under the effect of emulsion
6、and concluded: In the preparation of stable emulsion, select the most suitable emulsifier to achieve the best emulsification effect is the key issue. The choice of emulsifier, There is currently no comprehensive theory. HLB value in the choice of emulsifier and the amount of composite emulsifier rat
7、io has great value, its main advantage lies in its additive properties, it can be easily calculated; the problem is Other factors not considered the impact on the HLB value, especially the temperature of the impact, particularly the widely used on Non- ionic emulsifier in particular. In addition, th
8、e HLB value indicates roughly the formation of emulsion type, can not give the most When good emulsifying effect of emulsifier concentration, we can not predict the stability of the emulsion obtained. Therefore, the application of emulsifier HLB value of choice is a more effective method, but there
9、are some limitations in the practical application of the need to refer to other methods conduct. Key words: cold-rolling, cold rolling oil, emulsifier, emulsion properties，emulsion stability.目录1.文献综述11.1冷轧薄板的研究21.2 冷轧工艺润滑的主要目的31.3 冷轧对工艺润滑剂的基本要求51.4乳化技术的发展61.4.1乳化液的配制和取样71.4.2乳化液的化学组成71.4.3轧钢工艺对乳化液的要
10、求171.4.4轧制油乳化液分析要点171.4.5轧制油乳化液测定方法181.4.6轧制油乳化液中其它物质的测定182实验部分192.1实验药品192.2实验仪器202.3实验原理202.3.1润滑剂的技术指标212.3.2润滑及工艺性能检测242.4 试验方法与步骤253结果与讨论253.1冷轧油的配制及检测253.1.1 冷轧油基础油性能的测定263.1.2 复合基础油的配制及粘温性质263.2 复合油的乳化273.2.1 单乳化剂乳化283.2.2 乳化温度的影响283.2.3 复合乳化剂294结论305.参考文献32谢 辞35冷轧油乳化性质的研究1.文献综述冷轧油的研究工作，国外始于7
11、0年代，近年来在冷轧加工工艺及冷轧油的研究上作了大量的工作，特别是应用于多机架高速连续冷轧工艺，轧后不经脱脂处理直接实现光亮退火的冷轧油更是各国专家为之奋斗的目标1-2。国内对冷轧油的研制工作，特别是对大型冷连轧机轧制油的研制工作起步较晚，除洛阳石化工程公司炼制研究之外，基本被国外公司所垄断。在冷轧油的研制过程中，中外专家经过多年的摸索，总结出了轧制操作与轧制油有关理化指标的关系。自武钢从德国引进1700mm五机架连轧机开始，武钢试机时用的轧制油为Quaker 88-183m。由于当时轧制油的研制刚刚起步，主要是在解剖国外油的基础上进行模仿，在国内由洛阳石化工程公司炼制研究所、武汉钢铁公司、石
12、油化工科学研究院、武汉油脂化学厂等单位联合，一起开展轧制油的攻关工作3-4。在冷轧钢板生产中，冷轧油具有良好的润滑性能，良好的遇火清净性能，良好的冷却性能，防锈、无公害、使用方便和价格便宜等特点。其中最主要的是良好的润滑性和良好的遇火清净性，而这两个主要性能相互矛盾。通常冷轧润滑性能好的，其遇火清净性能差，反之亦然。为了得到表面清净性好的钢板，对冷轧油的成分及其对钢板表面退火质量的影响进行了探索。以便在今后配制冷轧油时，能正确合理。选择其成分，使冷轧油既有高的冷轧润滑性能又具有良好的遇火清净性能，使冷轧钢板达到高产、优质、低成本。冷轧油加90%-95%的水，形成乳液，供冷轧机上使用。冷轧油在冷
13、轧钢板的生产中的作用越来越重要。冷轧油的质量直接影响到钢板生产的生产成本、产量和质量。使用优质的冷轧油不仅能降低能量消耗和轧辊磨损,减少事故，而且可以提高轧制速度，提高产量。同时还能改善钢板的表面质量。1.1冷轧薄板的研究冷轧薄板是对热轧产品的深加工，不仅产品的表面质量和尺寸精度高，而且可以获得很好的组织和性能，具有较高的附加值。国内冷轧薄板一直处于供不应求的局面，是国内钢材中缺口最大、进口最多、供需矛盾最为突出的品种。由于冷轧薄板具有较高的利润值，近年来越来越多的钢铁企业进入冷轧行业，首钢、邯钢、唐钢、马钢、昆钢等钢铁集团纷纷引进冷轧项目，并且宝钢、鞍钢、武钢等传统的冷轧产品生产厂也通过扩建
14、、技术改造的方式不断扩大生产能力5。随着中国加入WTO，国外的冷轧产品也将大量的进入中国市场，市场竞争日趋激烈。生产成本和产品质量对于企业今后的生存发展、扩大市场份额来说至关重要，吨钢成本消耗、产品表面清洁性已经成为衡量冷轧产品的关键指标。冷轧的工艺润滑和工艺冷却系统是影响轧制油消耗量和产品表面清洁性的主要因素，目前国内、外的钢铁企业越来越注重这方面的研究。工艺润滑和工艺冷却是冷轧的三大特点之一6，是现代冷轧技术中的重要课题。工艺润滑和工艺冷却是冷轧工艺的重要组成部分，在轧制过程中起着重要的作用，它是将配置好的乳液喷洒至辊系和辊缝之间，起到润滑、降低轧制功率消耗、延长轧辊寿命的作用;循环的乳化
15、液在辊缝中能带走辊系摩擦热及轧材塑性变形产生的热量；乳化液还能够冲走轧辊及轧材表面上的金属粉尘，加上其良好的润滑作用，使轧材表面具有好的表面光洁度；在轧机开始轧钢前，喷出的乳化液起到烫辊的作用；在轧制过程中合理的喷液还能改善轧辊的热凸度，可使轧机出口获得良好的板形7-8；另外，良好的润滑性和冷却性，是能否实现轧机高速轧制的关键。1.2 冷轧工艺润滑的主要目的降低轧辊与轧材表面的摩擦系数轧辊与轧材表面的摩擦系数是影响轧材变形及轧制压力的最主要因素之一。轧制过程中轧材的咬入、宽展、前滑以及轧制压力的分布和大小都与摩擦系数有直接的关：摩擦系数决定轧材和轧辊的表面状态，摩擦系数的减少可以在轧制压力不变
16、的情况下提高压下量，从而减少轧制道次，提高产率。但是，摩擦系数不应过小，要保证轧辊能咬入轧材。因此，润滑冷却液的润滑性能必须适当，不仅能使轧辊咬入轧材，能降低轧辊和轧材之间的摩擦系数达到一定值。降低轧制变形区中的摩擦轧制过程是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程。轧制过程能否建立，决定于轧件能否被旋转的轧辊咬入，也就是咬入角的正切等于轧件与轧辊之间的摩擦系数，是咬入的临界条件。应当指出，在咬入过程中，金属和轧辊的接触面一直在连续增加。因此，随着金属逐步被咬入，摩擦热迅速增加，必须保持有效的润滑与冷却能力，以控制其轧制变形。冷却轧辊及保持轧辊原有凸度金属在轧制时具有很大的变形
17、抗力，现代冷轧机的轧制力已达数千吨，而轧制速度接近40m/s。显然，金属在这样高速的变形过程中，一方面由于金属内部分子间的摩擦一定产生大量热能；另一方面，被轧制的钢材在延伸时相对于轧辊表面有相对滑动。在很高的轧制压力和轧制速度下，这种相对滑动也同样转化为巨大的摩擦热。如无良好的冷却润滑，这两种有害的热能将引起轧辊和带钢的温度迅速上升，使轧辊和带钢的温度迅速上升，导致轧辊外形发生变化，以致难以获得良好的板型和平坦度。另外，若带钢的温度太高，表面会形成一层氧化膜，对于以后用此带钢生产的镀锡板抗蚀能力非常有害。因此，不能为轧机和所轧产品提供满意的冷却条件，就会导致轧制速度降低，增加了换辊次数，降低了
18、所轧产品的成品率等而使生产能力下降。减少轧辊表面的磨损并改善轧制带材的表面质量轧辊由于轧制带钢而受到磨损，在有润滑的情况下，轧辊和带钢在轧制过程中表面将吸附一层极薄的润滑油膜，可减少轧辊表面磨损的速度，而且磨损均匀。在液体润滑或边界润滑的条件下轧制，可以改善金属在轧制时的塑性变形，并且有磨光作用9。从而提高了带材的表面质量，使之光亮并有光泽。如果提供的润滑剂太少或采用较差的润滑剂，则在带材表面往往产生灰色，不发亮光。轧制变形区中的润滑与一般的机械摩擦不同，压力加工是在高压高速甚至高温下进行塑性变形的。在变形过程中，轧制的尺寸和形状不断改变，与轧辊产生新的接触面，它必然影响到摩擦系数的大小。轧辊
19、与轧件之间的接触面在微观上是凹凸不平的，在压力的作用下，接触面表面上凹凸不平部分要交错的互相插入，摩擦阻力来自于表面突起的机械齿轮合力和表面分子引力。在润滑剂的作用下，接触表面不再直接接触，这种状况称为液体润滑。但一般认为高压的塑性加工变形过程中完全的液体润滑是不可能的。在轧辊和轧件的变形区中，形成和保持一定厚度的润滑膜是进行有效润滑的必要条件，在变形区入口处，楔形油层中压力呈不均匀分布，靠近变形区入口截面，压力急剧上升，这种润滑剂增压性质是润滑剂进入变形区的动力因素。这种润滑剂膜的形态通常为混合润滑状态，该混合润滑状态是不稳定的，随轧制过程工艺参数的变化而变化。1.3 冷轧对工艺润滑剂的基本
20、要求对工具与变形金属表面有较强的黏附能力和耐压性能，在高压下，润滑膜仍能吸附于接触表面上，保持润滑的效果10。液体润滑剂要具有适当的粘度，既能保持润滑层有一定的厚度，较小的流动剪切应力，又能获得较光滑的制品表面。对工具和变形金属有一定的化学稳定性，灰分少，以免腐蚀工具与产品表面，并保证产品不出现斑痕或污染表面。有适当的闪点及着火点，避免在成形过程中过快地挥发或烧掉，丧失润滑效果，同时也是为了保证安全生产，热加工用润滑剂应有良好的耐热性，不分解，不变质。液体润滑剂要求有良好的冷却性能，以利于冷却、调节与控制工具的温度。对人体无害，不污染环境。使用和清理方便。成本低，资源丰富。从上面可以看出润滑对
21、轧制的影响极大。因而，轧制润滑的任务之一就是使轧机的能力充分发挥出来，在不改变现有的设备能力的情况下提高产量。目前世界上冷连轧机的最高轧制速度高达2700m/min，其原因之一就是选择了性能良好的轧制润滑剂和合理的给油方法。轧制润滑的另一个重要任务就是确保轧材有良好的表面精度，产品的表面质量直接影响到用户的使用。1.4乳化技术的发展乳化剂种类繁多，按离子结构可分为非离子型乳化剂（如聚氧乙烯醚类、聚氧乙烯酯类等）、阴离子型乳化剂(如石油磺酸钠等)、阳离子型乳化剂（如季铵盐类等)。传统的表面活性剂对乳化液中的油粒保护性差，油粒的大小尺寸变化范围大，影响轧制过程的稳定性；另外它们对轧制过程中产生的铁
22、粉分散性不好，极易污染轧机和钢扳表面，严重影响轧机清净性和钢板的退火清净性11-14。新采用的乳化体系除使用传统的表面活性剂外，又开发了阳离了及高分子表面活性剂，对稳定乳液中油粒的大小和对铁粉的分散具有良好的效果。1.4.1乳化液的配制和取样由于轧制油中含有表面活性剂，因此对配制成乳化液的水质有一定的要求，尤其在冷轧油中含有阳离子或阴离子型表面活性剂时更是如此配制乳化液主要用锅炉冷凝水或蒸馏水，冷凝水应符合下列指标：电导率20，PH值6.0-7.2，总硬度0.6，根据轧机的类型、产品规格及冷轧油的特性，配制成一定浓度的乳化液15-16。配制前先把水加热到一定的温度再加入轧制油，同时启动搅拌器或
23、泵进行循环，使轧制油均匀地乳化。在生产使用中乳化液的水分及油分都要消耗，为此要用冷凝水和油进行补充，使乳化液维持一定的浓度，有利于轧制过程的稳定。新配制好的乳化液要在机组做一个循环，等乳化均匀后再取样，平时最好是在机组上靠近辊缝的地方取样，当然也有在乳化液槽旁的输送管道上安装一个取样阀，这样安全些。平常取样为200ml左右，检测PH值、电导率和油浓度。每周进行一次全分析取样，要求取样量不少于3L。取样的容器一般用玻璃瓶和塑料壶，禁止使用金属容器取样。常规用玻璃瓶取样，但试样不能装到靠近瓶口，以防止油沉降沾污在瓶口，同时也利于分析前摇匀。1.4.2乳化液的化学组成轧制油乳化液对冷轧薄板的生产起着
24、重要的作用，直接影响到冷轧机的产量及产品质量，但乳化液的分析与研究在国内还是一个较新的研究领域17。如何控制乳化液理化指标的范围，这些理化指标的变化、对轧制钢板质量有何影响，怎样的分析方法才能正确反映出理化指标的变化，是该研究领域的核心。但在国内尚未见到有关文献论述。本文的目的就是探讨轧制油乳化液的分析方法，并将分析结果与轧机机组对轧制油乳化液的控制与管理结合起来，加强对轧制油乳化液的质量控制，提高冷轧薄板的产量和质量。在冷轧轧制过程中使用的润滑剂通常为轧制乳化液。下面介绍一下乳化液的概念义轧制乳化液的化学组成和性质。乳化液是一种以小液滴形式的液相分布于另一种液相中，形成两种液相组成的系统，形
25、成液滴的液体称为分散相，乳化液的其余部分称为分散介质。乳化液广泛应用于各种轧制过程。它的冷却能力比油大得多，在循环系统中可长期使用，耗油量较低，而且有良好的抗磨性能。轧制油乳化液是由水和轧制油通过强烈搅拌后形成的O/W(油在水中)型不稳定乳化液，如果在此体系中加入易于吸附或富集在两相界面上的物质，特别是表面活性剂，则能形成稳定的乳化液。选择使用不稳定乳化液还是选择稳定性乳化液要根据轧机的品规格。乳化液供给系统的型式以及后工序而定18。武钢冷轧厂五机架冷连轧机组使用稳定性乳化液，而连六辊可逆薄板轧制机选择半稳定性乳液，轧制油主要是使用非离子型表面活性剂。达到形成不同性质乳化状态的目的，但在理化指
26、标上仅以稳定性指数以24小时漂皂（或油）来表示19-22。在冷轧过程中，乳化液起冷却和润滑作用。因此，乳化液必须具有离水展着性。即乳化液进入轧制变形区，优先附着在轧辊及轧件表面形成油膜，起润滑作用，而水分带走塑性变形热及摩擦热，起冷却作用。其冷却效果随着乳化液浓度增加而减弱，相反提高了润滑效果。乳化液的类型有：1）水包油型（O/W）乳化液-水多油少，用于润滑冷却（塑性加工成形采用此型）；2)油包水型(W/O)乳化液-水少油多，如重油乳化液，主要用于燃料燃烧。乳化液，按稳定性可分为稳态乳化液、半稳态乳化液和非稳态乳化液三类23。轧制乳化液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
27、、抗氧抗腐蚀剂、粘度调节剂、极压剂和消泡剂等添加剂组成24。要保证高速铝冷轧油在高速轧机上具有良好的润滑性、冷却性能和安全性能，凭现有的低粘度油的润滑油性能是不够的，但必须加入一定量的油性剂以提高润滑性能。优良的油性剂应具有以下特点：优良的载荷性能和抗极压性能，能显著提高铝材表面光洁度。在退火温度下，铝材表面不留残余物，不产生褐斑和白色腐蚀。安定性好，酸值应在0.2mg/g以下，碘值在1.5g/100g以下。对铝材无腐蚀作用对人体无毒害作用水水在轧制乳化液中的含量通常在95%以上。配制轧制乳化液的水质对乳化液的性能影响很大，水中的硬度即钙、镁离子往往与乳化液中的阴离子乳化剂起作用而使其钠、钾盐
28、或皂化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；水中的阴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，它可以使钢铁腐蚀并产生恶性循环，氯离子及硫酸根离了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引起盐析作用，造成乳化液浓度降低25。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I水应使用经过处理的中性去离子水。基础油基础油流程范围和闪点基础油馏程的终馏点愈高，基础油的粘度愈大，皂化值也愈大，愈有利于减小摩擦系数，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，对于热处理或轧后需经退火工序的轧件来说，表面光
29、洁度降低，退火清净性变差，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，馏程的初馏点受着火点的危险，基础油应选用窄馏分。在使用过程中，窄馏分挥发损失小，粘度稳定，但馏分愈窄生产成本愈高，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合成酯作基础油。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。基础油的粘度和粘压特性为满足减厚，表面质量及高速轧制的要求，基础油必须有适当的粘度，良好的粘压特性，这是由于近代轧机速度一般在20
30、00m/min左右，这样的高速下，为加快油品的流动性，加快冷却过程，同时在循环过滤机时有好的过滤性能。实践告诉我们，油品粘度越大油膜越厚，这有利于减厚，不利于轧制，加重了揭斑的生成，使球面光洁度变差，粘度变小。另外，基础油的粘压及粘温性能对使用性能有很大影响，粘度随温度压力变化小的油，有利于高速轧制及轧制后表面质量，基础油的粘压性能和基础油的类型及化学组成有密切关系见表1。表1 轧制油压力与粘度的关系压力（Mpa）普通煤油（粘度）饱和烃（粘度）异构烷烃（粘度）正构烷烃（粘度）常压6760777546.6001952713102.361.50443072213.893.21096.0972436
31、.9513.2011.5063.4010.00548.4921.3020.30150.0015.40604.2431.1024.00212.0018.70从表1看出，烷烃的粘压性能最好，其次是饱和烃，其中正构烷烃为基础油的轧制油，在我国大型铝加工厂作过工业试验，铝箔轧机轧速比甩煤油型轧制油的轧速提高约30%，铝轧制后的表面光洁度，影响因素较多，主要决定于轧辊的表面光洁度，轧制油可以影响表面光洁度，其作用是通过变形区形成润滑油膜有效地防止粘辊，保护辊面。在其它条件不变时，变形区的滑油膜厚度不同，将导致轧出的金属表面光洁度变化，当变形区呈现极薄的连续油膜，即极限润滑状态时，可获得最佳光洁度。变形区
32、润滑膜不连续出现粘辊现象，润滑膜过厚时发生“隔蔽效应”均可使表面性能变坏。基础油和退火清净性在退火条件下，油品发生分解，缩合和氧化，生成浅黄到深褐色树脂状的物质，沉积在铝质表面上，称为褐斑，严重影响产品的表面质量。褐斑与基础油的化学组成及馏分轻重有关26-27。 基础油的毒性和气味铝冷轧油在轧制时，部分油被轧制产品所挟带，并不断地散发到车间的大气中，由于铝轧制油馏分较轻，更加剧了这种倾向。为了确保操作人员的健康，要求油品不仅挥发性要小，而且必须低毒气味小。石油产品的毒性及气味与烃类组成有关。芳香烃对中枢神经系统有颇强的毒害作用，吸入过量的气体会引起中枢神经抑郁症，并可能导致行动失调，判断力减弱
33、，最终至使身体麻木丧失知觉，重质芳烃毒性尤其强烈，可见采用低硫、低芳烃基础油，对操作人员身心健康是有利的28-30。此外，生产的部分箔带用于食品包装，为了避免残留油中稠环芳烃的危害，铝冷轧油在美国必须通过美国食品与药物管理局FDA21CFR178.8620的检验，因此检验已为国际社会所接受31。对轧制铝箔和铝板轧制油而言，其对芳烃含量的要求还有所不同。 基础油的老化在轧制过程中，轧制油在较高的温度下循环使用，油品必然会受到氧化作用，由于油受到铝及油溶性铝化合物的催化作用，大大加快了氧化速度（10倍），氧化的结果生成酸性物质及分子量较大的物质，使油品酸值及粘度有较大的改变，严重时会对轧制工艺及产
34、品产生很大的影响。固为粘度增大虽有利于减厚，但会使褐斑加重，对轧速及表面质量均有害，酸值增大易于形成白斑。基础油的氧化稳定性与基础油的组成、类型、精制深度都有关，一般说来饱和烃较好，含双键和环结构较多的油品氧化定安性较差。在110试油中加入1g铝屑进行化试验，不同类型的铝轧制的基础油不同。 基础油的类型特性和应用正构烷烃：通常由分子筛脱蜡工艺得到，经过多年的研究和实践，正构烷烃作为铝冷轧油的基础油，已走向实用阶段，可能是由于价格的原因，目前用得尚不普遍。饱和烃：指除去芳烃和烯烃的石油馏分，通常由加氢工艺制得。目前国际上出售的高档铝冷轧油，如EXXON公司的EXXSOL系列，ESSO公司SOME
35、NTOR系列的铝冷轧油，均属此类油。经过近几年的努力。我国也掌握了此工艺，有的装置已投产，有的即将投产。但采用加氢裂化型工艺生产的产品质量不如加氢饱和型的产物。异构烷烃：此类油为烷基化装置的副产品。由于遇火清净性优良，也被推荐作为铝轧制油的基础油。一般矿油：通常由切取直馏煤柴油馏分得到。含有较高的芳烃和硫份。对轧制性能及人员健康，均有一定的危害。但由于此类油来源容易，价格低廉，在国内市场仍占有较大的比例，特别是小型铝加工厂。以上几类油中，一般矿油由于质量低劣，应逐渐为高档油所取代。随着工艺技术的发展，副产异构烷烃产量会越来越少，因而也只能在特殊情况下应用。正构烷烃虽然性能较好，但价格限制了它的
36、应用，只有饱和烃是高档铝材轧制油的主体。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，附着两个基团不仅有防止油水两互相排斥的功能，而且还有把油和水相连接起来不使其分离的特殊功能32-33。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，极容易分层，必须在油水混合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。其乳化能力一般。在轧制过程和高压及高温下，要求乳化液能破乳，使润滑油能铺展成一个表面，使水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
37、化作用34。冷轧油需加大量的水才能形成乳化液在轧机上使用。要使油和水能均匀地混合成较稳定的乳化液，需加入表面活性剂物质，也称为乳化剂。在冷轧油中一般使用OP类和SP类的乳化剂，其重量占2%-10%。防锈添加剂钢铁由于轧制升温以及与大气中的水分和氧及其它杂质接触容易引起化学腐蚀、电化学腐蚀及锈蚀，因此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35-37。由于轧制过程中油水分离，使油产生离水展着，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
38、。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、苯丙二唑、山梨糖醇单油酸酯、硬脂酸铝等38。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、氯化物的极压膜，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690、硫化铁膜的熔点为1193，磷化铁与铁的共熔物的膜的熔点为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
39、构造的薄膜而起到抗磨、极压的作用。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，极性大小是影响其性能的一个因素。摩擦改进剂一般属于下列化合物中的一种：长链羧酸或其衍生物，包括盐、长链磷酸或磷酸及其衍生物、长链胺、酰胺、亚胺及其衍生物。酸能以阴离子的形式吸附在金属表面上，胺、亚磷酸脂和磷酸脂以配位形式吸附在金属表面上，盐则以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。抗氧化剂在轧制油中需要加入少
40、量抗氧化剂，以抑制油的氧化作用，降低油的氧化速度，防止酸性氧化物的腐蚀作用。轧制油的氧化作用是造成油品质量变坏消耗增加的重要原因。油在氧化过程中生成一些中间产物，如过氧化物、醇、醛、酮、酯、羟基酸等，羟基酸可以进一步缩合生成不溶于油的物质，并易粘附在轴承上形成漆膜，进而形成积碳。有些氧化物能与某些杂质形成油泥，造成油路或过虑器的堵塞。同时，各种有机酸类的产物还会使钢板及轧辊腐蚀，磨损增大，更为严重的是轧制过程中产生的铁屑对上述大部分反应具有催化作用。因此，必须在轧制油中加入抗氧剂以延长油品的使用寿命。对抗氧剂一般有如下要求：没有腐蚀作用；与油品的组分不发生任何不良反应，不会引起润滑油的变质；油
41、溶性好；不溶或难溶于水，很少或没有吸水性；稳定性好，长期使用不发生变化，不易蒸发。我国轧制油常用的抗氧化防腐剂主要有以下几种：2，6-二叔丁基对甲酚；N,N-二仲丁基对苯二胺；硫磷化脂肪醇锌酸等。消泡剂在金属塑性加工中，当润滑剂循环使用时，润滑剂由于激烈搅拌与空气接触，会产生气泡，造成润滑不良。当起泡严重时，会导致循环系统（泵及管道），内因气穴作用而使流量降低，甚至出现供应润滑剂中断等操作上的故障。消泡剂能降低气泡的表面张力，使形成的气泡不稳定。可见，消泡剂的作用并不是预防润滑剂产生气泡，而是缩短气泡存在的时间。常用的防泡剂有硅素油（如二甲基硅油），它的消泡作用机理是：首先吸附在泡膜上，随后浸
42、入泡膜内部，并使泡膜逐渐扩张而破裂，起到消泡作用。油性剂油性剂在润滑油中起改善和提高润滑性能的作用。在冷轧油中一般采用天然的动物油、植物油或人工合成的酯类物质作为油性剂。在动、植物油方面，国外冷轧油一般采用牛油、鲸鱼油、棕桐油、橄榄油等。而国产冷轧油中，一般采用猪油、鲸鱼油、棉籽油、菜籽油、大豆油等。酯类物质是由醇类物质和脂肪酸经化学反应生成的，其在冷轧油中起着重要的作用。油性剂占冷轧油重量的20%65%。1.4.3轧钢工艺对乳化液的要求近年来冷轧机取得了显著的进步，轧制速度最高可达2000m/min，单道次压下率也可达到最低。用户对冷轧材的要求也越来越高。冷轧材的强度提高，厚度减薄，因而优良
43、的轧制油乳化液应具有以下性能： 在高温、高压下具有良好的润滑特性；轧后成品板表面光洁；轧件进入下工序前应具有良好的防锈能力和耐腐蚀性耐老化性能好，乳化液使用，寿命长；良好的乳化性能，使用方便；轧后钢板脱脂性能良好，退火时无油污产生；废液处理性能良好，无公害，成本低廉。1.4.4轧制油乳化液分析要点乳化液PH值测定有PH试纸法和仪器法两种。因为乳化液含油用一般的PH计测的数据不太准确，生产中常用PH试纸法测定。目前己有一种特殊的复合电极，适合于仪器法测定。国外还有一种更为先进的携带式PH笔，可用于生产现场的观测39。乳化液电导率的测定，国内外均采用电导率仪，其操作最好是将乳化液静置分层后，取下部
44、溶液进行测量，从而减少油的干扰。1.4.5轧制油乳化液测定方法容量瓶法本法是测定轧制油乳化液中的总油含量(包括轧制油及杂油）。做此项试验用的是特制的长颈容量瓶，容量瓶底部圆形容积为100ml，上面长颈部分刻有15ml的刻度。将试液和盐酸装入容量瓶后，要充分摇匀，在烘箱中90温度下，至少保温34小时，等油完全分离后，才能读数。重量法此方法适用于含铁粉较高的乳化液或很脏的乳化液，其原理是将乳化液用丁酮萃取，除去水相和铁皂，将有机相蒸发除去丁酮后，直接称取油重。此方法比较复杂，但测定结果准确。1.4.6轧制油乳化液中其它物质的测定氯化物的测定轧制油乳化液中氯化物的测定最好采用硝酸汞滴定法，我们采用在
45、乳化液试样中加入无水乙醇，提高其增溶效果，使分析方法快速，准确，易观察滴定终点40-41。铁含量的测定乳化液中铁含量测定分为测定二价铁和全铁，其原理是基于三价铁与EDTA进行的络合反应，三价铁测定是在试液中加入盐酸煮沸后，调PH值，直接用EDTA滴定。而全铁的测定则要在试液加入盐酸后，再加煮沸的过氧化氢，将其余的铁全部转化为二价铁，再用EDTA进行滴定。游离脂肪酸测定的各种有机酸的溶解度不同，不能单纯用水溶液测定，可加入无水乙醇增溶，利于分解试样，也易于观察滴定终点，加入的乙醇必须是用氢氧化钾中和过的，如不中和则会因乙醇消耗少量滴定剂而引起误差。皂化值的测定在试液中加入氯化钠，于70时用丁酮萃
46、取出试样油，然后往试样油中加入过量的氢氧化钾和乙醇溶液，在90充分皂化，再用酸标准溶液滴定。灰分的测定先将乳化液中水分蒸发，再将油渣烧掉，置于马弗炉800灰化，用重量法测定。2实验部分2.1实验药品基础油 乳化剂 抗磨剂 分散剂 极压剂 防锈剂 油性剂 消泡剂2.2实验仪器凝点测定器，开口闪点测定器，运动粘度测定器，石油密度计，恒温水浴，搅拌器，电子天平，电热鼓风干燥箱。2.3实验原理按轧制时摩擦表面接触区润滑表面的润滑剂数量,摩擦可分为二种基本形式: 干摩擦、边界摩擦和液体摩擦。介于这二种之间的摩擦分别为半干摩擦和半液体摩擦。在摩擦体表面没有润滑剂或任何玷污物通称为干摩擦，即非润滑体摩擦。在
47、边界摩擦(接触表面存在极薄油膜，厚度0.001-0.1m)中，如果润滑油中有表面活性剂如脂肪酸、醇及其衍生物时，在金属表面就形成很薄而牢固的油膜，这些物质的极性分子具有长链形状，它们垂直于金属表面排列成一定数量的密集层。例如，脂肪酸分子以其羧基和金属链接，羧基分子对称排列。因此，边界油膜具有类似晶体的有序结构， 其性质和通常润滑剂的性质有很大区别。这种结构有利于承受很大的法向载荷，同时表现出很小的层间剪切阻力。这是由于边界润滑条件下，摩擦系数值很低的缘故。边界摩擦条件和干摩擦一样，常用阿芒汤定律计算摩擦力值。T=N式中：T-摩擦力；N-正压力。液体摩擦即摩擦表面之间存在着较厚的润滑层，完全没有表面不平度的直接咬合，是润滑层的内摩擦。半液体摩擦是液体摩擦和边界摩擦、干摩擦或其它摩擦的组合。这是摩擦之间有润滑层，似是，其厚度不足以完全把表面隔开。在滑动中，个别点不平产生咬合，即存在边界摩擦区域干摩擦区。在载荷大，滑动速度低或润滑不足的条件下，最可能产生半液体摩擦。由于轧辊和钢板具有一定的显微起伏，因此，连接润滑表面的润滑层厚度很不均匀，既有大量润滑剂富集区，也有表面最接近区域。如果润滑剂中有能形成牢固的边界膜的表面活性物质，则在表面最接近各点仍然保持极薄的隔离润滑层。在此情况下，整个接触区由交替的边界
