金属轧制设备与工艺润滑的挑战与创新PPT课件

1、主要内容1.轧制工艺润滑的作用轧制工艺润滑的作用 Function of lubrication in rolling processA2.工艺润滑对轧制过程影响工艺润滑对轧制过程影响 Effect of lubrication on rolling process3.热轧工艺润滑热轧工艺润滑 Lubrication in hot rolling4.润滑管理润滑管理 Lubricating management5.面临的挑战与技术创新面临的挑战与技术创新 Challenges and Innovating in rolling lubrication第1页/共136页1.轧制工艺润滑的作用轧制

2、工艺润滑的作用1.1 1.1 钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战1.2 1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用轧制过程中摩擦的特点和作用1.3 1.3 工艺润滑与节能减排工艺润滑与节能减排第2页/共136页 轧制工艺始于轧制工艺始于15世纪，世纪，16世纪开始轧制窄带，用来制作货币，据说最早的轧机草图世纪开始轧制窄带，用来制作货币，据说最早的轧机草图是在是在DVLeonardo的记录中发现。的记录中发现。1728年法国首先使用带孔型的轧辊。在约一百多年年法国首先使用带孔型的轧辊。在约一百多年后才轧出较规则的金属棒材。后才轧出较规则的金属棒材。1862年连轧机开始出现在

3、英国的曼彻斯特。年连轧机开始出现在英国的曼彻斯特。18世纪中期，世纪中期，开始热轧较宽钢板，而薄板热轧未采用润滑油。开始热轧较宽钢板，而薄板热轧未采用润滑油。1892年在年在Teplite建成第一套带钢连轧机建成第一套带钢连轧机组。此时，还没有采用工艺润滑，不久轧制有色金属，同时轧制的厚度范围也扩大了组。此时，还没有采用工艺润滑，不久轧制有色金属，同时轧制的厚度范围也扩大了 直到直到19世纪才开始使用合成润滑油涂抹轧辊进行润滑。润滑油通常是以矿物油世纪才开始使用合成润滑油涂抹轧辊进行润滑。润滑油通常是以矿物油（1860年以后才大量获得）和动、植物油为基础油。年以后才大量获得）和动、植物油为基础

4、油。20世纪初铝板轧制过程中由于铝对世纪初铝板轧制过程中由于铝对轧辊的粘附以及表面质量的要求，促使轧制工艺润滑的发展，对矿物油也提出了更高的轧辊的粘附以及表面质量的要求，促使轧制工艺润滑的发展，对矿物油也提出了更高的要求。为提高润滑效果，添加活性物质，与此同时，低速轧制窄带钢问世，用水冷却轧要求。为提高润滑效果，添加活性物质，与此同时，低速轧制窄带钢问世，用水冷却轧辊辊 但钢的热轧工艺润滑却到上世纪但钢的热轧工艺润滑却到上世纪3040年代才出现。年代才出现。19351936年间，苏联最早年间，苏联最早在型钢轧机上用动物油（牛油、猪油）润滑轧辊。在型钢轧机上用动物油（牛油、猪油）润滑轧辊。196

5、8年美国大湖（年美国大湖（Great Lake）分厂）分厂在热带轧机上采用工艺润滑。后来许多国家在板带、型材轧机上获得成功。我国始于在热带轧机上采用工艺润滑。后来许多国家在板带、型材轧机上获得成功。我国始于1979年，在年，在1700炉卷轧机上取得良好润滑效果。炉卷轧机上取得良好润滑效果。 镀锡钢板镀锡钢板18世纪才改为轧制生产，由于镀锡板需求增加，促进了宽带冷轧机发展。世纪才改为轧制生产，由于镀锡板需求增加，促进了宽带冷轧机发展。由于润滑问题未解决使生产受到限制，直到由于润滑问题未解决使生产受到限制，直到1930年，由年，由AJCostle建议，开始使用棕榈建议，开始使用棕榈油作润滑剂获得优

6、良效果，并一直沿用到今天。由于轧制速度不断提高，因而迫切要求油作润滑剂获得优良效果，并一直沿用到今天。由于轧制速度不断提高，因而迫切要求解决轧辊的冷却问题，于是，出现了冷却性能良好的乳化液来润滑以代替纯油润滑。解决轧辊的冷却问题，于是，出现了冷却性能良好的乳化液来润滑以代替纯油润滑。润滑的历史回顾第3页/共136页p1968年年QAUAKER-CHEMICAL的热轧润滑油在美国的热轧润滑油在美国National钢铁公司钢铁公司GREAT-LAKE分厂热连轧机组上应用并取得成功分厂热连轧机组上应用并取得成功p日本应用此项技术也有日本应用此项技术也有35年历史，国外板带钢热连轧机的精年历史，国外板

7、带钢热连轧机的精轧机组都已采用了工艺润滑技术。轧机组都已采用了工艺润滑技术。p1980年开始太钢炉卷轧机、武钢年开始太钢炉卷轧机、武钢1700mm热连轧机、宝钢热连轧机、宝钢2050mm热连轧机，随后鞍钢热连轧机，随后鞍钢1780mm精轧机热轧生产线、珠精轧机热轧生产线、珠钢钢CSP生产线、攀钢生产线、攀钢1450mm生产线、宝钢梅山钢铁热轧厂以生产线、宝钢梅山钢铁热轧厂以及唐钢及唐钢800mm热轧带钢等已使用了这一技术并取得了成功，获热轧带钢等已使用了这一技术并取得了成功，获得了良好的经济效益。得了良好的经济效益。p经过经过50多年的发展，轧制工艺润滑技术已经在钢铁生产领域多年的发展，轧制工

8、艺润滑技术已经在钢铁生产领域获得广泛应用。获得广泛应用。润滑的历史回顾第4页/共136页51 节能减排和绿色生产的趋势p 据统计：冶金行业总能耗占全国总能耗的15%17%，而全国家庭总能耗只占10%左右。p我国钢铁冶金行业的能耗总体水平与国际先进水平的差距超过了10%。且平均吨钢耗新水量高出国际先进水平2倍以上2 技术发展与产品质量的需求钢铁大国向钢铁强国转变；p金属加工过程自动化、连续化和高速化发展；p高精尖薄产品逐年增多p 轧制产品板带比提高1.1钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战第5页/共136页钢铁生产过程钢铁生产过程l工艺流程长，工艺流程长，l设备多、复杂设备多、复杂l工况条件苛刻工况

9、条件苛刻1.1钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战第6页/共136页 冶金企业各种机械设备众多，用油情况复杂，分为设备润滑冶金企业各种机械设备众多，用油情况复杂，分为设备润滑和工艺润滑，每年要消耗数千吨润滑油，直接价值上亿元。和工艺润滑，每年要消耗数千吨润滑油，直接价值上亿元。 现代化钢铁联合企业每年消耗的润滑油种大致为现代化钢铁联合企业每年消耗的润滑油种大致为:p 齿轮油齿轮油20%;p 轴承油轴承油20%;p 液压油液压油20%; p 工艺油工艺油33%;p 其余油品其余油品7%。71.1钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战第7页/共136页由于润滑油在使用过程中的维护管理普遍存在问题，导致企业存

10、在过度润滑（油品由于润滑油在使用过程中的维护管理普遍存在问题，导致企业存在过度润滑（油品浪费）和润滑不当（设备磨损）。这主要表现在：浪费）和润滑不当（设备磨损）。这主要表现在： （1 1）设备与工艺用油的选型优化问题，许多企业没有规范的用油管理，没有科学）设备与工艺用油的选型优化问题，许多企业没有规范的用油管理，没有科学的选油方法，导致用油牌号众多，造成用错油、乱用油的现象，导致设备故障和油的选油方法，导致用油牌号众多，造成用错油、乱用油的现象，导致设备故障和油品浪费；品浪费； （2 2）工艺润滑未受到应有的重视，或使用效果不佳，影响到应用效果和积极效益，）工艺润滑未受到应有的重视，或使用效果

11、不佳，影响到应用效果和积极效益，例如热轧润滑油耗高。例如热轧润滑油耗高。 （3 3）设备存在用油污染严重，导致润滑油易劣化变质，影响润滑效果，使得不少）设备存在用油污染严重，导致润滑油易劣化变质，影响润滑效果，使得不少优质润滑油使用周期短，浪费严重；优质润滑油使用周期短，浪费严重； （4 4）设备润滑系统维护重视不够，润滑故障缺乏深入分析，例如影响冶金设备润）设备润滑系统维护重视不够，润滑故障缺乏深入分析，例如影响冶金设备润滑效果的除了润滑油脂自身的质量外，还受设备温度、水分、粉尘等因素影响，冷滑效果的除了润滑油脂自身的质量外，还受设备温度、水分、粉尘等因素影响，冷却循环系统、各种滤器的质量及

12、日常维护都直接影响冶金设备的正常润滑。却循环系统、各种滤器的质量及日常维护都直接影响冶金设备的正常润滑。 （5 5）企业设备管理人员润滑知识匮乏、相关润滑管理制度滞后，一方面存在设备）企业设备管理人员润滑知识匮乏、相关润滑管理制度滞后，一方面存在设备润滑不良，导致设备异常磨损现象，另一方面也存在设备过度润滑，导致油品浪费润滑不良，导致设备异常磨损现象，另一方面也存在设备过度润滑，导致油品浪费现象。现象。 1.1钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战第8页/共136页p 摩擦损耗造成润滑油（脂）消耗费用大，据摩擦损耗造成润滑油（脂）消耗费用大，据2003年调查统计，钢铁工业年调查统计，钢铁工业每万吨钢

13、需润滑油（脂）每万吨钢需润滑油（脂）8吨左右，其中国外油脂占实际消耗量的吨左右，其中国外油脂占实际消耗量的21.2%;p 轧辊辊耗高，国内冶金行业的辊耗平均为轧辊辊耗高，国内冶金行业的辊耗平均为2.46kg/t，是发达国家的两倍多，是发达国家的两倍多p 金属加工油液消耗量大（轧制、挤压、切削、拉拔）；金属加工油液消耗量大（轧制、挤压、切削、拉拔）；p 金属加工油液的生产管理较为混乱无序。金属加工油液的生产管理较为混乱无序。91.1钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战我国在油品循环再利用方面与国际先进水平存在较大差距。资料表明，近些年欧美等国家每年的油品循环量占使用量的2135%，而我国仅占413%

14、，并且目前废油再生所采用的工艺效率低、能耗高或不能满足环保要求。例如建龙集团润滑油脂消耗占总油品消耗的43%以上，润滑油脂的损耗率在2040%之间，循环再利用也较低。大量的废油品不仅存在污染环境隐患，也影响企业降本增效。因此，我国在油品循环再生方面还有很大的潜力可挖第9页/共136页 产品类型单位产品工艺油消耗量/kgt-1产品年产量/(108)t工艺油 消耗量总计/(108)t 钢铁（黑色金属）热轧0.120.322.02.5万吨冷轧0.400.800.53.0万吨平整0.300.500.82.5万吨防锈0.200.400.92.0万吨有色金属铝板带箔材0.801.00.242.5万吨铜板带

15、管线材22.0万吨 表3 2010年我国钢铁联合企业工艺油消耗量101.1钢铁企业设备与工艺润滑现状与挑战第10页/共136页1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用 乔斯特报告估计：应用当年现有的摩擦学知识，在英国通过摩擦学实践，减少不必要的摩擦磨损，减少有关设备故障和能源消耗等，一年可节约约5.15亿英镑，相当于当年英国国民总产值的1.1%左右。同样，美国能源部确认，摩擦磨损导致的能源损失使美国经济每年损失达160亿美元，占美国能源总消耗的11%，或国民生产总产值的1.1%。 1986 1986年中国机械工程学会年中国机械工程学会在一份调查报告中指出：通过在一份调查报告中指出：

16、通过摩擦学研究和实践节约的消耗摩擦学研究和实践节约的消耗费用为我国国民生产总产值的费用为我国国民生产总产值的1.8%1.8%，而所投入的研究和开发，而所投入的研究和开发费用却很低，即煤炭工业为费用却很低，即煤炭工业为1:401:40；冶金工业为；冶金工业为1:761:76。另外。另外报告认为：全部节约的报告认为：全部节约的20%20%利利用现有的知识即可获得，也就用现有的知识即可获得，也就是说不需要任何投资。是说不需要任何投资。未润滑辊面未润滑辊面 润滑辊面润滑辊面第11页/共136页钢铁生产过程能耗钢铁生产过程能耗(最最先进水平先进水平,不含烧结和焦化不含烧结和焦化):u炼铁炼铁:91%u炼

17、钢炼钢:1%u热轧热轧:5%u冷轧冷轧:3%应用轧制工艺润滑技术应用轧制工艺润滑技术: 节能降耗与生产效率直接收益节能降耗与生产效率直接收益:5060亿亿/年年 产品质量与成材率提高收益产品质量与成材率提高收益: 5060亿亿/年年 装置与润滑剂支出装置与润滑剂支出: 10亿亿/年年1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用第12页/共136页轧制工艺润滑的作用轧制工艺润滑的作用 鉴于摩擦磨损对轧制过程的影响，采用轧制工艺润滑可以有效地降低和鉴于摩擦磨损对轧制过程的影响，采用轧制工艺润滑可以有效地降低和控制轧制过程中的摩擦磨损，进而达到以下目的：控制轧制过程中的摩擦磨损，进而达到以下目的：降低轧制过程

18、的力能参数（轧制力、轧制力矩、主电机功率）降低轧制过程的力能参数（轧制力、轧制力矩、主电机功率）提高轧机轧制能力，可实现低温、大压下轧制；提高轧机轧制能力，可实现低温、大压下轧制；实现高速轧制；实现高速轧制；提高轧辊使用寿命；提高轧辊使用寿命；提高轧制作业率；提高轧制作业率；减少轧件的不均匀变形；减少轧件的不均匀变形；减少轧制过程氧化生成数量，减少轧制过程氧化生成数量，防止氧化铁皮的压入防止氧化铁皮的压入; ;改善轧后制品质量改善轧后制品质量 （板形控制、尺寸精度、表面粗糙度与清洁性等）（板形控制、尺寸精度、表面粗糙度与清洁性等）1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用第13页/共136页轧制工艺润

19、滑作用效果轧制工艺润滑作用效果热轧热轧冷轧冷轧摩擦系数降低摩擦系数降低30%50%10%30%轧制力降低轧制力降低10%40%10%30%轧机功率降低轧机功率降低5%30%5%20%轧辊使用寿命提高轧辊使用寿命提高20%50%10%25%酸洗速度提高酸洗速度提高10%40%作业率提高作业率提高3%10%3%5%轧后制品表面粗糙度降低轧后制品表面粗糙度降低10%50%10%50%表1 热轧和冷轧工艺过程轧制工艺润滑作用效果统计1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用第14页/共136页1-原始辊面；原始辊面；2-润滑辊面；润滑辊面；3-无润滑辊面无润滑辊面1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用第15页/共

20、136页 除此之外采用工艺润滑还可使轧件在物理和冶金特征性除此之外采用工艺润滑还可使轧件在物理和冶金特征性上发生如下变化：上发生如下变化：1. 控制和改善晶粒组织；控制和改善晶粒组织；2. 减低屈服点、极限拉伸强度和缺口强度；减低屈服点、极限拉伸强度和缺口强度；3. 提高塑性应变比提高塑性应变比r 值，提高延伸率；值，提高延伸率；4. 控制轧制织构形成，提高板带深冲性能控制轧制织构形成，提高板带深冲性能1.2 轧制过程中摩擦的特点和作用第16页/共136页（1） 减少轧制过程能耗减少轧制过程能耗2008年我国重点钢铁企业大型轧机工序能耗为年我国重点钢铁企业大型轧机工序能耗为69.52kgce/

21、T，平均轧机工序能耗可达，平均轧机工序能耗可达80100 kgce/T，而轧制摩擦能耗一般占轧制能耗总量的，而轧制摩擦能耗一般占轧制能耗总量的30以上，若采用工艺润滑，轧制吨能耗以上，若采用工艺润滑，轧制吨能耗可降低可降低10%20%。2008年中国钢产量年中国钢产量5.0亿吨，钢铁生产板带比按亿吨，钢铁生产板带比按50%计算，粗略估计每年计算，粗略估计每年可节约可节约100万吨万吨150万吨标准煤。万吨标准煤。 （2）减少金属损失）减少金属损失采用轧制工艺润滑可以减少热轧过程中氧化铁皮厚度采用轧制工艺润滑可以减少热轧过程中氧化铁皮厚度15%20%，进而降低金属损耗，进而降低金属损耗15%20

22、%，相当于节约金属消耗，相当于节约金属消耗1kg/T。按。按2008年钢铁产量与板带比计算，相当增加年钢铁产量与板带比计算，相当增加2500万吨热轧材，同时，轧制产品表面质量的提高，表面缺陷率降低万吨热轧材，同时，轧制产品表面质量的提高，表面缺陷率降低30%50%，相当提高成材，相当提高成材率率0.5%1.0%。（3）节水）节水由于热轧过程中氧化铁皮厚度的减少，得使高压水除鳞用水水压减少，同时轧辊循环冷却水由于热轧过程中氧化铁皮厚度的减少，得使高压水除鳞用水水压减少，同时轧辊循环冷却水的利用率进一步提高，而冷轧时由于能够有效地减少轧制变形区的摩擦，使得轧辊表面温升的利用率进一步提高，而冷轧时由

23、于能够有效地减少轧制变形区的摩擦，使得轧辊表面温升得到控制，轧辊冷却水用量也随之减少。得到控制，轧辊冷却水用量也随之减少。（4）酸液使用减少）酸液使用减少 热轧氧化皮厚度的降少，酸洗过程中酸洗速度可以相应提高热轧氧化皮厚度的降少，酸洗过程中酸洗速度可以相应提高10%40%，酸液消耗降低，酸液消耗降低10%20%，若按酸洗机组每吨钢酸耗，若按酸洗机组每吨钢酸耗35kg计算，可降低酸耗计算，可降低酸耗0.31.0kg/T。这样可以降低。这样可以降低酸洗对空气的污染。酸洗对空气的污染。1.3工艺润滑与节能减排第17页/共136页1. 清洁生产 清洁生产是一种全新的生产发展模式，它借助于各种相关理论和

24、技术，在产品的整个生产周期的各个环节采取“预防”措施，将生产技术、生产过程、经营管理等环节有机结合起来，并优化运行方式，从而实现资源和能源使用最小、对环境影响最小的、管理模式最佳以及最优化的经济发展水平。1.3工艺润滑与节能减排 对金属加工润滑而言，首先要求产品的原材料及生产、管理等本身符合“清洁生产”的前提，而在使用过程中，则要全盘考虑到生产工艺、生产操作和管理、直接废弃物的回收利用。总之，要将相关的环境因素都纳入整个过程中去。这与以往的废水末端处理是完全不同的概念。第18页/共136页 清洁生产最终的目的是实现“节能、降耗、减污、增效”。其包括清洁生产过程、清洁产品和服务三个方面。对生产过

25、程：要求节约原材料和能源，淘汰有毒原料，减少所有废弃物的数量和毒性；对产品：要求减少从原料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；对服务：要求将环境因素纳入设计和所提供的服务。所谓清洁生产主要是1.3工艺润滑与节能减排第19页/共136页2. 环境友好润滑剂 目前对环境友好润滑剂国际上并无统一标准，但各个国家都开始着手指定目前对环境友好润滑剂国际上并无统一标准，但各个国家都开始着手指定自己的环境友好润滑剂的规定或标准，其中德国对自己的环境友好润滑剂的规定或标准，其中德国对800800多个润滑剂制造商的多个润滑剂制造商的9191个个品种，品种，42004200个产品提出可生物降解要求。瑞典通过

26、个产品提出可生物降解要求。瑞典通过SS15 54 34SS15 54 34标准，以标准，以SPSP列表列表为产品提供了环境运行数据，并对其进行控制和评估的标准。欧盟对金属加工为产品提供了环境运行数据，并对其进行控制和评估的标准。欧盟对金属加工液亦作了规定，如禁止使用甲醛、酚及其衍生物，禁止使用氯乙酰胺、氯酚及液亦作了规定，如禁止使用甲醛、酚及其衍生物，禁止使用氯乙酰胺、氯酚及其衍生物以及含锌的添加剂。钡含量小于其衍生物以及含锌的添加剂。钡含量小于0.1%0.1%。亚硝酸钠含量小于。亚硝酸钠含量小于5g/g5g/g，硼，硼酸及其衍生物最多量为酸及其衍生物最多量为8%8%。另外，国外许多公司已经开

27、始生产环境友好润滑剂。另外，国外许多公司已经开始生产环境友好润滑剂产品，如产品，如MobilMobil、ShellShell、FuchsFuchs、BpBp、TexacoTexaco等品牌公司。环境友好润滑剂在等品牌公司。环境友好润滑剂在20062006年以后，每年将以增加年以后，每年将以增加15%15%的趋势上升。的趋势上升。1.3 工艺润滑与节能减排第20页/共136页1.基础油的生物降解性高于60%70%；2.没有水污染、无氯、低毒；3.添加剂无致癌物、无致基因诱变、畸变物，不含氯和亚硝酸盐、不含金属（钙除外）；4.最大允许使用7%具有潜在可生物降解性添加剂（按OECO302B法生物降解

28、大于20%）；5.添加剂应对水生系统低毒，不一定具备生物降解性；6.可添加2%不可生物降解的添加剂，但必须是低毒的；7.可生物降解类添加剂其添加量不受限制；8.产品不可危害人体健康。综合各国对可生物降解润滑剂的基本要求是：综合各国对可生物降解润滑剂的基本要求是：1.3 工艺润滑与节能减排第21页/共136页 尤其是金属加工润滑剂多在开放空间使用，而且是在高温、高压、高水的环境中，润滑剂的泄露、蒸发对环境容易造成破坏。例如：在矿物油型加工用油中，含S、P、Cl的极压剂也影响环境。氯化石蜡即为毒性、致癌物质，含氯废物只有靠焚烧才能排放。在不完全燃烧时，可能形成联苯基氯等毒性物。为此在轧制润滑剂的生

29、产中要尽量选择容易生物降解的基础油和添加剂，表5-9列举了一些常用的基础油和添加剂的生物降解性能1.3 工艺润滑与节能减排第22页/共136页基基 础础 油油生物降解率生物降解率/%40运动黏度运动黏度/mm2s-1环烷基矿物油环烷基矿物油中间基矿物油中间基矿物油石蜡基矿物油石蜡基矿物油26.224.042.019.7018.6116.5615白油白油22白油白油36白油白油63.141.031.314.2123.9632.92蓖麻油蓖麻油低芥酸菜子油低芥酸菜子油高芥酸菜子油高芥酸菜子油豆油豆油棉子油棉子油橄榄油橄榄油96.094.410077.988.799.1255.9634.568.78

30、33.2035.3237.811.3工艺润滑与节能减排第23页/共136页3. 3. 环境保护环境保护1.3 工艺润滑与节能减排随着人们环境保护意识增加， 轧制过程清洁化生产的呼声越来越高。虽然轧制工艺润滑在降低力能消耗、减少电耗、降低酸液消耗和提高成品率等方面对清洁生产和环境保护起到积极作用，但同时也带来一些对环境的负面影响，如润滑剂毒性、油烟、废液等。而且这些负面影响必须引起高度重视，否则就会阻碍轧制工艺润滑技术的应用。第24页/共136页润滑剂的毒性与防护由于轧制润滑剂是由有机和无机化合物组成，特别是添加剂如抗氧剂、防腐杀菌剂、极压剂等可能会对人身健康造成一些危害，由于每个人对润滑剂中的

31、一些化学成分敏感性不同，因此对引起的症状也不尽相同。一般对于长期接触轧制工艺润滑剂的人，可能引起下列疾病： 接触性皮炎。水、溶剂、乳化剂、洗涤剂都可能使皮肤脱脂，导致干裂，引发接触性皮炎。尤其是一些乳化液呈现弱碱性，若人手长期接触可能造成皮炎。另外如果皮肤被润滑剂中的金属碎屑划伤也可能引发皮炎。 毛囊炎。如果长期接触轧制油皮肤上的毛孔就会被油分堵塞，进而使皮肤长出黑头粉刺导致发炎。皮肤表面的细菌也能引起毛囊炎，特别是在手背、小臂和脸部容易出现症状。 肿瘤。医学上怀疑芳烃，特别是稠环芳烃可能引起皮肤角质层鳞状化，进而导致良性或恶性肿瘤发生。但是现在一般都对轧制油中芳烃含量作了限制，如美国食品与药

32、品管理局（FDA）对轧制食品与药品包装用铝箔轧制油中芳烃含量限制小于1%。 1.3 工艺润滑与节能减排第25页/共136页 润滑剂对水生环境毒性的影响，可参照德国水污染分类WGK（Wasserge Gahrdung Klasse）进行。其水污染分类的规定是以水污染数值WEN为基础的，而WEN值是从大量试验基础上或从配方的推算中得出。润滑剂的毒性包括对哺乳动物、鱼类和细菌三部分构成。对哺乳动物的毒性（AOMT）为基础的WEN致死量见表9-14，水污染分类与润滑剂污染评价见表9-15。表9-14 WEN的致死量WEN（AMOT）LD50/ g/g）720001.3 工艺润滑与节能减排第26页/共1

33、36页表9-15 水污染分类与润滑剂污染评价水污染分类水污染分类WGK水污染评价水污染评价水污染数值水污染数值WGK水水 污污 染染 物物0一般无水污染一般无水污染01.9新一代润滑剂新一代润滑剂1轻微水污染轻微水污染23.9不含添加剂的润滑油不含添加剂的润滑油2一般水污染一般水污染45.9含添加剂的矿物油含添加剂的矿物油3严重水污染严重水污染6可乳化型润滑剂可乳化型润滑剂1.3 工艺润滑与节能减排第27页/共136页 目前无论是热轧机还是冷轧机，轧机上方都有抽油烟换气设备及时把轧制油油烟排出。轧制油除了气味外一般不会对人身造成伤害。值得注意的是在热轧润滑中残留在轧件表面的轧制油可能会逐渐热分

34、解生产有害物质，而此时已远离轧机，通风不畅造成新的污染。因此加强车间内的换气通风，控制一些物质在空气中的饱和浓度低于表9-16中的规定。 另外，虽然轧机操作人员不与轧制润滑剂直接接触，但是在轧制过程中高另外，虽然轧机操作人员不与轧制润滑剂直接接触，但是在轧制过程中高温条件下润滑剂会大量挥发、热分解或燃烧，使得车间内空气中的各种杂质含温条件下润滑剂会大量挥发、热分解或燃烧，使得车间内空气中的各种杂质含量和气味增加。当混有大量轧制油蒸汽的空气进入人体呼吸系统和血液时，可量和气味增加。当混有大量轧制油蒸汽的空气进入人体呼吸系统和血液时，可能会引起较严重的头痛和痉挛现象，甚至发生中毒。这重要是由于矿物

35、油中挥能会引起较严重的头痛和痉挛现象，甚至发生中毒。这重要是由于矿物油中挥发的碳氢化合物和氧、硫、氮等非烃类化合物所致。发的碳氢化合物和氧、硫、氮等非烃类化合物所致。1.3 工艺润滑与节能减排第28页/共136页表6 一些物质允许的饱和浓度物物 质质饱和浓度饱和浓度/ mgm-3物物 质质饱和浓度饱和浓度/ mgm-3矿物油烃类矿物油烃类环烷酸环烷酸低级脂肪酸低级脂肪酸高级脂肪酸高级脂肪酸低级脂肪醇低级脂肪醇高级脂肪醇高级脂肪醇乙醚脂肪酸乙醚脂肪酸 300 200 1050 300 520 200 300 氯衍生脂肪系氯衍生脂肪系 氯化物脂肪系氯化物脂肪系 磷的有机化合物磷的有机化合物 碳酸盐

36、碳酸盐 石墨石墨 氯化硼氯化硼 氯氯 硫硫 硫化氢、二氧化硫硫化氢、二氧化硫1010106 61.51.52 210101.3工艺润滑与节能减排第29页/共136页2.工艺润滑对轧制过程的影响2.1 2.1 轧制工艺过程的摩擦学系统轧制工艺过程的摩擦学系统2.2 2.2 对轧制过程的影响对轧制过程的影响2.3 2.3 对轧辊的影响对轧辊的影响第30页/共136页2.1 轧制工艺过程的摩擦学系统 可以把轧制过程视可以把轧制过程视为一个由轧辊、工艺润为一个由轧辊、工艺润滑剂与轧件组成的摩擦滑剂与轧件组成的摩擦学系统。在该系统内通学系统。在该系统内通过摩擦学各

37、要素之间相过摩擦学各要素之间相互作用，相互影响，但互作用，相互影响，但最终目的是满足轧制工最终目的是满足轧制工艺的需要。该系统之间艺的需要。该系统之间的相互关系见图。的相互关系见图。第31页/共136页对轧件的影响对轧件的影响对轧制工艺的影响对轧制工艺的影响对轧辊的影响对轧辊的影响最小厚度最小厚度轧制温度轧制温度轧制压力轧制压力宽展宽展轧制速度轧制速度轧制扭矩轧制扭矩厚度公差厚度公差加工率加工率轧辊损耗轧辊损耗板形板形轧制道次轧制道次辊形辊形表面缺陷表面缺陷( (划伤、啄印等划伤、啄印等) )最大咬入角最大咬入角轧制能耗轧制能耗表面质量表面质量( (粗糙度、光亮度粗糙度、光亮度) )轧制稳定性

38、轧制稳定性轧制作业率轧制作业率 具体到轧制过程，工艺润滑对轧辊、轧件及轧制工艺的影响见表具体到轧制过程，工艺润滑对轧辊、轧件及轧制工艺的影响见表1-21-2。当然，对于不同的轧机、轧制工艺及轧制不同的产品品种，轧制工艺润当然，对于不同的轧机、轧制工艺及轧制不同的产品品种，轧制工艺润滑作用效果也是不同的。滑作用效果也是不同的。2.1 轧制工艺过程的摩擦学系统第32页/共136页轧制过程摩擦的特点轧制过程摩擦的特点图图7-6 7-6 滑动摩擦条件下摩擦系数对轧制压力的影响。滑动摩擦条件下摩擦系数对轧制压力的影响。 2.2 对轧制工艺过程的影响第33页/共136页最小可轧厚度最小可轧厚度 板带材最小

39、可轧厚度一般使指在轧制条件一定，即在轧辊直径、张力和摩板带材最小可轧厚度一般使指在轧制条件一定，即在轧辊直径、张力和摩擦系数等条件不变的情况下，由于轧辊的弹性压扁量达到了比较大的程度，擦系数等条件不变的情况下，由于轧辊的弹性压扁量达到了比较大的程度，无论如何再调小辊缝都不可能把轧件压薄，这个极限厚度被称为最小可轧厚无论如何再调小辊缝都不可能把轧件压薄，这个极限厚度被称为最小可轧厚度。根据度。根据Stone Stone 平均单位压力公式可以导出轧辊弹性压扁时的最小可轧厚度平均单位压力公式可以导出轧辊弹性压扁时的最小可轧厚度计算公式，即计算公式，即 2min(1)7.84RhKE2.2 对轧制工艺

40、过程的影响 图1 不同润滑条件热轧制道次与轧件厚度的关系 第34页/共136页轧制过程的磨损轧制过程的磨损粘附磨损、磨粒磨损与疲劳磨损在轧制过程磨损中起主要作用粘附磨损、磨粒磨损与疲劳磨损在轧制过程磨损中起主要作用。 粘附磨损主要是在轧制粘附性强的金属，如不锈钢、钛、铝及其合金等极易发生粘附磨损主要是在轧制粘附性强的金属，如不锈钢、钛、铝及其合金等极易发生粘附，结果造成轧件表面出现啄印（粘附，结果造成轧件表面出现啄印（Pick-upPick-up），更严重者轧辊粘附金属后，粘附物），更严重者轧辊粘附金属后，粘附物在轧制过程中被重新被压入轧件表面形成新的表面缺陷，或者硬化后在轧辊上形成在轧制过程

41、中被重新被压入轧件表面形成新的表面缺陷，或者硬化后在轧辊上形成 “结疤结疤”，划伤轧件表面，或在轧件表面形成压痕。，划伤轧件表面，或在轧件表面形成压痕。 轧辊及轧件表面上一些硬的凸起物、氧化皮脱落等也易引起磨粒磨损。如果轧辊轧辊及轧件表面上一些硬的凸起物、氧化皮脱落等也易引起磨粒磨损。如果轧辊上的上的“结疤结疤”脱落，则在辊缝间形成磨粒产生磨粒磨损。特别是轧制有色金属时磨脱落，则在辊缝间形成磨粒产生磨粒磨损。特别是轧制有色金属时磨粒磨损占主导地位。而热轧板带钢时，氧化皮的脱落在辊缝间形成的磨粒造成板面粒磨损占主导地位。而热轧板带钢时，氧化皮的脱落在辊缝间形成的磨粒造成板面出现麻点。出现麻点。

42、轧辊报废的主要原因是剥落，剥落是疲劳效应的结果。有时剥落层很深，致使轧轧辊报废的主要原因是剥落，剥落是疲劳效应的结果。有时剥落层很深，致使轧辊表面硬化层只留下很少的一层。由局部磨损而产生的应力不均匀分布、氧化层过辊表面硬化层只留下很少的一层。由局部磨损而产生的应力不均匀分布、氧化层过厚引起的龟裂、研磨裂纹以及轧辊上的残余应力都是导致剥落的原因。厚引起的龟裂、研磨裂纹以及轧辊上的残余应力都是导致剥落的原因。 2.3 对轧辊磨损的影响第35页/共136页表表2-22-2热粗轧、精轧的工作辊负荷和磨损情况统计热粗轧、精轧的工作辊负荷和磨损情况统计类别粗轧粗轧精轧精轧前段前段 后段后段前几架前几架 后

43、几架后几架轧制力轧制速度/ms1单位轧制力/Mpa轧辊温升/16 241012 1222500550 55060028 8252560 50100600650 650750轧辊材质锻钢、铸钢、高镍铬铸钢 高铬铸钢高铬铸铁、高镍铬铸铁高速钢、高速钢轧辊表损伤面剥落形成黑皮脱落轧不锈钢热粘着其他表面缺陷容易产生黑皮粗轧后段发生凹坑多发生于精轧的前几架不产生黑皮多发生于精轧的前几架精轧后段产生凸凹裂纹、热冲击和折叠轧件厚时因咬入冲击而形成折叠多发生于精轧后段磨损在精轧的后段磨损严重2.3 对轧辊磨损的影响第36页/共136页 影响轧辊磨损的因素影响轧辊磨损的因素（1）轧辊的材质：这主要表现在轧辊硬度

44、与磨损的关系上，硬度大的磨损小，）轧辊的材质：这主要表现在轧辊硬度与磨损的关系上，硬度大的磨损小，硬度小的磨损大。中厚板轧机的轧辊肖氏硬度应大于五十八，硬度落差不大于硬度小的磨损大。中厚板轧机的轧辊肖氏硬度应大于五十八，硬度落差不大于5HS。（2）轧件的化学成分：随着钢中的含碳量及合金元素的增加，轧件的塑性变低，）轧件的化学成分：随着钢中的含碳量及合金元素的增加，轧件的塑性变低，变形抗力增大，造成轧辊磨损增大。变形抗力增大，造成轧辊磨损增大。（3）轧件的温度：轧件的变形温度高，塑性好，易于变形，轧辊磨损小，轧件）轧件的温度：轧件的变形温度高，塑性好，易于变形，轧辊磨损小，轧件温度低，变形抗力大

45、，轧辊磨损大，开轧温度不得低于温度低，变形抗力大，轧辊磨损大，开轧温度不得低于1050。（4）轧辊与轧件表面状态：轧辊与轧件表面粗糙，轧辊磨损大。）轧辊与轧件表面状态：轧辊与轧件表面粗糙，轧辊磨损大。（5）压下量的大小，轧制时压下量大，轧辊磨损大，压下量小、轧辊磨损小。）压下量的大小，轧制时压下量大，轧辊磨损大，压下量小、轧辊磨损小。因此，规定轧制钢锭时，纵轧三道次压下量不得超过因此，规定轧制钢锭时，纵轧三道次压下量不得超过60mm，其他道次最大压下，其他道次最大压下量不得超过量不得超过40mm。（6）轧辊冷却：轧制时轧辊受到交替冷热的作用，在表面产生了网状裂纹，若）轧辊冷却：轧制时轧辊受到交

46、替冷热的作用，在表面产生了网状裂纹，若冷却不当，会加剧裂纹的扩展、延伸；另外，由于轧辊冷却水水质过滤不佳，杂冷却不当，会加剧裂纹的扩展、延伸；另外，由于轧辊冷却水水质过滤不佳，杂质或沉积物堵塞了冷却水管路和喷嘴，水量减小，如未及时处理，轧辊得不到及质或沉积物堵塞了冷却水管路和喷嘴，水量减小，如未及时处理，轧辊得不到及时冷却，其表面温度升高，硬度降低，耐磨性降低造成磨损加速。时冷却，其表面温度升高，硬度降低，耐磨性降低造成磨损加速。2.3 对轧辊磨损的影响第37页/共136页 图图2-8 2-8 热轧带钢过程中轧制热轧带钢过程中轧制参数对轧辊疲劳磨损和磨粒磨损参数对轧辊疲劳磨损和磨粒磨损的影响。

47、的影响。 1- 1-轧件温度；轧件温度；2-2-轧制力；轧制力；3-3-轧件轧件硬度；硬度；4-4-轧制速度；轧制速度；5-5-轧制接触时间轧制接触时间2.3 对轧辊磨损的影响第38页/共136页未润滑辊面未润滑辊面 润滑辊面润滑辊面CSP钢热轧工艺润滑技术F1和成品和成品F6机架没有投入润滑，机架没有投入润滑，F2F5机架生机架生产中都在使用轧制润滑，轧制力最大降幅达到产中都在使用轧制润滑，轧制力最大降幅达到40%，轧制力降幅在，轧制力降幅在30%左右时轧制较稳定；左右时轧制较稳定；2.3 对轧辊磨损的影响第39页/共136页3.热轧工艺润滑及应用 3.1 3.1 热轧工艺润滑机理热轧工艺润

48、滑机理 3.2 3.2 热轧润滑油热轧润滑油 3.3 3.3 热轧工艺润滑效果热轧工艺润滑效果 3.4 3.4 热轧工艺润滑实例热轧工艺润滑实例 3.5 CSP3.5 CSP热轧工艺润滑热轧工艺润滑 3.6 3.6 炉卷热轧工艺润滑炉卷热轧工艺润滑 3.73.7轧机润滑故障的表现形式轧机润滑故障的表现形式第40页/共136页轧制温度轧制温度高高分解产物及其分解产物及其燃烧速度燃烧速度氧化铁皮氧化铁皮的影响的影响热轧工艺润滑的效果和影响热轧工艺润滑的效果和影响热轧工艺润滑特点热轧工艺润滑特点41北京科技大学博士生论文答辩北京科技大学博士生论文答辩3.1 3.1 热轧工艺润滑机理热轧工艺润滑机理第

49、41页/共136页3.1 热轧工艺润滑机理(热轧润滑剂状态)(1) 润滑油被燃烧，燃烧残留物主要是残炭，使轧辊与金属表面隔开；(2) 热轧油在变形区高温、高压下急剧气化和分解，形成高温、高压的气垫，将金属与轧辊表面隔开，起到润滑作用；(3) 轧制油保持原来的状态，以油膜的形式均匀地覆盖在轧辊与轧件的接触弧上以流体形式通过变形区。工作辊温度分布情况工作辊温度分布情况第42页/共136页热轧变形区分析：热轧变形区分析：汽化燃烧区示意图43北京科技大学博士生论文答辩北京科技大学博士生论文答辩轧辊经过变形区时间为轧辊经过变形区时间为 1arcsin2Hhnftpf-+=1arcsin442nnHhtn

50、jtpj-+=-=-北京科技大学博士生论文答辩北京科技大学博士生论文答辩43轧辊经过汽化燃烧区的时间为轧辊经过汽化燃烧区的时间为 3.1 3.1 热轧工艺润滑机理热轧工艺润滑机理第43页/共136页机架/轧辊代号额定转速/1/min辊径/mm钢板入厚/mm辊缝/mm燃烧区时间/s变形区时间/s总时间总时间/sF169.94868.0660.8925.270.2100.0400.250F269.94837.1025.2712.670.2100.0240.234F3144.36748.7812.677.720.1020.0080.110R4231.58676.947.725.110.0600.00

51、40.064F5448.98568.865.113.770.0330.0020.035F6580.00613.273.773.040.0250.0010.026各机架轧辊在汽化燃烧区和变形区停留时间44北京科技大学博士生论文答辩北京科技大学博士生论文答辩44CSPCSP线各机架轧辊在汽化燃烧区和变形区停留时间线各机架轧辊在汽化燃烧区和变形区停留时间 3.1 3.1 热轧工艺润滑机理热轧工艺润滑机理根据以上的计算分析结果可知：根据以上的计算分析结果可知：无论在热轧变形区入口，还是在变形区，无论在热轧变形区入口，还是在变形区，油水混合液都来不及燃烧，其润滑状态仍为传统的液态润滑状态。油水混合液都来

52、不及燃烧，其润滑状态仍为传统的液态润滑状态。第44页/共136页工艺润滑剂基本功能工艺润滑剂基本功能 控制摩擦；控制摩擦； 减少磨损；减少磨损； 降低成形过程力能参数；降低成形过程力能参数； 改善成形制品表面质量；改善成形制品表面质量； 隔热性；隔热性； 冷却性；冷却性； 化学稳定性性；化学稳定性性； 不同工况的适应性；不同工况的适应性； 使用方便与可控制性；使用方便与可控制性；1010使用安全性；使用安全性；1111残留物易清除；残留物易清除；1212符合环保要求符合环保要求 这里特别需要指出的是近年来对工艺润滑剂的环保要求越来越高，其中对润滑剂的环保要求包括（10）、（11）和（12）三个

53、方面内容。 3.2 热轧润滑油第45页/共136页 由于现有热轧机组都用水进行冷却，但事先没有设计供油系统，所以由于现有热轧机组都用水进行冷却，但事先没有设计供油系统，所以尽管热轧油有水基和油基两种形式，但水基热轧油使用条件复杂，同时尽管热轧油有水基和油基两种形式，但水基热轧油使用条件复杂，同时又不便废水处理，所以目前大部分采用油基热轧油。油基热轧油的组成又不便废水处理，所以目前大部分采用油基热轧油。油基热轧油的组成见表见表4-24-2，主要性能见表，主要性能见表4-34-3。牌号牌号Q-HB-11Q-HB-1905Dai-RollHR-40M08828外观外观褐色液体褐色液体褐色液体褐色液体

54、褐色液体褐色液体粘度粘度 /mm2.s-1 （塞氏）（塞氏）99/s655711（100）80100（40）闪点闪点 / 222184270220凝点凝点 / -6-17-10-15酸值酸值 / mgKOH.g-155灰份灰份 / %0.060.02生产单位生产单位Quaker日本大同化学日本大同化学长城热轧油长城热轧油3.2 热轧润滑油第46页/共136页热轧油或用户热轧油或用户牌号牌号成分成分含含 量量 / %基础油基础油矿物油矿物油聚稀烃聚稀烃酯类油酯类油50100501000100油性剂油性剂动、植物油动、植物油脂肪酸脂肪酸高级脂肪醇高级脂肪醇合成酯合成酯固体润滑剂固体润滑剂05005

55、005050100不确定不确定QuakerQ-HB-11 合成酯合成酯100Q-HB-19 合成酯衍生物合成酯衍生物 精制碳氢化合物精制碳氢化合物5050Q- HB -1905 矿物油矿物油 聚二元酸二醇聚二元酸二醇 粘度指数提高剂粘度指数提高剂9451HR-40 棉子油棉子油 季戊四醇酯季戊四醇酯 油酸油酸67303 美国钢铁公司美国钢铁公司 小于小于5%游离脂肪酸游离脂肪酸 日本住友金属日本住友金属 汽缸油汽缸油 + 菜子油菜子油 季戊四醇二葵酸酯季戊四醇二葵酸酯 季戊四醇四葵酸酯季戊四醇四葵酸酯3.2 热轧润滑油第47页/共136页3.3 热轧工艺润滑效果第48页/共136页123456

56、0070080090010001100120013001400rolling force (KN)rolling passes without lubrication water 0.5% oil 2.0% oil 123450510152025reduced percentage of rolling force (%)rolling passes water 0.5% oil 2.0% oil 不同润滑条件下热轧Q235B钢各道次轧制力与轧制力降低百分率 3.3 热轧工艺润滑效果第49页/共136页可见可见1 1号样和号样和2 2号样钢板颜色显红色，氧化现象严重，表面氧化物以号样钢板颜色显

57、红色，氧化现象严重，表面氧化物以Fe3O4Fe3O4和和Fe2O3Fe2O3，冷却后触摸粗糙感明显。，冷却后触摸粗糙感明显。3 3号样和号样和4 4号样钢板颜色发蓝，氧化不明显，号样钢板颜色发蓝，氧化不明显，表面光洁度较好，触摸感觉较平滑，其表面光亮，对光线有一定程度的镜面表面光洁度较好，触摸感觉较平滑，其表面光亮，对光线有一定程度的镜面发射，可见表面粗糙度较小。发射，可见表面粗糙度较小。 u热轧润滑对热轧润滑对Q235B板带钢表面质量的影响板带钢表面质量的影响 0.00.81.0oil 2%oil 0.5%waterno lubriVertical RaR

58、olling friction state 3.3 热轧工艺润滑效果第50页/共136页51热轧润滑与终轧板带钢宏观形貌及表面轮廓的关系热轧润滑与终轧板带钢宏观形貌及表面轮廓的关系 510.00.81.01.21.4-15-10-50510152025surface profile (m)sample length (mm) 0.00.81.01.21.4-20-15-10-505101520surface profile (m)sample length (mm) 0.00.81.01.21.4-30-25-20-15-10-50510s

59、urface profile (m)sample length (mm) 0.00.81.01.21.4-10-50510152025surface profile (m)sample length (mm) 干摩擦热轧条件终轧板带钢垂直轧制方向表面轮廓干摩擦热轧条件终轧板带钢垂直轧制方向表面轮廓 纯水冷却热轧条件终轧板带钢垂直轧制方向表面轮廓纯水冷却热轧条件终轧板带钢垂直轧制方向表面轮廓 热轧油使用浓度热轧油使用浓度0.5时终轧板带钢垂直轧制方时终轧板带钢垂直轧制方向表面轮廓向表面轮廓 热轧油使用浓度热轧油使用浓度2时终轧板带钢垂直轧时终轧板带钢垂直轧制方向表面轮廓制方向表

60、面轮廓 3.3 热轧工艺润滑效果第51页/共136页图图5.2 5.2 压下率为压下率为37.8%37.8%时不同润滑条件下的钢板表面形貌时不同润滑条件下的钢板表面形貌 （无润滑）（无润滑） （水）（水） （热轧油）（热轧油）3.3 热轧工艺润滑效果第52页/共136页53热轧润滑与终轧板带钢微观形貌及氧化层厚度的关系热轧润滑与终轧板带钢微观形貌及氧化层厚度的关系 53干摩擦轧制时终轧干摩擦轧制时终轧Q235B板带钢的氧化层厚度板带钢的氧化层厚度 纯水冷却轧制时终轧纯水冷却轧制时终轧Q235B板带钢的氧化层厚度板带钢的氧化层厚度 热轧油使用浓度热轧油使用浓度0.5时终轧时终轧Q235B板带钢的