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1、铝箔轧制与润滑技术樊玉庆 铝箔轧制的特点在于其无辊缝轧制,无辊缝轧制决定了润滑在轧制过程中的特殊作用取代轧制力成为铝箔变形减薄的主要变量。 合适的油膜强度、油膜厚度与合适的轧辊粗糙度配合形成需要的轧制速度和压下率以及特定的产品亮度就是铝箔轧制润滑的核心内容。如果需退火除油的铝箔再考虑其退火特性,在取得合适性能的同时轧制油以合适的速度挥发且不易产生油斑。如果是不退火的铝箔要考虑尽量高的达因值宜于后工序的复合。2.12.1铝箔轧制工艺及特点铝箔轧制工艺及特点l典型铝箔轧制工艺l铝箔轧制道次加工率的确定l速度的确定l速度效应2.2 2.2 铝箔轧制的基本原理铝箔轧制的基本原理l压下量、轧制速度与油膜
2、强度、辊面粗糙度的关系l表面反光率l变形区内油膜厚度的变化2.12.1铝箔轧制工艺及特点铝箔轧制工艺及特点典型铝箔轧制工艺 目前铝箔的轧制工艺技术已经相当的完善,以下的是0.006mm铝箔的轧制工艺表: 表1 典型的0.006mm铝箔压下工艺 现代化的铝箔轧制工艺的特点基本可以描述为:大压下量,高速度。铝箔轧制道次加工率的确定: 铝箔生产道次加工率的确定,主要考虑极限压下量、速度和板形,通常情况总是先确定压下量。入口厚度入口厚度mmmm出口厚度出口厚度mmmm速度速度m/minm/min粗糙度粗糙度RaRa轧制油黏度轧制油黏度 cst cst添加剂含量添加剂含量% %0.260.10800-1
3、0000.2-0.32.0-2.28-100.100.04900-12000.2-0.32.0-2.28-100.040.0151000-16000.10-0.181.8-2.06-80.0150.006600-8000.04-0.081.8-2.05-62.12.1铝箔轧制工艺及特点铝箔轧制工艺及特点速度的确定: 速度的选择应首先保证产品的质量。提高速度一方面可以提高产量,增加效率,另一方面增大风险,降低成材率。所以速度的确定必须根据实际情况而定。 铝卷出口料温随速度的增加而增加,见图1所示,增加轧速带来辊缝、辊温、料温的增加。当料温达到90高于轧制油闪点时发生火灾的机会急聚增加。高速轧制应
4、采取冷卷轧制,这就必须依赖于稳定可靠的轧制质量,否则很易出现大量废品。另外,速度提高伴随有铝箔的表面质量会变差、离线板形与在线板形差距加大。所以高速度必须以准确的工艺、稳定的毛坯、熟练的操作技能为前提。图1 出口料温与入口料温的差值随速度变化曲线2.12.1铝箔轧制工艺及特点铝箔轧制工艺及特点速度效应: 铝箔轧制有一个很明显的特征,就是随着轧制速度的增加厚度减。簿褪浅=驳乃俣刃в。典型的速度效应曲线见图2,对速度效应的解释主要是轧制区润滑条件的改善,速度增加引起的轧辊温度增加会引起轧辊热凸度的增加,见表2所示。图2 速度效应曲线表2 轧速与热凸度的关系2.2 2.2 铝箔轧制的基本原理铝箔
5、轧制的基本原理l压下量、轧制速度与油膜强度、辊面粗糙度的关系 大压下量要求有高的油膜强度(PB/ Kg),通常铝箔粗轧不低于32,精轧不低于31。高速度必须对应低黏度,通常不高于2.2(40 / Cst)。高的粗糙度有利于润滑,但会影响表面质量,逐步有下降的趋势。高速轧制时,由于温度高,油膜又厚,轧辊与铝箔完全隔开,粗糙表面得不到压碾,且当油膜压力较高时,柔软的铝箔表面就很容易形成油窝或横向沟槽。所以在进行高速轧制时,一定要控制好润滑剂的黏度,以保证轧制润滑状态,改善轧后产品表面质量。图3、图4是轧制速度与油膜厚度、箔面粗糙度的对应关系。图3图42.2 2.2 铝箔轧制的基本原理铝箔轧制的基本
6、原理l压下量、轧制速度与油膜强度、辊面粗糙度的关系 轧后铝板表面的粗糙度随压下率的增加有类似抛物线形变化,每种轧制油黏度曲线上都存在一个粗糙度最小点,它对应的压下率称为最佳压下率,此时轧件表面质量最好。还可以看出,轧制油黏度小的,最佳压下率也低,具体见下图图3。 铝材轧制工艺与润滑剂是密不可分的,要想达到更理想的轧制润滑效果,必须综合考虑两个方面:在根据产品选择工艺的时候,不要忽略轧制润滑剂的选择;在选择润滑剂时,更要与产品、工艺密切结合,这样才能更好地将科技与生产力相结合,实现更大的收益。图5 压下率对轧后轧件表面粗糙度的影响2.2 2.2 铝箔轧制的基本原理铝箔轧制的基本原理l表面反光率
7、铝箔表面的反光率是轧辊表面状态的反映,反光率差和铝箔表面反光率比(光横着轧制方向的反光率和光顺着轧制方向的反光率之比)与轧制的润滑条件密切相关。以0. 015 mm双合轧制的铝箔为例:表3 在铝箔的同一表面上光入射方向不同的反光率差别 铝箔的反光率与轧辊表面的粗糙度密切相关 ,轧辊的粗糙度越大 ,所轧出的铝箔表面的反光率越低 ,但反光率比越。6。但是,当轧辊的粗糙度相同时 ,所轧出的铝箔表面的反光率却不同,这与轧辊的表面状态有关。图6 轧辊表面粗糙度与铝箔表面反光率的关系2.2 2.2 铝箔轧制的基本原理铝箔轧制的基本原理l表面反光率 在一个轧制道次中 ,铝箔表面的反光率与轧制速度的关系
8、见图7。 铝箔反光率差反映了两根轧辊表面状态的差别 ,也反映了轧辊磨削技术水平的高低 ,轧辊表面状态差别越小越好。当一对轧辊轧过一定数量的铝箔之后 ,铝箔的表面特性也有所变化。在轧制0. 13 mm 0. 06 mm道次时 ,使用粗糙度为 Ra 0. 28m的轧辊 ,轧过112 t铝箔,铝箔上、下表面的反光性能的变化见表3。表3新旧轧辊对铝箔表面反光率的影响图7 铝箔表面反光率与轧制速度的关系2.2 2.2 铝箔轧制的基本原理铝箔轧制的基本原理l变形区内油膜厚度的变化 轧制润滑区域分为入口区,塑变区和出口区。在变形区入口,轧辊和轧件表面形成楔形缝隙,润滑剂填充其间,结果建立具有一定承载能力的所
9、谓油楔。根据流体动力学基本原理,当固体表面运动时,与其连接的液体层被带动以相同的速度运动,即固体和液体接触层之间不产生滑动。因此,旋转的轧辊表面和轧制带钢表面应使润滑剂增压进入楔形的“前区”缝隙内。越接近楔顶越接近变形区入口平面,润滑楔内产生的压力也越大。此压力能够平衡外部载荷。假如在润滑楔顶的压力达到塑性变形压力,则一定厚度的润滑层将进入变形区。因此,在前区内形成了特殊形式的流体动力泵,使润滑剂增压进入变形区。 通过对润滑油膜厚度的推导和分析,可以看润滑油膜厚度在入口区,塑变区和出口区是变化的,由于入口区和出口区相对于塑变区很。虼酥灰运鼙淝此得饔湍ず穸缺浠媛。 具体见右图图8。图8
10、油膜厚度变化示意图3.13.1铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l基础油l再生油l基础新油与再生油的区别3.23.2轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究3.33.3轧制油添加剂轧制油添加剂3.4 3.4 轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究3.1 3.1 铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l基础油 铝箔轧制基础油,是指没有加入添加剂之前的轧制油。基础油是以煤油主,一般选用碳链在12-16的烷烃类。根据正构烷烃的含量,环烷烃的含量不同分成不同的类型。又根据有害物质硫,磷,芳烃的含量不同,分成高档油、普通油。也有采用单组分如碳12,碳14,碳16等类
11、型的。表4列出了几种轧制基础油的碳链分布情况。表4 油膜厚度变化示意图品种品种C10C10C11C11C12C12C13C13C14C14C15C15C16C16C17C17C18C18S31-8.636.132.120.92.1-S34-6.25.821.939.626.5-S35-0.610.532.143.612.60.6-D80-3.714.635.523.717.45.1-D100-5.714.335.233.67.33.9-3.1 3.1 铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l再生油 铝轧制油的基础油是由石油加工而成,随着经济的发展,石油资源日趋紧张,因此进行废轧制油再生循环利用具有重要意
12、义。再生轧制油的理化性能和摩擦学性能都可达到铝轧制的要求,而且再生轧制油中的大分子组分比轧制油中的大分子组分少,但再生轧制油的氧化安定性较差,添加抗氧剂后再生轧制油的氧化安定性可以满足铝轧制油的要求,使再生轧制油可在保证铝产品质量的情况下循环使用。3.1 3.1 铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l基础新油与再生油的区别 新轧制油和再生轧制油的热重差热分析()曲线见图9和图10。由图9和图10可以看出:再生轧制油和新轧制油的曲线斜率都很大,且新轧制油的斜率更大,表明新轧制油的退火清洁性能比再生轧制油好。再生轧制油的曲线大部分在以上,通过计算,放热面积达,说明再生轧制油在实验过程中一直处于氧化放热状态
13、,而新轧制油的曲线在以上部分只有,大部分是挥发吸热状态,说明再生轧制油的氧化安定性较差。图9 新轧制油的曲线图10 再生轧制油的曲线3.1 3.1 铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l基础新油与再生油的区别 的曲线解析见表5。从表5可以看出,再生轧制油的挥发结束温度为.,失重率达;新轧制油的挥发结束温度为,失重率达,说明新轧制油的退火性能优于再生轧制油。表5 曲线解析3.1 3.1 铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l基础新油与再生油的区别 再生轧制油、现用轧制油和新轧制油的摩擦学性能实验数据见表6,由表6可以看出,再生轧制油、现用轧制油、新轧制油的值和磨斑直径十分接近,其差值都在试验方法规定的误差范围以
14、内,说明再生轧制油的极压抗磨性能已达到新轧制油的水平,可以在铝轧制过程中使用。表6 油品的摩擦学性能 3.1 3.1 铝箔轧制基础油铝箔轧制基础油l基础新油与再生油的区别 表7中再生轧制油的酸值和黏度在氧化前后变化较大,新轧制油的酸值和黏度在氧化前后变化很。得髟偕制油的氧化安定性较差。从表还可以看出,添加抗氧剂后再生轧制油的氧化前后酸值和黏度的变化量都有明显的减。得魈砑涌寡跫梁笤偕制油的氧化安定性提高,可以满足铝轧制油的要求。表7 氧化安定性测试结果3.23.2轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究 铝及其合金板带箔生产中所用的轧制润滑油, 均有产生退
15、火油斑的倾向,产生油斑,必须要满足一定的条件,有一个上限温度和下限温度以及一个严重温度, 这可用图11 的曲线来表示, 这是一个定性曲线, 称之为油斑曲线, 或油斑形成倾向曲线, 或谱线,见图11。 描述油斑产生倾向性最少需要四个参量, 即油斑产生最低温度T0、油斑产生最高温度Tm 、油斑产生最严重温度TH和油斑最严重程度WH 。若仅取TH这一温度来对比这两种油品油斑产生倾向性, 必然会得出2号油产生油斑倾向轻的错误结论。 另外油斑的产生,还与油品的馏程有关。轧制油的馏出曲线示于图12,它也有四个描述参量: 初馏点T初、终馏点T终、最快馏出温度T最、最快馏出速度a最。图11 油斑曲线图12 油
16、馏出曲线3.23.2轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究 图12中,曲线1和2虽然1号油和2号油两种油品的初馏点、终馏点彼此相近,但实际上组成却相差很大。因此,评价油的脱脂性仅用馏程范围是不全面的。根据油斑曲线和油馏出曲线的相对位置可判断轧制能否在退火处理中形成油斑图13的(a)(b)分别代表了两种油品的馏出曲线与油斑曲线的相互关系由图13可以看出,一般情况下,油斑的形成温度都在工艺温度范围之内, 这就是轧制油都有油斑倾向性的原因。(a)-窄馏程油,-镏出速度曲线(b)高粘度油 油斑粘度曲线图13 馏出曲线与油斑曲线的类型比较3.23.2轧制油的脱脂性和退火油斑
17、的倾向研究轧制油的脱脂性和退火油斑的倾向研究 图13(a)所示的类型相当于窄馏程、易挥发的油作为轧制油的情况,对于这种油,可以采取低温优先将油挥发然后再升高到退火要求温度来避免油斑的发生。实际上以煤油作为轧制油的情况就属于这一类型,这种油的馏程在210260左右,而油斑的下限温度在240以上。 图13(b)所示类型相当于高粘度油的情况,该场合下,馏程几乎与油斑曲线处于相同范围,不可能使油大量挥发掉,亦即用的方法无法避免此类油斑,唯一的途径只能是进行清洗或别的方法将表面油量限制在一定量以下。以上分析表明,若要评价油的脱脂性和油斑倾向性,必须全面考查馏出曲线、油斑曲线以及它们之间的相互关系。图13
18、 馏出曲线与油斑曲线的类型比较(a)-窄馏程油,-镏出速度曲线(b)高粘度油 油斑粘度曲线3.33.3 轧制油添加剂轧制油添加剂 与热轧相比,冷轧具有轧坯温度低、轧制力大、铝材加工硬化明显、对板材尺寸和表面质量要求较高等特点,所以要求润滑剂有更好的减摩抗磨作用,铝板精轧和箔轧还要求有较高的表面质量和退火光亮度。冷轧润滑过程中,润滑油中的极性分子在金属表面形成有一定强度的定向多分子吸附层,当两金属表面产生相对运动时,滑动将会发生吸附能小、剪切强度低的烃基端,阻止金属间直接摩擦,从而减小磨损,降低摩擦因数,保护了金属表面,达到润滑的目的。图14 物理吸附模型3.33.3 轧制油添加剂轧制油添加剂
19、润滑不良通常会造成1、表面铝粉多,2、板面人字纹,3、粘铝。 铝箔轧制过程中,为获得高质量的润滑效果和加工表面,通常需要在基础油中加入适量的添加剂。一般添加剂的用量在28,当2种以上有相互增效作用的添加剂复合使用时,其油膜强度值可升至高于任一种添加剂单独使用时的油膜强度,而且各添加剂的成分配比存在一最佳值(见下一页图15)这证实了各添加剂组分间的相互增效作用,添加剂的复台作用机理体现了添加剂的反应性质和组合效应,这对复型添加剂的研制有十分重要的意义。采用增效型复合添加剂可以与基础油配制成性能优良的润滑油。因此,优质箔轧润滑添加剂的研制应向复和型发展,具体见下一页表8。3.33.3 轧制油添加剂
20、轧制油添加剂图15 2种添加刺的复合作用效果A、B分别代表 组分表8 型号型号指标指标Wyrol10Wyrol10Wyrol12Wyrol12QN-10QN-10QN-12QN-12STE10STE10STE12STE12CSA-FCSA-FCSA-PFCSA-PFCSA-P2CSA-P2粘度(40)2.88.22.8239.4153.08.35.58.26.0密度(20)840835834.4835.9840835860860860倾点21501621561115闪点92116羟值0230-4.28230.1902300208225皂化值9722106.4525.09106301084926
21、3.33.3 轧制油添加剂轧制油添加剂 表9-11分别介绍了添加剂的油膜强度、脂肪醇的范德华力和各种添加剂的吸附自由能。表9 添加剂PB值添加剂组成添加剂组成最大油膜强度最大油膜强度/N/N12醇30012酸31012酸甲酯30012醇+12酸甲酯34012酸+12醇=12酸甲酯350表10 脂肪醇的范德华力偶极矩偶极矩/ /(1010-30-30 C C* *M M)极化率极化率/10 /10 -40-40C C* * *V V -1-1葛生力葛生力/KJ/KJ* *mol mol -1-1德拜力德拜力/KJ/KJ* *mol mol -1-1伦敦力伦敦力/KJ/KJ* *mol mol -
22、1-1范德华力范德华力/KJ/KJ* *mol mol -1-1葵醇5.5422.021.801.5580.4783.8112醇5.5026.091.761.84112.98116.5814醇5.6430.181.922.22151.11155.2516醇5.6734.251.962.55194.66199.1818醇5.7738.322.092.93243.69248.71表11 各种添加剂的吸附自由能名称名称Ga/KJGa/KJ* *molmol-1-1 名称名称Ga/KJGa/KJ* *mol mol -1-1名称名称Ga/KJGa/KJ* *mol mol -1-1癸醇-16.91辛酸
23、-18.19辛酸甲酯-13.4414醇-17.8712酸-20.0612酸甲酯-15.3516醇-19.4218酸-22.36油酸丁酯-15.22油酸-21.4418酸丁酯-16.433.33.3 轧制油添加剂轧制油添加剂 表9-11分别介绍了添加剂的油膜强度、脂肪醇的范德华力和各种添加剂的吸附自由能。表12 各类添加剂物理化学性能指标一览表 某公司开发出的开发出了2 系( 浓缩醇类)、3系( 浓缩酯类) 和4系( 醇酯混合类) 。为了考察不同添加剂的润滑效果,在轧制油的基础油(40运动粘度为2.36mm/s2)中分别加入5%的不同添加剂,在四球实验机测其油膜强度,实验结果见表12。从图16也
24、可以看出,相同基础油加入不同添加剂配制的轧制油,在摩擦学性能上非常接近,而且41的摩擦学优于21和31单剂,说明醇酯复配具有很好的增效效益。图163.43.4轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究 轧制产品表面携带铝粉多已经成为一个突出的问题。这一缺陷既影响了客户的使用体验,又会加剧轧制油变黑变脏,降低了生产效率,其中工艺润滑不良占据造成铝粉居多的是比较普遍的,国内有公司把不同基础油、不同添加剂含量配比和铝粉产生量的关系,发现了其中规律。箔轧油FS05(粘度1.64,闪点83,馏程210233)、板带油FS07(粘度2.03,闪点103,馏程235262)。将R21、
25、R31添加剂与两种基础油按照质量比充分混合。将R21(醇类)添加剂与FS05/FS07基础油按比例配置,铝片的失重率见表13、14。3.43.4轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究 由表13、14看出,醇含量与铝粉产生量呈现高-低-高V字型的曲线关系,拐点在6%,此时铝粉产生最少。相同添加剂含量下,基础油粘度越低铝粉产生越多。醇含量越高摩擦系数越低;相同醇含量下,基础油粘度越高摩擦系数越小。 表13 、14 不同醇含量在FS05/FS07下的失重率、不同醇含量在FS05/FS07下的平均摩擦系数3.43.4轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究轧制油与铝箔表面铝粉的关系的
26、研究 将R31(酯类)添加剂与FS05/FS07基础油按比例配置,铝片的失重率见表15、16,由表15、16可见,酯含量与铝粉产生量呈现高-低-高复杂的曲线关系,拐点在2%,此时铝粉产生最少;相同酯含量下,基础油粘度越低铝粉产生越多。酯含量越高摩擦系数越低;相同酯含量下,基础油粘度越高摩擦系数越小。 表15、16 不同酯含量在FS05/FS07下的失重率、不同酯含量在FS05/FS07下的平均摩擦系数3.43.4轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究轧制油与铝箔表面铝粉的关系的研究 将R21固定(醇含量6%),再按不同比例的R31复配后,铝片的失重率见表17、18,由表17可知,醇含量一定下,酯含量
27、与铝粉产生量呈现高-低-高V字型的曲线关系,拐点在1%,此时铝粉产生最少;相同添加剂含量下,基础油粘度越低铝粉产生越多。表14可知添加剂含量越高摩擦系数越低;相同添加剂含量下,基础油粘度越高摩擦系数越小。 表17、18 醇6%酯不同含量在FS05/FS07下的失重率、醇6%酯不同含量在FS05/FS07下的平均摩擦系数4.14.1轧制油过滤的目的轧制油过滤的目的4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l硅藻土l活性白土4.34.3轧制油过滤程序轧制油过滤程序l预涂l过滤l过滤纸的介绍4.14.1轧制油过滤的目的轧制油过滤的目的 铝箔轧制会有铝粉和油与铝的化合物不断的产生,轧制过程轧制油会被循环
28、使用,一些碎铝削也会进入到轧制油中.这些铝粉或杂质不过滤掉会堵塞油嘴,产生辊印等.铝箔轧制铝粉的产生量与道次,压下量,来料状态都有关系.基本规律是压下量越大铝粉越多,轧辊粗糙度越高铝粉越多,来料退火温度越高,退火所在道次厚度越。练墼蕉,油温越高铝粉越多,轧制速度越快铝粉越多。 有人测算过生产一吨纯铝板可产生5-20mg/的铝粉,并且证明轧制油中的小颗粒会造成铝箔针孔,8m以下的粘铝颗粒是轧制油黑化的主要原因。 下一页表19 过滤前后颗粒对比,表20 油中粒子化学成分。4.14.1轧制油过滤的目的轧制油过滤的目的表19 过滤前后颗粒对比 颗粒尺寸颗粒尺寸过滤过滤5um5um5-10um5-1
29、0um10-20um10-20um20um20um滤前739.2103214.410389.510347.8103虑后146.510375.110346.910316.5103澄清度%80.2064.9647.5664.46表20 油中粒子化学成分粒子成分粒子成分Al2O3Al2O3SiO3SiO3Fe2O3Fe2O3MgOMgOCuCuTiTiZnZnCrCr其他其他含量 %76.649.50.980.050.010.010.010.0112.834.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质硅藻土硅藻土 硅藻土是一种类似白垩的软质粉状物质,形状多样具有多孔、密度低、比表面积大、相对的不可压缩性、
30、化学性质稳定及不溶性并具有一定的吸附性.这种硅藻土经干燥、粉碎、煅烧、空气风选、分级加工成为最终的惰性助滤剂,其成分主要是非晶质二氧化硅,硅藻土助滤剂在过滤介质上形成结实的、稳定的带有孔隙的滤饼,滤出液体中的杂质达到固液分离、澄清的目的。硅藻土助滤剂经过科学的、严格的加工控制,不会改变滤液的任何成分,对过滤前后滤液的味道没有任何影响。表21是硅藻土和滤饼的组分,图17-18是硅藻土和滤饼的形貌。表21 硅藻土和滤饼的组分粒子成分粒子成分SiO3SiO3Al2O3Al2O3MgOMgOCaOCaOTiO2TiO2Fe2O3Fe2O3其他其他未使用的71.822.310.671.390.070.8
31、423.57经使用的73.455.420.841.160.080.7818.27图17 硅藻土形貌图4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质硅藻土硅藻土 图18是滤饼的示意图,很明显助滤剂除去液体中固体杂质粒子的能力随着颗:吐怂僭龃蠖档,相反随着助滤剂颗粒的减少和滤速的降低,助滤剂去除悬浮杂质的能力反而增强了,这种变化的幅度取决于待除去的不溶固体杂质的形状和颗粒分布情况。大多情况下,不溶的固体杂质粒子过滤有如下情况:使用助滤剂越细,获得的浊度越低,如果某一种规格的助滤剂已经去除掉滤液中 100% 的悬浮颗粒,再使用更细的助滤剂,滤速再降低也不会降低浊度。因此,选择适当的助滤剂需要折衷考虑对
32、浊度和滤速的要求,如浊度指标低则滤速可以提高,最好的助滤剂是即提供了最高的流速,同时又能使浊度达到令人满意的程度。这个程度需要由助滤剂的客户来确定。图18 滤饼示意图4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质硅藻土硅藻土 在保证滤液澄清的前提下能获得最大的过滤量这就是选择的前提,所以一般在满足工艺要求的前提下,必须寻求最大的过滤速度,从而得到最经济的过滤效果。图20显示了过滤工艺流程图,通常采用板式过滤器完成整个流程。图19 板式过滤器图20 过滤工艺流程图4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质硅藻土硅藻土 铝箔过滤用硅藻土的理化指标、卫生指标见表22,表23和表24表22 物理性能指标项项
33、目目PHPH值值堆密度堆密度G/mlG/ml吸水度吸水度Ml/gMl/g渗透率渗透率(DartyDarty)达西)达西添加剂添加剂吸附吸附可几粒径可几粒径umum指 标8100.40.051.62.00.90.35%1622表23 化学成份和含量要求见下表化化 学学 成成 份份(SiOSiO2 2)(AlAl2 2O O3 3)(FeFe2 2O O3 3)含 量%903.51.5表24 卫生指标项项 目目计量单位计量单位要要 求求水容性物Mg%0.5盐酸可溶物Mg%2砷含量PPM5重金属PPM50铅含量PPM54.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l硅藻土硅藻土影响影响滤液的浊度主要因素滤
34、液的浊度主要因素1预涂助滤剂型号及数量2添加助滤剂型号及数量3过滤周期的长短4过滤速度决定决定目标浊度或者过滤后滤液中悬浮杂质粒子的含量目标浊度或者过滤后滤液中悬浮杂质粒子的含量的方式的方式1目测2取样与标准液体相比较3使用电子浊度计4将滤液样品通过一张白色或黑色的过滤纸过滤,比如使用薄膜过滤机,观察纸上的杂质5化学或生物分析6重量分析4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l硅藻土硅藻土 要描述助滤剂某一产品可以滤出固体杂质粒子的大小非常困难,这取决于所采用的测量杂质颗粒大小的方法.原液的特性、杂质的形状,过滤条件和杂质的特性.比如一个针形的杂质横着碰到滤饼时就很容易被滤掉,而同样的杂质如直
35、着接近滤饼就会穿过滤饼.易压的、松软的杂质很容易通过滤饼而同样大小、形状一致但坚实不变形的杂质却会被阻截下来.压力、振动和气泡的变化也会影响到浊度。4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l硅藻土硅藻土 使用硅藻土助滤剂能满足下列要求:1)硅藻土的化学成份对被过滤的液体来说是惰性的,既不溶于滤液之中,也不与滤液起化学反应,重金属含量低,不含有不良的杂质,不含有染色物、砂粒及不良气味;2)硅藻土具有较低的堆密度能减少其沉降倾向,以使它在被过滤的液体中保持均衡的悬浮状态;3)硅藻土比表面积。庋币禾辶骶思谅吮彼艿淖枇突峤档停4)硅藻土有适当的粒度分布和级配,既要除去过细的粉末,避免影
36、响过滤速度,又要除去过大的颗粒,避免影响被滤液体的澄清度.所以粒度控制在一定的范围内,使各种颗粒的组成有一定的比例,能够形成颗粒与颗粒之间“架桥”与“刚性”的骨架结构; 硅藻土在液体过滤中能形成孔隙率极大的滤饼,并具有适当的滤饼密度和一定的滤饼强度,从而构成数目极多、尺寸极小的孔隙,最终成为截留固体杂质粒子和疏通液体的良好通道,滤饼的孔隙率可达 85%-90% 。4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l活性白土活性白土 活性白土是一种具有微孔网络结构、比表面积很大的白色或灰白色粉末,具有很强的吸附性,活性白土的比表面积为200-400m2/g。经酸活化处理后的蒙脱石变成为具有较强吸附脱色能力
37、的活性白土,可用于石油的精炼,润滑油和动植物油的脱色以及绝缘油的净化等;活性白土是生产化妆品、医药、涂料的原料;颗粒状的活性白土还可用做芳烃重整、异构化、歧化的催化剂。一般用硫酸、盐酸和磷酸等无机酸活化膨润土制备活性白土,其中最常用的为硫酸,根据工艺条件,可分为干法、湿法和半湿法。其制备原理是,以氢离子与蒙脱石中的可交换阳离子发生离子交换反应,其反应式如下: Bentonite-Ca(2Na)十2H+Bentonite-2H十Ca+ (2Na) 通常采用湿法作为制备的方法,该法的优点是反应均匀充分,产品性能稳定,脱色力强,是目前制备高效活性白土的主要方法。无臭、无味、无毒的白色或米色粉末或颗粒
38、。4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l活性白土活性白土活性白土的主要用途有三个方面:1)石油化工行业的润滑油精制,使润滑油中的残碳值、灰粉、水溶性酸碱降低至极微量,以提高其耐用性和增强其抗腐蚀能力;2)食用油行业,用于油脂中各种色素的脱除,脱怪味、脱离子(如K+);去黄曲霉素等有害物质的吸附、分离;3)日用化工行业,主要用于制作肥皂等产品的牛、羊油脱色。4.24.2轧制油过滤介质轧制油过滤介质l活性白土活性白土铝箔用活性白土的理化指标和粒度分布见表25,表26和表27 使用时,用定量的活性漂土在搅拌下直接投入物料中,搅拌一定时间后,即可达到精制目的。如果物料在加温后,再加入活性漂土效果会
39、更佳。表25 活动白土的物理性能指标项项 目目PHPH值值堆密度堆密度G/mlG/ml含水度含水度%粒度粒度200200目以下目以下%游离酸游离酸gKOH/GgKOH/G指 标8100.4-0.75855%表26 活动白土的化学性能指标化化 学学 成成 份份(SiOSiO2 2)%(AlAl2 2O O3 3)(MgOMgO)(FeFe2 2O O3 3)(CaOCaO)其他其他含 量%81.612.42.220.4余量表27 活性白土的粒度分布表粒度粒度umum147147(100100目)目) 147-74147-74(200200目)目) 74-4374-43(325325目)目)43-
40、3043-3030-2030-2020-1020-101010含量%0.39.7176.21426.326.54.24.2轧制油过滤程序轧制油过滤程序l预涂预涂 使用硅藻土助滤剂第一步是将选定的产品预涂在过滤介质(滤网、滤布、滤纸)上,预涂的主要目的如下:1 )保护过滤介质(滤网、滤布、滤纸)防止杂质粒子与过滤介质直接接触,避免了过滤介质被杂质粒子阻塞,这样可延长过滤介质的使用寿命;2 )能使被过滤液体一开始就获得满意的澄清度;3 )过滤周期结束后,有利于滤网的清洗。 预涂预涂量量 助滤剂的预涂量应与过滤面积成正比,若过滤机内的流动分布较差,则应采用更多的一些助滤剂,用作预涂层的硅藻土助滤剂对
41、颗粒有一定的要求,用作预涂层的硅藻土助滤剂比过滤介质空隙大的颗粒至少要占 1%-5% ,预涂层的厚度取决于所采用的预涂方式及过滤设备,除真空转鼓过滤外,一般预涂的厚度大约为 1.5-3cm, 使用加压叶片滤机及板框压滤机过滤,每平方米过滤面积上硅藻土助滤剂的预涂量大约为 0.4-1.1kg ,或1-2mm,实际使用可以将预涂达到总过滤层的50%左右以达到好的过滤效果。预涂浆的浓度应根据过滤面积与过滤机及相联管道液体的总体积的比率来确定,如果预涂浆的浓度低于 0.3% 预涂便会出现困难,因为架桥的形成要依靠助滤剂颗粒通过滤网时的“架桥”效应.一般要求为6-12%。4.24.2轧制油过滤程序轧制油
42、过滤程序l过滤过滤 正常过滤液的浓度一般为2-5%.滤液浓度可根据不同的设备选择.最重要的是每分钟供给的数量.对过滤效果的判断可根据过滤曲线进行判断是否滤土合适。在预涂硅藻土助滤剂过滤的操作中应注意以下问题:1)首先需要掌握硅藻土助滤剂在过滤中的作用及工作原理: 硅藻土助滤剂主要通过筛分作用、深度效应、吸附作用将悬浮在液体中的固体杂质粒子截留在介质的表面及沟道当中,从而达到固液分离的目的。2)其次,使用硅藻土助滤剂一般分为两个步骤进行:A.在过滤前先用清液或清水在过滤介质表面上涂敷一层硅藻土肋滤剂,然后进行过滤操作,这就是预涂过滤,这一涂层称作预涂层;B.少量的助滤剂按一定的比例均匀分散到被滤
43、液体中,被送入滤机的过程称作添加,这样助滤剂与原液中的悬浮固体杂质粒子混合并沉积到预涂上,新的过滤面不断形成,细小硅藻土助滤剂颗粒,拥有数不清的细小通道,可以阻塞杂质的通过。4.24.2轧制油过滤程序轧制油过滤程序l过滤纸的介绍过滤纸的介绍 对过滤纸的要求主要就是材质均匀,有足够的强度,一般厚度控制在80-200g/。过滤纸主要起到支撑作用,过滤纸的孔隙度不能太大,滤纸孔隙度太大将很难形成予涂层,甚至产生漏土现象。 由表可见,过滤纸的孔隙度在10-40微米之间,远远大于轧制有的过滤精度。所以,轧制有过滤必须预涂,由过滤土形成过滤层后才可以进入正常过滤程序。否则,过滤就会失效。硅藻土过滤进度是个
44、相对精度,大不同于筛网过滤有确切的目数,而是对40微米以下都有一个过滤比率。所以,硅藻土过滤不是很可靠的规律。表28 过滤纸典型的技术指标项目项目规格规格g/mg/m2 2宽度宽度mmmm通气量通气量ml/cmml/cm2 2.min.min通水量通水量ml/cmml/cm2 2.min.min孔隙度孔隙度umum抗拉强度抗拉强度kg/30mmkg/30mm延伸率延伸率破裂强度破裂强度Kg/cKg/c纵向横向纵向/横向指标85(0.3mm)104011607040109.37.45%5.24.24.2轧制油过滤程序轧制油过滤程序l过滤纸的介绍过滤纸的介绍 为避免过滤失效和大颗粒颗粒对设备,产品
45、的损害,通常要在进入轧机前加一道滤网过滤。可以选购5微米,10微米,20微米等过滤精度的过滤器,称为二次过滤,或者叫检测过滤check filter。二次过滤的堵塞速度是衡量硅藻土过滤效果的最好指标。二次过滤根据轧机不同选择不同的过滤精度,精轧机一般选用5微米,粗轧机一般选用10微米。 铝箔轧机过滤器标准用纸宽度为1040mm,一板面积在1个平方左右。过滤层厚度一般控制在10-25mm.每平方用土量在5-10kg。过滤器的压差一般为4bar左右,过滤周期8-24小时。 当滤速过快,压力上升太慢,过滤效果不好时可以考虑增加白土量,白土需要量太多可以考虑选择各细一点的硅藻土.但压力上的太快时,可以
46、考虑减少白土,白土需要量太少,可以考虑选择粗一号的硅藻土.硅藻土的添加速度应当与压力上升同步在过滤周期到达.如果中途压力到达,表明添加土速度太慢,如果涂以添加完压力还没到表明土吸得太快或白土太少。5.15.1过滤新技术过滤新技术l纤维素l智滤膜技术5.25.2高达因值轧制油及添加剂的开发高达因值轧制油及添加剂的开发5.15.1过滤新技术过滤新技术 硅藻土助滤剂使用中存在过滤周期短、微小颗粒易混入轧制油造成污染且磨损过滤设备、过滤后的副产品易造成环境污染等诸多缺点。随着纤维素助滤剂生产技术的发展,其各项理论指标均已达到甚至超越硅藻土助滤剂。l纤维素纤维素 纤维素助滤剂相较于硅藻土助滤剂,除可以正
47、常替代使用外,还存在着几项显著优点:1)使用成本更低 2)轧制油耗量更低 3)员工劳动强度更低 4)更好的环境条件 5)轧制油系统内沉积物更少 6)滤饼处置更方便更环保 7)有吸取轧制油中少量水分的作用5.15.1过滤新技术过滤新技术l智滤膜技术智滤膜技术 膜技术是当代新型高效分离技术,以其节约能源和环境友好的特征过滤材料方面,膜材料的智能化已成为当今分离材料领域发展的一个新方向。目前国内已有使用选择性吸附技术制成的过滤材料,系在高分子材料上运用纳米技术构建基本模块过滤结构,在支架通道中,纳米级的只能基团能够高效地进行筛。≡裥缘匚、拦截、过滤脏油中的Fe、Al、Cu等金属元素及其他杂质,
48、可完全替代硅藻土、白土、无纺布、纤维素等传统滤材或助滤剂。下图21为智滤膜的典型技术指标:图21 智滤膜的典型技术指标5.15.1过滤新技术过滤新技术l智滤膜技术智滤膜技术 其智能表现在只处理有害成分,无损轧制油和其中宝贵的添加剂,并能有效减轻油斑倾向。其先进性表现在高效、节约和环保方面:高效彻底简化过滤工艺,无需预涂和喷涂,大幅度减少停机时间,提升生产效率;节约告别搅拌桶,大大延长换纸周期,再也无需其它耗材,降低换纸带来的油耗;环保通过FDA认证,无二次污染,大大降低了废弃物产生量。 图22 过滤效果对比图5.25.2高达因值轧制油及添加剂的开发高达因值轧制油及添加剂的开发 铝箔表面要进行印
49、刷或复合,故表面润湿张力值是铝箔尤其是H18状态铝箔(如药箔、电池箔)的一项非常重要的技术指标。 在生产达因值要求高的产品前,会根据需求将轧制油的粘度降低到一定程度,以获得较好的润湿性即较高的达因值。 有研究认为基础油运动粘度越低达因值越高。原因是轧制油是由各类非极性饱和烷烃分子构成的,非极性分子的最外层电子排布有时会变得不对称,因而在一瞬间产生极性,这种瞬间的极性使非极性分子产生了比分子间结合氢键弱很多的吸引力就是范德华力,所以运动粘度越低,分子间范德华约束作用越弱,油品的分散性润湿性能越好,因此降低基础油粘度可以有效提升达因值。5.25.2高达因值轧制油及添加剂的开发高达因值轧制油及添加剂
50、的开发 因为铝箔轧制需要用到不同粘度的基础油,我们就选用国内某公司的FS05及FS07,在其中加入不同浓度的单体添加剂:浓缩醇类R21、浓缩酯类R31,然后考察醇和酯对达因值的影响。试验结果见表29。从表29可知:同种基础油,随着醇浓度的提升达因值由33升至34,但6%含量后达因值基本相同;随着酯浓度升高达因值有小幅上升,从33升至35;醇酯含量相同情况下,基础油中粘度更低碳链更短的基础油FS05比粘度较高碳链更长的FS07达因值要高。表29 不同浓度的单体添加剂的达因值5.25.2高达因值轧制油及添加剂的开发高达因值轧制油及添加剂的开发 生产中需要将醇、酯或酸按不同比例复合成不同比例R21(
51、醇类)与R31(酯类),复合后加入基础油中,故我们将几种较典型的醇、酯复合配方加入轧制油测试达因值,其结果见表30。 由表30可知:相同基础油下三种比例R21、R31含量的轧制油,其达因值变化并不明显;粘度越低的基础油达因值越高。表30 复合后的达因值5.25.2高达因值轧制油及添加剂的开发高达因值轧制油及添加剂的开发 部分铝箔轧制时需要添加微量的月桂酸以提升表面质量,我们按照千分之一至千分之十比例加入到已经复配好的轧制油中(FS05,3%R21+2%R31),达因值结果如表31。由表31可知:加入月桂酸后,达因值会有所提升,但持续提高月桂酸的浓度对达因值影响不大。因为月桂酸是一种极性较强的物
52、质,微量时它会降低轧制油的表面张力从而提升达因值,但到一定的饱和度后,提升效应就不明显。表31 月硅酸含量对达因值的影响5.25.2高达因值轧制油及添加剂的开发高达因值轧制油及添加剂的开发 生产过程中轧机机械润滑油如高低压系统的液压油、轴承润滑油会难免泄漏进轧制油中,故我们将相同基础油、添加剂比例(根据常见铝箔工艺润滑比例来配制:3%的R21+2%R31),混入各种不同浓度的液压油、轴承油,以考察泄漏量对铝箔达因值的影响,其结果分别示于表32。液压油选用国内某公司的无渍液压油AL46及某品牌的46液压油(40运动粘度均为46),轴承油选用GL220和某品牌的220轴承油(40运动粘度均为220
53、)。表32 不同液压油的达因值 由表32可知:当设备润滑油泄漏量较少时,达因值会下降。但随着泄漏量的不断上升,达因值反而上升。这是因为轧机润滑油都是长碳链的基础油加入各类极性很强的添加剂构成,微量泄漏时长碳链基础油会降低达因值,但随着泄漏量的上升,润滑油中极性很强的添加剂混入轧制油的浓度在不断提升,这些极性物质不仅抵消了润滑油中长碳链的基础油对达因值负面影响,反而提升了达因值。尤其泄漏量超过2%后达因值上升幅度较大。但靠润滑油泄露提升达因值是不可取的,因为这会带来严重的退火问题。u 铝箔轧制工艺的核心就是润滑技术,精确地控制润滑的技术要建立在选择合理的轧制工艺包含润滑油、添加剂的选择和配比,以及轧辊粗糙度。u 在考虑润滑的同时必须考虑润滑液的退火特性。u 酯,醇,酸组合具备最优化的润滑效果,只是不同的条件需要不同的比例.单一酯类添加剂证明效果不佳.合理的酸值正在成为行业的共识.u 胶质作为一个常规指标来量化机械油的混入量.u 过滤介质近几年不断有新的介质和技术出现,主要围绕减少污染但还不太成熟。u 现代铝箔生产技术在考虑正常轧制的同时要达到需要的箔面反光率、轧制速度、表面质量、退火油斑、铝粉等诸多指标。u 最新的润滑液还应满足更高达因值的要求以稳定地满足不退火产品越来越高复合强度的要求。
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