Применение технологических смазок

Применение традиционных смазочных материалов (минерального, растительного масла, синтетических смазок с содержанием поверхностно-активных веществ и др.) на толстолистовых станах трудно реализуемо из-за дефицитности и недостаточной эффективности, возможного существенного загрязнения охлаждающей воды отходами смазки. Трудности их применения усугубляются тем, что, как правило, станы этого типа обладают маломощным и перегруженным циклом оборотного водоснабжения. Содержание масел в оборотной воде может достигать 100 мг/л и более.

Требования, предъявляемые к технологической смазке при горячей прокатке, зачастую находятся в противоречии друг к другу. Удовлетворительное решение этих вопросов может быть осуществлено лишь путем целевой разработки новых смазочных материалов, учитывающих специфику их применения. Выбор новых смазок сопряжен с необходимостью обширных экспериментальных исследований, которые могут быть в основном выполнены в лабораторных условиях с последующей промышленной проверкой.

По данным технической литературы, одним из материалов, перспективных для использования в качестве технологической смазки при горячей прокатке, являются полимеры. Было изготовлено и опробовано более 60 образцов предполагаемой технологической смазки на основе полимерных материалов. По химической природе они составляют четыре группы материалов: эпоксидные олигомеры, азотосодержащие соединения, сложные эфиры жирных кислот, высокомолекулярные гидроксилсодержащие соединения. При горячен прокатке стальных образцов толщиной 10-12 мм (при ε = 20-25 %) применение указанных технологических смазок обеспечивало снижение силы и момента прокатки на величину до 20 %, в то время как при использовании минерального масла Ц-24 этот показатель не превышал 9%.

Материал первых трех групп, обеспечивая сравнительно эффективность в качестве технологической смазки, обладает рядом недостатков, основными из которых являются высокая растворимость в воде, горючесть с высоким пламенем и обильным дымовыделением, специфический запах и т.д. Достоинством высокомолекулярных гидроксилсодержащих соединений (ВГС) является то, что при эффективности не ниже первых трех групп полимерных материалов они лишены отмеченных выше недостатков. В практике эксплуатации машин и механизмов известно применение ВГС (в виде полиалкиленгликолей) для улучшении смазочной способности применяемых при этом смазок. Одним из промышленных продуктов класса полиалкиленгликолей являются лапролы.

Лапролы обладают хорошей смазывающей способностью, высокой температурой воспламенения и вспышки, малой летучестью, инертностью к металлам, стойкостью к образованию осадка. Практически все марки лапрола одинаково влияют на снижение силы прокатки. Однако учитывая, что с увеличением молекулярной массы лапролов уменьшается их растворимость в воде и летучесть, для приготовления технологической смазки предпочтительнее применять лапролы 1052, 2002 и 3002.

На основе полиалкиленгликолей разработан новый смазочный материал УП-6-116-1, который представляет собой смесевую композицию и, кроме лапрола, содержит следующие добавки: основание Манниха (0,1—1,0 мас. ч) и диглицидный эфир (0,2—40 мас. ч). Добавки стабилизируют смесь и повышают ее антикоррозионные свойства. Горячая прокатка тонких (h = 2,5..2,7 мм) стальных образцов с указанной смазкой на лабораторном стане показала снижение силы прокатки на 23—31 %, а толстых (h = 10-12 мм) — в среднем на 21 %. Смазку наносили на валки в чистом виде. Смазка УП-6-116-1 представляет собой жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Смазка нерастворима и воде, растворяется в спирте, эфире, ацетоне. Температура вспышки 236^оС, а воспламенения 246^оС, вязкость при 25°С - 0,08 Па∙с, кислотное число 0,2 мг КОН/г, а рН =7. Плотность 1,05 г/см³, зольность 0,02 %, содержание воды 0,1 %. Коэффициент теплопроводности равен 0,523 Вт/(м∙К), а коэффициент температуропроводности 25,8∙10^-8

Разработаны и согласованы санитарно-эпидемиологической станцией Минздрава Украины технические условия ТУ 6-05-241-407-84 "Технологическая смазка УП-6-116-1". Все компоненты смазки выпускаются отечественной промышленностью.

Смесевая композиция УП-6-116-1 может быть получена на существующем оборудовании химического производства или с использованием оборудования системы технологической смазки, установленной в прокатном цехе. Разработана технологическая инструкция по приготовлению смазки УП-6-116-1.

На промышленном стане смазка УП-6-116-1 применяется в виде 3 %-ной водомасляной смеси при расходе чистого смазочного материала 20—40 г/т проката. Смазка успешно опробована на толстолистовых станах 2300 Донецкого, 2850 Ашинского металлургических заводов и 2800 ОХМК. Применение технологической смазки не нарушает устойчивость прокатки, не приводит к образованию открытого пламени, дымовыделению и специфического запаха, прокатка с применением данной смазки но толстолистовом стане позволяет улучшить технико-экономические показатели производства толстолистового проката без привлечения традиционных дефицитных смазочных материалов. Смазка УП-6-116-1 может применяться и на других станах горячей прокатки.

На основании экспериментального исследования смазки УП-6-116-1 в лабораторных условиях и на стане 2300 применение этого материала в качестве технологической смазки не приводит к химическому загрязнению охлаждающей воды. Прокатка со смазкой не способствует дополнительному загрязнению металлических и бетонных поверхностей оборудования и сооружений цикла оборотного водоснабжения. Не выявлено наличия отходов смазочного материала в окалине первичного отстойника. Последнее можно объяснить небольшим расходом чистого смазочного материала, высокой степенью его использования в очаге деформации (до 85 %) и применением контактных устройств для подачи смазки на валки, а также сравнительно небольшой продолжительностью применения смазки (7 суд). Выявлена некоторая тенденция к интенсификации осаждения окалины в воде вторичных отстойников. Окончательное заключение о наличии технологической смазки в воде оборотного цикла будет получено на основании результатов ее длительного промышленного применения. Математическое моделирование, выполненное ВНИПИЧЭО для условий Донецкого металлургического завода, показало, что при длительном применении накопление смазочного материала в оборотной воде может составить 0,18 мг/л. Качественное масс-спектральное исследование продуктов термодеструкции смазки УП-6-116-1 (при t = 700 °С) показало, что она сгорает полностью с образованием воды, углекислого газа и моноксида углерода (следы). По данным Донецкой городской санитарно-эпидемиологической станции, содержание СО и С0₂ в зоне рабочей клети при применении смазки УП-6-116-1 на стане 2300 не изменилось.

Влияние смазки на условия горячей прокатки

Природа положительного влияния технологической смазки на условия горячей прокатки объясняется несколькими гипотезами, что свидетельствует об отсутствии однозначного решения этого вопроса. Так как применяемая на толстолистовых станах синтетическая смазка (на основе полимеров) существенно отличается от традиционных смазочных материалов, выполнено исследование влияния смазок обоих классов на условия в очаге деформации.

Исследования выполнены в условиях лабораторного двухвалкового стана со стальными валками диаметром 260 мм. На валки устанавливали бандажи из стальной полосы, на которые перед прокаткой наносили полимерную смазку или минеральное масло. Образец из коррозионностойкой (нержавеющей) стали, нагретый до 960 °С ( Н = 5 мм, В = 40 мм, L = 700 мм, ε = 10-12 %), прокатывали за один пропуск с последующим охлаждением раската на воздухе. При прокатке на поверхность валка подавали воду под давлением 0,15-0,2 МПа.

Исследованию подвергали поверхность бандажей в месте контакта его с прокатываемым металлом и поверхность образца. При этом фазовый состав и степень окисленности рабочей поверхности бандажей и горячекатаного металла изучали методами полного количественного рентгенофазового анализа и электронной микроскопии на дифрактометре ДРОН-2 и трансмиссионном электронном микроскопе J ЕМ-200СХ методом двухступенчатых реплик. На поверхности бандажа при прокатке со смазкой установлено наличие тонкого и несмываемого водой твердого слоя и оксидов железа F еО, F е₂О₃ и Fe ₃ O ₄. Рентгенограммы свидетельствуют о том, что содержание оксидов в выявленном слое при использовании синтетической смазки меньше, чем при использовании минерального масла.

По данным электронномикроскопических исследований, толщина слоя составляет 0,1-0,4 мкм. Он представляет собой множество участков размером 0,1-1,0 мкм. Качество пленки (большая равномерность участков, больший их размер, меньшее количество оксидов железа) лучшепри прокатке с синтетическим материалом по сравнению с минеральным маслом. Пленка при прокатке с полимерным материалом сохраняется даже после прокатки пяти образцов после одноразового нанесения смазки.

Количественный рентгенофазный анализ показал, что применение синтетической технологической смазки по сравнению с минеральным маслом способствует увеличению магнетита (79%против 52%) в окалине горячекатаного листа и снижению вюстита (12%против 19%). Это обстоятельство свидетельствует о снижении окисляемости горячекатаного листа. Очевидно, это связано с окислительно—восстановительной атмосферой ( CO - С0₂ ), получаемой при деструкции синтетической смазки в очаге деформации.

Коэффициент температуропроводности исследованного синтетического материала составляет 25, 8^-8 м²/с, что почти в 60 раз меньше значения этого параметра для воды и незначительно отличается от данного параметра для минерального масла. Известно, что минеральные масла характеризуются хорошими экранирующими свойствами и обеспечивают снижение температуры поверхности валков в очаге деформации на 20-25 °С . Численные значения критерия Прандтля, рассчитанные для синтетической смазки и минерального масла "турбинное-22", равны 232,6 и 290,3. Близость этих величин свидетельствует о незначительном отличии тепловых потоков в условиях применения синтетического материала и минерального масла, т.е. о высоких экранирующих свойствах применяемой полимерной смазки. Пленка, образующаяся на поверхности валков при применения синтетической смазки способствует повышению экранизирующих свойств и большему по сравнению с минеральным маслом снижению энергосиловых параметров прокатки. Представленные данные свидетельствуют о том, что одной из основных причин высокой эффективности полимерных материалов, применяемых в качестве технологической смазки при горячей прокатке, является образование на поверхности валков более качественного (по сравнению о применением минерального масла) несмываемого водой твердого слоя.

Промышленные эксперименты по применению технологических смазок показывают значительное снижение силы прокатки, что влияет на снижение энергозатрат при прокатке.

Таблица 2 - Расход электроэнергии при прокатке листов со смазкой и без на ТЛС 2300 Донецкого металлургического завода.

Удельный расход электроэнергии, потребляемой на прокатку с использованием смазки в чистовой клети толстолистового стана 2300, снижается на 5,3 - 12,5%. Применение технологических смазок и охлаждение при прокатке является важнейшим и неотделимым элементом технологии производства и от них в большой мере зависит в конечном итоге производительность и качество. Применение технологических смазок при горячей прокатке позволяет повысить стойкость рабочих и опорных валков чистовых и черновых клетей широкополосных станов за счет снижения интенсивности их износа, уменьшить съем металла валков при их перешлифовке, снизить усилие прокатки, крутящий момент на валу приводного двигателя клети и расход потребляемой электроэнергии, повысить качество поверхности горячекатаных полос, уменьшить количество окалины и предупредить образование дефекта "вкатанная окалина" на полосе и за счет этого увеличить скорость прохождения полосы через агрегаты непрерывного травления, уменьшить количество перевалок и увеличить производительность широкополосных станов за счет увеличения фактического времени работы стана. Технико-экономические показатели работы систем технологической смазки на некоторых отечественных и зарубежных станах горячей прокатки приведены в табл. 2

.

По данным таблицы 3 повышение производительности достигается применением более интенсивных режимов обжатий, возможных благодаря смазке, что делает цикл прокатки меньше, соответственно и снижает энергозатраты.

Использованная литература

1. Асимметричная прокатка тонколистовой стали за рубежом / В.С. Горелик, Б.А. Гунько, П.С. Гринчук и др.//Обзорная информация. Сер. Прокатное производство.- Вып. 2.- М.: Черметинформация, 1987.- 21 с.

2. Бровман М.Я. Основные функциональные уравнения асимметричной прокатки// Тезисы докладов IV Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства".- Днепропетровск, ноябрь 1988.- Ч.1.-С.101…103.

3. Горелик В.С., Орнатский Э.А., Митьев А.П. Прокатка толстого листа со скоростной асимметрией//Тезисы докладов IV Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства".- Днепропетровск, ноябрь 1988.- Ч.2.- С. 17…19.

4.Бровман М.Я. Оборудование для асимметричной прокатки в СССР и за рубежом (Сер.

Металлургическое оборудование)// ЦНИИТЭИтяжмаш.-1987.- Сер.1.- Вып. 2.- 32 с .

5. Оптимизация расхода энергии в процессах деформации : пер. с нем.

 А. Хензель и др. ; под.ред. Т. Шпиттеля, А. Хензеля . - М. : Металлургия, 1985 . - 184с.

6. Снижение энергозатрат при прокатке полос / А.Л. Остапенко, Ю.В. Коновалов, А.Е. Руднев, В.В. Кисиль . - К. : Техніка, 1983 . - 224с.

7. Повышение эффективности производства толстолистового проката : тематический отраслевой сборник . - М. : Металлургия, 1984 . - 106с.

8. Совершенствование теплового процесса листовой прокатки / А.В. Третьяков, Э.А. Гарбер, А.Н. Шичков, А.В. Грачев . - М. : Металлургия, 1973 . - 311с

9. Совершенствование технологии прокатки, термообработки и толстолистового проката : тематический сборник научных трудов / ред. Ф.Е. Должиков. - М. : Металлургия, 1987 . - 99с.

10. Снижение материальных и энергетических затрат при производстве листовой стали : тематический сборник научных трудов / Под ред. Ф.Е. Долженкова . - М. : Металлургия, 1990 . - 119с.

11. В. Б. Демилович, д.т.н., Б. М. Никитин, д.эл-т.н., В. Н. Иванов, д.т.н., В. И. Червинский, к.т.н. Актуальные энергосберегающие технологии индукционного нагрева в металлургии / Индукционный нагрев, №2 2008г.

12. В.М. Данько. Зменшення витрат енергоносіїв при виробництві товстих листів.

13. А.В. Данько. Сучасний розвиток листопрокатного виробництва/ Донбаський державний технічний університе м. Донецьк

14. В.И Спицын, О.А. Троцкий. Электропластическая деформация металлов –М: Наука, 1985г. -160с

15. В. Н. Кокорин, Ю. А. Титов Применение смазочно-охлаждающих технологических жидкостей в производстве прокатки листового материала/ Учебное пособие для студентов/ Ульяновск 2004г.

16. Грудев, А. П. Технологические смазки в прокатном производстве / В. Т. Тилик. - М. : Металлургия, 1975. - 368 с.