冷軋薄鋼板生產(chǎn)及軋制油發(fā)展 【內(nèi)容提要】概述了國內(nèi)外冷軋薄板的生產(chǎn)歷史及我國冷軋薄板的生產(chǎn)現(xiàn)狀。介紹了冷軋過程對(duì)冷軋軋制油的要求、冷軋軋制油的發(fā)展及組成，預(yù)測(cè)了未來冷軋軋制發(fā)展趨勢(shì)。 一、國內(nèi)...
冷軋薄鋼板生產(chǎn)及軋制油發(fā)展
【內(nèi)容提要】概述了國內(nèi)外冷軋薄板的生產(chǎn)歷史及我國冷軋薄板的生產(chǎn)現(xiàn)狀。介紹了冷軋過程對(duì)冷軋軋制油的要求、冷軋軋制油的發(fā)展及組成，預(yù)測(cè)了未來冷軋軋制發(fā)展趨勢(shì)。
一、國內(nèi)外冷軋薄板的發(fā)展歷程
1、國外軋鋼業(yè)發(fā)展歷程
鋼的冷軋始于19世紀(jì)中葉的德國，當(dāng)時(shí)只能生產(chǎn)寬度為20~25mm的冷軋鋼帶。1859年，美國建立了25mm的冷軋機(jī)，至1887年，已經(jīng)能生產(chǎn)寬度為150mm的低碳鋼帶。1880年以后，冷軋鋼帶的生產(chǎn)在美國、德國發(fā)展很快，不但產(chǎn)品寬度不斷擴(kuò)大，還逐步建立了附屬設(shè)備，如剪切、矯直、平整和熱處理等設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量也不斷提高。
寬的冷軋薄板（鋼帶）是在熱軋帶鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1920年，美國首先成功軋制出寬帶鋼，并很快由單機(jī)架不可逆軋制跨入單機(jī)架可逆軋制。1926年，阿姆柯公司巴特勒廠建成四機(jī)架冷連軋機(jī)。
原蘇聯(lián)于20世紀(jì)30年代中期開始生產(chǎn)冷軋板。其第一個(gè)冷軋車間建在伊里奇冶金廠，采用四輥軋機(jī)，用單張熱軋板作原料。1938年，查波羅什工廠開始引進(jìn)三機(jī)架1680mm冷連軋機(jī)及1680mm可逆式冷軋機(jī)，生產(chǎn)厚度為0.5~2.5mm、寬度為1500mm的鋼板。以后，為了滿足汽車工業(yè)發(fā)展的需要，該廠又建立了一臺(tái)2180mm可逆式冷軋機(jī)。軋鋼之家1951年，原蘇聯(lián)建設(shè)了一套2030mm全連續(xù)式五機(jī)架冷連軋機(jī)，產(chǎn)能2.5×106t/a，安裝在新利佩茨克。
日本于1938年在東洋鋼板松下工廠安裝了第一臺(tái)可逆式冷軋機(jī)，開始生產(chǎn)冷軋薄板。1940年，日本在新日鐵廣佃廠建立了第一套四機(jī)架1420mm以連軋機(jī)。
2、我國軋鋼業(yè)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
1962年，鞍鋼冷軋廠建成，成為我國冷軋板生產(chǎn)發(fā)源地。當(dāng)時(shí)從前蘇聯(lián)引進(jìn)了1700mm和1200mm單機(jī)架四輥可逆冷軋機(jī)，冷軋板卷設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力約為3.0×10(5)t/a。
1978年，武鋼冷軋廠建成。武鋼冷軋廠有我國第一套1700mm五機(jī)架串列式冷軋機(jī)，其工藝設(shè)備和技術(shù)全部由德國引進(jìn)，生產(chǎn)冷軋板卷、熱鍍鋅板卷及鍍錫板，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1.0×106t/a。1987年，武鋼冷軋廠又增建了彩涂板生產(chǎn)線，使我國冷軋薄板生產(chǎn)技術(shù)得到很大改觀。
20世紀(jì)80年代末至今，我國軋薄板生產(chǎn)有了空前發(fā)展。1989年，寶鋼建成2030冷軋廠。該廠建有2030mm五機(jī)架無頭軋制冷連軋機(jī)軋鋼之家，主要工藝設(shè)備和技術(shù)由德國、日本、美國引進(jìn)，生產(chǎn)冷軋板卷及熱鍍鋅、電鍍鋅、彩涂板卷，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為2.1×10(6)t/a，使我國冷軋薄板生產(chǎn)邁上新臺(tái)階。
到2007年底，全國40多家企業(yè)共建成55套冷軋寬帶鋼生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力達(dá)6.0×107t左右。其中，冷軋機(jī)組30多套，產(chǎn)能5.0×10(7)t左右；單機(jī)架可逆軋機(jī)20多套，產(chǎn)能1.0×10(7)t左右。
經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國冷軋薄鋼板生產(chǎn)能力增加了20多倍，生產(chǎn)裝備技術(shù)水平已由只能生產(chǎn)低碳薄板發(fā)展到能生產(chǎn)高碳鋼、合金鋼、高合金鋼、不銹鋼等不同材質(zhì)以及冷軋薄板、鍍鋅板、涂層鋼板、塑料復(fù)合薄板和硅鋼片等不同類型的板材。
二、冷軋薄板生產(chǎn)工藝的發(fā)展
冷軋廠生產(chǎn)工藝流程基本類似，但冷軋方式、方法發(fā)生了根本性變化。冷軋廠生產(chǎn)工藝主要有5種，其中第1、第2種方法國內(nèi)外都有，但已逐漸被淘汰。
第1種方法采用單機(jī)架單張鋼板生產(chǎn)，從原料到成品生產(chǎn)的全過程以單張鋼板方式進(jìn)行。這種生產(chǎn)方法產(chǎn)量低，質(zhì)量差，成材率低。
第2種方法是成卷生產(chǎn)方法。這種生產(chǎn)方法產(chǎn)量較高，但軋后工藝比較落后。
第3種方法是成卷生產(chǎn)方法，目前國內(nèi)較多的單 機(jī)架四輥可逆軋機(jī)采用的就是這種方法。
第4種方法是現(xiàn)代冷軋生產(chǎn)方法，出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代。在冷軋機(jī)上裝有2臺(tái)拆卷機(jī)、2臺(tái)軋后張力卷取機(jī)和自動(dòng)穿帶裝置，并采用了快速換輥、液壓壓下、彎輥裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等新技術(shù)。我國武鋼鞍鋼、攀鋼、首鋼等均擁有此類軋機(jī)。
第5種方法是完全連續(xù)式冷軋生產(chǎn)方法，又可分為3種類型：
1、單一全連續(xù)軋機(jī)。在常規(guī)的冷連軋機(jī)前面設(shè)置焊接機(jī)、活套等機(jī)電設(shè)備，使冷軋帶鋼實(shí)現(xiàn)不間斷軋制。
2、聯(lián)合式全連續(xù)軋機(jī)。單一全連續(xù)軋機(jī)與酸洗機(jī)組聯(lián)合，稱為酸洗聯(lián)合式全連軋機(jī)；單一全連續(xù)軋機(jī)與連續(xù)退火機(jī)組聯(lián)合，稱為退火聯(lián)合式全連軋機(jī)。
3、全聯(lián)合式全連續(xù)軋機(jī)。即將單一全連續(xù)軋機(jī)與酸洗機(jī)組及連續(xù)退火機(jī)組（包括清洗、退火、冷卻、平整、檢查工序）全部聯(lián)合起來，是最新的冷軋生產(chǎn)工藝流程。采用全聯(lián)合式全連續(xù)軋機(jī)，可將冷軋板帶從投料到產(chǎn)出成品由原來的12天縮短至20min。
三、薄鋼板冷軋軋制油
1、鋼板在冷軋過程中的摩擦與潤滑
在冷軋鋼板生產(chǎn)過程中，材質(zhì)硬度更大的工作輥對(duì)鋼板進(jìn)行碾壓，使其發(fā)生塑性變形，在工作輥及支承輥之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦。其摩擦形式有2 種：
（1）鋼帶變形，鋼質(zhì)點(diǎn)分子內(nèi)摩擦，導(dǎo)致變形抗力；
（2）帶鋼和軋輥表面、工作輥和支承輥之間產(chǎn)生外摩擦。
研究發(fā)現(xiàn)，在冷軋薄鋼板時(shí)，軋輥和軋材之間的摩擦系數(shù)界于發(fā)生邊界摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)和存在流體潤滑膜時(shí)的流體潤滑摩擦系數(shù)之間。軋鋼之家因此通常認(rèn)為，在鋼板軋制過程中，流體潤滑和邊界潤滑并存，屬混合摩擦狀態(tài)，同時(shí)還存在局部干摩擦。
2、冷軋軋制油的作用及性能要求
冷軋軋制油在冷軋軋制過程中具有重要作用，具體表現(xiàn)為潤滑和冷卻兩大作用。在軋制過程中，由于壓力的作用，軋制在變形區(qū)會(huì)產(chǎn)生彈性變形，而帶材則產(chǎn)生塑性變形。由冷軋軋制油配制的乳化液通過帶材的楔入作用進(jìn)入變形區(qū)，在變形區(qū)受到高達(dá)1000MPa的壓力和200℃的高溫作用，以及帶材、軋輥的機(jī)械破壞作用等，乳化液發(fā)生相變，導(dǎo)致油水分離，油核呈裸露狀態(tài)附著在鋼板及軋輥上，起到潤滑作用，水和蒸汽則帶走熱量，起到冷卻作用。乳化液的這種變化與冷軋軋制油的離水展著性能有關(guān)。
冷軋軋制油的離水展著性能是指從乳化液中游離出油的能力，從而使油能均勻地分布在軋輥和帶鋼表面，并形成油膜。由于油膜可通過降低表面熱傳導(dǎo)系數(shù)而起絕熱作用，所以從冷軋的角度來看，期望這種效果應(yīng)盡可能減少，以保證軋輥和帶鋼的有效冷卻。然而從潤滑角度而言，則希望借助游離油來形成連續(xù)的油膜，以滿足潤滑性要求。為了兼顧潤滑和冷卻性能，必須控制冷軋軋制油具有適度的離水展著性。
冷軋軋制油的使用性能直接影響到軋制過程的穩(wěn)定性和板面質(zhì)量。為了保證冷軋軋制油能發(fā)揮其正常的功能，其應(yīng)具備以下性能：
◆良好的潤滑性能;
◆良好的冷卻性能;
◆良好的防銹性能；
◆適宜的乳液穩(wěn)定性；
◆軋后、退火后清凈性好；
◆乳化液維護(hù)方便，工作性能穩(wěn)定；
◆健康環(huán)保。
四、鋼板冷軋軋制油的發(fā)展歷程及其組成
鋼板冷軋軋制油早在20世紀(jì)30年代應(yīng)得到了應(yīng)用。早期使用的冷軋潤滑劑是水。由于水的潤滑能力不足，且存在嚴(yán)重的銹蝕問題，因此，到二次世界大戰(zhàn)前，冷軋廠改用棕櫚油作為軋制潤滑劑。由于棕櫚油資源有限，促使人們不斷尋找新的代用材料，從而促進(jìn)了包括動(dòng)、植物油脂及“代用棕櫚油”等大批其他有機(jī)材料的發(fā)展。
“代用棕櫚油”的油性組分是由多羥基醇類與諸如C12~C18的飽和或非飽和脂肪酸合成的酯類物質(zhì)。這些材料具有優(yōu)異的潤滑性能，可極大地提高冷軋薄板的表面質(zhì)量。但隨著軋制速度越來越高以及鋼板厚度逐漸減小，該類潤滑劑在冷卻性能方面存在著致命的缺陷，由此誕生了乳化液，乳化技術(shù)隨之得以發(fā)展。
縱觀近幾十年的專利文獻(xiàn)，鋼板冷軋軋制油的成分基本上選用動(dòng)、植物油脂、礦物油、合成酯為基礎(chǔ)油，并復(fù)配其他各種所需的功能性添加劑，如極壓劑、乳化劑、防銹劑、抗氧化劑和消泡劑等。
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不同類型的軋機(jī)以及軋制不同規(guī)格的帶材，其冷軋軋制油的要求是不一樣的，所使用的軋制油組成也不同。
對(duì)于冷軋成品厚度小于0.3mm的鍍錫原板和鍍鋅原板，其所使用的極薄板冷軋軋制油是以動(dòng)、植物油脂為基本組分，以脂肪酸酯作為油性添加劑，以磷酸酯作為抗磨劑，并添加聚合酸、合成酯、氧化石蠟等添加劑以提高其潤滑性。極薄板冷軋軋制油可直接使用或循環(huán)使用，以良好的潤滑性為特征，但通常要經(jīng)脫脂工序后才能進(jìn)行退火。
對(duì)于軋制成品厚度小于0.4mm的帶材，其所使用的冷軋軋制油是以礦物油、油脂或合成酯為基本組分，添加與極薄板冷軋軋制油類似的添加劑，再輔以表面活性劑等各種功能添加劑。該類冷軋軋制油以軋后帶材不經(jīng)脫脂而直接進(jìn)入罩式退火爐退火為特征，要求鋼板表面附著的殘油在退火條件下不污染板面，即要求冷軋軋制油具有良好的軋機(jī)清凈性和退火清凈性，但潤滑性要求低于極薄板冷軋軋制油，適用于循環(huán)方式。
五、冷軋軋制油發(fā)展趨勢(shì)
冷軋軋制油在冷軋過程中的作用日益明顯，并隨著冷軋技術(shù)、化工原材料制造技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。預(yù)測(cè)今后冷軋軋制油將呈現(xiàn)下列發(fā)展趨勢(shì)。
1、健康環(huán)保
隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和人們環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，要求冷軋軋制油不僅要有實(shí)用性，還要有環(huán)保性，不對(duì)環(huán)境以及操作者的健康產(chǎn)生危害。這需要通過煉油技術(shù)和潤滑油生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，以提高冷軋軋制油基礎(chǔ)油及添加劑的性能，降低其中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)含量。
2、研發(fā)高性能添加劑
為適應(yīng)冷軋軋制油的發(fā)展，未來需研制開發(fā)性能優(yōu)異的功能性添加劑，特別是油性劑、高分子乳化分散劑、極壓抗磨劑及無灰防銹清凈劑等。
在冷軋軋制油中使用的油性劑趨向于性能優(yōu)良的合成酯類，其具有良好的潤滑性能和清凈性能，在保證潤滑性的同時(shí)，盡量降低其揮發(fā)溫度，以期獲得退火優(yōu)異的鋼板表面。軋鋼之家目前，油性劑的發(fā)展趨勢(shì)是使用新戊基多元醇與C10~C16的混合脂肪酸的復(fù)合酯。
開發(fā)硫含量高、氣味小、活性硫含量低、油溶性好、防腐性能佳且環(huán)境友好的高硫添加劑是用于冷軋軋制油的極壓抗磨劑的發(fā)展趨勢(shì)。
3、開發(fā)多功能添加劑
由于在金屬表面油性劑、極壓劑、防銹劑、乳化劑等極性分子之間存在競(jìng)爭吸附，因此在軋制過程中，冷軋軋制油的潤滑性、極壓抗磨性、防銹性與退火清凈性相互影響，彼此制約。因此，要研制具有多種功能的添加劑來提高冷軋軋制油的使用性能。
4、開發(fā)顆粒度控制技術(shù)
未來冷軋軋制油的研究將由宏觀轉(zhuǎn)向微觀，如研究加水后乳化液的乳化特性、顆粒分布、電荷狀態(tài)、熱安定性、化學(xué)安定性、水解安定性等。使用特殊結(jié)構(gòu)的高分子乳化分散劑和乳化技術(shù)，能夠使乳化液既保持較大的顆粒度，又有較高的乳化安定性，使冷軋軋制油同時(shí)具有良好的潤滑性和清凈性。
