Название: Применение смазочно-охлаждающих технолог. жидкос. в производ. прокатки листового материала(Кокорин)

Жанр: Машиностроительный

Просмотров: 892


2.1. общая характеристика и классификация смазок

 

Разнообразные условия технологического процесса горячей прокатки листовой стали предопределяют весьма широкий диапазон требований к технологическим смазкам как неор- ганического, так и органического происхождения. Несмотря на относительно позднее интен- сивное развитие разработок и внедрение технологических смазок при горячей прокатке, в научно-технической литературе за последние десять лет число рекомендуемых смазок весь- ма велико  [16], а их компонентный состав по своему разнообразию не уступает смазкам для холодной прокатки. На сегодняшний день известно множество смазок различного состава. Исключительно сложные температурные условия, при которых действие смазок и до на- стоящего времени изучено недостаточно, неблагоприятные условия формирования  смазоч- ного  слоя на валках значительно ограничивают диапазон и эффективность применения мно- гих смазок. При классификации смазочных средств для горячей прокатки за основу должна быть принята совокупность физико-механических и химических свойств. Физико- механические свойства определяют способы подачи и нанесения смазки; химические свойст- ва – образование граничных смазочных пленок, характер окислительных процессов и ново- образований на поверхности прокатываемого металла.

Смазки могут быть органического и неорганического происхождения, широкая воз- можность применения с достаточной эффективностью неорганических продуктов сущест- венно расширяет диапазон применяемых смазок [5].

На рис. 9 представлена классификация технологических смазочных средств, приме-

няемых при горячей прокатке.

Следует отметить некоторую условность этой классификации, так как многие свойст- ва переплетаются и их взаимосвязь в каждом конкретном случае может быть намного слож- нее представленной схемы. Прежде всего необходимо четко разделить все технологические смазки на две группы (твердые и жидкие), и в зависимости от их состояния существенно ме- няется технология использования смазок, хотя механизм действия в очаге деформации не меняется.

К твердым технологическим смазкам относятся продукты, имеющие температуру плавления, равную или большую, чем температура поверхности, на которую они наносятся. При меньшей температуре плавления постоянный контакт твердой смазки с нагретой по- верхностью валка [17] превратит смазку в жидкотекучее состояние. Температура поверхно- сти валков на выходе из очага деформации может доходить до 600-650°С, а на входе в очаг деформации составляет 80—100°С.

 

 

Технологические смазки

для горячей прокатной стали

 

Твердые          Консистентные         Жидкие

 

Неорганические         Органические            Маслосодержащие    Водо-масло-

содержащие

Водо-

содержащие

 

 

 

Стекла, слюды, окислы

 

Соли

 

Графит

Минеральные масла

 

Подпись: ЭмульсииПодпись: СмесиПодпись: СуспензииПодпись: РастворыМинеральные масла с присад-

Металлы с низкой температурой плавления

 

Масло- содержащие с высокой

температурой плавления

ками

 

Пасты

 

Жиры

Подпись: Неорганические и органические
жидкости, не содержащие масло

 

Рис.9. Классификация технологических смазок для горячей прокатки стали

 

В зависимости от места нанесения смазки различные составы могут быть отнесены как к твердым, так и к жидким смазкам. Например, кубовые остатки синтетических жирных кислот С20 и выше, имеющие температуру плавления > 50°С, при прижатии их к опорному валку могут быть отнесены к твердым смазкам. При более высоких температурах контакта эти кислоты размягчаются, плавятся и являются жидкими, что не дает им возможность со- хранять первоначальную форму, определяющую способ нанесения. Металлы с температурой плавления ниже, чем температура поверхности валка, также в зависимости от места нанесе- ния могут быть отнесены и к твердым, и к жидким смазкам. Перенос твердой смазки на по- верхность валков осуществляется путем механического контакта смазки с валками за счет истирания [18].

Основой жидких смазок обычно являются минеральные масла, представляющие собой продукты переработки нефти. По своему составу минеральные масла могут быть с парафи- новыми, нафтеновыми, ароматическими основаниями в зависимости от структурного строе- ния входящих в них углеводородов. Жидкие смазки более полно удовлетворяют требованиям технологии прокатки по сравнению с твердыми.

Состав масла предопределяет его физико-химические свойства. Ароматические и ас- фальтеновые соединения способствуют быстрому развитию процессов окисления, что может привести к образованию на поверхности металла пятен. Наилучшими свойствами обладают парафины нормального строения. Они являются более вязкими, имеют более высокую тем- пературу плавления, чем другие углеводороды той же молекулярной массы. Для горячей прокатки желательно применять парафинсодержащие масла, например индустриальные мас- ла вместо масла П-28 (содержание парафиновых углеводородов 80-90 и35\% соответственно). Кроме индустриальных масел, возможно применение более вязких цилиндровых масел.

Для оценки пригодности минеральных масел как технологических смазок необходимо знание их физических свойств: вязкости; температур вспышки, кипения и застывания; адге- зионных характеристик. В совокупности эти характеристики дают представление о молеку-

лярной массе, фракционном составе и возможных изменениях физических свойств при по-

вышенных температурах. Одной из важнейших характеристик для оценки технологических и эксплуатационных свойств смазок является вязкость, которая определяет толщину смазоч- ной пленки в очаге деформации, степень необходимого диспергирования смазки в воде, удобство и условия транспортирования и др. Вязкость масел в зависимости от методов опре- деления может быть динамической, кинематической, удельной, условной и выражаться в со- ответствующих единицах.

Для минеральных масел очень важна характеристика зависимости вязкости от темпе- ратуры. Обычно с повышением температуры вязкость масел резко падает. Желательно, что- бы это падение было как можно менее резкое. Эта характеристика может оцениваться отно- шением вязкостей при двух температурах (например, 20 и 100°С) или температурным коэф- фициентом вязкости, представляющим собой отношение разности вязкостей при двух темпе- ратурах к вязкости при более высокой из этих температур.

Для повышения вязкостных свойств масел возможно применение специальных вязко- стных присадок, которые повышают вязкость, не изменяя практически температуру застыва- ния. Такими присадками являются винипол, полиизобутилен, вольтоли, полиметилакрилаты. Присадкой полиизобутилена можно увеличить вязкость масла в 8-10 раз при повышении температуры застывания не более чем на 15 \%. Следует, однако, сказать, что при горячей прокатке вязкость не является всецело определяющим параметром комплексной эффектив- ности технологической смазки. Более важными являются адгезионные характеристики ма- сел, которые лишь для чистых масел в какой-то мере связаны с величиной вязкости.

Усиление комплексной эффективности минеральных масел достигается вводом в них антиокислительных, противоизносных, смазочных и других присадок. Учитывая повышен- ный износ поверхности при горячей прокатке, следует более подробно остановиться на про- тивоизносных присадках. Они представляют собой органические соединения, содержащие фосфор, серу, хлор в весьма малых количествах. Присадки реагируют с поверхностью ме-

талла и образуют на ней продукты взаимодействия в виде сульфидов, фосфатов и хлоридов железа с высокой температурой плавления и свойствами, экранирующими поверхность вал- ков.

В качестве комплексных многофункциональных присадок к минеральным маслам широко используют жиры. Жиры являются сложными эфирами спиртов и жирных кислот. По своему происхождению они могут быть животными, растительными и синтетическими. Жиры обладают большой способностью адгезироваться на поверхности металла. Раститель- ные жиры на основе жирных кислот непредельного ряда – жидкие, предельного ряда – твер- дые с температурой плавления более 30°С. В природных растительных маслах содержатся жиры предельных и непредельных кислот. В подсолнечном, хлопковом, касторовом, рапсо- вом, сурепном маслах присутствуют в основном жиры ненасыщенных кислот, что обуслов- ливает их низкие температуры застывания (≤ -16°С). О количестве непредельных кислот в жирах судят по их йодному числу. Высокие значения йодных чисел характеризуют склон- ность масла к окислению и смолообразованию. Эфиры непредельного ряда обладают и худ- шей смазочной способностью.

К жирам относятся и различные воски, в том числе и синтетические, являющиеся сложными эфирами одноатомных высокомолекулярных кислот. Воски характеризуются вы- сокой температурой плавления (≥ 70°С) — более высокой, чем у большинства жиров; сма- зочной способностью, в результате чего находят применение в качестве эффективных приса- док к различным смазкам.

На сортовых станах для уменьшения износа калибров издавна применяли свиное или говяжье сало. Первые отечественные публикации об этом относятся к тридцатым годам. Од- нако применение высококонцентрированных пищевых продуктов при прокатке металла ши- рокого распространения не получило. Менее дорогими и дефицитными являются синтетиче- ские жиры, не уступающие по своим свойствам природным. Все рекомендуемые составы безводных смазочных масел в своей основе содержат минеральные масла, легированные жирными кислотами, эфирами и другими соединениями при общем содержании легирующих продуктов не более 20—30 \% [18]. Известны также составы, содержащие исключительно ак- тивные компоненты без минерального масла [19]. Применение дорогих и дефицитных про- дуктов в чистом виде является нецелесообразным, и разработка таких смазочных средств не соответствует, реальным требованиям экономичной технологии.

При легировании минеральных масел некоторыми загустителями они могут приобре- тать свойство пластичности. По применяемым загустителям пластичные смазки можно раз- делить на четыре основные группы: мыльные, углеводородные, с органическими и неорга- ническими веществами. Пластичные смазки обладают более высокой способностью удержи- ваться на контактных поверхностях. В качестве технологической смазки более приемлемы кальциевые и натриевые. Кальциевые смазки известны под общим названием солидолов и в воде нерастворимы, натриевые смазки (консталины) легко растворяются в воде. В  практике пластичные смазки редко используются в чистом виде. Их дополнительно загущают графи- том, тальком, полимерами, силикатами и легируют поверхностно активными веществами.

Наиболее широкое распространение в практике горячей прокатки получили водомас- ляные технологические смазки. При этом вода используется в качестве носителя масла для его доставки к поверхности валка. Использование воды как носителя смазки не только бла- гоприятно сказывается на тепловой защите органических смазок, но и позволяет весьма точ- но осуществлять контроль и регулирование количества активных компонентов смазки, пода- ваемых в контактную зону.

Водные смазки могут быть эмульсиями, суспензиями, пастами, истинными раствора- ми. Смеси двух веществ, нерастворимых друг в друге, в которых вещества раздроблены до мельчайших частиц, являются коллоидными (дисперсными) системами. Раздробленные час- тицы называются дисперсной фазой, а среда, в которой они распределены, — дисперсион- ной. Эмульсии, применяющиеся при горячей прокатке, представляют собой неоднородную (гетерогенную) систему, в которой вода является дисперсионной средой, а дисперсной фазой

— масло. В суспензиях дисперсной фазой являются твердые вещества, а дисперсионной сре- дой может быть любая жидкость, в том числе и масла. Концентрированные суспензии назы- ваются пастами.

Наиболее характерным параметром, определяющим принадлежность смазки к тому или иному виду, является размер частиц дисперсной фазы. Дисперсными системами принято считать системы, в которых размер частиц лежит в диапазоне 0,002—2 мкм, хотя иногда и системы с более крупными частицами могут быть также дисперсными. Системы с частицами более 1 мкм называют грубодисперсными. Дробление частиц до размеров менее 0,002 мкм приводит к их диспергированию до молекул или даже ионов. Такие системы являются гомо- генными, не относятся к коллоидным растворам (табл. 6).