軋輥軸承潤滑脂生產工藝的改進研究

黎棟杰,謝雅麗

(1.中國石化潤滑油有限公司 茂名分公司,廣東 茂名 525000;2.廣東石油化工學院 資產設備管理部,廣東 茂名 525000)

隨著我國鋼鐵工業設備的高速發展,軋輥軸承已廣泛應用于鋼坯、線材、棒材、板材等生產過程的各種傳動機械設備。目前國內軋輥軸承上所用的潤滑脂主要有極壓鋰基潤滑脂、石墨鈣基潤滑脂及復合鋰基潤滑脂等[1,2]。軋輥軸承潤滑脂在冶金行業應用十分廣泛,且該潤滑脂所在設備零部件運行工況復雜,鋼坯溫度可達1000 ℃,軋輥軸承負荷高,且設備運行周期長,設備運行環境多塵,設備冷卻水用量大,對潤滑脂的高溫性能、極壓抗磨性能以及黏附性、抗水性要求極高[3]。

在產品使用過程中調查發現軋輥軸承潤滑脂在某大型鋼廠生產線集中潤滑系統使用不適應,偶發性出現黏附性差、易流失和軸承壽命短的現象。主要原因有以下三個方面。

產品皂分過高。皂分是指潤滑脂中脂肪酸金屬皂所占的質量百分比,皂分過高容易導致潤滑脂變硬,泵送性和黏附性下降[4]。在潤滑脂膠體結構中,稠化劑起著形成架構吸附基礎油的作用。稠化劑反應后形成金屬皂,皂纖維形成架構其將基礎油包容在其中,從而呈現出潤滑脂半流體的形態[5,6]。而市面上生產軋輥軸承潤滑脂的品牌廠家所采用的稠化劑結構均不統一。此次研究的軋輥軸承潤滑脂的稠化劑采用十二羥基硬脂酸、癸二酸與氫氧化鋰反應生成高滴點的復合金屬皂稠化基礎油,軋輥軸承潤滑脂屬高皂分復合鋰基潤滑脂,在進行復合反應時,反應溫度過高,反應水分蒸發快,此時反應物濃度高,釜內鋰皂稠度大,會造成反應釜內攪拌電機跳停,導致產品復合反應階段受影響,復合鋰皂纖維未生成,導致產品稠度偏稀,錐入度變大,需要提高稠化劑含量使其錐入度達標。而提高稠化劑含量會導致軋輥軸承潤滑脂3號皂分過高,導致潤滑脂黏附性下降,運行過程中存在潤滑脂流失的現象。

產品配方基礎油配伍性差?；A油在潤滑脂中所占的比例最大,一般為65%～98%,因此潤滑脂的潤滑性質主要取決于基礎油,如高低溫性能、稠化能力、膠體安定性等[7]。潤滑脂所用的基礎油常分為礦物基礎油和合成基礎油,兩者間的對比見表1。由表1可知,鑒于合成基礎油價格昂貴,礦物油價格成本低,潤滑性好,氧化安定性優于部分合成基礎油,結合軋輥軸承潤滑脂使用工況,礦物基礎油在質量和成本控制方面均有較大的優勢。故在保證產品質量滿足標準要求的前提下,本次基礎油優化的目標是在調整基礎油配伍性的基礎上,能使軋輥軸承潤滑脂在各項指標合格的同時提高黏附性,且能降低稠化劑含量。

表1 各類基礎油的性能及價格對比

添加劑體系結構不完善。軋輥軸承潤滑脂的添加劑中抗氧劑可以抑制潤滑脂儲存過程中由于自身被氧化產生酸性物質而產生腐蝕性成分,同時在高溫工況下,抗氧劑可延長潤滑脂使用壽命,且在有害物質摻入后抑制潤滑脂氧化。極壓抗磨劑中的極性基團可以在設備部件的金屬表面形成一層油膜,或與金屬表面發生化學反應,形成高穩定性的邊界油膜隔離摩擦面[8,9],從而提高產品極壓抗磨性能。出現設備潤滑不良,軸承高溫等現象,應根據軋輥軸承高溫、重負荷的工況,加入相應的抗氧劑和極壓抗磨劑,使潤滑脂滿足設備工況要求。

1 生產改進與優化

1.1 調整最高煉制溫度

最高煉制溫度是鋰皂潤滑脂反應過程最后一步,也是潤滑脂生產過程最重要的工藝之一。提高最高煉制溫度有助于提高潤滑脂的膠體安定性,降低最高煉制溫度有利于提高潤滑脂的機械安定性。通過調整最高煉制溫度,使得軋輥軸承潤滑脂在產品合格的前提下,找到機械安定性和膠體安定性的平衡點,并使皂在高溫狀態下充分分散,從而提高皂的稠化能力,降低產品稠化劑含量。其中十萬次剪切錐入度與工作錐入度的差值是體現潤滑脂機械安定性的關鍵指標,將潤滑脂裝入如圖1中剪切器中剪切,對比剪切十萬次與工作錐入度的差值,差值越小表示機械安定性越好。鋼網分油是體現潤滑脂膠體安定性的關鍵指標,將潤滑脂裝入如圖2中潤滑脂鋼網分油測定儀的錐形金屬絲網中,在100 ℃條件下恒溫30 h,稱量分出的油,分油量越少,則潤滑脂膠體安定性越好。最高煉制溫度優化前后產品膠體安定性和機械安定性指標對比見表2。本次工藝優化重點調整了反應釜的最高煉制溫度,通過對皂化反應關鍵過程的調節,使物料反應更加充分,有效降低了產品的皂分并提升性能。從表2可知,最高煉制溫度從210～212 ℃提高到220～222 ℃后生產的產品膠體安定性滿足產品要求,且機械安定性與優化前相當。優化后產品調油量增加,皂份降低,降低皂分后產品一次調成率得到提升。

圖1 潤滑脂十萬次錐入度剪切器

表2 優化最高煉制溫度后產品性能指標對比

1.2 調整基礎油的結構

鋼廠軋機長期在高溫高負荷工況條件下工作,為保證潤滑脂的性能,要求研制所用的基礎油須具有良好的熱穩定性、氧化安定性及良好的高低溫性能等。為確保軋輥軸承潤滑脂各項性能均能達到要求,從表3中的幾種基礎油中進行篩選,以下是所選用的基礎油的理化性能數據。鋼廠客戶對于潤滑脂的黏附性、潤滑性和消耗量較為關注,因此,重點考察利用以上基礎油所研制的軋輥軸承潤滑脂的水淋漏失量和抗噴霧失重?？顾畤婌F失重實驗可評定潤滑脂在直接接收水噴霧沖擊的工作環境下的適用性,實驗將涂滿潤滑脂的鋼板在一定壓力與溫度的水噴霧沖擊下測定潤滑脂的流失百分比,此項性能主要用于評定潤滑脂的黏附性。在其他條件不變的情況下,利用一種或兩種基礎油制備所得的潤滑脂性能如表4所示。

表3 基礎油的理化性能

表4 采用不同基礎油配比制備的軋輥潤滑脂性能差異

由表4數據可知,利用E組基礎油制備的軋輥軸承潤滑脂黏附性更強,潤滑脂在潤滑部位保持能力優勢更明顯。這是由于在使用的基礎油黏度較大時,其皂纖維結構更疏松,空腔體積更大,更有利于金屬皂的分散。且HVI 750基礎油與HVI 120 BS基礎油黏度相對較高,而基礎油黏度越高,可以使潤滑脂形成更好的油膜厚度,因此制備的軋輥軸承潤滑脂黏附性越好[10]。綜合考慮,采用高黏度的E組基礎油作為生產軋輥軸承潤滑脂的基礎油料,能達到本次優化的目的。

1.3 調整添加劑種類和比例

在軋輥軸承潤滑脂后續煉制過程中,加入抗氧劑、極壓抗磨劑等添加劑改善軋輥軸承潤滑脂的各項性能,各添加劑配比見表5。為提高產品性能,在半成品軋輥軸承潤滑脂均質后,改進加入2%抗氧劑A2和1.5%極壓抗磨劑B2,可改善產品的極壓抗磨性能與氧化安定性。燒結負荷PD值是在試驗條件下使轉動球與三個靜止的球發生燒結的最小負荷,該指標能夠評定潤滑脂的極壓抗磨性能,PD值越高代表潤滑脂的極壓抗磨性能越好。氧化安定性實驗是將一定量的潤滑脂裝入充有氧壓(770 kPa)的氧彈中,在99 ℃溫度下經受氧化,在達到規定的時間后由相應的氧氣壓力降來評定氧化安定性,壓力降越低表示潤滑脂的氧化安定性越好。如表6所示,添加劑改進后軋輥軸承潤滑脂的PD值燒結負荷顯著提高,氧化安定性的壓力降值減小,產品極壓抗磨性能與抗氧化性能進一步提升,使軋輥軸承潤滑脂更易適應軋輥軸承復雜的工況。

表5 軋輥軸承潤滑脂的添加劑比例組成

表6 添加劑改進后軋輥軸承潤滑脂的性能指標對比

2 產品效果認證

2.1 產品質量情況

按照以上改進措施,用改進工藝制備所得的軋輥軸承潤滑脂產品理化性能見表7。由表7可知,本次優化后生產的產品指標均能滿足產品指標要求,且極壓抗磨性能與氧化安定性表現更優。

表7 優化后軋輥軸承潤滑脂與優化前產品數據對比

2.2 實際應用情況

通過對實際應用改進后的軋輥軸承潤滑脂的軋輥軸承進行拆檢,并對軋輥軸承上附著的潤滑脂樣品進行分析,發現軋輥軸承潤滑脂顏色從褐色變成了淺褐色,產品還保持一定的黏附性。軋輥軸承滾柱內以及軸頸表面潤滑脂分散均勻、黏性較大且漏失量小,軸承表面和軸頸表面光亮,機件表面無明顯磨損痕跡。使用優化后產品,軋輥軸承加注潤滑脂間隔由每3日加注一次,延長到每5日加注一次,表明改進后的軋輥軸承潤滑脂能夠保證軋機機組的軋輥軸承潤滑,并可以有效延長軋輥軸承的使用壽命,節省了備件消耗的費用。

3 結論

(1)通過考察最高煉制溫度對產品皂分、機械安定性與膠體安定性的影響,當最高煉制溫度為220～222 ℃時,可以降低產品皂分,且不影響產品機械安定性與膠體安定性。(2)采用高黏度基礎油HVI 750與HVI 120 BS 為1∶1配比生產軋輥軸承潤滑脂,可有效提高產品的黏附性。(3)改進加入2%抗氧劑A2和1.5%極壓抗磨劑B2時,可以改善產品的極壓抗磨性能與氧化安定性,提高產品使用壽命。(4)改進生產工藝后的軋輥軸承潤滑脂,經檢驗產品指標合格,經過實際應用后,軋輥軸承潤滑脂適應軋輥軸承的復雜工況,可以有效延長軋輥軸承的使用壽命。