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(xué)院 資產(chǎn)設(shè)備管理部,廣東 茂名 525000)

隨著我國鋼鐵工業(yè)設(shè)備的高速發(fā)展,軋輥軸承已廣泛應(yīng)用于鋼坯、線材、棒材、板材等生產(chǎn)過程的各種傳動機械設(shè)備。目前國內(nèi)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(fù)合鋰基潤滑脂等[1,2]。軋輥軸承潤滑脂在冶金行業(yè)應(yīng)用十分廣泛,且該潤滑脂所在設(shè)備零部件運行工況復(fù)雜,鋼坯溫度可達1000 ℃,軋輥軸承負荷高,且設(shè)備運行周期長,設(shè)備運行環(huán)境多塵,設(shè)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(chǎn)品使用過程中調(diào)查發(fā)現(xiàn)軋輥軸承潤滑脂在某大型鋼廠生產(chǎn)線集中潤滑系統(tǒng)使用不適應(yīng),偶發(fā)性出現(xiàn)黏附性差、易流失和軸承壽命短的現(xiàn)象。主要原因有以下三個方面。

產(chǎn)品皂分過高。皂分是指潤滑脂中脂肪酸金屬皂所占的質(zhì)量百分比,皂分過高容易導(dǎo)致潤滑脂變硬,泵送性和黏附性下降[4]。在潤滑脂膠體結(jié)構(gòu)中,稠化劑起著形成架構(gòu)吸附基礎(chǔ)油的作用。稠化劑反應(yīng)后形成金屬皂,皂纖維形成架構(gòu)其將基礎(chǔ)油包容在其中,從而呈現(xiàn)出潤滑脂半流體的形態(tài)[5,6]。而市面上生產(chǎn)軋輥軸承潤滑脂的品牌廠家所采用的稠化劑結(jié)構(gòu)均不統(tǒng)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(yīng)生成高滴點的復(fù)合金屬皂稠化基礎(chǔ)油,軋輥軸承潤滑脂屬高皂分復(fù)合鋰基潤滑脂,在進行復(fù)合反應(yīng)時,反應(yīng)溫度過高,反應(yīng)水分蒸發(fā)快,此時反應(yīng)物濃度高,釜內(nèi)鋰皂稠度大,會造成反應(yīng)釜內(nèi)攪拌電機跳停,導(dǎo)致產(chǎn)品復(fù)合反應(yīng)階段受影響,復(fù)合鋰皂纖維未生成,導(dǎo)致產(chǎn)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(dǎo)致軋輥軸承潤滑脂3號皂分過高,導(dǎo)致潤滑脂黏附性下降,運行過程中存在潤滑脂流失的現(xiàn)象。

產(chǎn)品配方基礎(chǔ)油配伍性差?；A(chǔ)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(zhì)主要取決于基礎(chǔ)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(chǔ)油常分為礦物基礎(chǔ)油和合成基礎(chǔ)油,兩者間的對比見表1。由表1可知,鑒于合成基礎(chǔ)油價格昂貴,礦物油價格成本低,潤滑性好,氧化安定性優(yōu)于部分合成基礎(chǔ)油,結(jié)合軋輥軸承潤滑脂使用工況,礦物基礎(chǔ)油在質(zhì)量和成本控制方面均有較大的優(yōu)勢。故在保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足標準要求的前提下,本次基礎(chǔ)油優(yōu)化的目標是在調(diào)整基礎(chǔ)油配伍性的基礎(chǔ)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(chǔ)油的性能及價格對比

添加劑體系結(jié)構(gòu)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(chǎn)生酸性物質(zhì)而產(chǎn)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(zhì)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(shè)備部件的金屬表面形成一層油膜,或與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成高穩(wěn)定性的邊界油膜隔離摩擦面[8,9],從而提高產(chǎn)品極壓抗磨性能。出現(xiàn)設(shè)備潤滑不良,軸承高溫等現(xiàn)象,應(yīng)根據(jù)軋輥軸承高溫、重負荷的工況,加入相應(yīng)的抗氧劑和極壓抗磨劑,使?jié)櫥瑵M足設(shè)備工況要求。

1 生產(chǎn)改進與優(yōu)化

1.1 調(diào)整最高煉制溫度

最高煉制溫度是鋰皂潤滑脂反應(yīng)過程最后一步,也是潤滑脂生產(chǎn)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(diào)整最高煉制溫度,使得軋輥軸承潤滑脂在產(chǎn)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(tài)下充分分散,從而提高皂的稠化能力,降低產(chǎn)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(xiàn)潤滑脂機械安定性的關(guān)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(wǎng)分油是體現(xiàn)潤滑脂膠體安定性的關(guān)鍵指標,將潤滑脂裝入如圖2中潤滑脂鋼網(wǎng)分油測定儀的錐形金屬絲網(wǎng)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(yōu)化前后產(chǎn)品膠體安定性和機械安定性指標對比見表2。本次工藝優(yōu)化重點調(diào)整了反應(yīng)釜的最高煉制溫度,通過對皂化反應(yīng)關(guān)鍵過程的調(diào)節(jié),使物料反應(yīng)更加充分,有效降低了產(chǎn)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(chǎn)的產(chǎn)品膠體安定性滿足產(chǎn)品要求,且機械安定性與優(yōu)化前相當。優(yōu)化后產(chǎn)品調(diào)油量增加,皂份降低,降低皂分后產(chǎn)品一次調(diào)成率得到提升。

圖1 潤滑脂十萬次錐入度剪切器

表2 優(yōu)化最高煉制溫度后產(chǎn)品性能指標對比

1.2 調(diào)整基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)

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(chǔ)油須具有良好的熱穩(wěn)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(chǔ)油中進行篩選,以下是所選用的基礎(chǔ)油的理化性能數(shù)據(jù)。鋼廠客戶對于潤滑脂的黏附性、潤滑性和消耗量較為關(guān)注,因此,重點考察利用以上基礎(chǔ)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(huán)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(chǔ)油制備所得的潤滑脂性能如表4所示。

表3 基礎(chǔ)油的理化性能

表4 采用不同基礎(chǔ)油配比制備的軋輥潤滑脂性能差異

由表4數(shù)據(jù)可知,利用E組基礎(chǔ)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(yōu)勢更明顯。這是由于在使用的基礎(chǔ)油黏度較大時,其皂纖維結(jié)構(gòu)更疏松,空腔體積更大,更有利于金屬皂的分散。且HVI 750基礎(chǔ)油與HVI 120 BS基礎(chǔ)油黏度相對較高,而基礎(chǔ)油黏度越高,可以使?jié)櫥纬筛玫挠湍ず穸?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(chǔ)油作為生產(chǎn)軋輥軸承潤滑脂的基礎(chǔ)油料,能達到本次優(yōu)化的目的。

1.3 調(diào)整添加劑種類和比例

在軋輥軸承潤滑脂后續(xù)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(chǎn)品性能,在半成品軋輥軸承潤滑脂均質(zhì)后,改進加入2%抗氧劑A2和1.5%極壓抗磨劑B2,可改善產(chǎn)品的極壓抗磨性能與氧化安定性。燒結(jié)負荷PD值是在試驗條件下使轉(zhuǎn)動球與三個靜止的球發(fā)生燒結(jié)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(jīng)受氧化,在達到規(guī)定的時間后由相應(yīng)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(jié)負荷顯著提高,氧化安定性的壓力降值減小,產(chǎn)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(yīng)軋輥軸承復(fù)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(chǎn)品效果認證

2.1 產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品理化性能見表7。由表7可知,本次優(yōu)化后生產(chǎn)的產(chǎn)品指標均能滿足產(chǎn)品指標要求,且極壓抗磨性能與氧化安定性表現(xiàn)更優(yōu)。

表7 優(yōu)化后軋輥軸承潤滑脂與優(yōu)化前產(chǎn)品數(shù)據(jù)對比

2.2 實際應(yīng)用情況

通過對實際應(yīng)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(fā)現(xiàn)軋輥軸承潤滑脂顏色從褐色變成了淺褐色,產(chǎn)品還保持一定的黏附性。軋輥軸承滾柱內(nèi)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(yōu)化后產(chǎn)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(jié)省了備件消耗的費用。

3 結(jié)論

(1)通過考察最高煉制溫度對產(chǎn)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(chǎn)品皂分,且不影響產(chǎn)品機械安定性與膠體安定性。(2)采用高黏度基礎(chǔ)油HVI 750與HVI 120 BS 為1∶1配比生產(chǎn)軋輥軸承潤滑脂,可有效提高產(chǎn)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(chǎn)品的極壓抗磨性能與氧化安定性,提高產(chǎn)品使用壽命。(4)改進生產(chǎn)工藝后的軋輥軸承潤滑脂,經(jīng)檢驗產(chǎn)品指標合格,經(jīng)過實際應(yīng)用后,軋輥軸承潤滑脂適應(yīng)軋輥軸承的復(fù)雜工況,可以有效延長軋輥軸承的使用壽命。