关于铝加工轧制油性能指标比较和选择标准探讨

关于铝加工轧制油性能指标比较和选择标准探讨刘壮怀，周东伟，许云杰，徐亮（道达尔石油（广州）有限公司，上海，200001）摘要：作为铝轧工艺中三大关键技术之一的工艺润滑技术，一直受到铝加工企业的关注。

其中，轧制油性能又对润滑效果起着关键作用。

因此，长期以来铝加工企业和油品供应商一直致力于对不同类型轧制油的性能和影响因素进行研究。

本文对国内外使用的铝轧轧制油的类型和性能作了比较和分析，探讨了影响轧制油性能的主要因素。

关键字：铝冷轧轧制油添加剂工艺润滑是铝材轧制过程中不可缺少的重要技术之一，直接影响铝材成品的质量和企业经济效益。

工艺润滑是一个非常复杂的技术领域，涉及物理、化学、摩擦学等学科。

目前铝轧工艺润滑主要通过使用轧制油来实现。

轧制油一般以基础油为主体，辅以少量的添加剂、抗氧剂等组成。

在铝材压延成型过程中，金属基体连续变形，不断产生新的金属表面，新表面的物理化学性能与原金属表面不同，具有很高的化学活性，极易和轧辊粘着。

轧制油要在加工界面上迅速铺展，形成一层均匀、不易破裂的润滑油膜，才能发挥较好的润滑和“压烫”效果。

1. 衡量轧制油性能的主要指标和不同组分类型轧制油的性能特点差异1.1衡量轧制油性能的主要指标和它们对轧制过程的影响随着铝加工企业对最终产品质量的要求不断提高，对轧制油的各项技术指标的要求也越来越严格。

一般来说，运动粘度、密度、赛波特色度、馏程（初馏点和干点）、闭口闪点、苯胺点、芳烃含量、硫含量、水分、酸值、氧化稳定性、退火清洁性和食品、环保认证是衡量轧制油质量高低的主要指标。

1.1.1运动粘度、粘度指数、闭口闪点和馏程粘度反应了液体的内摩擦，当油受外力作用发生相对移动时，油分子产生的阻力使油品无法继续顺利移动，其阻力的大小就称为粘度。

因此，它是油品流动性能的主要指标，比如很多润滑油就是以其粘度来分牌号的。

粘度指数（Viscosity Index）是表示油品的粘度随着温度变化而变化的速率大小。

不同行业对于粘度指数的大小有着各自不同的要求。

比如，发动机润滑油中，为了保证高温和低温下油品的润滑效果一致，需要较大的粘度指数；但是在金属加工行业的冷却应用中，油品的传热效率要求很高，而粘度变小有利于传热过程。

因此，此时需要油品的粘度指数较小。

闪点是指在稳定的空气环境中，可燃性液体或固体表面产生的蒸汽在试验火焰作用下被闪燃时的最低温度。

闪点指标的主要指示作用有两个：一是指示油品中轻质组分的挥发性，二是满足生产过程中的防火要求。

闪点越低，油品中的轻质组分含量越高，轧制油的在生产过程中的损耗越大，生产安全性也降低。

馏程是指油品在规定条件下蒸馏所得到的从初馏点到终馏点、表示其蒸发特征的温度范围。

而干点指的是油品在蒸馏测定时，温度计水银柱在继续加热的情况下停止升高并开始下降时的最高温度。

油品的粘度、闪点和馏程这三个技术指标是至关重要的，除了它们对于油品的牌号的分类上和行业选择时的作用以外，还因为它们之间有着十分紧密的内在联系。

从石油精炼行业经验来看，馏程中50%馏出温度和油品的运动粘度有关，而馏程中5%馏出温度和油品的闪点有关。

因此，即使是有着相同粘度的油品（50%馏出温度相近），也存在着不同的闪点（5%馏出温度不同）。

如图1.1所示。

图1.1 具有相似粘度（50% 馏出温度）和不同闪点（5%馏出温度）的两种油品馏程图1.1.2苯胺点苯胺点是指油品与等体积苯胺在互相溶解成单一液相所需的最低温度。

它是衡量油品中芳烃含量的一个指标，苯胺点越高，油品中烷烃含量越多，反之，则芳烃含量越多。

在脱芳脱硫基础油中，苯胺点的高低可以表示油品的溶解能力。

苯胺点越低，油品的溶解力越强。

1.1.3芳烃含量和硫含量提炼的基础油馏分经过溶剂萃取和多级加氢处理后，其中的硫、氧、氮、芳香烃基本被去除。

很低的芳烃和硫含量能够保证工作环境的无味无害，提高退火清洁性。

优良的轧制油中的芳烃含量应该控制在100ppm以下（＜0.01%），硫含量应该控制在2ppm以下（＜0.0002%）。

1.1.4氧化稳定性和退火清洁性所有的油品都含有少量的氧。

在高温轧制和强剪切力作用下，油品的烃类分子会产生自由基，他们与油品中的氧结合后能形成过氧化物自由基，进一步进攻油品中的烃类分子，产生酸和新的自由基。

因此，油品在使用过程中会发生氧化（老化），油品的酸值越来越高，同时产生一些分子量较大的物质，使得油品的酸值和粘度都变大，这对传热和退火清洁性都有害。

因此，油品的氧化安定性对退火清洁性和轧制润滑效果都有影响。

1.1.5对轧制油选择的综合性能要求在轧制变形区需要形成连续、牢固、薄质的润滑油膜，它的作用能有效防止轧辊粘铝，又能实现光滑辊面对轧件表面微凸体的“压烫”作用，从而获得光亮的轧件表面。

油膜越薄，这种“压烫”效果越好，因此选用低粘度的油品来避免形成太厚的油膜。

另外，低粘度的油品具有良好的导热性，在高速轧机的工作区内可以提高散热效率，减少轧制油的损耗。

但是，根据流体力学理论，油品粘度越大，进入形变区的油膜厚度也大，油越容易被带入，在轧制时越不易收剪切力破裂，具有较好的油膜强度和减磨降压效果。

因此，对于铝轧制油而言，所谓要求的“低粘度”不是一个绝对的概念，而是相对的概念。

长期以来，国外著名石油公司一直在致力于达到这样一种平衡，轧制油的粘度应该保持在这样一种状态：保证油膜强度和油膜的减磨降压效果，油品粘度不是越低越好；同时，轧制油的粘度指数必须合适，因为高温形变区的油品粘度适当下降提高了传热效果，还能在形变区内形成更薄的油膜，保证轧辊对金属表面的“压烫”效果，又不影响到油品进入形变区前的容易程度。

高品质的轧制油应该同时具备高闪点和低终馏点、窄馏程的特点。

高闪点既是生产安全的要求，也是确保轧制油轻组分在轧制高温下不易损失。

低终馏点和窄馏程有利于确保铝板带箔的退火清洁性更容易达到。

不含芳香烃和很低的硫含量既是日益严格的环保法规的要求，也是确保产品更好的表面质量。

同时，作为生产高档或是与食品接触的铝箔产品时，轧制油还需要获得FDA的相关食品级认证。

综上所述，铝冷轧的实际生产过程中，优良的轧制油应该具备以下的性能要求：1、低粘度、低粘度指数、良好的冷却性能2、高闪点、低终馏点，窄馏程，低芳低硫含量3、提供适当的摩擦力4、退火时不产生油斑5、容易过滤，不粘轧辊6、无毒无味，对皮肤刺激性小7、FDA食品级认证1.2不同组分类型轧制油的性能特点差异目前，在铝加工轧制油市场上，比较常见的轧制油种类按其组分来分可以大致分为以下类型：正构烷烃型基础油、环烷烃型基础油、特殊流体型基础油（正构、异构和环烷烃有各自特定的比例）。

正构烷烃型基础油的特点是油品的氧化安定性良好，油品粘度低，退火清洁性良好。

不足是对添加剂的溶解性差，对金属表面的粘附力相对小；粘度虽小，但是粘度指数较大，传热性能不佳。

环烷烃型基础油的特点可以弥补正构烷烃型基础油的众多不足，对添加剂的溶解力强，对金属表面的粘附力大，粘度指数小，传热性能良好；现代精炼技术下生产的精制环烷烃型基础油的氧化安定性完全可以和传统的正构烷烃型基础油相媲美。

特殊流体型基础油是一类生产难度最大、技术含量最高的基础油。

特殊流体型基础油中含有正构、异构和环烷烃，以各自特定的比例存在。

之所以保持特定的比例，是为了兼顾正构烷烃型基础油和环烷烃型基础油的优点同时又规避它们各自的不足。

之所以说技术含量最高，是因为在生产特殊流体型基础油的过程中，对碳链的切割要求非常精准，同时生产过程中不允许使用任何的混配手段，还要保证产品中各种烃类组分的比例维持一定。

目前，国内铝加工市场上使用比较多的还是传统的正构烷烃型基础油，但是国外金属加工行业越来越多地青睐环烷烃型和特殊流体型的基础油。

2. 不同类型添加剂对基础油性能的提升作用2.1 添加剂的主要作用和机理在轧制油中，添加剂的含量虽然不多，作用却非常关键。

根据摩擦学实验，在铝轧过程中，轧件进入轧辊前后可以分为进入区、工作区和出口，如图2.1所示。

在不同的区域，有着不同的润滑机理。

在进入工作区之前，主要由基础油提供润滑作用；在进入轧辊工作区之后，由于高压高温的工作环境，铝材和轧辊表面的油膜厚度会出现不均匀，在轧辊和轧件之间的油膜有厚有薄，形成峰和谷。

在油膜形成谷的位置，如果没有添加剂来增加润滑减少摩擦，那么轧辊和轧件就要直接接触。

添加剂的作用就是在这些地方在轧辊和轧件表面之间形成物理吸附膜，有效地减少了直接接触面积，使得形变区（工作区）摩擦系数减小，轧制压力降低，轧件表面的划痕变浅。

图2.1 冷轧过程中不同区域的润滑机理示意图2.2 不同类型添加剂的类型比较添加剂的种类主要有复合型醇酯类添加剂和单独的浓缩醇和浓缩酯类添加剂。

醇和酯（外加少量酸）的有机组合能够最大限度发挥醇、酯各自的润滑特性，达到润滑减磨效果最大化的目的，同时，醇和酯添加剂也具有较好的退火清洁性。

在实际使用过程中，添加剂中醇和酯的消耗速率往往是不同的，铝加工企业需要根据各自轧机的工况来调整醇、酯比例。

如果使用复合添加剂，则无法很好地应对醇消耗过快的情况。

此时可以考虑使用单独的浓缩醇和浓缩酯类添加剂。

3. 道达尔特殊流体铝轧系列产品的性能特点作为一家世界级的油品供应商，道达尔一直致力于生产高品质的金属加工油，在铝加工行业中主要产品系列有特殊流体型的铝轧基础油、单独的浓缩醇和浓缩酯类添加剂、合成无渍液压油、无渍齿轮油、油气回收系统吸收油等等。

道达尔的铝轧系列油品，能够有效降低轧制油使用量，提高生产效率，确保优良的退火清洁性，同时能够达到甚至超越最严格的环保要求，对人体无毒无害；产品通过了FDA和NSF两大权威机构的食品级认证，安全可靠。

同时，由于道达尔金属加工油品系列品种齐全，可以满足金属加工行业各种润滑需求，因此在全球都受到大中型金属加工企业的青睐。

除了提供高品质的油品，道达尔特殊流体还为客户提供周到全面的服务，为油品的使用过程提供诊断和维护。

在中国市场，道达尔特殊流体的业务发展迅速。

除了金属加工行业，在橡胶、塑料、涂料、油漆、化妆品、水处理、农药等十几个行业有着广泛的用途。

第一作者简介：刘壮怀，男，1973年7月出生，籍贯宁夏，毕业于天津大学应用化学系。

现任道达尔石油（广州）有限公司总经理。