автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Влияние компонентного состава нефтяных масел на процесс холодной прокатки легированных сталей и цветных сплавов в 20-ти валковых прокатных станах

Введение.

Глава 1 Состояние и тенденции в разработке и применении легированных масел в 20-ти валковых прокатных станах (литературный обзор).

1.1. Специфические условия работы технологического масла при холодной прокатке тонких стальных лент и полос.

1.1.1. Роль граничного трения.

1.1.2. Факторы, влияющие на процесс трения.

1.2. Эффективность нефтяных и полусинтетических масел при производстве холоднокатаного металла.

1.3. Современное состояние и перспективы разработки компонентных составов технологических масел для холодной прокатки.

1.4. Совершенствование управления расходом легированных масел в высокопроизводительных 20-ти валковых прокатных станах.

1.5. Основные требования к универсальным маслам для 20-ти валковых прокатных станов.

1.6. Ассортимент универсальных технологических масел, применяемых в отечественной промышленности в 20-ти валковых прокатных станах.

Глава 2 Объекты и методы исследований.

2.1. Объекты исследований.

2.2. Методы исследований.

Глава 3 Исследование влияния компонентного состава масел на их основные эксплуатационные свойства при разработке универсальных масел для холодной прокатки легированных сталей на 20-ти валковых прокатных станах.

3.1. Выбор вязкости, фракционного и углеводородного состава базового масла, обеспечивающих требуемое охлаждение полос и валков.

3.2. Исследование термоокислительной стабильности базового масла, выбор присадок.

3.3. Изучение трибологических свойств.

3.3.1. Влияние эфиров и присадок на антифрикционные свойства масел в машинах трения ЧШМи стенде "вращающийся валок -ползун".

3.3.2. Влияние компонентного состава масел на показатели прокатки сталей в станах КВАРТО и ДУО.

3.3.3. Влияние компонентного состава на противоизносные и проти-возадирные свойства масел в подшипниковом стенде ЦКБ

3.4. Определение совместимости масел с фильтрующими землями

3.5. Исследование влияния компонентного состава масел на чистоту поверхности металла.

Глава 4 Разработка и организация промышленного производства универсального масла ТМС-6 для холодной прокатки легированных сталей.

4.1. Рецептура и технология производства масла ТМС-6.

4.2. Эксплуатационные испытания опытно-промышленных партий масла ТМС-6 в 20-ти валковых прокатных станах.

4.3. Организация промышленного производства масла ТМС

За последнюю четверть века значительное распространение при производстве холоднокатаного металла получили высокопроизводительные 20-ти валковые прокатные станы. Широкое внедрение этих станов в отечественную промышленность обусловлено возросшей потребностью в производстве тонких и особо тонких стальных лент и полос из высокопрочных легированных сталей и сплавов.

При общей тенденции снижения темпов производства металлопроката в настоящее время отмечается существенный рост производства холоднокатаного листа, особенно из труднодеформируемых (электротехнической и нержавеющей) марок сталей и прецизионных сплавов, - к которым относятся сплавы высокоточного химического состава, обладающие специфичными физическими свойствами.

Предполагается [1], что доля свальных лент и полос к концу нашего столетия составит 30% от общего объёма производства металлопроката, что в 1,52,0 раза превысит уровень десятилетней давности. В целом структура развития перспективного сортамента проката соответствует зарубежным показателям (Япония, США, Германия, Франция, Бельгия).

Конструктивные особенности современных 20-ти валковых прокатных станов (высокая жесткость валковой системы, относительно малый диаметр рабочих валков), гибкие системы управления, регулировки толщины и профиля полос позволяют обеспечить высокую точность и экономичность прокатки. Надежная работа этих станов невозможна без использования высококачественных технологических масел. Их действие направлено на снижение силовых и тепловых нагрузок на валки и подшипники опорных осей, а также, что немаловажно, на обеспечение требуемого качества прокатываемых полос.

20-ти валковые станы характеризуются значительными объёмами систем л циркуляции масла (до 250 м ) и совершенными средствами их очистки на фильтрующих установках с использованием земель.

При внедрении в отечественную промышленность импортных многовалковых станов для производства полос из электротехнических сталей рекомендованы зарубежные масла Соментор Н-60 фирмы Эссо и Генрекс 25 фирмы Мобил Ойл; для производства полос из нержавеющей стали - масло Генрекс 26 фирмы Мобил Ойл. Ежегодный расход этих масел в целом по отрасли, в том числе при производстве цветных сплавов, достигает нескольких тысяч тонн, что требует значительных валютных затрат на Их приобретение. Практика замены зарубежных масел отечественными общего назначения - И-12А; И-20А (ГОСТ 20799-88) и легированными Т-6П; Т-7П (ТУ 38 УССР 201300-80) выявило ряд проблем, связанных с ухудшением работы фильтрующей системы, повышением расхода электроэнергии и увеличением брака продукции. Поэтому появилась необходимость в создании новых технологических легированных масел на базе доступных отечественных компонентов. Куйбышевскому филиалу ВНИИ НП (в настоящем ОАО "СвНИИНП") Министерством черной металлургии СССР было поручено разработать технологические масла, которые качественно должны обеспечивать следующие требования эксплуатации 20-ти валковых прокатных станов:

- охлаждать валки и подшипники опорных валков, обеспечивать стабильный температурный режим прокатки;

- уменьшать силы трения и износ валковой системы;

- обеспечивать высокую чистоту поверхности прокатанной полосы;

- быть стабильным в эксплуатации и при хранении;

- обеспечивать совместимость с применяемыми для очистки землями.

В связи с этим, обстоятельное изучение влияния компонентного состава масел на основные эксплуатационные показатели прокатки в соответствии с вышеперечисленными требованиями, выявление закономерностей и на базе этого разработка научно обоснованной композиции масла послужило целью данной работы.

Поставленная цель заключается в решении следующих задач: - комплексным подходом к выбору базовой основы масла с учетом требований по охлаждающей способности, углеводородному и фракционному составу;

- определении оптимального компонентного состава, основываясь на результатах исследований его влияния на антиокислительные и смазочные свойства масел, чистоту металла и совместимость с фильтрующими землями;

- создании и внедрении в производство технологических масел;

- разработка предложений, направленных на повышение эффективности применения масел в 20-ти валковых прокатных станах.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые разработаны научные основы создания отечественных универсальных масел для холодной прокатки тонких лент и полос в 20-ти валковых прокатных станах, отвечающее современным требованиям прокатного производства. На основании комплексных исследований впервые установлено, что в качестве базового компонента могут быть использованы, как смесь глубокоочищенных масел ВИ-4 и ВИ-6 из сернистых нефтей, так и выщелоченные нефтяные маловязкие дистилляты из малосернистых нефтей нафтенового основания. При разработке технологического масла для холодной прокатки были выбраны недефицитные продукты, некоторые из них, в частности отработанное масло Б-ЗВ, ранее не применяемые в составах масел.

Впервые на основе исследований охлаждающей способности на специально разработанном стенде произведен выбор оптимальной кинематической вязкости базового масла и разработана математическая зависимость его охлаждающей способности от вязкости.

Установлено, что в композиции с присадками диалкилдитиофосфорного основания эфиры синергитически улучшают антифрикционные свойства масел и приводят к повышению поверхностной текучести легированных сталей. Изучено влияние смазочных композиций и масел на различных стендах и полупромышленных станах на параметры прокатки и фильтрации, в результате чего впервые получены закономерности, подтверждающие преимущество разработанной композиции масла ТМС-6 по сравнению с ранее применяемыми для этих целях отечественными и зарубежными маслами.

Исследования динамики изменения содержания компонентов в масле в процессе его применения на стане показали одинаковую скорость срабатывания эфира №2 и присадки ДФ-11, обусловленную образованием ассоциатов. Впервые разработана технология регенерации отработанного масла непосредственно на месте применения с использованием специально подобранных активных земель и концентрации присадок.

Результаты выполненных научных исследований и установленные закономерности, приведенные в диссертации, явились основанием для разработки технологии получения отечественных универсальных технологических масел. Масло ТМС-6 (ТУ 38 101826-85) после стендовых, полупромышленных и эксплуатационных испытаний внедрено на Ашинском, Челябинском, Верх-Исетском металлургических заводах, Санкт-Петербургском сталепрокатном заводе, Московских заводах "Серп и Молот" и "Электросталь" при производстве тонких полос и лент из электротехнических, нержавеющих сталей и прецизионных сплавов. Промышленное производство масла ТМС-6 организовано на ОАО "Славнефть - Ярославский НПЗ им. Менделеева Д.И.".

Для увеличения ресурса работоспособности масла ТМС-6 разработан концентрат присадок (ТУ 38 40185 -88), вводимый непосредственно в систему смазки стана.

Разработан компонентный состав перспективного масла ТМС-бу по ТУ 38 401191-99, применение которого в 20-ти валковом прокатном стане повышает качество отделки полос из цветных сплавов. Состав перспективного масла защищен патентом Российской Федерации №2024600.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Научно обоснован оптимальный компонентный состав и разработаны новые универсальные технологические масла, обеспечивающие высокую эффективность холодной прокатки легированных сталей (ТМС-6) и цветных сплавов (ТМС-бу) на современных 20-ти валковых прокатных станах.

2. Установлено, что в качестве базового масла для 20-ти валковых прокатных станов могут служить масла из сернистых или малосернистых нефтей с

7 О вязкостью около 6 мм /с при 50 С и достаточно низкой испаряемостью (начало кипения масла 270°С), обеспечивающие требуемую охлаждаемость валков.

3. Показано, что для повышения термоокислительной стабильности масла, снижения износа валков и подшипников качения, улучшения чистоты и профиля полосы в нефтяную основу необходимо ввести эфиры. Последние в композиции с антиокислительными и противоизносными присадками синерги-тически улучшают антифрикционные свойства масел: для ТМС-6 это обеспечивается сочетанием эфира №2 (1,5%), ионола (0,5%) и ДФ-11 (2,0%); для ТМС-бу - ДОФ (0,7%), ионола (0,7%) и АДТФ (0,5%). Испытание этих композиций в базовом масле вместо традиционно применяемых растительных жиров и жирных кислот повышает ресурс работоспособности масла ТМС-6 в 20-ти валковом прокатном стане с 3-х до 11-ти месяцев службы. На состав масла ТМС-бу получен патент РФ.

4. Выявлено, что масла разработанного компонентного состава повышают поверхностную текучесть легированных сталей, что позволяет увеличить обжатие металла (ст. 08кп и ЭЗ) в среднем на 10% и снизить усилие прокатки -на 18,5% по сравнению с зарубежным маслом Соментор Н-60.

5. Изучена динамика срабатываемости присадки ДФ-11 и эфира №2 в масле ТМС-6 в процессе его применения на 20-ти валковом прокатном стане. Установлено, что одинаковая скорость срабатывания этих компонентов в течение первых 3-4-х месяцев работы масла наблюдается при оптимальном их со

172 четании в композиции за счёт ассоциативных образований, обуславливающих синергитические улучшения эксплуатационных свойств.

6. Определены предельные нормы качества масла ТМС-6: по вязкости

2 Q не выше 8,2 мм /с при 50 С; цвету - не выше 5,0 ед. ЦНТ, механическим примесям - не выше 0,10%, гарантирующие надёжную работу всех систем стана. Экспериментально подобрана смесь активных земель ( 40% асканита и 60% фильтроперлита), обеспечивающая при оптимальных условиях очистки масла ТМС-6 ( АР = 0,095 МПа; т = 4 часа) восстановление его качества в соответствии с вышеуказанными нормами.

7. Разработан состав (35% ДФ-11, 25,3% Б-ЗВ отр. и 9,7% ионола) концентрата присадок, введение которого в оптимальном количестве непосредственно в систему смазки стана позволяет в 2 раза повысить ресурс работоспособности масла, прошедшего очистку через земли.

8. Промышленное производство масла ТМС-6 организовано в ОАО "Славнефть-ЯНПЗ" по ТУ 38 101826-85. Годовой экономический эффект от его применения взамен Соментора Н-60 составляет более 2,0 млн.руб. (в ценах июня 1998г.). Опытные производства концентрата присадок для масла ТМС-6 по ТУ 38 40185-88 и перспективного масла ТМС-бу по ТУ 38 401191-99 освоены в ОПЦ ОАО "СвНИИНП".

1. Радюкевич Л.В. - Сталь, 1996, №6, с.1-5.

2. Роберте В.Л. Холодная прокатка стали./ Пер. с англ. А.В.Зиновьева, В.И. Елина, П.Б.Бульфовича. Под ред. П.И.Полухина и В.П.Полухина. М., Металлургия, 1982.-544с.

3. Грудев А.П., Тилцк В.Т. Технологические смазки в прокатном производстве. М., Металлургия, 1975—368с.

4. Белосевич В.К., Нетесов Н.П. и др. Эмульсии и смазки при холодной прокатке. М., Металлургия, 1976.-416с.

5. Вейлер С.Я., Лихтман В.И. Действие смазок при обработке металлов давлением. М., Изд-во АН СССР, 1960.-232с.

6. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М., Металлургия, 1973- 288с.

7. Целиков А.И. Основы теории прокатки. М., Металлургия, 1965.-248с.

8. Павлов И.М., Галлай Я.С. Опережение при прокатке. М.-Л., ОНТИ, 1936,с.123-128.

9. Дерягин Б.В. Что такое трение? М., Изд-во АН СССР, 1963.-248с.

10. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. М., Металлургия, 1982.-312с.

11. Белосевич В.К. Техника машиностроения, 1996, №1, с.58-59.

12. Фукс Г.И. Информационный бюллетень НИИгаспрома, 1954, №4, с.7-11.

13. Буяновский И.А. ХТТМ, 1996, №1, с.46-49.

14. Буяновский И.А. ХТТМ, 1997, №2, с.50-52.

15. Буяновский И.А. ХТТМ, 1998, №3, с.46-49.

16. Чертавских А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М., Металлургия, 1968.-362с.

17. Bedi D.S., Heller М.Т. Proc.Inst. Mech. Eng., A., London, 1967-68, v. 182, №7, Pact 1, p.153-182.

18. Буяновский И.А., Фукс И.Г., Багдасаров Л.Н. Очерки по истории трибологии. М., Нефть и газ, 1998 -108с.19. Яп. заявка № 60-60193.20. Яп. заявка № 63-175097.21. Пат. США № 4664823.22. Пат. США № 466061.

19. Фукс И.Г., Лашхи В.Л., Гар О.Э. Улучшение качества товарных масел смешением нефтяных и синтетических компонентов. М., ЦНИИТЭнефте-хим, 1990.-70с.

20. Фукс Г.И. и Фукс И.Г. -ХТТМ, 1984, №3, с.10-11.

21. Тыщенко В.А., Шабалина Т.Н., Михеев В.А., Легков М.И., Калинина Л.Д. Влияние структурно-группового состава минеральных масел на их проти-воизносные свойства./ Износостойкость машин. Тез.докл.Всесоюз.науч.-тех. конф. — Брянск, 1991, ч.П, с.77-78.

22. Новые нефти Казахстана и их использование : Металлы и нефти./ Н.К. Надиров, А.В.Котова, В.Ф.Камьянов и др. Алма-Ата, Наука, 1984.-44с.

23. Виноградов Г.В., Подольский Ю.Я. Механизм противоизносного и антифрикционного действия смазочных сред при тяжелых режимах граничного трения. Минск, Наука и техника, 1969-56с.

24. Кузнецов В.А., Шибряев С.Б., Фукс И.Г., Грамолин А.В. ХТТМ, 1993, №4, с.24-26.

25. Лашхи В.Л., Фукс И.Г., Шор Г.И. -ХТТМ, 1992, №11, с.4-6.

26. Шор Г.И. и др. -ХТТМ, 1985, №3, с.33-34.31. А.с. СССР № 1018963,1982.

27. Вайншток В.В. и др. ХТТМ, 1975, №3, с.36-39.

28. Носов М.И. Теория смазочного действия и новые материалы. М., Наука, 1965.-C.68-72.

29. Johnson R.L., Marray S.F. -NaCA Techn. Note, 1952.-p.2788.

30. Зейналова Г.А., Казимова H.C. ХТТМ, 19733, №12, с.14-15.

31. Синтетические смазочные материалы и жидкости. /Пер. с англ. под ред.

32. Г.В.Виноградова. М., Химия, 1965 -386с.

33. Денисов Е.Т., Мицкевич П.И., Агабеков В.Е. Механизм жидкофазного окисления кислородсодержащих соединений. Минск, Наука и техника, 1975.-334с.

34. Суйяр Ж. ХТТМ, 1971, №5, с.42-47.

35. Henschen Н. Bandel Bleche Rohre, 1974, v. 15, №2, s.66-69.

36. Jain V.K. Lubricat. Eng., 1977, April, p. 195-197.

37. Toshiro Mase. International Conference Steel Rool, 1980, v.2, p. 1132-1142.

38. Chamstat F. Lubricat. Eng., 1987, №7, p.522-527.43. Яп. заявка № 59-161493.44. Яп. заявка № 59-227983.45. Яп. заявка № 59-213296.46. Пат. СРР№ 88592.

39. Виноградова И.Э. Противоизносные присадки к маслам. М., Химия, 1972.-272с.

40. Кулиев A.M. Химия и технология присадок к маслам и топливам. Л., Химия, 1985.-312с.

41. Матвиевский P.M. Смазочные материалы: Антифрикционные и противо-изноеные свойства. Методы испытаний: Справ./ Под ред. В.Л.Лашхи, И.А.Буяновского, И.Г.Фукса, К.М.Бадыштовой. М., Машиностроение, 1989.-224с.

42. Iwao Y., Hirano H. and Kokubo I. J. Jap. Soc. Technol. Plast., v.8, 1967, p.248-255.116. Англ. пат. № 1357745.

43. WiesnerF.,DvorakF.-Hutnik, 1971, v.12, s.458-462.

44. Bednar V., Bradee J. Hutn. lissty, 1974, №8, s.558-564.

45. Шредер Г.В» Тонкая фильтрация прокатных масел и эмульсий. Черные металлы, 1971, №11, с.48.

46. Промышленный каталог фирмы "ESSO" 1976.

47. Зарубежные масла, смазки, присадки и их отечественные аналоги: Международный каталог. / И.Н.Якунина, Н.В.Орлова. М., Международная академия информации при ООН. Отделение "Оптимизация и Информационное Обеспечение Динамических Систем", 1996. 152с.

48. Международный транслятор современных масел и смазок в стандартах разных стран и фирм. / Под ред. И.П. Ксеневича. 2-й том. Центр "Наука и техника", 1994. -578с.

49. Козловцев А.П., Жумлякова М.А., Копиленко В.А., Холодов Б.П. Масла для двадцативалковых прокатных станов. ХТТМ, 1993, №7, с.10-12.

50. Копиленко В.А., Бухвалов О .Б. и др. Сталь, 1986, №5, с.51-53.

51. Копиленко В.А., Бухвалов О.Б. и др. Сталь, 1980, №11, с.996-998.

52. Разработка и использование фильтрующих порошков для тонкой очистки технологических масел 20-ти валковых станов: Отчет о НИР. / УралНИ

53. ИЧМ. Руководители В.А.Копиленко, Г.В.Быков. № Гос. per. 0286.0.021182, Свердловск, 1985. -62с.: ил.

54. Нефтепродукты. Методы испытаний, 4.1. М., Изд-во стандартов, 1977. -380с.

55. Нефтепродукты. Масла и смазки. Нефтепродукты промышленного и бытового потребления. Методы испытаний. М., Изд-во стандартов, 1977. -560с.

56. Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепродуктов (нестандартные методики), Ч.1.М., ВНИИНП, 1984. 289с.

57. Разработка и исследование технологических смазок для 20-ти валковых станов холодной прокатки (тема № 2568): Отчет о НИР. / УралНИИЧМ. Руководитель В.А. Копиленко. Инв.№ Б 576806, Свердловск, 1976. -109с.

58. Козловцев А.П., Жумлякова М.А., Бадыштова К.М. Влияние фильтрующих средств на степень очистки масла ТМС-6 -ХТТМ, 1999, №1, с.26-27.

59. Козлова Н.М., Киселёва Н.Б., Шабалина О.Е., Козловцев А.П. и Жумлякова М.А. Определение состава технологического масла ТМС-6 для смазки 20-ти валковых прокатных станов. Сталь, 1990, №6, с.60-62.

60. Улучшение состава и технологии получения масла ТМС-6 (договор 424/88): Отчет о НИР. / КФ ВНИИНП. Руководитель А.П.Козловцев. -Инв.№ 1132/3ДСП, Новокуйбышевск, 1990. 84с.:ил.

61. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник. / А.А. Абрамзон, JI.E. Боброва, Л.П. Зайченко и др., под ред. А.А. Абрамзона и Е.Д. Щукина. Д., Химия, 1984. -392с.

62. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М., Химия, 1984. 414с.

63. ASTM D 5707-97. Annual book of ASTM Standarts Sektion 5, Vol. 05.03, Petroleum Products and Lubricant (3), 1998, p.901-904.

64. Чередниченко Г.И., Фройштетер Г.Б., Ступак П.М. 4-462. Физико-химические и теплофиз.ические свойства смазочных материалов. Л., Химия, 1986 224с.

65. Бадыштова К.М., Узункоян П.Н., Иванкина Э.Б. и др. Производство индустриальных масел для промышленного оборудования. М., ЦПИИТЭнеф-техим, 1990.- 102с.

66. Жумлякова М.А., Козловцев А.П., Копиленко В.А., Холодов Б.П. Разработка масел для холодной прокатки трудно деформируемых металлов. -Трение и износ, 1995, том 16, №5, с.950-954.

67. Промышленные испытания масла ТМС-6 на 20-ти валковом стане 1700 ЧМК (тема 3032): Отчет о НИР. I Руководители А.П.Козловцев (КФ ВНИИНП); В.А.Копиленко (УралНИИЧМ). № Гос.рег. 02.89.0024106,

68. Новокуйбышевск, Свердловск, 1988. -44с.

69. Жумлякова М.А., Козловцев А.П., Бадыштова К.М. Ресурс работоспособности технологического масла ТМС-6 в 20-ти валковых прокатных станах. Доклад на научн.- техн. конф., посвященной 40-летию ОАО "СвНИИНП", 1 июля, 1998, Новокуйбышевск.

70. Козловцев А.П., Жумлякова М.А., Копиленко В.А. Разработка и внедрение технологического масла ТМС-6 на металлургических заводах.- В кн. Хим-мотология'90. Тез. докл. научн.- техн. конф. Д 990, Днепропетровск, с.211.

71. Разработка концентрата присадок для увеличения ресурса эксплуатации масла ТМС-6 на прокатных станах (договор 366/88): Отчет о НИР. / КФ ВНИИНП. Руководитель А.П.Козловцев. № Гос.рег. 01.88. 0021238, Инв.№ 1064/4ДСП, 1989. - 65с.

72. Жумлякова М.А., Козловцев А.П., Копиленко В.А. Технологические масла для 20-ти валковых прокатных станов и улучшение их качества. В сб. Контактная гидродинамика. Тез. докл. 5-й Всесоюзн. научн.- техн. конф., 18-20 июня 1991, Самара, с. 15.