Для качественной оценки используемой эмульсии необходимо проводить регулярные анализы. Наиболее важными являются следующие параметры: pH, проводимость, содержание хлоридов и сульфатов, сила поверхностного натяжения, концентрация масла, число омыления, кислотное число, содержание железа, коэффициент стабильности эмульсии.
Для правильной интерпретации различных параметров при анализе эмульсии (СОЖ), также. как и их минимальных и максимальных значений, в статье расскажу про их значение и возможные взаимосвязи между различными параметрами.
Кроме того, думаю будет интересно понять отклонения от средних значений определенных параметров, возможные причины отклонений, последствия на практике, возможные решения, и объяснения для лучшего понимания взаимозависимости между значениями.
Параметр pH эмульсии (СОЖ)
рН эмульсии — это показатель кислотности эмульсии. При высоком уровне pH масла лучше эмульгируются и, как правило, получается более стабильная эмульсия. Чем больше стабильность эмульсии (СОЖ), тем меньше размер капель масла в эмульсии, и более низкий уровень смазочных свойств.
Электропроводность (проводимость) эмульсии
Электропроводность эмульсии (СОЖ) – это показатель ее загрязненности частицами грязи и солей, такими как хлориды железа, сульфаты железа и другие.
Далее мы обсудим в каких отношениях pH и проводимость могут меняться, показывая причины и последствия на практике при холодной прокатке, также как и некоторые корректирующие меры.
По данным анализа:
1) pH понижается, электропроводность остается стабильной.
Причины: рост бактерий или загрязнение эмульсии органическими кислотами.
Наблюдения: плохой запах (“запах в понедельник утром ”), коррозия, снижение стабильности эмульсии (СОЖ).
Решения:
- добавить бактерицид;
- продуть эмульсию воздухом;
- увеличить температуру эмульсии (инструкция);
- слить эмульсию и приготовить свежую;
- проверить воду для промывки на линии травления.
Комментарии:
- Бактерии в эмульсии обычно анаэробного типа, они не любят кислород. Поэтому, продувка воздухом и соответствующий съем пенопродуктов помогут решить проблему
- Температура выше 50оC пастеризует эмульсию (СОЖ)
- Температура выше 60оС недопустима для эмульгаторов. Таким образом, 4-5 часов при температуре от 50оC до 60оС будет достаточно для уничтожения бактерий
- Бактерии измеряются так называемыми “тест-полосками“
2) pH падает, а проводимость растет.
Причина: загрязнение солями FeSO4, FeCl2, FeCl3, HCl, H2SO4.
Наблюдения:
- снижение стабильности эмульсии;
- коррозия.
Решения:
- улучшить процесс промывки на линии травления;
- проверить проводимость в последней ванне на линии травления.
Комментарии: такое сочетание pH и проводимости находится под влиянием только флуктуации процесса промывки на линии травления.
3) pH стабильна, проводимость увеличивается.
Причина:
- увеличение нейтральных солей в эмульсии в связи с испарением воды;
- загрязнение нейтральными солями с линии травления;
- утечка охладителя, вызывающего рост содержания солей в эмульсии.
Наблюдения:
- снижение стабильности эмульсии (СОЖ);
- увеличение содержания шлама в эмульсии;
- коррозия
Решения:
- проверить качество используемой воды для подпитки эмульсии;
- улучшить качество воды, используемой в секции промывки линии травления.
4) pH увеличивается, проводимость увеличивается.
Причина:загрязнение ингибиторами с линии травления.
Наблюдения:
- увеличение стабильности эмульсии;
- увеличение содержания шлама в эмульсии
Решения:
- улучшение секции промывки линии травления;
- проверка проводимости воды из секции промывки линии травления;
- предотвращение попадания в эмульсию очистителей.
Хлориды
Содержание хлоридов в эмульсии (СОЖ) является показателем качества воды для приготовления эмульсии (СОЖ) и эффективности промывки на линии травления. Содержание хлоридов так же быстро вырастет в случае утечек теплообменников эмульсии.
Причина:
- загрязнение с линии травления;
- утечка из теплообменника на эмульсионной системе;
- плохое качество воды.
Наблюдения:
- появление точечной коррозии;
- снижение стабильности эмульсии.
Решения:
- проверка системы промывки линии травления;
- ремонт утечки из теплообменников;
- улучшение качества воды.
Комментарии:
В целом используются следующие показатели хлоридов:
- >100 мг/кг — высокое
- 50-100 мг/кг — критическое
- < 50 мг/кг — норма
Концентрация масла в эмульсии
Концентрация масла в эмульсии выражается как процентное весовое соотношение масла в воде. Концентрация подбирается эмпирически в зависимости от прокатного оборудования и процесса прокатки.
На общую концентрацию масла в эмульсии (СОЖ) влияет не только эмульсол, но и минеральное масло, случайно попавшее в эмульсионную систему.
Число омыления
Число омыления выражается в мг KOH/г, необходимых для омыления 1 грамма эмульсола. Величина значения числа омыления – это мера смазывающей способности эмульсии, и одна из важных характеристик эмульсии.
Величина значения числа омыления находится под негативным влиянием количества загрязнения гидравлическим маслом и масла из систем “ПЖТ”.
Число омыления:
- гидравлическое масло — 0-5 мг KOH/г
- “ПЖТ” — 0-8 мг KOH/г
Обычно для подсчета содержания активного прокатного масла в эмульсии (СОЖ) значение чисел омыления гидравлического масла, а “ПЖТ” не принимаются во внимание (как 0 мг КОН/г).
Расчет активного содержания масла в эмульсии:
- исходное прокатное масло стана — число омыления — 140 мг КОН/г
- масло из эмульсии — число омыления — 119 мг КОН/г
Таким образом содержание активного масла
119 / 140 * 100% = 85% (15% посторонних масел).
Кислотное число
Кислотное число выражается в мгКОН/г.
На кислотное число влияют:
- загрязнение посторонними маслами,
- старение масла,
- рост бактерий.
Старение масла вызвано процессами окисления и/или гидролиза. Гидролиз — это реакция эфиров (смазки) и воды под влиянием спирта и жирных кислот.
Синтетические эфиры менее чувствительны к гидролизу, чем натуральные эфиры. Гидролиз вызван слишком высокими температурами, высокими и низкими значениями рН. Высокое значение рН имеет большее влияние на гидролиз, чем низкое значение рН.
Комментарии:
- если уменьшается кислотное число эмульсии (СОЖ) в связи с утечкой посторонних масел, это может привести к более низкому уровню смазочных свойств;
- если кислотное число увеличивается в связи с окислением и/или гидролизом, эфир разрушается и, как следствие, уровень смазочных свойств будет снижен.
Более того, жирные кислоты приведут к более высокому уровню загрязненности в связи с формированием железных мыл.
Решение: Частичное обновление эмульсионной системы.
Примечания: В связи с правильным выбором эфиров подобный феномен происходит редко.
Сила поверхностного натяжения
Поверхностное натяжение — мера смачиваемости полосы эмульсией. В случае слишком высокой силы поверхностного натяжения может получится более грязная полоса.
Уровень поверхностного натяжения зависит от типа и количества эмульгаторов, присутствующих в эмульсии. В прокатном масле присутствуют по крайней мере два типа эмульгаторов: так называемые водо-растворимые и водо-нерастворимые. Выбранное соотношение определяет стабильность, моющие качества, смачивание, полярность и поверхностное натяжение эмульсии. Из этого можно сделать вывод, что сила поверхностного натяжения определяется концентрацией масла (читай концентрацией эмульгаторов). Сравнительно низкая сила поверхностного натяжения имеет позитивный эффект на чистоту полосы в связи с лучшей способностью к смываемости.
Решение: увеличения силы поверхностного натяжения можно добиться только добавлением свежей эмульсии.
Содержание железа
Содержание железа в эмульсии (СОЖ) связано с:
- количеством частиц железа, сформированных во время прокатки;
- количеством частиц железа, отфильтрованных системами фильтров;
- количеством отложения частиц железа в виде осадка в эмульсионных баках;
- количеством частиц железа, соединенных с маслом, собранным скиммером.
Количество железа, присутствующего в эмульсии, сильно зависит от такой характеристики эмульсии,как уровень ее смазывающей способности эмульсии. При плохом уровне смазывающих свойств в комплексе с высокими обжатиями и высоким коэффициентом трения, сильно увеличивается, так называемая, железная мелочь.
Наблюдения:
С резким увеличением содержания уровня железа в эмульсии (инструкция) можно ожидать также больше железа на прокатываемой полосе. Это негативно отражается на чистоте полосы. Кроме того, железо ведет себя как катализатор для образования углерода во время процесса отжига. Обычно это компенсируется введением серы в состав прокатного масла. Слишком большое количество железа на полосе будет иметь негативное влияние на получение качественного покрытия, например, цинкового.
Решение:
Для уменьшения содержания железа в эмульсии (СОЖ) можно применять несколько способов:
- улучшить смазочные свойства прокатного масла в соответствии с требованиями к процессу прокатки (более высокие обжатия, более тонкий материал, более высокий коэффициент трения);
- улучшение системы фильтрации, предпочтительней установка магнитных сепараторов;
- регулярная промывка эмульсионных баков перекачиванием эмульсии в свободный бак.
Размер частиц эмульсии — коэффициент стабильности эмульсии
Размер частиц эмульсии и стабильность эмульсии нельзя рассматривать отдельно друг от друга.
Стабильность эмульсии, также как, и размер частиц эмульсии, определяются типом и количеством эмульгаторов. Чем больше эмульгаторов в эмульсии, тем более стабильной она будет, и тем меньше размер частиц.
Причина: уменьшение размера частиц эмульсии и увеличение индекса стабильности эмульсии будет в основном вызвано размерами частиц масла, полученных в результате разбивания эмульсии в насосах и форсунках. Увеличение размера частиц будет в основном вызвано загрязнением ПЖТ и гидравлическими маслами, которые ухудшают смазывающую способность эмульсии, то есть число омыления снизится.
Наблюдения: снижение размеров частиц эмульсии и, соответственно, увеличение индекса коэффициента стабильности эмульсии (ESI), приведет к ухудшению смазывающих свойств. Как последствие, увеличится содержание железной мелочи и получится более грязная полоса, что снизит эффективность прокатки, приведет к ограничению скорости прокатки.
Решения: регулировка размера частиц эмульсии в соответствии с режимами прокатки.
Таким образом, мы рассмотрели основные параметры эмульсии (СОЖ), которые могут определять свойства эмульсии, и ее способность выполнять основные свои функции. При этом необходимо учитывать то, что выбор характеристики эмульсии для ее анализа будет зависеть от конкретной ситуации, и того оборудования, для которого эмульсия предназначена.
Рекомендуем ознакомиться со статьями:
- Выбор параметров эмульсии при холодной прокатке металла. Часть 2 — Концентрация масла в эмульсии
- Число омыления прокатных масел
- Что такое число омыления, зачем оно нужно?
- Выбор параметров эмульсии при холодной прокатке металла. Часть 1 — Содержание железа в эмульсии
- Влияние параметров эмульсии на чистоту проката. Часть 2 — Хлориды, жесткость, железо, минеральное масло.
