專利名稱：軋輥的霧化潤滑設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱軋或冷軋線的軋輥的新的潤滑設備。本發(fā)明還涉及該設備的實施方法。
背景技術：
眾所周知，鋼鐵工業(yè)中軋機軋輥的潤滑方法通常通過一種乳液的噴霧(或霧化) 來實現，乳液是一種油滴在水中的懸浮液，油的濃度一般在0. 3%和2%之間變化。它可以 是一種穩(wěn)定乳液，也可以是一種在線配制的不穩(wěn)定乳液。通常，乳液通過一個噴霧裝置直接施加在工作輥上，噴霧裝置位于用于在干表面 上涂油的刮板之后。這種施加方式保證了油的最佳分布，并且因此有助于減少油耗。工作輥的良好潤滑的好處不只限于軋輥的性能問題(表面損壞)，也與要施加的 軋制力和扭矩有關，因而與必要的電耗有關。在使用HSS型軋輥的情況下，對于更硬和厚度 更小的鋼，在提高產量及更嚴格的客戶所要求的表面質量的情況下，對良好潤滑性能的需 求更加強烈，HSS型軋輥的特征在于其摩擦系數高于傳統軋輥。在潤滑條件中，摩擦系數取決于多個因素，如使用的涂覆技術、油量、油的性質、流 束速度和油乳液的濃度、帶材或軋輥的表面溫度、軋輥的性質和狀態(tài)(粗糙度、損壞、氧化 皮、水膜厚度等等)、軋制力和速度、壓延比、產品表面類型和狀態(tài)等等。因此，一個軋機與另 一個軋機之間、以及同一軋機中一個機架與另一個機架之間的潤滑效果可能非常不同。在實驗室中已確定，潤滑效率取決于潤滑劑的供給技術、潤滑劑的性質(礦物的， 酯基的等等)及其使用的量。以0.1-1克/平方米的表面分布(“plate-out”)進行的噴 油可獲得滿意的結果。傳統上，油乳液的噴霧裝置或者是一種文氏管，油的吸入通過主管內水的流動產 生的負壓實現，或者是一種具有用于噴射穩(wěn)定乳液的傳統扁平噴嘴的裝置，例如靜態(tài)混合 器(“靜態(tài)管混合器”)，在混合器中，在一個管區(qū)域內進行油的噴射，該區(qū)域由于“障礙”的 存在而使剪力(速度梯度)上升。文氏管或“靜態(tài)管混合器”與一組噴射器結合，噴射器的 數目根據要潤滑的帶材寬度來選擇(寬至2米的帶材用3至7個噴射器)。文獻EP-A-1193004描述了一種用于冷軋的潤滑方法，包括這些步驟軋制油乳液 的供給，使用第一供給裝置，根據閉路方式為軋輥和鋼帶提供乳液狀的油，以及第二乳液供 給裝置，僅在鋼帶的前、后表面供給。在第二裝置中，軋制油被加入到與第一裝置所用的相 同類型和相同濃度的乳化劑中，并且控制顆粒的平均尺寸，使其比在第一裝置中的大。第二 裝置產生的未粘附著在帶材上的乳液和第一裝置產生的乳液同時被回收。文獻W0-A-03/002277公開了一種用于冷卻和潤滑軋機機架中的工作輥的設備，它分別包括一個冷卻水霧化器、及一個潤滑油的、油/空氣、油/水或油/空氣/水混合物 的、甚至油脂的霧化器。文獻W0-A-03/000437公開了一種軋輥的潤滑設備和方法，其中，比例可調的水中 油乳液在混合器中以均勻的方式配制，并提供給不同的噴霧區(qū)，其分配根據寬度而變化。每個區(qū)域對應于一排噴嘴，每個噴嘴由至少一個繼動閥控制。文獻JP-A-2001/179313公開了一種潤滑劑涂覆裝置，潤滑劑可以是未稀釋的油 或乳液狀，該裝置具有一個網狀結構，可使?jié)櫥瑒┚鶆虻卣持谲垯C機架的工作輥上。專利US-A-3933660提出一種用于銅及其合金的熱軋制的還原潤滑油，包括1000 份重量的水，6至200份重量的羧酸、硫酸鹽或磷酸鹽類型的陰離子表面活化劑，及0. 8至 200份重量的含有乙醇、乙二醇烷(glycol alkylene)或乙二醇醚類的羥基的至少一種化 合物。通過在軋輥和待熱軋的帶材之間的噴霧，軋制油使銅及其合金獲得一種潤滑、一種去 除氧化膜的能力和一種防止形成氧化膜的能力。文獻JP-A-2003/129079公開了一種潤滑劑成分，用于一種金屬的塑性變形加工， 它包含羰酸鹽、金屬酸式磷酸鹽或金屬烷基磷酸酯(alkylphosphonate)。文獻JP-A-55151093描述了一種覆蓋了極性有機化合物的帶材的冷軋潤滑方法， 帶材上噴射一種油和含有如硬脂酸的極性有機化合物成分的乳液。在形成吸附在帶材表面 的油層后，多余的油乳液通過干燥去除。文獻W0-A-2005/071050公開了一種用于金屬加工的自乳化潤滑劑，通過植物或 動物甘油三酯油的馬來化(maleation)而獲得。在工業(yè)上使用的這些油乳液噴霧裝置所固有的主要缺陷在于-取決于油的種類和水的“質量”的油-水的相互作用決定了油粘附在軋輥上的時 間，以及粘附的量，因此所使用裝置的效率難以預計；-使用的不穩(wěn)定乳液的性能與保持油在水中良好分散的能力高度相關，或者換句 話說，與得到的剪切率隨時間的值和穩(wěn)定性高度相關，剪切率與速度梯度相關，速度梯度同 時取決于使用的管的長度和直徑以及乳液的流量。事實上，很難在“靜態(tài)管混合器”和不同 噴嘴之間保持這種穩(wěn)定性；換言之，很難保證所得到的摩擦系數的可控性；-油和水的接觸一般會導致一些反應，形成硬的和粘性的聚合相，堵塞入口管和噴 嘴。為了克服這些缺陷，本申請人已經在文獻EP-A-1512469中提出一種熱軋輥的在 線潤滑方法和設備，可在工業(yè)上保持摩擦穩(wěn)定，或在任何情況下保持其可控，并可提高潤滑 油在軋輥上的粘附效率，及提高油在軋輥上分布的均勻性。根據該方法，借助一個封閉箱，通過潤滑劑或潤滑劑混合物在工作輥間隙附近的 噴霧或霧化來實現潤滑，該箱配有-潤滑劑的滴云的形成裝置，滴的尺寸小于700微米，最好小于200微米；-開口可調的膜片，與所述裝置相連，并且置于箱的前面，以及-箱內膜片部分和箱內壁上的多余潤滑劑的回收裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提出一種方法，能夠克服現有技術的缺陷，特別是那些與油/水乳液 的使用相關的缺陷。本發(fā)明的目的在于獲得一種高度均勻的軋輥潤滑，無論是向上還是向下都可調和 可控。本發(fā)明的目的還在于潤滑劑的精確和經濟的使用，以很低的流量，獲得同樣的效率。本發(fā)明的目的還在于實現一種設備，不需要在機架處引入電，也不必對油進行加熱。本發(fā)明的目的還在于方便的維護，特別是由于防止了管和噴嘴的堵塞。本發(fā)明的目的還在于消除火災風險和減少潤滑劑造成的污染。本發(fā)明的附加目的在于，提供直接安裝在共用空氣收集器上的噴嘴，空氣收集器 以緊湊系統的形式進行供氣，并作為機械支撐。本發(fā)明的目的還在于提供一種設備，它具有或者每個區(qū)域的多個噴嘴的一個公用 泵，或者用于多個噴嘴的多個劑量泵，每個噴嘴有一個唯一的泵。本發(fā)明最后的目的在于一種在噴嘴中無壓力的油的使用，其流量是可調的。權利要求1指出的本發(fā)明的第一個主題涉及金屬帶、最好是鋼帶的軋輥、最好是 熱軋輥的在線潤滑設備，借助平行于軋輥設置并供以加壓空氣或惰性氣體的可控空氣的霧 化器的桿，在包括所述軋輥和/或所述帶的靶子上，最好在輥隙附近，進行潤滑劑的噴霧或 霧化，其特征在于，每個霧化器在適配器內包括一個用于加壓空氣或惰性氣體的入口和一 個無壓純油的入口，適配器后是混合室，及用于霧化混合液的輸出噴嘴。根據本發(fā)明設備的優(yōu)選實施方式在從屬權利要求2至13中限定。權利要求14指出的本發(fā)明的另一個主題涉及金屬帶、最好是鋼帶的軋輥、最好是 熱軋輥的在線潤滑方法，通過前述的設備進行潤滑劑的噴霧或霧化，其特征在于，在霧化器 的出口處產生一種空氣壓力下的純油的細小油滴的云，油的最大流量為200毫升/分鐘，油 無壓地進入霧化器，空氣壓力低于0. 5巴。根據本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式在從屬權利要求15和16中限定。


圖1是根據本發(fā)明的用于純油在軋輥上的噴霧的空氣霧化器桿的立體圖(帶細節(jié) 圖)。圖2示意地示出圖1霧化器的細節(jié)剖視圖。圖3示意地示出根據本發(fā)明第一優(yōu)選實施方式的潤滑設備的整體圖。圖4示出用根據本發(fā)明的設備獲得的霧化圖案的實際例子。圖5示意地示出根據本發(fā)明第二優(yōu)選實施方式的潤滑設備的整體圖。圖6示意地示出如圖5設備中使用的模塊分配閥(MDV)。圖7以曲線示出靜態(tài)管設備中的總軋制力隨時間的變化，分別采用軋制油和菜油 作為潤滑劑，并且針對不同的“plate-out”值。圖8以曲線示出在圖5的設備中的總軋制力隨時間的變化，使用的是菜油。
具體實施例方式本發(fā)明基于空氣霧化原理，用于在工作輥上進行極少量的純油噴霧。由于使用的 純油濃度很低，可達到0至0. 6克/平方米的表面分布(“plate-out”)。根據本發(fā)明的空 氣霧化裝置，噴霧的形成是由于來自兩個不同的支管的油和空氣的密切混合，空氣和油從 油的入口小管出來后馬上混合。為了獲得完美的噴霧圖案，空氣壓力和油的流量根據所針對的應用類型進行很好的調節(jié)，以避免霧的形成。本發(fā)明的特征在于，油沒有加壓，即它的壓力盡可能低，通過與分配器結合或不結 合的(微型)泵，以很小的量供給噴嘴。油通過一個小管流動，并且不存在堵塞噴嘴的風險， 因為噴嘴孔的開口尺寸為毫米數量級。不要求對油進行任何加熱，因為噴霧圖案和油滴尺 寸只由空氣壓力控制。由于在機架內的不良環(huán)境條件(高溫、潮濕等等)，提出采用堅固的噴霧頭，它能 承受這些不良影響。不要求對噴霧頭進行任何冷卻，因為它僅由金屬構成。通過該系統，還 可控制噴霧的寬度，使得該寬度能夠與帶材的寬度匹配。因此必須為此目的安裝一個附加泵。例1根據圖1所示的本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方式，潤滑裝置具有一個空氣霧化器3的 桿2，平行于軋輥1放置。一些霧化器3沿該桿2設置，垂直于桿，最好彼此之間的距離相 等。最好，桿和軋輥之間的距離為100-200毫米。圖2示出用不銹鋼制成的霧化器3的細節(jié)。它具有一個加壓空氣的入口 4、一個非 加壓的油的入口 5，這兩個入口位于專門設計的適配器6處，適配器后是進行油和水混合的 混合室6'，以及一個用于輸出霧化混合液的噴嘴7。因此，位于空氣收集器4后的適配器 6能夠輸送空氣，并通過入口 5供油。它還起到固定(支撐)噴嘴的作用。對于處理寬度為2米的桿2，有利地設置約15個霧化器3，例如油的最小流量為 50毫升/分鐘，而最大為150毫升/分鐘。對于每個特定的軋機，油流量的優(yōu)選值根據軋 輥的轉速(直到20米/秒)來確定。最好使用天然油(因此無“載體”介質)，壓力盡可能 低(理想為0巴)，粘度約為20-50mPa. s。對系統進行調節(jié)以便獲得約0. 4克/平方厘米 的“plate-out”，這可優(yōu)化軋制力和扭矩?？諝鈮毫Σ荒艹^0. 4-0. 45巴，否則會有霧的形 成。噴嘴的孔不應太小，典型的直徑為1.5毫米，這樣堵塞的風險很小，正如已經提到的。圖3示出根據本發(fā)明第一實施方式的潤滑設備的整體圖，它具有一個可控的霧化 器桿，如圖2示出的。桿2的每個霧化器3都在分配器9處受控制，分配器具有與桿上的霧化器一樣 多的微型劑量泵。分配器9的每個微型泵都由油箱11供油，并由油流量控制器12通過 PClO (例如15個輸出，0-40Hz)單獨控制。桿2由加壓空氣管道13供氣?？諝鈮毫λ腿?PC,以便通過壓力計14進行調節(jié)。軋輥1的速度也通過測量儀15送入PC。為了設備的使 用方便，一個額外的開/關閥(未示出)可安裝在分配器9的供油管道上，緊在其前面。圖4示出的霧化圖案的例子的延伸范圍為18厘米，噴嘴距離為20厘米。如果噴 嘴在15厘米處，延伸范圍則為13. 5厘米(油流量為6毫升/分鐘，空氣壓力為0. 3巴，每 個噴嘴的空氣流量為10升/分鐘)。例 2根據圖5所示的本發(fā)明的第二優(yōu)選實施方式，與軋輥1平行設置的空氣霧化器的 桿2由來自油箱11的油供給，沿著配有劑量泵16的平行管線，并且每個管線都通過入口 17 通到位于桿2 —端的一個模塊分配閥8 (MDV，見圖6)，而模塊分配閥的多路輸出18則供給 位于桿2上的霧化器3。為了設備的方便使用，一個額外的開/關閥(未示出)可安裝在分 配器8的平行供油管道上，緊在分配器之前。
圖6示出了美國俄亥俄州克里夫蘭市Lubriquip公司銷售的具有六個輸出11的 MDV分配器8。不同輸出口 18的順序供給循環(huán)通過活塞19的運動保證。使用多個閥可將 要潤滑的軋輥分成2個或3個區(qū)域，例如A、B、C?？諝?3的供給在桿2的一端得到保證 (0.3巴)。在每個區(qū)域A、B、C，采用一個劑量泵和一個MDV分配器來供給該區(qū)域內的每個 霧化器3。對于每個區(qū)域，來自中心油箱11的油送入劑量泵16。最小壓力取決于MDV閥的 壓力損失。通常，2巴的壓力是需要的，但必要時，可將壓力提高到10-15巴。有利地，如果 進入MDV閥的雜質會干擾閥的工作，油將進行過濾。油壓和空氣壓有利地持續(xù)受控制。同樣，MDV的每個循環(huán)可得到很好的控制(例如每0. 5秒一個脈沖；對于8個輸出，兩個輸出之間的時間差=0. 0625秒)，并且可以記錄 在PC上。如果一個管子堵塞，將發(fā)出一個報警信號，使相應的MDV閥關閉。對比試驗的結果用兩種不同的潤滑劑，即熱軋油和菜油，對軋輥的連續(xù)潤滑進行了對比試驗。使用 的兩種通過乳液的技術分別是根據現有技術的采用靜態(tài)管原理的技術和根據本發(fā)明的采 用純油的技術。靜態(tài)管包括4個噴嘴，距離要潤滑的軋輥20-25厘米。軋輥的速度在0. 3-0. 5米 /秒之間，而壓延比為50%。在軋輥上的霧化形成一個噴灑區(qū)，其寬度為15厘米。對與0. 6克/平方米的“plate-out”相應的工業(yè)條件進行了模擬。還針對較高的 “plate-out”值進行了試驗。0. 6克/平方米的理論“plate-out”對應于0. 3米/秒的速度下的5毫升/分鐘 的流量(即每個噴嘴1. 25毫升/分鐘)，及0. 5米/秒的速度的8毫升/分鐘的流量。4. 2克/平方米的理論“plate-out”對應于0. 3米/秒的速度下的32毫升/分鐘 的流量(即每個噴嘴8毫升/分鐘)。2. 5克/平方米的理論“plate-out”對應于0. 5米/秒的速度下的32毫升/分鐘 的流量(即每個噴嘴8毫升/分鐘)。圖7示出對于每種類型的油，以及根據不同的“plate-out”值(從0. 6至4. 2克/ 平方米)，軋制力21隨時間的變化(及250個周期上的移動平均值22)。還示出軋輥的速 度23 ο用根據本發(fā)明的技術進行了類似的試驗，使用純油(菜油)的模塊分配閥和空氣 霧化。軋輥的速度為0.3，而壓延比為50%。霧化寬度為20厘米(在10厘米的帶材上)。油的分配器與一個劑量泵和8個輸出(即8個噴嘴)一起使用。朝向分配器的總流 量為60毫升/分鐘(即7. 5毫升/噴嘴)，這對應于0. 4克/平方米的理論“plate-out”。圖7和圖8示出的這些試驗顯示，使用根據本發(fā)明的技術，經過適當變動，軋制力 明顯下降(大約15%)。本發(fā)明的優(yōu)點尤其如下_非加壓(極限為0巴)且不加熱的純油的使用，與使用乳液相比，油的流量至少 下降30% ；-沒有乳液，即沒有油的攜帶介質；-火災風險的降低(沒有油壓)；-環(huán)境污染減少；
-沒有霧的形成；-沒有堵塞噴嘴的危險，使用大孔噴嘴，油的粘度不再受限制；-噴霧的高均勻度；-軋制力的優(yōu)化和高效的潤滑；-上軋輥和下軋輥上的油流量的直接控制；-獲得堅固和緊湊的系統；-由于使用純油，不需要用熱水清洗潤滑管道；-使用無添加劑植物油的可能性，更環(huán)保 。
權利要求
金屬帶、最好是鋼帶的軋輥(1)、最好是熱軋輥的在線潤滑設備，借助平行于所述軋輥(1)設置并供以加壓空氣或惰性氣體(4)的可控空氣的霧化器(3)的桿(2)，在包括所述軋輥和/或所述帶的靶子上，最好在輥隙附近，進行潤滑劑的噴霧或霧化，其特征在于，每個霧化器(3)在適配器(6)內包括一個用于加壓空氣或惰性氣體的入口(4)和一個無壓純油的入口(5)，適配器后是混合室(6′)以及用于霧化混合液的輸出噴嘴(7)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，它具有一個分配器(9)，用于控制桿(2) 的每個霧化器(3)的油的輸出，所述分配器(9)由油箱(11)供油，并且包括一個與桿(2) 的每個霧化器(3)相連的精確劑量泵，所述泵由計算機(10)單獨控制。
3.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，它具有一個分配器(9)，用于控制桿(2) 的每個霧化器(3)的油的輸出，所述分配器(9)包括至少一條配有精確劑量泵(16)的供油 線，劑量泵之后是模塊分配閥或MDV閥(8)，閥具有多個輸出(18)和一個活塞式順序分配系 統(19)。
4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，MDV閥(8)配置成以選擇性的方式為霧化 器⑶組供給，以便對靶子的相應區(qū)域(A、B、C)進行有區(qū)分的潤滑。
5.根據權利要求4所述的設備，其特征在于，區(qū)域(A、B、C)的數量至少等于2。
6.根據權利要求2至5之一所述的設備，其特征在于，它包括一個油的流量控制器 (12)，其測量可由計算機(10)使用，用于桿(2)的供油以及噴霧寬度的控制，還包括一個壓 力計(14)，提供也可傳入計算機(10)的空氣壓力的測量。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，它還包括一個測量儀(15)，能夠將軋輥 (1)的瞬時速度傳入計算機(10)。
8.根據上述權利要求之一所述的設備，其特征在于，噴嘴(7)的孔徑尺寸在0.5和2毫 米之間。
9.根據上述權利要求之一所述的設備，其特征在于，霧化器(3)在桿(2)上是等距離的。
10.根據上述權利要求之一所述的設備，其特征在于，桿(2)和靶子之間的距離在100 和150毫米之間。
11.根據上述權利要求之一所述的設備，其特征在于，它包括一個油的過濾系統。
12.根據上述權利要求之一所述的設備，其特征在于，單個霧化器(3)的噴霧云部分地覆蓋在靶子上。
13.根據上述權利要求之一所述的設備，其特征在于，它用于潤滑以0. 5至20米/秒的 線性速度行進的帶材或金屬圓柱表面。
14.金屬帶、最好是鋼帶的軋輥、最好是熱軋輥的在線潤滑方法，通過根據上述權利要 求之一所述的設備進行潤滑劑的噴霧或霧化，其特征在于，在桿(2)的霧化器(3)的出口 處，產生一種空氣壓力下的純油的細小油滴的云，油的最大流量為200毫升/分鐘，油無壓 地進入霧化器，空氣壓力低于0. 5巴。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，朝向桿(2)的各個霧化器(3)的油的分 配由計算機(10)調節(jié)，計算機接收油流量、空氣壓力及軋輥速度的測量值作為其輸入。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其特征在于，對設備進行調節(jié)，以便在靶子上 施加的潤滑劑的表面量(“plate-out”)在0. 1至1克/平方米之間，最好小于或等于0. 6 克/平方米。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬帶、最好是鋼帶的軋輥(1)、最好是熱軋輥的在線潤滑設備，通過平行所述軋輥(1)設置并供以加壓空氣或惰性氣體(4)的可控空氣的霧化器(3)的桿(2)，在包括軋輥和/或帶的靶子上，最好在輥隙附近，進行潤滑劑的噴霧或霧化，其特征在于，每個霧化器(3)在適配器(6)內包括用于加壓空氣或惰性氣體的入口(4)和無壓純油的入口(5)，適配器之后是混合室(6′)及用于霧化混合液的輸出噴嘴(7)。
文檔編號B21B27/10GK101821026SQ200880110686
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權日2007年10月8日
發(fā)明者B·維爾瓦, G·朗諾, H·烏伊德布羅伊克斯 申請人:冶金研究Asbl中心