专利名称：轧辊的雾化润滑设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种热轧或冷轧线的轧辊的新的润滑设备。本发明还涉及该设备的实施方法。
背景技术：
众所周知，钢铁工业中轧机轧辊的润滑方法通常通过一种乳液的喷雾(或雾化) 来实现，乳液是一种油滴在水中的悬浮液，油的浓度一般在0. 3%和2%之间变化。它可以 是一种稳定乳液，也可以是一种在线配制的不稳定乳液。通常，乳液通过一个喷雾装置直接施加在工作辊上，喷雾装置位于用于在干表面 上涂油的刮板之后。这种施加方式保证了油的最佳分布，并且因此有助于减少油耗。工作辊的良好润滑的好处不只限于轧辊的性能问题(表面损坏)，也与要施加的 轧制力和扭矩有关，因而与必要的电耗有关。在使用HSS型轧辊的情况下，对于更硬和厚度 更小的钢，在提高产量及更严格的客户所要求的表面质量的情况下，对良好润滑性能的需 求更加强烈，HSS型轧辊的特征在于其摩擦系数高于传统轧辊。在润滑条件中，摩擦系数取决于多个因素，如使用的涂覆技术、油量、油的性质、流 束速度和油乳液的浓度、带材或轧辊的表面温度、轧辊的性质和状态(粗糙度、损坏、氧化 皮、水膜厚度等等)、轧制力和速度、压延比、产品表面类型和状态等等。因此，一个轧机与另 一个轧机之间、以及同一轧机中一个机架与另一个机架之间的润滑效果可能非常不同。在实验室中已确定，润滑效率取决于润滑剂的供给技术、润滑剂的性质(矿物的， 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”)进行的喷 油可获得满意的结果。传统上，油乳液的喷雾装置或者是一种文氏管，油的吸入通过主管内水的流动产 生的负压实现，或者是一种具有用于喷射稳定乳液的传统扁平喷嘴的装置，例如静态混合 器(“静态管混合器”)，在混合器中，在一个管区域内进行油的喷射，该区域由于“障碍”的 存在而使剪力(速度梯度)上升。文氏管或“静态管混合器”与一组喷射器结合，喷射器的 数目根据要润滑的带材宽度来选择(宽至2米的带材用3至7个喷射器)。文献EP-A-1193004描述了一种用于冷轧的润滑方法，包括这些步骤轧制油乳液 的供给，使用第一供给装置，根据闭路方式为轧辊和钢带提供乳液状的油，以及第二乳液供 给装置，仅在钢带的前、后表面供给。在第二装置中，轧制油被加入到与第一装置所用的相 同类型和相同浓度的乳化剂中，并且控制颗粒的平均尺寸，使其比在第一装置中的大。第二 装置产生的未粘附着在带材上的乳液和第一装置产生的乳液同时被回收。文献W0-A-03/002277公开了一种用于冷却和润滑轧机机架中的工作辊的设备，它分别包括一个冷却水雾化器、及一个润滑油的、油/空气、油/水或油/空气/水混合物 的、甚至油脂的雾化器。文献W0-A-03/000437公开了一种轧辊的润滑设备和方法，其中，比例可调的水中 油乳液在混合器中以均勻的方式配制，并提供给不同的喷雾区，其分配根据宽度而变化。每个区域对应于一排喷嘴，每个喷嘴由至少一个继动阀控制。文献JP-A-2001/179313公开了一种润滑剂涂覆装置，润滑剂可以是未稀释的油 或乳液状，该装置具有一个网状结构，可使润滑剂均勻地粘着在轧机机架的工作辊上。专利US-A-3933660提出一种用于铜及其合金的热轧制的还原润滑油，包括1000 份重量的水，6至200份重量的羧酸、硫酸盐或磷酸盐类型的阴离子表面活化剂，及0. 8至 200份重量的含有乙醇、乙二醇烷(glycol alkylene)或乙二醇醚类的羟基的至少一种化 合物。通过在轧辊和待热轧的带材之间的喷雾，轧制油使铜及其合金获得一种润滑、一种去 除氧化膜的能力和一种防止形成氧化膜的能力。文献JP-A-2003/129079公开了一种润滑剂成分，用于一种金属的塑性变形加工， 它包含羰酸盐、金属酸式磷酸盐或金属烷基磷酸酯(alkylphosphonate)。文献JP-A-55151093描述了一种覆盖了极性有机化合物的带材的冷轧润滑方法， 带材上喷射一种油和含有如硬脂酸的极性有机化合物成分的乳液。在形成吸附在带材表面 的油层后，多余的油乳液通过干燥去除。文献W0-A-2005/071050公开了一种用于金属加工的自乳化润滑剂，通过植物或 动物甘油三酯油的马来化(maleation)而获得。在工业上使用的这些油乳液喷雾装置所固有的主要缺陷在于-取决于油的种类和水的“质量”的油-水的相互作用决定了油粘附在轧辊上的时 间，以及粘附的量，因此所使用装置的效率难以预计；-使用的不稳定乳液的性能与保持油在水中良好分散的能力高度相关，或者换句 话说，与得到的剪切率随时间的值和稳定性高度相关，剪切率与速度梯度相关，速度梯度同 时取决于使用的管的长度和直径以及乳液的流量。事实上，很难在“静态管混合器”和不同 喷嘴之间保持这种稳定性；换言之，很难保证所得到的摩擦系数的可控性；-油和水的接触一般会导致一些反应，形成硬的和粘性的聚合相，堵塞入口管和喷 嘴。为了克服这些缺陷，本申请人已经在文献EP-A-1512469中提出一种热轧辊的在 线润滑方法和设备，可在工业上保持摩擦稳定，或在任何情况下保持其可控，并可提高润滑 油在轧辊上的粘附效率，及提高油在轧辊上分布的均勻性。根据该方法，借助一个封闭箱，通过润滑剂或润滑剂混合物在工作辊间隙附近的 喷雾或雾化来实现润滑，该箱配有-润滑剂的滴云的形成装置，滴的尺寸小于700微米，最好小于200微米；-开口可调的膜片，与所述装置相连，并且置于箱的前面，以及-箱内膜片部分和箱内壁上的多余润滑剂的回收装置。
发明内容
本发明旨在提出一种方法，能够克服现有技术的缺陷，特别是那些与油/水乳液 的使用相关的缺陷。本发明的目的在于获得一种高度均勻的轧辊润滑，无论是向上还是向下都可调和 可控。本发明的目的还在于润滑剂的精确和经济的使用，以很低的流量，获得同样的效率。本发明的目的还在于实现一种设备，不需要在机架处引入电，也不必对油进行加热。本发明的目的还在于方便的维护，特别是由于防止了管和喷嘴的堵塞。本发明的目的还在于消除火灾风险和减少润滑剂造成的污染。本发明的附加目的在于，提供直接安装在共用空气收集器上的喷嘴，空气收集器 以紧凑系统的形式进行供气，并作为机械支撑。本发明的目的还在于提供一种设备，它具有或者每个区域的多个喷嘴的一个公用 泵，或者用于多个喷嘴的多个剂量泵，每个喷嘴有一个唯一的泵。本发明最后的目的在于一种在喷嘴中无压力的油的使用，其流量是可调的。权利要求1指出的本发明的第一个主题涉及金属带、最好是钢带的轧辊、最好是 热轧辊的在线润滑设备，借助平行于轧辊设置并供以加压空气或惰性气体的可控空气的雾 化器的杆，在包括所述轧辊和/或所述带的靶子上，最好在辊隙附近，进行润滑剂的喷雾或 雾化，其特征在于，每个雾化器在适配器内包括一个用于加压空气或惰性气体的入口和一 个无压纯油的入口，适配器后是混合室，及用于雾化混合液的输出喷嘴。根据本发明设备的优选实施方式在从属权利要求2至13中限定。权利要求14指出的本发明的另一个主题涉及金属带、最好是钢带的轧辊、最好是 热轧辊的在线润滑方法，通过前述的设备进行润滑剂的喷雾或雾化，其特征在于，在雾化器 的出口处产生一种空气压力下的纯油的细小油滴的云，油的最大流量为200毫升/分钟，油 无压地进入雾化器，空气压力低于0. 5巴。根据本发明方法的优选实施方式在从属权利要求15和16中限定。
图1是根据本发明的用于纯油在轧辊上的喷雾的空气雾化器杆的立体图(带细节 图)。图2示意地示出图1雾化器的细节剖视图。图3示意地示出根据本发明第一优选实施方式的润滑设备的整体图。图4示出用根据本发明的设备获得的雾化图案的实际例子。图5示意地示出根据本发明第二优选实施方式的润滑设备的整体图。图6示意地示出如图5设备中使用的模块分配阀(MDV)。图7以曲线示出静态管设备中的总轧制力随时间的变化，分别采用轧制油和菜油 作为润滑剂，并且针对不同的“plate-out”值。图8以曲线示出在图5的设备中的总轧制力随时间的变化，使用的是菜油。
具体实施例方式本发明基于空气雾化原理，用于在工作辊上进行极少量的纯油喷雾。由于使用的 纯油浓度很低，可达到0至0. 6克/平方米的表面分布(“plate-out”)。根据本发明的空 气雾化装置，喷雾的形成是由于来自两个不同的支管的油和空气的密切混合，空气和油从 油的入口小管出来后马上混合。为了获得完美的喷雾图案，空气压力和油的流量根据所针对的应用类型进行很好的调节，以避免雾的形成。本发明的特征在于，油没有加压，即它的压力尽可能低，通过与分配器结合或不结 合的(微型)泵，以很小的量供给喷嘴。油通过一个小管流动，并且不存在堵塞喷嘴的风险， 因为喷嘴孔的开口尺寸为毫米数量级。不要求对油进行任何加热，因为喷雾图案和油滴尺 寸只由空气压力控制。由于在机架内的不良环境条件(高温、潮湿等等)，提出采用坚固的喷雾头，它能 承受这些不良影响。不要求对喷雾头进行任何冷却，因为它仅由金属构成。通过该系统，还 可控制喷雾的宽度，使得该宽度能够与带材的宽度匹配。因此必须为此目的安装一个附加泵。例1根据图1所示的本发明的第一优选实施方式，润滑装置具有一个空气雾化器3的 杆2，平行于轧辊1放置。一些雾化器3沿该杆2设置，垂直于杆，最好彼此之间的距离相 等。最好，杆和轧辊之间的距离为100-200毫米。图2示出用不锈钢制成的雾化器3的细节。它具有一个加压空气的入口 4、一个非 加压的油的入口 5，这两个入口位于专门设计的适配器6处，适配器后是进行油和水混合的 混合室6'，以及一个用于输出雾化混合液的喷嘴7。因此，位于空气收集器4后的适配器 6能够输送空气，并通过入口 5供油。它还起到固定(支撑)喷嘴的作用。对于处理宽度为2米的杆2，有利地设置约15个雾化器3，例如油的最小流量为 50毫升/分钟，而最大为150毫升/分钟。对于每个特定的轧机，油流量的优选值根据轧 辊的转速(直到20米/秒)来确定。最好使用天然油(因此无“载体”介质)，压力尽可能 低(理想为0巴)，粘度约为20-50mPa. s。对系统进行调节以便获得约0. 4克/平方厘米 的“plate-out”，这可优化轧制力和扭矩。空气压力不能超过0. 4-0. 45巴，否则会有雾的形 成。喷嘴的孔不应太小，典型的直径为1.5毫米，这样堵塞的风险很小，正如已经提到的。图3示出根据本发明第一实施方式的润滑设备的整体图，它具有一个可控的雾化 器杆，如图2示出的。杆2的每个雾化器3都在分配器9处受控制，分配器具有与杆上的雾化器一样 多的微型剂量泵。分配器9的每个微型泵都由油箱11供油，并由油流量控制器12通过 PClO (例如15个输出，0-40Hz)单独控制。杆2由加压空气管道13供气。空气压力送入 PC,以便通过压力计14进行调节。轧辊1的速度也通过测量仪15送入PC。为了设备的使 用方便，一个额外的开/关阀(未示出)可安装在分配器9的供油管道上，紧在其前面。图4示出的雾化图案的例子的延伸范围为18厘米，喷嘴距离为20厘米。如果喷 嘴在15厘米处，延伸范围则为13. 5厘米(油流量为6毫升/分钟，空气压力为0. 3巴，每 个喷嘴的空气流量为10升/分钟)。例 2根据图5所示的本发明的第二优选实施方式，与轧辊1平行设置的空气雾化器的 杆2由来自油箱11的油供给，沿着配有剂量泵16的平行管线，并且每个管线都通过入口 17 通到位于杆2 —端的一个模块分配阀8 (MDV，见图6)，而模块分配阀的多路输出18则供给 位于杆2上的雾化器3。为了设备的方便使用，一个额外的开/关阀(未示出)可安装在分 配器8的平行供油管道上，紧在分配器之前。
图6示出了美国俄亥俄州克里夫兰市Lubriquip公司销售的具有六个输出11的 MDV分配器8。不同输出口 18的顺序供给循环通过活塞19的运动保证。使用多个阀可将 要润滑的轧辊分成2个或3个区域，例如A、B、C。空气13的供给在杆2的一端得到保证 (0.3巴)。在每个区域A、B、C，采用一个剂量泵和一个MDV分配器来供给该区域内的每个 雾化器3。对于每个区域，来自中心油箱11的油送入剂量泵16。最小压力取决于MDV阀的 压力损失。通常，2巴的压力是需要的，但必要时，可将压力提高到10-15巴。有利地，如果 进入MDV阀的杂质会干扰阀的工作，油将进行过滤。油压和空气压有利地持续受控制。同样，MDV的每个循环可得到很好的控制(例如每0. 5秒一个脉冲；对于8个输出，两个输出之间的时间差=0. 0625秒)，并且可以记录 在PC上。如果一个管子堵塞，将发出一个报警信号，使相应的MDV阀关闭。对比试验的结果用两种不同的润滑剂，即热轧油和菜油，对轧辊的连续润滑进行了对比试验。使用 的两种通过乳液的技术分别是根据现有技术的采用静态管原理的技术和根据本发明的采 用纯油的技术。静态管包括4个喷嘴，距离要润滑的轧辊20-25厘米。轧辊的速度在0. 3-0. 5米 /秒之间，而压延比为50%。在轧辊上的雾化形成一个喷洒区，其宽度为15厘米。对与0. 6克/平方米的“plate-out”相应的工业条件进行了模拟。还针对较高的 “plate-out”值进行了试验。0. 6克/平方米的理论“plate-out”对应于0. 3米/秒的速度下的5毫升/分钟 的流量(即每个喷嘴1. 25毫升/分钟)，及0. 5米/秒的速度的8毫升/分钟的流量。4. 2克/平方米的理论“plate-out”对应于0. 3米/秒的速度下的32毫升/分钟 的流量(即每个喷嘴8毫升/分钟)。2. 5克/平方米的理论“plate-out”对应于0. 5米/秒的速度下的32毫升/分钟 的流量(即每个喷嘴8毫升/分钟)。图7示出对于每种类型的油，以及根据不同的“plate-out”值(从0. 6至4. 2克/ 平方米)，轧制力21随时间的变化(及250个周期上的移动平均值22)。还示出轧辊的速 度23 ο用根据本发明的技术进行了类似的试验，使用纯油(菜油)的模块分配阀和空气 雾化。轧辊的速度为0.3，而压延比为50%。雾化宽度为20厘米(在10厘米的带材上)。油的分配器与一个剂量泵和8个输出(即8个喷嘴)一起使用。朝向分配器的总流 量为60毫升/分钟(即7. 5毫升/喷嘴)，这对应于0. 4克/平方米的理论“plate-out”。图7和图8示出的这些试验显示，使用根据本发明的技术，经过适当变动，轧制力 明显下降(大约15%)。本发明的优点尤其如下_非加压(极限为0巴)且不加热的纯油的使用，与使用乳液相比，油的流量至少 下降30% ；-没有乳液，即没有油的携带介质；-火灾风险的降低(没有油压)；-环境污染减少；
-没有雾的形成；-没有堵塞喷嘴的危险，使用大孔喷嘴，油的粘度不再受限制；-喷雾的高均勻度；-轧制力的优化和高效的润滑；-上轧辊和下轧辊上的油流量的直接控制；-获得坚固和紧凑的系统；-由于使用纯油，不需要用热水清洗润滑管道；-使用无添加剂植物油的可能性，更环保 。
权利要求
金属带、最好是钢带的轧辊(1)、最好是热轧辊的在线润滑设备，借助平行于所述轧辊(1)设置并供以加压空气或惰性气体(4)的可控空气的雾化器(3)的杆(2)，在包括所述轧辊和/或所述带的靶子上，最好在辊隙附近，进行润滑剂的喷雾或雾化，其特征在于，每个雾化器(3)在适配器(6)内包括一个用于加压空气或惰性气体的入口(4)和一个无压纯油的入口(5)，适配器后是混合室(6′)以及用于雾化混合液的输出喷嘴(7)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，它具有一个分配器(9)，用于控制杆(2) 的每个雾化器(3)的油的输出，所述分配器(9)由油箱(11)供油，并且包括一个与杆(2) 的每个雾化器(3)相连的精确剂量泵，所述泵由计算机(10)单独控制。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，它具有一个分配器(9)，用于控制杆(2) 的每个雾化器(3)的油的输出，所述分配器(9)包括至少一条配有精确剂量泵(16)的供油 线，剂量泵之后是模块分配阀或MDV阀(8)，阀具有多个输出(18)和一个活塞式顺序分配系 统(19)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，MDV阀(8)配置成以选择性的方式为雾化 器⑶组供给，以便对靶子的相应区域(A、B、C)进行有区分的润滑。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，区域(A、B、C)的数量至少等于2。
6.根据权利要求2至5之一所述的设备，其特征在于，它包括一个油的流量控制器 (12)，其测量可由计算机(10)使用，用于杆(2)的供油以及喷雾宽度的控制，还包括一个压 力计(14)，提供也可传入计算机(10)的空气压力的测量。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，它还包括一个测量仪(15)，能够将轧辊 (1)的瞬时速度传入计算机(10)。
8.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，喷嘴(7)的孔径尺寸在0.5和2毫 米之间。
9.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，雾化器(3)在杆(2)上是等距离的。
10.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，杆(2)和靶子之间的距离在100 和150毫米之间。
11.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，它包括一个油的过滤系统。
12.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，单个雾化器(3)的喷雾云部分地覆盖在靶子上。
13.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，它用于润滑以0. 5至20米/秒的 线性速度行进的带材或金属圆柱表面。
14.金属带、最好是钢带的轧辊、最好是热轧辊的在线润滑方法，通过根据上述权利要 求之一所述的设备进行润滑剂的喷雾或雾化，其特征在于，在杆(2)的雾化器(3)的出口 处，产生一种空气压力下的纯油的细小油滴的云，油的最大流量为200毫升/分钟，油无压 地进入雾化器，空气压力低于0. 5巴。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，朝向杆(2)的各个雾化器(3)的油的分 配由计算机(10)调节，计算机接收油流量、空气压力及轧辊速度的测量值作为其输入。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，对设备进行调节，以便在靶子上 施加的润滑剂的表面量(“plate-out”)在0. 1至1克/平方米之间，最好小于或等于0. 6 克/平方米。
全文摘要
本发明涉及金属带、最好是钢带的轧辊(1)、最好是热轧辊的在线润滑设备，通过平行所述轧辊(1)设置并供以加压空气或惰性气体(4)的可控空气的雾化器(3)的杆(2)，在包括轧辊和/或带的靶子上，最好在辊隙附近，进行润滑剂的喷雾或雾化，其特征在于，每个雾化器(3)在适配器(6)内包括用于加压空气或惰性气体的入口(4)和无压纯油的入口(5)，适配器之后是混合室(6′)及用于雾化混合液的输出喷嘴(7)。
文档编号B21B27/10GK101821026SQ200880110686
公开日2010年9月1日 申请日期2008年10月7日 优先权日2007年10月8日
发明者B·维尔瓦, G·朗诺, H·乌伊德布罗伊克斯 申请人:冶金研究Asbl中心