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至2000年为止,我国汽车保有量已达2100万辆,而摩托车的保有量相当于汽车的4倍。每天产生的的废机油高达151.2万吨,对环境造成很大的污染压力。目前,多数废机油回收后用作燃料,这不仅造成了资源浪费,而且由于其中含有重金属化合物,燃烧后进入自然环境中造成非常严重的污染。钢板热轧乳化油是用来降低钢板热轧时轧辊与轧件间的摩擦系数的一种润滑剂,可以降低板带热轧过程的能耗,提高生产效率,降低轧辊成本和改善带钢表面质量,在钢铁工业中使用量比较大。热轧乳化油由基础油和表面活性剂、防锈剂、油性剂、抗氧抗腐蚀剂、粘度调节剂、极压剂等组成[1]。本文根据轧制润滑机理和具体生产条件对热轧乳化油的要求,采用对废机油处理后所得的再生机油做基础油,添加适当的摩擦改进剂、极压抗磨剂、乳化剂等材料进行复配,研制出满足工业生产的钢板热轧乳化油,为废机油的回收利用提供一条新的思路。
2 试验部分
2.1使用材料和仪器
废机油、沉降剂(自产)、聚异丁烯(加拿大产)、极压抗磨剂A(自产)、复合乳化剂B(自产)、电动搅拌器(广州科研器械厂D-25型)、四球机(上海实验仪器厂SH/T0189)、运动粘度计(上海实验仪器厂Φ1.2mm)、酸度计。
2.2废机油的再生
将一定量的废机油抽到搅拌器中,再加入相对废机油体积1/4的含沉降剂水溶液(水溶液含沉降剂2%,PH值为9,对废机油中的金属、金属氧化物、积碳等微粒有很好的凝集及沉降作用)进行搅拌洗涤40min,后在分水器中静置4~5小时,分离大部分的水溶液,并用板框过滤机分离废机油的固体杂质,然后在130℃下进行脱水处理(最好在抽真空状态),便得到再生废机油。该工艺流程能最大限度保存原废机油所含有的各种添加剂。
2.3配方设计及添加剂的复配
首先根据轧制润滑机理和具体生产条件对热轧乳化油的要求,设计出热轧乳化油的性能要求标准。然后将再生废机油进行运动粘度、闪点、凝固点、最大无卡咬负荷PB值等指标项目检验,再对各指标项目的检验结果进行分析,计算要加入极压抗磨剂、增粘剂、抗氧剂等添加剂的量[2]。乳化剂采用O/W型,在油相成为一均相,易于贮存。选择乳化剂时一般依据乳化物的混合HLB值与再生废机油被乳化所需的HLB值相等或相近。混合物乳化剂的HLB值计算方法如下:
HLB值=(axHLBa + bxHLBb + cxHLBc + ……)/(a + b + c + ……)
选择脂肪酸聚乙二醇酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、石油磺酸盐等乳化剂进行复配,经乳化试验,然后调整得到对再生废机油有很好乳化作用的复合乳化剂B[3]。增粘剂使用聚丁烯,增粘剂的加入量以使得热轧乳化油的粘度达到V40℃时126mm2/s为准,或达到使用厂家要求的粘度为准。抗氧剂用T501。最后复合得如下基础配方如表1。
表1-1由再生废机油生产的热轧乳化油基础配方
组分 含量
再生废机油 82.8%
极压抗磨剂A 2.0%
T–501 0.1%
乳化剂 6.0%
T–746 适量
增粘剂 适量
3 结果与讨论
3.1热轧乳化油的性能要求标准
近四十年来,国内外专家对热轧乳化油作了很多研究,但因轧机不同,轧制的材料不同等原因,迄今为止还没有形成完善统一的热轧乳化油规格标准和热轧乳化油评定标准。现代热轧工艺的特点是高温、高压、高速,工作辊瞬间温度很高。因此,为适应热轧工艺特点,热轧乳化油必须满足以下要求:(1)、热轧时具有良好的润滑性,以降低变形区摩擦力。但还要考虑到轧辊与轧材间必须要有一定的摩擦力,以使轧材咬入顺利,防止打滑;(2)、对不同的轧辊材质,要有良好的吸附性和湿润性,使轧辊表面形成较为牢固而且连续的润滑膜,要有较高的油膜强度,以使在高温高压下变形区油膜完整不破;(3)、油品容易乳化,乳液稳定性好,易于输送和喷涂,又不易堵塞喷嘴;(4)、高的安全与稳定性:具有较高的闪点和热分解稳定性;(5)、燃烧物无毒,对环境污染小。根据以上要求结合工厂生产实际,确定热轧乳化油的性能要求如表1-2。
表1-2热轧乳化油的性能要求标准
指标项目 研制要求指标数值
外观 黄褐色透明液体
运动粘度 40℃ ㎜2/s 100~150
粘度指数 ≥ 100
闪点 ℃ ≥ 200
凝固点 ℃ ≤ -10
皂化值 mgKOH/g 实测
乳液PH值(10%浓度) 7~9
最大无卡咬负荷PB值 kg ≥ 90
乳液稳定性(10%V/V浓度 24小时) 良好,不分层,无油珠
3.2再生废机油的性能
再生废机油的性能如表1-3。从表1-3中可以看出,再生废机油的运动粘度、凝固点、最大无卡咬负荷PB值均比500SN基础油的要好,很接近研制要求指标数值,但是闪点比500SN基础油的差,达不到研制要求指标数值。主要原因是再生废机油中含有汽油或柴油等低闪点成分,导致闪点降低。通过添加增粘剂,能在一定程度提高闪点[4]。增粘剂是油溶性的高聚物,在一定程度上可以将低闪点的汽油或柴油“包裹”住。再生废机油添加增粘剂后,闪点由原有的175℃提高到205℃。
表1-3基础油指标项目检验比较
指标项目 要求指标数值 500SN基础油 再生废机油
外观 黄褐色透明液体 黄色透明液体 黄褐色透明液体
运动粘度 40℃ ㎜2/s 100~150 102 98.5
闪点 ℃ ≥ 200 235 175
凝固点 ℃ ≤ —10 —12 —18
最大无卡咬负荷PB值 kg ≥ 无 35 80
3.3由再生废机油生产的热轧乳化油性能
3.3.1稳定性
在具塞量筒里加入1份样品和9份水,盖好磨口塞,翻转摇动约30次,室温下静置24h,不分层,无油珠,不破乳。再将实验样品乳液分成两份,分别用硫酸和氨水调PH值3.0~10.0,静置24h,观察仍未破乳,无浮油现象。
3.3.2热轧性能
由再生废机油生产的热轧乳化油性能实测数值如表表1-4。对比表1-2与表1-4的数据可知,应用废机油生产钢板热轧乳化油,其性能检测的实测数值完全符合甚至优于研制要求指标数值。经广东省粤东地区的某轧钢厂使用,能满足钢板轧制的生产要求。
表1-4由再生废机油生产的热轧乳化油性能实测数值
指标项目 实测数值
外观 黄褐色透明液体
运动粘度 40℃ ㎜2/s 126
粘度指数 ≥ 120
闪点 ℃ ≥ 205
凝固点 ℃ ≤ —20
皂化值 mgKOH/g 26
乳液PH值(10%浓度) 9.5
最大无卡咬负荷PB值 kg ≥ 115
乳液稳定性(10%V/V浓度 24小时) 良好,不分层,无油珠
4结论
1)再生废机油有较好的润滑性能,其运动粘度、凝固点、最大无卡咬负荷PB值均比500SN基础油的要好,可以替代新基础油调配某些润滑油品种。
2)应用废机油生产钢板热轧乳化油,其性能指标项目实测数值完全符合或优于研制要求指标数值。在调配时可节省防锈剂、油性剂、抗氧抗腐蚀剂、极压剂等添加剂的加入量,降低生产成本。
3)目前,随着钢板需求量的增长,其轧制过程中需要大量的热轧乳化油。应用废机油生产热轧乳化油,可以节省大量的矿物基础油和添加剂,起到保护环境和节约能源的作用。这为废机油的综合回收应用提供了又一有效的途径,起到环保节能作用,并能取得较好的经济效益和社会效益.
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