冶金脂流失成因及应对策略

1脂性能概述

脂是将稠化剂分散于液体剂中形成的一种固体或半流体的产品，其中可能也包含为改善其特性而加入的某些添加剂成分。脂实质上是一种稠化了的油，由稠化剂以胶团或纤维等形式分散在油中，形成“均匀的”胶体分散体系，稠化剂的胶团或纤维（皂纤维结构）形成三维的网状骨架结构，其结构中至少有一维的尺寸在1μm以内，通过范德华力和毛细管作用相互吸引基础油，形成特殊的膏体———脂。脂的主要性能由其结构中包含的基础油提供支撑，基础油对脂的主要影响见表1。脂的结构决定了它具有特殊的流变特性：不受外力时能保持初期原形，不会自动流失；受微弱外力作用时可以产生弹性形变，除去外力后又可以自动恢复原来的位置和形状；外力增大到足以使脂发生形变或流动后，不能再自动恢复原来的位置和形状。临界作用力的大小又称为脂的强度极限，它是影响轴承内脂流失性的关键因素。在理想状态下，脂的流变特性与剪切应力密切相关，但其他因素通常会对流变性产生影响，如：温度、湿度（接触水）、粉尘及化学介质、辐射等。不同脂的流变特性各不相同，主要影响的内在因素有基型、稠度、黏附性、耐温性能、黏－温特性、抗水性、机械安定性、胶体安定性、抗氧化性能等。这些因素直接反映脂在实际工况环境下的使用性能。

2冶金工业设备工况概述

冶金工业的设备众多，主要包括矿山设备、烧结设备、炼铁及炼钢设备、轧钢设备等。具体的主体设备有牵引电机、球磨机、混料机、烧结机、连铸机、轧钢机、拽引链条等。冶金工业设备的工况特点：（1）大多暴露在大气粉尘、腐蚀性烟尘环境中；（2）通常有冲击负荷，设备整体负荷较大；（3）设备点的温度通常高于环境温度很多；（4）通常采用水进行冷却，环境相对湿度较大；（5）部位的转速差异很大；通常在同一套设备中既有低速重负荷又有高速轻负荷的设备工况。

3冶金工业用脂类型及使用中存在的问题

3．1主要用的脂类型

冶金工业主要用的脂类型包括：锂基脂（含极压锂基脂、二硫化钼锂基脂、二硫化钼块等）、复合锂基脂（含极压复合锂基脂、轧辊脂、烧结机脂、连铸机脂）、复合铝基脂（含极压复合铝基脂）、聚脲基脂（含复合脲基脂）、复合磺酸钙基脂。

3．2脂使用中存在的问题及分析

脂使用过程中存在的主要问题是流失及乳化现象。

3．2．1对于使用流失现象的原因分析

（1）化学氧化原因：由于在部位受磨擦及空气的影响，基础油和稠化剂被氧化，导致脂的皂结构被破坏，使用中出现软化流失。对于不同的抗氧剂，其使用也存在较大差异。

（2）物理剪切原因：由于磨擦部位的运转，脂不断受到剪应力的影响，使皂结构受到破坏，脂软化流失。

（3）机械杂质原因：主要是摩擦部件运动面产生的磨耗颗粒、环境粉尘等杂质能加速脂氧化产生有机酸，从而破坏脂的结构，造成脂失效。

（4）使用不当原因：如选用脂不当，未能合理用脂；加脂量太多，运行后脂溢出流失；设备超负荷运转。

（5）环境温度原因：环境温度是最容易被忽视的因素，目前对此尚无统一解决的办法。不同类型的脂对温度的耐受性及敏感性存在巨大的差异。表2列出了不同脂在不同温度工况下的表观稠度变化，采用表观锥入度进行描述。从表2可以看出，随环境温度的变化，不同脂的耐受性各不相同。复合磺酸钙基脂对温度最不敏感，随着温度的升高，其表观稠度变化最小，而锂基脂变化最大。

3．2．2对于乳化的原因分析

通常认为在脂中，抗水性能的大致排序（由低到高）为：钠基脂、钙钠基脂、复合钙基脂、复合锂基脂（三元组分）、复合脲基脂、复合锂基脂（二元组分）、无水钙基脂、锂基脂、锂钙基脂、普通钙基脂、脲基脂、复合磺酸钙基脂、复合铝基脂、烃基脂。在实际工况条件中，通常在设备点既有大量的水及蒸汽，温度又较高，同时有的部位还用乳化液进行冷却，因此综合考虑确定采用加水／乳化冷却液滚筒试验进行模拟。由于该试验与实际工况存在差异，对于几种不同脂的加水／乳化液滚筒抗乳化试验结果（见表3）仅供参考，同时还可采用抗水淋性测试方法SH／T0109对脂进行对比测定。表3不同脂的加水／乳化液滚筒抗乳化性试验结果脂类型锥入度（差值）／（0．1mm）试验前基础脂加水200％，2h加乳化液200％，2h锂基脂6466（2）71（7）复合锂基脂6787（20）106（39）复合铝基脂6671（5）78（12）复合脲基脂7681（5）77（1）复合磺酸钙基脂7776（－1）80（3）测定值为1／4不工作微针入度，样品取出后恒温3h即测从表3可以看出，水淋试验结果与滚筒模拟试验结果之间没有确切的对应关系；但对脂的抗水趋势判断基本相同。滚筒加水／乳化液模拟试验方法虽然还不成熟，但其可较好地模拟使用现场工况。

4解决方案的探索

解决的主要办法，首先是科学选脂，针对具体设备及工况进行方案制订，选择适当的脂。如：对于同一台电机且均采用锂基脂系列的情况，电机生产厂家就可以选用3＃防锈锂基脂，主要侧重于封存防护；在普通工况条件、间歇运转的情况下选用3＃锂基脂更好，因为负荷一般；对于全天候、满负荷运转的工况，就应当选用锂基型电机轴承脂；如果工况条件更为恶劣，全天候、满负荷、大量接触水、有酸性气体等，则应当选用脲基脂；不能因为是同一台设备（电机），就选用同一种脂。对原用脂不太适应的，可以进行改进或升级换代。如原用锂基脂，由于设备工况变化更加恶劣后，原脂不再适用，可以升级采用复合型产品———复合锂基脂、脲基脂或复合磺酸钙基脂。其次，是提高脂产品质量和性能，如提高抗剪切性、抗水性、抗氧化性能、抗磨性能。通过实验发现，对抗剪切性能和抗水性能来说，提高均化效果是最好的办法；在常用的均化方法中分别采用剪切器、三辊机、胶体磨和均质机，对不同产品的最佳均化方法存在差异。有时采用2种以上方式的结合更加有效，如对复合磺酸钙基脂，最初采用剪切器进行均化，但10万次试验结果不理想；后采用均质机进行均化，但对过滤系统损害较大；最后确定了配合使用的办法，即先用剪切器剪切后进胶体磨，再采用均质机均化出料。虽然能耗加大了，但提高了效率，同时还延长了设备的使用寿命，提高了操作的安全性，降低了工作强度，又改善了产品质量指标。再次，可通过添加剂来改善脂性能。其中抗氧化性和抗磨性能，可以通过添加高温抗氧剂（如L－135）、油性减磨剂等进行改善。对于锂基脂、复合铝基脂、复合锂基脂、脲基脂、复合磺酸钙基脂，添加高分子聚合物均能提高其黏附性、抗剪切性、抗水性，对使用中产生的流失乳化现象有较大改善。随着聚合物相对分子质量的增加，脂的黏附性也相应提高。表4为不同聚合物对脂产品水淋性指标的影响。表5为不同聚合物对加水滚筒模拟试验结果的影响。在聚合物中，聚甲基丙烯酸酯是个特例，虽然其可提高脂的黏附性，但会使脂使用中遇水后乳化现象更严重。由于聚甲基丙烯酸酯与水接触冲刷后会使脂的外观产生乳化现象，因此重点对聚异丁烯和乙－丙共聚物进行考察对比。从表4和表5可以看出，高分子聚合物对水淋性和加水滚筒试验结果均有所改善。

5结论

（1）冶金工业设备工况条件通常伴有高温、粉尘、潮湿、高速等，对脂的黏附性、抗剪切性和抗水性要求较高。

（2）采用加水滚筒试验可模拟大部分冶金工业用脂的工况。

（3）常用的脂中对温度最不敏感的是复合磺酸钙基脂，随着温度的升高，其表观稠度变化最小。

（4）对于使用流失、乳化问题的解决方法：合理选脂、科学用脂是关键；提高脂的质量和性能是核心保障；选择适当的添加剂可以改善脂产品的性能。