水-乙二醇难燃液压液的发展及其在钢铁工业中的应用

郝玉杰，杨超，郑延波，姜禹，王龙，苗新峰，李猛，刘中国

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032)

0 引言

随着现代液压设备向高速、高温、高压、大容量的方向发展，对生产安全、环保的要求日益提高，而传统的矿物油型液压油不能满足一些特殊行业的防火要求。在铸造工业、炼钢工业以及旋转舞台、安全门等特殊场合，难燃液压液的使用越来越多[1]。根据ISO 12922分类，难燃液压液主要包括：水包油型乳化液(HFAE)、化学水溶液(HFAS)、油包水型乳化液(HFB)、含聚合物水溶液即水-乙二醇难燃液压液(HFC)、磷酸酯无水合成液(HFDR)和其他成分的无水合成液(HFDU)。水-乙二醇难燃液压液属于含水型的难燃介质，是难燃液压液的一种。相对磷酸酯无水合成液而言，水-乙二醇难燃液压液价格便宜，容易与非金属材料配套使用，其润滑性优于高水基液体，稳定性优于乳化液，同时还具有比矿物油型液压油好的难燃性。基于上述特点，水-乙二醇难燃液压液是难燃油(液)中发展最快、用量最大的产品。

1 水-乙二醇难燃液压液的组成和性能

水-乙二醇难燃液压液主要由水、乙二醇(或其同系物)、水溶性聚合物组成，再添加相应的抗磨剂、防锈剂、金属钝化剂、抗泡剂等添加剂。水-乙二醇难燃液压液的主要性能包括：难燃性、抗腐蚀性、抗磨性、橡胶相容性、剪切安定性、放气性及贮存稳定性、pH值等。

1.1 难燃性

水-乙二醇难燃液压液优异的难燃性主要是通过高含量的水来实现的，一般含水量为38%～43%，当有火焰产生时，可通过水蒸气蒸发来阻止火焰的蔓延。一般采用SH/T 0567难燃液压液歧管着火试验法和SH/T 0785难燃液燃烧持久性试验来考察水-乙二醇难燃液压液的难燃性。

水-乙二醇难燃液压液的难燃性能主要由水含量决定，一般认为，水含量≥34%时，产品具有难燃性能。由于水-乙二醇难燃液压液中水容易与多元醇或聚醚进行氢键键合，水分含量检测一般使用SH/T 0246试验方法检测较为准确。

1.2 抗腐蚀性

与油基液压油不同，水-乙二醇难燃液压液本身就含有腐蚀性因素——水，很容易对所接触的铜、铁等设备部件造成腐蚀，因此必须加入适量的防锈剂和金属钝化剂。此外，基于水-乙二醇难燃液压液的独特性，不能用于含有铅、锡、镁、锌、镉或这些金属的合金中，水-乙二醇对这些金属有腐蚀作用，还会造成液压液的快速老化。抗腐蚀试验是水-乙二醇难燃液压液的重要控制项目之一。国内外对水基产品的抗腐蚀性能的研究也不断深入，目前常用SH/T 0752含水难燃液压液抗腐蚀性测定法或GB/T 5096石油产品铜片腐蚀试验法评价抗腐蚀性能，也有企业自行建立抗腐蚀性能的评价方法。

1.3 抗磨性

抗磨性是液压液的重要性能之一，水-乙二醇难燃液压液作为液压液的一种，也必须具备良好的润滑性和抗磨性，从而保证液压泵的正常工作。乙二醇本身具备一定的润滑性，抗磨性的提高主要还是依靠添加适量抗磨剂。一般来说，在相当条件下，水-乙二醇难燃液压液的润滑性要比合成型和矿物油型液压油要差。目前国外普遍使用Vickers 104C 叶片泵台架评价抗磨性能，国外使用方法为ASTM D7043，国内使用SH/T 0830-2010 非石油基和石油基液压油磨损特性叶片泵测定法。

1.4 橡胶相容性

在液压系统中通常会使用一些橡胶作为密封材料，液压液与密封材料适应性不好，会造成密封材料的异常膨胀或收缩，造成液压液的泄漏，影响液压设备的正常运行，同时还会对液压液的性能造成破坏，缩短换油期。因此，必须保证液压液与橡胶具有良好的相容性。水-乙二醇难燃液压液与一般的密封材料和O型圈相容，但与皮革、软木、纤维素不相容，这些材料会吸水、老化、泡胀。

1.5 剪切安定性

液压液在经过泵、阀等元件，尤其是通过液压元件的小孔、缝隙时，要经受剧烈的剪切作用。在剪切力的作用下，大分子会发生断裂，变成较小的分子，使黏度降低。而使用适当黏度的液压液是保证液压系统正常工作的必要条件之一，因此必须保证所用液压液在使用过程中在其黏度等级范围内。水-乙二醇难燃液压液中使用了大量水溶性高分子聚合物作为黏度指数改进剂，因此剪切性能也是非常关键的性能指标。

1.6 放气性

液压液在液压系统中高速循环，可能会产生气泡。气泡的存在，会使得液压系统压力下降、能量传递不均、气蚀、振动及噪音增大等。一般通过空气释放值和泡沫性来考察液压液的放气性，放气性也是水-乙二醇难燃液压液的重要控制项目之一。

1.7 pH值

水-乙二醇难燃液压液的pH值一般保持在8以上，多数在9～10。碱性环境是为了减少细菌的生成，同时水-乙二醇难燃液压液中还会加入防霉菌剂，以防止在存放和使用过程中产生霉菌。

2 水-乙二醇难燃液压液的研究现状及发展

20世纪50年代初，美国开始研制水-乙二醇难燃液压液，70年代以后，发展十分迅速，例如，美国好富顿公司，英国BP石油公司，日本丸善石油公司等均有此种产品生产。在很多国家，水-乙二醇难燃液压液已经成为难燃液压液的主流。

国内20世纪80年代初开始研制水-乙二醇难燃液压液，1995年参考国外产品研制了低泡型水-乙二醇难燃液压液，在各大钢铁企业及其他行业的液压设备上使用，达到了当时国外同类产品的水平。目前国内生产水-乙二醇难燃液压液的企业很多，主要遵循国家标准(GB/T 21449-2008)。

为了适应高温高压的工况，提高水-乙二醇难燃液压液的润滑性成为关注的热点，相关专利很多，许多公司的产品也纷纷以此为卖点，国际上目前公认使用Vickers 104C叶片泵台架作为评价抗磨性能的依据。另外为了适应环保发展的要求，环保型水-乙二醇难燃液压液的开发引起了人们的兴趣，即提高水-乙二醇难燃液压液的生物降解能力，它取决于其基础组分和添加剂的生物降解度。此外，随着人们对食品安全高度关注，食品加工行业在高温下使用的食品级水-乙二醇难燃液压液也越来越受到关注，目前中国石油润滑油公司已有自主开发的满足食品级润滑油要求的水-乙二醇难燃液压液。

3 水-乙二醇难燃液压液在钢铁工业中的应用

国际上水-乙二醇难燃液压液已有50多年的应用历史，已成为冶金、铸造和化工等行业的液压设备普遍采用的介质，虽然在国内应用的历史较短，但据统计水-乙二醇难燃液压液的年用量逐年上升[2]。

钢铁工业的生产特点是高温明火，大机械负荷，24 h连续运转，而水-乙二醇难燃液压液因其独特的优点在钢铁工业各个部门液压装置上的应用比较广泛，见表1。

表1 水-乙二醇难燃液压液在钢铁工业中的应用

近年来，国内多个液气锤使用厂家先后发生液压管路爆裂，元件损坏，致使大量液压油外喷、外泄，造成火灾事故。2003年4月12日，武汉重工铸锻有限公司3 t蒸(空)自由锻锤和1.5 t蒸(空)自由锻单臂锤，由贵阳万里公司承担液气动力头改造，采用了水-乙二醇难燃液压液作为液压介质。2003年12月及2004年2月，武汉冶金设备制造公司锻造厂3 t和5 t液气模锻锤投入使用，采用水-乙二醇难燃液压液作为介质。2004年12月，武钢集团机制公司3 t自由锻锤和长安汽车集团1 t模锻锤用液气动力头节能改造，也采用水-乙二醇难燃液压液作为介质。这些设备运行与使用传统矿物油型液压油基本无差别，且消除了火灾隐患，进一步保证了生产的安全。

4 结论

钢铁工业因其生产特点是难燃液压油的使用大户，限于目前技术水平，大部分水-乙二醇难燃液压液产品适用于中、低压的液压系统，但随着其抗磨性的增强，可以谋求在更高压力下的操作稳定性。同时鉴于环保型水-乙二醇难燃液压液的发展，在钢铁工业中，水-乙二醇难燃液压液将有很大的应用前景。