TWI891369B - 純油型金屬加工液之品質監控方法及系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種純油型金屬加工液之品質監控方法及系統。品質監控方法係先進行取樣步驟，以對在軋延設備中循環的金屬加工液進行取樣而獲得樣品，並對此樣品進行含水率分析步驟，以獲得含水率檢測值。然後，進行判斷步驟，比較樣品之含水率檢測值與管制範圍，以產生對應之判斷結果，並根據判斷結果進行調控步驟。

Description

純油型金屬加工液之品質監控方法及系統

本發明關於一種監控方法及系統，特別是一種純油型金屬加工液之品質監控方法及系統。

軋延加工主要是利用軋輥施加應力以使得金屬材料產生形變，其中在加工過程中所使用的軋延油具有潤滑以避免軋輥磨損材料表面的功能。然而，在加工過程中，軋延油的品質特性與性能會隨著製程所產生的金屬粉屑或是外在環境(例如季節氣候更迭與乾濕度變化等)影響，進而導致影響加工品質與軋延機之過濾系統之濾除雜質的效果。

有一些技術提出了金屬加工液成分的改良或是油水分離裝置，但難以應用至純油型之軋延設備。

本發明的目的在於提供一種純油型金屬加工液之品質監控方法及系統，可用來監控純油型之軋延設備的金屬加工液品質，並可進一步啟動調控措施以改善相關之加工參數，以維護軋延品質並且提升軋延效率。

為了達成上述目的，本發明提供了一種純油型金屬加工液之品質監控方法。此純油型金屬加工液之品質監控方法包括以下步驟。首先，進行取樣步驟，取樣步驟是對在軋延設備中循環的金屬加工液進行取樣而獲得樣品。接著，對樣品進行含水率分析步驟，以獲樣品之含水率檢測值。隨後，進行判斷步驟，其中判斷步驟係比較樣品之含水率檢測值與管制範圍，以產生對應之判斷結果。然後，根據判斷結果進行調控步驟。其中，當樣品之含水率檢測值大於管制範圍時，調控步驟包含加入第一極性添加劑至金屬加工液中和/或排出金屬加工液的至少一部分；當樣品之含水率檢測值小於管制範圍時，調控步驟包含加入第二極性添加劑至金屬加工液中，其中第二極性添加劑包含第一極性添加劑及水；當樣品之含水率檢測值落入管制範圍時，調控步驟包含進行維持操作。

在本發明的一實施例中，當樣品之含水率檢測值小於250ppm時，調控步驟包含添加第二極性添加劑。

在本發明的一實施例中，當樣品之含水率檢測值在251ppm~350ppm時，調控步驟進行維持操作。

在本發明的一實施例中，當樣品之含水率檢測值在251ppm~(251+251*20%)ppm時，調控步驟包含加入第一極性添加劑；當樣品之含水率檢測值在(350-350*20%)ppm~350ppm時，調控步驟包含加入第二極性添加劑。

在本發明的一實施例中，當樣品之含水率檢測值為351ppm~650ppm時，調控步驟包括排放部分之使用過的金屬加工液並且補充新的金屬加工液(包括未使用的新鮮油、用過的加工液經適當處理後之回收再生油…等)，同時添加第一極性添加劑。

在本發明的一實施例中，當樣品之含水率檢測值大於651ppm時，調控步驟包括排空所有之使用過的金屬加工液並且補充新的金屬加工液(包括未使用的新鮮油、用過的加工液經適當處理後之回收再生油…等)。

在本發明的一實施例中，上述之新的金屬加工液係由使用過之金屬加工液經過分餾以及去除水分與雜質後所產生。

在本發明的一實施例中，上述之調控步驟還包括刮除金屬加工液上的浮油和/或提高軋延設備之過濾系統之作動率。

在本發明的一實施例中，上述之品質監控方法還包括對管制範圍與軋板表面品質進行相關聯，其中軋板表面品質的評估指標包括金屬加工液的表面張力、接觸角、殘油率和/或摩擦係數。

為了達成上述目的，本發明另提供了一種純油型金屬加工液之品質監控系統。此品質監控系統配置以連接軋延設備並且進行上述之品質監控方法。品質監控系統包括取樣設備、含水率分析儀以及處理控制單元。取樣設備配置以對在軋延設備中循環的金屬加工液進行取樣，而獲得樣品。含水率分析儀配置以對樣品進行含水率分析，以獲得樣品之含水率檢測值。處理控制單元訊號連接含水率分析儀，且配置以進行判斷步驟與調控步驟。

如上所述，本發明所提供的純油型金屬加工液之品質監控方法與系統尤其適用於純油型之軋延設備，且主要是根據金屬加工液的含水率來監控軋延設備的運作與品質狀態，進而根據不同的含水率檢測值提供對應的調控改善措施，以維護金屬加工液的潤滑軋延品質，並可延長軋延設備的使用期限以及提升軋延設備的效能。

爲了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請同時參照圖1及圖2所示，圖1及圖2是分別根據本發明的實施例的一種純油型金屬加工液之品質監控方法以及品質監控系統的示意圖。本實施例的品質監控方法S1主要可利用品質監控系統2來進行。具體而言，品質監控系統2係與軋延設備A連接，並且可透過對在軋延設備A中循環的金屬加工液進行取樣與含水率分析，作為軋延時軋輥與軋板之塑性加工接觸區域之金屬磨耗度以及軋板表面品質(例如粗糙度)的評估指標，以進一步調控金屬加工液的含水率使其維持在管制範圍，這有利於提升軋延效率及軋板的表面品質。在本實施例中，金屬加工液可包括軋延油與潤滑油。此外，本實施例的品質監控方法S1與品質監控系統2可應用於例如鋼、銅、鋁、合金鋼等金屬軋延或塑性加工之熱軋或冷軋潤滑軋延製程中，用以確保完軋後之軋板表面品質。

如圖1所示，本實施例的品質監控方法S1包括取樣步驟S11、含水率分析步驟S12、判斷步驟S13以及調控步驟S14。如圖2所示，本實施例的品質監控系統2包含取樣設備21、含水率分析儀22以及處理控制單元23。在取樣步驟S11中，透過取樣設備21對在軋延設備A中循環的金屬加工液進行取樣，而獲得樣品S。具體而言，可以在軋延設備A中的金屬加工液循環路線的適當位置設置旁路引管(by pass)連接取樣設備21，以利取樣設備21取得樣品S。在含水率分析步驟S12中，透過含水率分析儀22對樣品S進行含水率分析，以獲得樣品之含水率檢測值。在一實施例中，含水率分析儀22可設置在取樣設備21的附近。

在判斷步驟S13中，可透過處理控制單元23比較樣品S之含水率檢測值與管制範圍，以產生對應之判斷結果。在調控步驟S14中，處理控制單元23根據判斷結果來對金屬加工液的含水率進行調控。具體而言，處理控制單元23訊號連接含水率分析儀22，且處理控制單元23可根據樣品S的含水率檢測值來判斷軋板表面品質，並進一步根據判斷結果來對金屬加工液的含水率進行調控。當樣品S之含水率檢測值大於管制範圍時，處理控制單元23可進行例如加入第一極性添加劑至金屬加工液中和/或排出至少一部分的金屬加工液之調控步驟，以使金屬加工液維持具有適當的含水率；當樣品S之含水率檢測值小於管制範圍時，處理控制單元23可進行例如加入第二極性添加劑至金屬加工液中的調控步驟，以使金屬加工液維持具有適當的含水率；當樣品S之含水率檢測值落入管制範圍時，處理控制單元23可進行例如維持操作，也就是不添加第一極性添加劑或第二極性添加劑。在本實施例中，第二極性添加劑包含第一極性添加劑及水(例如去離子水)。藉此，利用極性添加劑與水之適量的互容性，可達到調控金屬加工液之含水率的目的。

在本實施例中，處理控制單元23內建有金屬加工液之含水率檢測值與軋板表面品質相關聯之關係表(如下表一所示)。因此，處理控制單元23可根據含水率檢測值來判斷軋板表面品質，並進一步根據判斷結果來對金屬加工液的含水率進行調控。如表一所示，當樣品S的含水率檢測值在251ppm~350ppm時，則判斷軋板表面品質為較佳之第一級別；當樣品S的含水率檢測值在151ppm~250ppm或351ppm~450ppm時，則判斷軋板表面品質為次佳之第二級別；當樣品S的含水率檢測值在小於150ppm(例如51 ppm~150ppm或是小於或等於50 ppm )或在451ppm~550ppm時，則判斷軋板表面品質為第三級別；當樣品S的含水率檢測值在551ppm~650ppm，則判斷軋板表面品質為第四級別；當樣品S的含水率檢測值在大於或等於651ppm時，則判斷軋板表面品質為最差之第五級別。 表一: 含水率檢測值與軋板表面品質關係表

品質級別	3	3	2	1	2	3	4	5
含水率(ppm) 管制範圍	≦50	51~150	151~250	251~350	351~450	451~550	551~650	≥651

在本實施例中，含水率檢測值與軋板表面品質關係表是根據金屬加工液的表面張力、接觸角、殘油率和/或摩擦係數等評估指標來建立。具體而言，本揭露檢測分析了不同含水率的油樣(例如表二之A油~E油)所包括的表面張力、接觸角、殘油率、摩擦係數等項目。如表二所示，油樣之表面張力檢測值與含水率成反比；油樣之摩擦係數檢測值是隨含水率升高而遞減後又遞增；油樣之接觸角檢測值是先隨含水率升高而遞減後又遞增；油樣之殘油率檢測值與含水率成正比。由於小的接觸角有利於加工金屬油滲入加工材與工具之接觸區域以降低摩擦磨耗現象，並且發揮潤濕滲透效應，而較高的殘油率則在退火後加工材表面發現油斑機率亦較高。因此，根據表二之油樣品質性能檢測值與含水率趨勢，可歸納出C油能夠兼顧軋延品質性能與軋板表面品質。 表二:不同含水率的油樣之品質性能評估

	A油	B油	C油	D油	E油
含水率(ppm)	≦100	200	300	500	1000
表面張力(mN/m)	26.3	26.2	26.2	26.2	26.1
接觸角(。)	10.47	9.73	8.45	8.51	8.96
殘油率(%)	0.03	0.04	0.04	0.05	0.07
摩擦係數(μ)	0.0998	0.0836	0.0801	0.0868	0.1154

在處理控制單元23根據例如表一之含水率檢測值來判斷軋板表面品質後，可進一步根據判斷結果來對金屬加工液的含水率進行調控。在一具體例子中，當樣品S之含水率檢測值小於250ppm時，處理控制單元23可判斷軋板表面的品質為第二級別或第三級別，此時可進行添加第二極性添加劑之操作，以提升金屬加工液的含水率。

在另一具體例子中，當樣品S之含水率檢測值在251ppm~350ppm時，處理控制單元23可判斷軋板表面的品質為第一級別(最佳等級)，故可進行維持操作，也就是維持原有設定參數，而不另外添加第一極性添加劑或第二極性添加劑。在一些應用例中，當對軋板表面的品質要求較高時，處理控制單元23也可以在樣品S之含水率檢測值在251ppm~350ppm範圍內但接近端點數值時，就先進行調控操作，例如，在樣品S之含水率檢測值在251ppm~(251+251*20%)ppm時加入第一極性添加劑；當樣品S之含水率檢測值在(350-350*20%)ppm~350ppm時加入第二極性添加劑，以使金屬加工液維持具有較佳的含水率。

在又一具體例子中，當樣品S之含水率檢測值為351ppm~650ppm時，處理控制單元23可控制軋延設備A排放部分之使用過的金屬加工液並且補充新的金屬加工液，同時添加第一極性添加劑，以降低金屬加工液的含水率。例如:當樣品S之含水率檢測值在351ppm~450ppm時，處理控制單元23可判斷軋板表面的品質為第二級別，此時處理控制單元23可控制軋延設備A排空35%的使用過的金屬加工液，並且補充等量的新的金屬加工液同時添加第一極性添加劑；當樣品S之含水率檢測值在451ppm~550ppm時，處理控制單元23可判斷軋板表面的品質為第三級別，此時處理控制單元23可控制軋延設備A排空50%的使用過的金屬加工液，並且補充等量的新的金屬加工液同時添加第一極性添加劑；當樣品S之含水率檢測值在551ppm~650ppm時，處理控制單元23可判斷軋板表面的品質為第四級別，此時處理控制單元23可控制軋延設備A排空70%的使用過的金屬加工液，並且補充等量的新的金屬加工液同時添加第一極性添加劑。在本實施例中，新的金屬加工液是由使用過之金屬加工液經過適當處理(例如分餾以及去除水分與雜質)後所產生，故可達到舊油重複利用之環保目的。在其他實施例中，新的金屬加工液亦可為未使用過的新鮮油。在一些實施例中，處理控制單元23亦可根據其所判斷軋板表面的品質等級來控制軋延設備A的過濾系統提高作動率30%、50%或75%、或可對金屬加工液進行浮油刮除操作。

在又一具體例子中，當樣品S之含水率檢測值為大於651ppm時，處理控制單元23可控制軋延設備A排空使用過的金屬加工液，並將使用過的金屬加工液導入分餾塔設備以移除水分與雜質後做為新的金屬加工液備用。在一些實施例中，在排空使用過的金屬加工液之前，處理控制單元23可先取得軋延設備A的表面品質檢測值的資訊來評估是否要進行排空操作，以避免因誤判而產生的排空操作的時間成本。在一些實施例中，處理控制單元23亦可根據操作人員的設定，在預設的管制範圍進行異常警報，以提醒操作人員進行例如改變操作設定參數、更換過軋延設備A之濾系統的濾材或是啟動過濾系統逆洗操作等。

由本發明的實施例可知，本發明所提供的純油型金屬加工液之品質監控方法與系統尤其適用於純油型之軋延設備，且主要是根據金屬加工液的含水率來監控軋延設備的運作與品質狀態，進而根據不同的含水率檢測值提供對應的調控改善措施，以維護金屬加工液的潤滑軋延品質，並且延長軋延設備的使用期限以及提升軋延設備的效能。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。

S1:品質監控方法 S11:取樣步驟 S12:含水率分析步驟 S13:判斷步驟 S14:調控步驟 2:品質監控系統 21:取樣設備 22:含水率分析儀 23:處理控制單元 A:軋延設備 S:樣品

圖1是根據本發明的實施例的一種純油型金屬加工液之品質監控方法的流程示意圖。 圖2是根據本發明的實施例的一種純油型金屬加工液之品質監控系統的示意圖。

S1:品質監控方法

S11:取樣步驟

S12:含水率分析步驟

S13:判斷步驟

S14:調控步驟

Claims (10)

1. 一種純油型金屬加工液之品質監控方法，包括: 進行一取樣步驟，該取樣步驟是對在一軋延設備中循環的金屬加工液進行取樣而獲得一樣品； 對該樣品進行一含水率分析步驟，以獲得該樣品之一含水率檢測值； 進行一判斷步驟，其中該判斷步驟係比較該樣品之該含水率檢測值與一管制範圍，以產生對應之一判斷結果；以及 根據該判斷結果進行一調控步驟，其中， 當該樣品之該含水率檢測值大於該管制範圍時，該調控步驟包含加入第一極性添加劑至該金屬加工液中和/或排出該金屬加工液的至少一部分； 當該樣品之該含水率檢測值小於該管制範圍時，該調控步驟包含加入第二極性添加劑至該金屬加工液中，其中該第二極性添加劑包含該第一極性添加劑及水； 當該樣品之該含水率檢測值落入該管制範圍時，該調控步驟包含進行一維持操作。
2. 如請求項1所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，其中當該樣品之該含水率檢測值小於250ppm時，該調控步驟包含添加該第二極性添加劑。
3. 如請求項1所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，其中當該樣品之該含水率檢測值在251ppm~350ppm時，該調控步驟進行該維持操作。
4. 如請求項3所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，其中當該樣品之該含水率檢測值在251ppm~(251+251*20%)ppm時，該調控步驟包含加入該第一極性添加劑；當該樣品之該含水率檢測值在(350-350*20%)ppm~350ppm時，該調控步驟包含加入該第二極性添加劑。
5. 如請求項1所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，其中當該樣品之該含水率檢測值為351ppm~650ppm時，該調控步驟包括:排放部分之使用過的該金屬加工液並且補充新的金屬加工液，同時添加該第一極性添加劑。
6. 如請求項1所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，其中當該樣品之該含水率檢測值大於651ppm時，該調控步驟包括:排空所有之使用過的該金屬加工液並且補充新的金屬加工液。
7. 如請求項5或6所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，其中新的金屬加工液係由使用過之該金屬加工液經過分餾以及去除水分與雜質後所產生。
8. 如請求項5或6所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，該調控步驟還包括刮除該金屬加工液上的浮油和/或提高該軋延設備之過濾系統之作動率。
9. 如請求項1所述之純油型金屬加工液之品質監控方法，還包括對該管制範圍與一軋板表面品質進行相關聯，其中該軋板表面品質的評估指標包括該金屬加工液的表面張力、接觸角、殘油率和/或摩擦係數。
10. 一種純油型金屬加工液之品質監控系統，配置以連接一軋延設備並且進行如請求項1至請求項9中任一項所述之品質監控方法，該品質監控系統包括: 一取樣設備，配置以對在該軋延設備中循環的金屬加工液進行取樣，而獲得該樣品； 一含水率分析儀，配置以對該樣品進行含水率分析，以獲得該樣品之該含水率檢測值；以及 一處理控制單元，訊號連接該含水率分析儀，且該處理控制單元配置以進行該判斷步驟與該調控步驟。