液压无配重炉顶放散阀的研制.pdf

文章编号 100225855 2008 0120007203 作者简介张进1966 - ,男,河南漯河人,教授级高级工程师,从事冶金阀门的设计及开发工作。 液压无配重炉顶放散阀的研制 张进,王怀柱,李云超 世林漯河冶金设备有限公司,河南 漯河462000 摘要 介绍了无配重炉顶放散阀的工作原理、关键零件部件材质及工艺,论述了几种密封副 形式,总结了工业性试验结果。 关键词 无配重;放散阀;自锁 中图分类号 TH134 文献标识码 A Non2bobweight furnace type top bleeder valve ZHANGJin , WANG Huai2zhu , LI Yun2chao Shilin Luohe Metallurgy Equipment Co. , Ltd. , Luohe 462000 , China Abstract This paper introduces the principle , structure , materials used in key parts and the work2 manship of this non - bobweight type bleeding valve ; enumerates several kinds of sealing sets , and al2 so summarizes the results of the industrial tests. Key words non - bobweight ; bleeding valve ; self - lock 1 概述 炉顶放散阀为炼铁高炉粗煤气系统设备,安装 在高炉煤气上升管顶端,用以高炉休风检修时放散 高炉内的煤气,起安全作用。长久以来,国内炉顶 放散阀一直采用重锤杠杆式结构,靠重锤重力实现 关闭。重锤的质量占整台阀门质量1/ 2以上,十分 笨重。这种阀门安装几十米甚至上百米高的高炉顶 端也存在安全隐患。经过多年研究,开发出了新型 液压无配重炉顶放散阀,并通过工业性试验,获得 了良好的使用效果。 2 结构及工作原理 普通重锤杠杆式炉顶放散阀图 1 主要由拉 环、拉杆、杠杆、阀盖、阀座、下壳和重锤等组 成。新型液压无配重炉顶放散阀图 2 包括阀 体、阀盖和驱动装置。阀体由阀座、中壳和下壳组 成。阀盖的启闭装置由大转臂及大支座、小转臂及 小支座和大、小转臂之间的连接板等组成。阀盖与 大转臂铰链连接。大转臂及其大支座在其支点铰链 连接。小转臂及其小支座在其支点铰链连接,大转 臂和小转臂均与连接板铰链连接。大支座和小支座 置于机体上。当连接板与大、小转臂之间连接的二 11 阀盖 21 阀座 31 中壳 41 下壳 51 拉杆 61 杠杆 71 重锤 图1 重锤杠杆式放散阀 销轴孔处于竖直位置时,启闭装置处于自锁状态, 阀盖关闭。当液压驱动装置拉动小转臂时,连接板 与大、小转臂之间连接的二销轴孔偏离死点位置, 小转臂绕其支点摆动并带动连接板,从而拉动大转 72008年第1期 阀 门 臂绕其支点摆动,阀盖打开,并远离阀门通径,阀 盖密封面免受荒煤气流的冲刷。 11 液压驱动装置 21 机体 31 小支座 41 小转臂 51 连接板 61 大支座 71 大转臂 81 阀盖 91 阀座 101 中壳 111 下壳 图2 无配重放散阀 3 密封副设计 311 密封副结构 1硬密封 硬密封图 3 的密封副堆焊硬 质合金。该密封结构耐冲刷,耐磨损,使用寿命 长。缺点是密封副加工精度要求高,有轻微泄漏, 不易更换阀座。 2软密封 软密封图 4 的阀座镶嵌橡胶 圈,与堆焊硬质合金的阀盖构成密封。该密封结构 加工精度要求不高,密封严密,零泄漏,密封圈更 换方便。缺点是密封圈使用寿命较短,约8个月。 11 阀盖 21 硬质合金密封副 31 阀座 图3 硬密封结构 3复合密封 复合密封图 5 的密封副堆焊 硬质合金,阀座密封面处镶嵌橡胶圈,与堆焊硬质合 金的阀盖构成密封。该结构密封严密,零泄漏。缺点 是加工精度要求高,合金面和橡胶圈易同时失效。 11 阀盖 21 硅橡胶 31 螺钉 41 阀座 图4 软密封结构 11 阀盖 21 硅橡胶 31 硬质合金 41 阀座 图5 复合密封副 图6 复合组合碟簧特性 312 密封副材料 1堆焊材料 炉顶放散阀开启时密封副要经 受带有温度、压力和粉尘荒煤气流的冲刷,密封副 过早失效一直是困扰炼铁行业及设备制造业的难 题。根据需要,研制了ZD5堆焊材料,其焊态硬 度 ≥48HRC ,可不预热堆焊,抗裂性能优良,堆 焊层耐磨性是Q235钢的815倍。采用直流反接施 焊。 当 焊 条 为 Φ312mm时,焊 接 电 流 为 80～ 120A。当焊条为 Φ4mm时,焊接电流为120～ 160A。当焊条为 Φ5mm时,焊接电流为160～ 200A。 焊后用高速钢刀具可对堆焊层顺利加工。 ZD5焊条的成分为中碳高合金钢表1和表2 ,与 8 阀 门 2008年第1期 母材的含碳量相差较小,不需要堆焊过渡层,使堆 焊工艺大大简化。 表1 ZD5焊条化学成分 Wt CCrWMoVNb 014641527107119510115 表2 堆焊层硬度HRC 焊层状态硬度 平均 硬度 堆焊层52521551185116521252102 500℃8h回火51125118525114501951146 570℃8h回火54531754145318551054118 2橡胶材料 软密封材料选用硅橡胶,其 适于工作温度250℃ 的要求,硅橡胶表面应光滑平 整,内部不能有裂纹等缺陷。硬度605A ,扯断 强度 ≥615N/ mm2,伸长率 ≥300 。 313 密封副磨损量的补充 利用四连杆机构的死点位置实现严密密封是理 想状态,由于制作过程中累积误差和投入使用后密 封副磨损,密封副不易实现严密密封。鉴于这种情 况,在小支座下方设置复合组合碟簧图 6 。 碟簧计算公式为 PznP fzif Hi [ H0 n - 1t ] 式中 Pz 多个碟簧的载荷, N P 单片碟簧的载荷, N fz 多个碟簧的变形量, mm f 单片碟簧的变形量, mm H0 单片碟簧的高度, mm n 各叠合层碟簧数量 i 对合碟簧数量 t 碟簧厚度, mm H 多个碟簧高度, mm 单片碟簧的载荷计算公式为 P 4E 1-μ 2 t4 K1D K4 f t K4 h0 t - f t h0 t - f 2t 1 式中 D 碟簧外径, mm ho 碟形弹簧压平时变形量的计算值, mm E 弹性模量, MPa μ 泊松比 K1、K2 计算系数 4 铰接件设计 根据工况条件要求,各铰接点应具有较强的抗 疲劳强度和耐磨性。由于承受冲击负荷,同时还要 有一定的韧性配合。通过相关试验,铰接轴选用 38CrMoAl制造,其加工工艺为粗车 → 调质 → 精车 → 离子氮化表 3 → 精加工。铰接套采用高强黄 铜,镶嵌润滑基,构成自润滑衬套。 表3 38CrMoAl离子渗氮的规范和技术要求〔 2〕 预热 处理 工艺规范及技术要求 温度 ℃ 时间 h 硬度 HV 层深 mm 备注 调质520～56012～61 0000145两段氮化 5 应用 DN650液压无配重炉顶放散阀样机在1 080m3 高炉炉顶温度250℃,炉顶压力0115MPa 设计密 封压力为0125MPa的工况下使用,其密封副和 连杆系统未出现异常现象,运行良好。其他口径的 放散阀也能满足工况要求。该阀已获得实用新型专 利专利号 ZL2005200324351 0 。 6 结语 液压无配重炉顶放散阀利用四连杆自锁机构实 现阀盖的启闭,结构紧凑,体积小,质量轻,启动 动力小,使用安全可靠。各零部件选材及制作工艺 合理,能满足高炉炉顶工况要求。液压快开,密封 副免受荒煤气冲刷,使用寿命长。 参考文献 〔1〕 安运铮 1 热处理工艺学 〔M〕1 北京机械工业出版社, 19811 〔2〕 成大先等 1 机械设计手册 〔M〕1 北京化学工业出版社, 20021 收稿日期 20071091 25 快讯 阀门杂志2007年合订本已出版发行,每册定价90100元。有需要者请与我社联系。 92008年第1期 阀 门