天鐵高爐爐頂休風(fēng)放散閥的改進(jìn)

高國(guó)強(qiáng)

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司第一煉鐵廠機(jī)修車間，天津 056404)

天鐵高爐爐頂休風(fēng)放散閥的改進(jìn)

高國(guó)強(qiáng)

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司第一煉鐵廠機(jī)修車間，天津 056404)

針對(duì)天鐵高爐新型液動(dòng)爐頂放散閥在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的開關(guān)不到位、密封面不嚴(yán)等問題進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)閥體自身運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理及閥座閥蓋密封面受熱膨脹等因素導(dǎo)致了休風(fēng)放散閥不能正常使用。經(jīng)分析后對(duì)高爐爐頂休風(fēng)放散閥系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后效果良好，提高了爐頂休風(fēng)放散閥的使用效率。

高爐 休風(fēng) 放散閥 卡阻 壓力 密封面 改進(jìn)

1 引言

隨著冶煉強(qiáng)度的提高，天鐵高爐相繼采用了新型DN600NFS746-2.5型液動(dòng)爐頂放散閥（簡(jiǎn)稱Φ600 mm放散閥)，取代了原來采用配重結(jié)構(gòu)的Φ600 mm放散閥。該閥的主要優(yōu)點(diǎn)有：可以承受0.25 MPa的額定壓力，體積輕便靈活且操作方便，實(shí)現(xiàn)對(duì)Φ600 mm放散閥的控制。然而使用中發(fā)現(xiàn)此休風(fēng)放散閥存在如下問題：在休風(fēng)放散閥開關(guān)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)開關(guān)不到位，密封面不嚴(yán)等問題，導(dǎo)致高爐二次休風(fēng)。這樣不僅增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且耗費(fèi)了寶貴的休風(fēng)時(shí)間。為此，對(duì)休風(fēng)放散進(jìn)行了認(rèn)真的研究分析，針對(duì)存在的問題對(duì)Φ600 mm休風(fēng)放散閥作了改進(jìn)，改進(jìn)后使用效果良好。

2 DN600NFS746-2.5型液動(dòng)爐頂休風(fēng)放散閥原理

Φ600 mm休風(fēng)放散閥采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，閥門關(guān)閉后四桿機(jī)構(gòu)具有自鎖功能，改造前的新型Φ600 mm休風(fēng)放散閥見圖1。Φ600 mm放散閥主要由以下幾部分構(gòu)成：閥門包括閥蓋、閥座和閥體;驅(qū)動(dòng)裝置包括油缸、四桿機(jī)構(gòu)、緩沖裝置與萬向連接裝置和調(diào)節(jié)螺栓。油缸桿伸出，打開自鎖，閥蓋打開;油缸桿縮回，閥蓋關(guān)閉，并且通過D點(diǎn)自鎖。閥蓋與四桿機(jī)構(gòu)通過萬向軸相連接。萬向軸上有緩沖蝶簧，可以緩沖閥蓋與閥座之間的撞擊。調(diào)節(jié)螺栓總共四條，可以調(diào)節(jié)閥蓋在四桿機(jī)構(gòu)大驅(qū)動(dòng)臂上的位置。閥蓋與閥座關(guān)閉后通過軟硬雙層密封起到密封作用，硬密封為錐面密封，表面堆焊Ni60，軟密封為閥座上的U形圈。

3 問題分析

經(jīng)過對(duì)原Φ600 mm放散閥的研究分析，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)前油缸壓力足夠，且四連桿鎖緊機(jī)構(gòu)和密封材料均不是造成該問題的原因。通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)該閥的運(yùn)動(dòng)機(jī)理、爐頂煤氣壓力、閥座受熱膨脹是造成Φ600 mm放散閥關(guān)不嚴(yán)的主要原因。因此決定從這幾方面著手進(jìn)行改造。

圖1 改造前的液動(dòng)放散閥

3.1 閥蓋運(yùn)動(dòng)機(jī)理問題分析

閥的運(yùn)動(dòng)機(jī)理見圖1，閥蓋密封面上部為內(nèi)圓錐體，下部為內(nèi)圓柱體;閥座上部為外圓錐面，下部為外圓柱體。閥座圓柱體內(nèi)有一道槽，內(nèi)部裝有一道U形密封圈，該密封圈高出圓柱面1.5～2 mm。閥關(guān)閉后，閥蓋的上部?jī)?nèi)圓錐體壓緊閥座的下部外圓錐體，構(gòu)成一道硬密封;而下部的兩個(gè)圓柱體之間有1 mm的間隙，閥蓋內(nèi)圓柱體壓緊閥座外圓柱體上的U形密封圈，構(gòu)成一道軟密封面。閥蓋與四桿機(jī)構(gòu)通過萬向機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)螺栓連接，整個(gè)閥蓋可以認(rèn)為是一個(gè)以A點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)關(guān)閉的裝置，關(guān)閉時(shí)閥蓋以A點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)。理論上，因?yàn)殚y座與閥蓋上都有一段圓柱體，關(guān)閉時(shí)要求閥蓋內(nèi)圓柱體垂直套到閥座外圓柱體外面，這就要求閥蓋關(guān)閉時(shí)作上下直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上整個(gè)閥蓋做的是一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，這樣Φ600 mm放散閥關(guān)閉過程中就會(huì)產(chǎn)生閥蓋與閥座相互干涉的現(xiàn)象。

盡管閥蓋與閥座相互干涉，但是由于閥蓋與閥座的兩個(gè)圓柱體部分之間有1 mm的間隙，同時(shí)閥蓋與四桿機(jī)構(gòu)大驅(qū)動(dòng)臂的連接采用的是蝶簧與萬向軸的連接，這種連接屬于柔性連接，因此閥蓋具有一個(gè)很小的調(diào)整量，關(guān)閉時(shí)，閥蓋在油缸壓力下可以完成一個(gè)自調(diào)整而關(guān)閉。但是如果閥蓋受爐頂壓力太大而傾斜嚴(yán)重，或者閥座受熱膨脹致使閥座與閥蓋之間的間隙減小，閥座與閥蓋就會(huì)卡阻，而致使閥蓋關(guān)不到位。

3.2 爐頂壓力因素問題分析

在每次高爐休風(fēng)后，為使高爐順行，需要在Φ600 mm放散閥打開的情況下加料送風(fēng)，待高爐順行后再關(guān)閉Φ600 mm放散閥。由于高爐已經(jīng)送風(fēng)，因此大量高壓煤氣從爐內(nèi)噴出，閥蓋關(guān)閉時(shí)受到爐頂煤氣的巨大壓力沖刷而產(chǎn)生傾斜。該閥閥蓋受力圖見圖2，閥蓋受爐頂煤氣壓力F1和四桿機(jī)構(gòu)大驅(qū)動(dòng)臂的推力F2，這兩個(gè)力的合力為F合。關(guān)閉過程中，F(xiàn)1可以看作是不變的力;F2大小不變，方向變;F合的大小方向都在變，但是總有一個(gè)向右的分力，因此造成閥蓋傾斜，閥蓋斜扣在閥座上面，這個(gè)偏移過大將造成閥蓋無法完成自調(diào)整而卡阻。

3.3 熱膨脹問題因素分析

改進(jìn)前的Φ600 mm放散閥為便于閥蓋實(shí)現(xiàn)自調(diào)整，設(shè)計(jì)閥蓋與閥座的內(nèi)圓柱體與外圓柱體之間的間隙為1 mm。而實(shí)際上，在高爐開Φ600 mm放散閥加料送風(fēng)的過程中，從爐中放出的高爐煤氣溫度較高，閥座受烘烤會(huì)產(chǎn)生膨脹，直徑變大，而閥蓋由于打開，與閥座成90°，不受到煤氣的烘烤，這樣閥座與閥蓋的兩圓柱面之間的間隙就減小了，甚至變成負(fù)值。這樣就造成了關(guān)閉時(shí)閥座與閥蓋的卡阻。

如果按照關(guān)閉時(shí)閥座溫度升高250℃計(jì)算，閥座半徑取整R=300 mm，鑄鋼材料線膨脹系數(shù)為α=12.9×10-6～13.9×10-6/℃，取 α=13×10-6/℃，則閥座受熱后直徑將加大，設(shè)受熱后閥座直徑增大的值為ΔD，則：

由此可見，閥座受熱使閥座與閥蓋之間的間隙明顯減小，這樣小的間隙導(dǎo)致閥座與閥蓋卡阻，致使Φ600 mm放散閥關(guān)不嚴(yán)。

3.4 問題總結(jié)

該Φ600 mm放散閥的閥蓋的運(yùn)動(dòng)干涉、爐頂煤氣壓力過大和閥座受熱膨脹綜合作用，造成閥蓋關(guān)閉過程中卡阻，從而導(dǎo)致Φ600 mm放散閥關(guān)不嚴(yán)。

4 Φ600 mm休風(fēng)放散閥改進(jìn)

圖2 閥帽受力圖

為使Φ600 mm放散閥更安全有效的運(yùn)行，研究了解決方案，改變了Φ600 mm放散閥的結(jié)構(gòu)，改變了原來的密封面形式，并且硬密封面采用了新的熱處理技術(shù)。

4.1 閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)

經(jīng)研究，將此Φ600 mm放散閥的閥座和閥蓋結(jié)構(gòu)形式調(diào)換，即閥座改為內(nèi)接觸面，閥蓋改為外接觸面，并且將原來的錐面與圓柱面的雙接觸面密封結(jié)構(gòu)形式改為現(xiàn)在的單一球面密封接觸結(jié)構(gòu)。改造后的閥蓋與閥座如圖3所示。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)接觸面，因此閥座和閥蓋不會(huì)發(fā)生卡阻現(xiàn)象。這樣就解決了Φ600 mm放散閥關(guān)閉中卡阻的問題。

圖3 改造后的閥帽與閥座

4.2 閥體密封面改進(jìn)

改進(jìn)前，Φ600 mm放散閥采用軟硬雙重密封，并且軟硬密封分開，硬密封采用的是錐面密封，表面堆焊不銹鋼;軟密封采用U形密封圈。改進(jìn)后，利用集團(tuán)公司機(jī)械廠的技術(shù)，使軟硬密封合為一體，閥座和閥蓋接觸面采用球面密封結(jié)構(gòu)，表面涂覆碳化鎢。軟密封的U形密封圈由閥座移到閥蓋外表面。改造后的閥帽球面接觸密封面結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 改造后的閥帽球面接觸密封面結(jié)構(gòu)

4.2.1 硬密封面改進(jìn)

球面密封相對(duì)錐面密封是一種較為可靠的密封結(jié)構(gòu)。爐頂煤氣高溫高壓，同時(shí)氣體中包含大量粉塵，鋼件在高溫條件下失去了其原來的硬度。一旦發(fā)生泄露，閥座與閥蓋的接觸面很快會(huì)被吹漏。根據(jù)鐵廠多年來使用球面密封結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，球面結(jié)構(gòu)可以避免爐內(nèi)煤氣向外直吹，因此可以延長(zhǎng)閥體的使用壽命。因此這里閥座與閥蓋密封面采用球面密封面。

4.2.2 表面熱處理改進(jìn)

改進(jìn)前，閥座與閥蓋接觸面采用的是Ni60焊條堆焊，然后上下密封體配合研磨，堆焊層硬度為40HRC。改進(jìn)后，接觸面為球面，表面涂覆碳化鎢，然后上下密封體配合研磨，硬度可達(dá)到45～68HRC。涂覆碳化鎢是一種較為先進(jìn)的表面處理技術(shù)，相對(duì)表面堆焊技術(shù)，表面硬度更高，壽命更長(zhǎng)，并且工藝簡(jiǎn)單。

4.2.3 軟密封面改進(jìn)

新型閥體的軟密封從結(jié)構(gòu)上做了較大改進(jìn)。改進(jìn)前，軟密封的U形圈位于閥座上面，閥座與閥蓋的軟硬兩道密封分開。改進(jìn)后U形密封圈移到了閥蓋外球面上。同時(shí)將兩道密封合二為一。這樣設(shè)計(jì)不僅解決了原來的卡阻問題，而且可以提高閥體密封性能。

5 安裝與調(diào)試

5.1 安裝

為方便新型閥座和閥蓋裝配，新型閥座和閥蓋的裝配尺寸完全按照改造前的Φ600 mm放散閥設(shè)計(jì)。使用時(shí)，拆下舊閥座和閥蓋，然后更換新的閥座和閥蓋。

5.2 調(diào)試

爐頂煤氣壓力為0.1～0.2 MPa（表壓力)，最高不超過0.3 MPa。為確保改進(jìn)后的設(shè)備滿足要求，更換后要對(duì)設(shè)備進(jìn)行試壓并對(duì)閥蓋進(jìn)行調(diào)節(jié)。試壓步驟如下：將Φ600 mm放散閥關(guān)閉，并將閥體下法蘭用盲板封住，盲板下部裝有接頭與壓力表，通過高壓軟管將下法蘭接頭與氮?dú)馄窟B接，打開氮?dú)馄块_關(guān)，然后從0.1～0.4 MPa逐漸調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫Γㄟ^壓力表可以觀察記錄閥內(nèi)壓力。調(diào)節(jié)過程中觀察閥蓋是否漏氣或被氣壓頂開。如果密封面漏氣，可以調(diào)節(jié)閥蓋上面的四條調(diào)節(jié)螺栓或更換U形密封圈，如果閥蓋被頂開則可以調(diào)節(jié)閥蓋上面的碟簧，使之滿足要求。

6 結(jié)語

改進(jìn)后的Φ600 mm放散閥已應(yīng)用于鐵廠各高爐，消除了原來Φ600 mm放散閥存在的問題，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了休風(fēng)放散閥的穩(wěn)定性，為天鐵高爐穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

Improvement of Tiantie BF Top Discharge Valve

Gao Guoqiang
(Mechanical Maintenance Workshop of Iron-making Plant 1,Tianjin Tiantie Metallurgy Group Company Limited,She County,Hebei Province 056404,China)

Study is conducted on frequent problems of switching off-the-position and untight seal surface at the new hydraulic discharge valve of Tiantie BF top,and finds that the discharging valve cannot operate normally due to valve working mechanism and heat expansion of seal surfaces of valve seat and cover.Improvement was done on the discharging valve system of furnace top afterwards and gave good effect.The valve utilization rate was then increased.

BF,shut off,discharging valve,seizure,pressure,seal surface,improvement

高國(guó)強(qiáng)，男，2007年7月畢業(yè)于黑龍江工程學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在天鐵第一煉鐵廠機(jī)修車間從事冶金設(shè)備維護(hù)管理工作。

（收稿 2012－03－27 編輯 崔建華)