长寿热风阀的设计与研究

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1、长寿热风阀的设计与研究长寿热风阀的设计与研究热风阀是整个热风炉系统中工作条件最恶劣的设备之一，旧式的热风阀的使用寿命只有5 年，而现在先进的高炉炉龄要达到 15 年以上，如热风阀的寿命达到一代炉龄的话，热风阀的使用寿命也得达到 15 年以上为了使热风阀满足高风温和长寿命的要求，近 30 年来各国都在探索热风阀的合理结构，并且各国的设计模式是不同的，但从各国的有关资料来看，他们对高温热风阀设计的基本要领的认识是比较一致或接近的如：（2）采用软水或纯水冷却，提高流速、消除水垢、强化冷却。（4）采用挠性式阀杆密封结构或球较支座，以免阀杆变形干涉和划伤（5）采用耐火衬，使水圈躲开热风流线，减轻热负荷和

2、热损失（6）因为热风阀的破坏基本属于焊缝的穿透裂纹，所以要尽量使焊缝的强度接近本体的强度。另外，提高阀板的存放高度，改善了阀板在开启时的工作条件以往设计的热风阀因阀板在开启时的行程较小，阀板的下部长期受热风的高温辐射和吹刷作用而受损，提高阀的开启行程，可延长阀板的使用寿命。2 水冷的条件下工作，因此，用水有效地冷却阀的零件是它有效工作的基本手段。热风阀的特点是将阀板、阀座设计成水冷式的，不然，金属在高温下工作会产生变形与很快氧化目前，我国受材料性能的限制，热风阀只能采用水冷式结构，水质采用软水或赵丽工程师鞍钢设计研究院赵丽宋明长寿热风阀的设计与研究另外，改进冷却水腔结构提高冷却效果亦是延长热风

3、阀使用寿命的有效措施，现已有许多炼铁厂的热风阀下阀体是采用冷却环及异形水腔全焊接结构 3 耐火衬为了防止阀体与阀板的金属表面直接与高温气流接触，在阀的非工作表面喷涂不定形耐火材料，减小了金属材料直接在高温下的工作表面，同时也降低了高温气流的热损失，提高了热风阀的使用寿命，减少了冷却水量。下阀体除密合面之外，一律喷涂耐火衬由于耐火衬与外部钢之间膨胀不一致，一般采用 V 形及 Y 形固定件均间隔焊在阀体上，材质为 1Cr18Ni9Ti，从而使耐火衬牢固地依附在阀体上，阀板的耐火衬设计采用蜂窝格子板固定。实际上，耐火衬被分割成小块，防止出现不规则的裂缝和剥落。目前，国外已开发出陶瓷内衬的热风阀，无需

4、水冷，不仅可以节约大量的软化纯净水，同时，还可避免大量的热量损失。4 密封如果热风阀的热风通过不紧密的联接处，这些联接处就会逐渐被氧化和破坏，因此热风阀的密封必须十分严密可靠法兰处的密封采用的措施是：（1）加大法兰盘的厚度，增强法兰盘的刚性（2）采用金属包履垫（内充陶瓷纤维的金属包履垫，金属材料采用 1Cr18Ni9Ti） ，上阀体与阀杆间的密封采用挠性密封另外，热风阀阀杆的使用寿命直接影响阀的寿命，因此，阀杆密封的好坏也是延长阀的寿命的主要因素之一。挠性密封设计是根据阀的工作特点设计出来的，当阀关闭时，它的工作特点是阀板单向受压为了阀板的顺利开闭，阀板和阀座间留有水平间隙，在热风压力的作用下

5、，密封接触面紧贴，水平间隙完全消失，从而实现密封但由于阀体固定，因此这一间隙的消除只有靠阀板水平方局来实现阀板的这一水平方向位置的变化必然要对它的刚性连接的阀杆带来影响由于阀杆产生弹性变形后，在弯曲状态下上下移动时，必然在密封处产生一定的挤压力，这个挤压力的方向是一定的，由于挤压力的作用导致阀盖处密封的严重不均磨损，使热风阀的使用寿命受到不良的影响。为了改善这部分密封结构的效果，使其寿命延长，必须克服上述挤压引起的摩擦力，使其均匀磨损，因此设计了挠性密封。挠性密封的结构形式见，挠性密封阀杆可以绕球形压盖及球形压环的旋转中心旋转一微小的角度。挠性密封的特点是在密封的同时，减小对阀杆的磨掼另外，挠

6、性密封结构可方便安装拆卸密封装置及更换密封材料。在密封装置的下部采用迷宫密封，在其上部采用填料密封的密封形式，以保证密封的可靠性。这里填充的密封材料必须具备以下特征：挠性密封环的材质为：ZQSn66-3 迷宫密封环处还设有油杯，定期向迷宫密封环内注油，降低摩擦系数，减小对阀杆的磨掼 I 球形压盖；2-球形压套；3-柔性石墨；迷宫密封环 5 阀板结构为了避免直立式隔板的水流在转折处形成涡流，影响冷却效果，采用螺旋形隔板，并且在螺旋形隔板的上部以及上部转角处开孔，以防止空气聚集，形成气囊，以使阀板得到较好的冷却效果，避免阀板和导向环产生局部过热烧损。另外采用楔形阀板能改善阀杆受力及阀杆与阀体间的密

7、封，从而延长阀的寿命 6 阀杆变形计算为了方便开启阀板，阀板与阀座间必须留有一定的间隙，现以 DN1800 热风阀为例：单侧间隙一般为 5mm，米用挠性密封时，阀杆只能绕铰点转动，转动的最大角度为 0.145rad，采用普通密封时，密封座处化为固支根据梁的挠曲线的近似微分方程：利用边界条件可以求得：普通密封楔形板、挠性密封非楔形阀板、挠性密封楔形阀板近似的阀杆变形挠曲线方程（x=将上述各方程式绘成曲线图（见）从图中可以看出：曲线 2 的变形斜率最大，曲线 3 的变形斜率最小。表 1 为各种情况下阀杆所受的力和力矩 7 结束语采用阀板上下阀体全水冷的冷却方式，冷却效果好、性能可靠，但需消耗大量的

8、冷却水（DN1800 约为 150t/h） ，同时也带走了大量的热 I 挠性密封非楔形阀板阀杆的变形图；2-普通密封非楔形阀板阀杆的变形图；3-挠性密封楔形阀板阀杆的变形图；普通密封楔形阀板阀杆的变形图表 1 各种情况下阀杆所受的力和力矩挠性密封普通密封楔形阀板非楔形阀板楔形阀板非楔形阀板 M（mN）：阀杆与阀板相连处引塌角变形的弯矩；P（N）：简化到阀心作用于阀杆的集中力。为了提高冷却效果、延长热风阀的使用寿命，冷却水必须是经过过滤、软化的工业水，现在国外已开发出陶瓷内衬的热风阀，无需水冷，这样不仅可节约大量的软化纯净水，同时还可避免大量的热量损失今后应注意收集这方面的资料，开发出自己的长寿陶瓷内衬热风阀。