CN104455573B - Cw6mc合金高温高压氧气止回阀及其铸造工艺 - Google Patents

Abstract

一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀，其阀瓣上设有燕尾槽，该燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸环面；所述密封圈在和燕尾槽槽底接触的面上设有塑性变形槽，密封圈和燕尾槽槽边接触的面为切合斜面；密封圈双面塑性变形压入阀瓣的燕尾槽中形成第一重紧固，并碾压阀瓣本体使阀瓣上的凸环面紧固密封圈上的切合斜面，从而形成第二重紧固。本发明在设计压力≥900LB、温度≥400℃、口径DN≥100mm、氧纯度≥99.5%工况下安全运行。

Description

CW6MC合金高温高压氧气止回阀及其铸造工艺

技术领域

本发明属阀门制造技术领域，具体涉及一种高温高压纯氧工况的煤制氢装置及其他高温高压纯氧工况用CW6MC材质止回阀。

背景技术

在石油化工、航空航天及煤化工等领域，需要大量使用高纯度高压力的氧气，由于氧气助燃易爆，所以氧气管路必须使用专用的阀门。氧气专用阀门的材料、结构设计、铸造工艺和制造质量等都有严格要求，且镍基合金CW6MC材质的铸造性能差,主要表现在镍基合金的吸气倾向极大,对铸型要求严格，进一步增加了阀门的制造难度，高参数氧气阀门的安全性很难保证。因此,此类阀门一直依赖进口，但随着我国工业的迅速发展，以及航空航天等领域的地位提升，进口的阀门在口径、压力等参数上已经无法满足国内氧气系统对高参数氧气阀门的需要。

发明内容

本发明提供了一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀及其铸造工艺，解决了高参数：压力≥900lb、口径DN≥100mm、温度≥400℃、氧气纯度≥99.5%下氧气管路用止回阀的安全性问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀，包括阀体、阀体通过八角密封垫和阀盖密封连接，阀体腔内设有支架，摇杆一端和支架转动连接，另一端连接阀瓣，阀瓣通过密封圈和阀体密封，所述阀体由CW6MC合金锻造制得，在设计压力≥900LB、温度≥400℃、口径DN≥100mm、氧纯度≥99.5%工况下安全运行。

所述阀瓣通过密封圈和阀体密封，该密封圈和阀瓣之间采用机械式双重固定结构。

所述阀瓣上设有燕尾槽，该燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸环面；所述密封圈在和燕尾槽槽底接触的面上设有塑性变形槽，密封圈和燕尾槽槽边接触的面为切合斜面；密封圈双面塑性变形压入阀瓣的燕尾槽中形成第一重紧固，并碾压阀瓣本体使阀瓣上的凸环面紧固密封圈上的切合斜面，从而形成第二重紧固。

所述摇杆和阀体的接触部位堆焊Monel合金。

所述支架通过支架螺栓安装；安装好后，该支架螺栓用镍基焊条焊接于支架上。

一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀的铸造工艺，其工艺流程为： 模型成型、镍基合金的冶炼、阀体的浇注、铸后处理，所述铸造工艺具体如下：

（1）模型成型：采用酚醛树脂砂造型和制芯，砂芯用耐火度高的铬矿砂，并釆用醇基快干涂料；合箱前铸型和砂芯进行红外线炉烘干；内浇道用耐火陶管，且不能冲击铸型和砂芯；

对阀体三个端法兰及阀座热节区分别设计带保温套的明冒口,将CW6MC合金铸件的铸造工艺出品率限制在40%～42%，明冒囗便于排气和浇注后期从冒口中补浇热，并且在能放冷铁的部位均放置隔砂外冷铁,所放外冷铁重量应不低于铸件重量的35%；浇注前铸型必须彻底干燥；

（2）镍基合金的冶炼：冶炼CW6MC合金时，采用真空精炼炉精炼，保证合金的纯净；采用真空直读光谱仪对不同时期镍基合金进行化学成分精确分析,在确保化学成分符合相应标准要求时才出炉，采用插入式热电偶测温,保证出炉温度符合相应标准要求时才能出炉；

（3）阀体浇注：阀体浇注系统采用热型、底注法以保证砂芯浇注时型腔内气体能顺畅排出,内浇道用耐火陶管, 并且引入金属液不得冲刷；合金液浇至明冒口高度的二分之一后,不再从浇注系统中浇注,改为从远离内浇口的中法兰及阀座冒口中浇注；浇注15分钟后再用高温合金液分别从四个冒口中补浇一次；这样补浇的热金属液不断为冒口提供了高温金属液,从而提供了补缩的动压力,以保证铸件不会出现任何缩孔及缩松。

（4）铸后处理：用等离子弧快速切割铸件的浇道和冒口，且冒口的切口要高出铸件本体10mm以上,然后再用电弧气刨修整及机械打磨成设计图纸要求的形状。

本发明的成功研制属国内首创,并解决了美国福斯公司花了8个多月的时间,生产了3次铸件均报废的难题。从而使国产高参数氧气阀门的安全性得到了保障。

本发明可应用于高温高压纯氧工况的煤制氢装置及其他高温高压纯氧工况系统，为我国高参数氧气系统（设计压力≥900lb、口径DN≥100mm、温度≥400℃、氧气纯度≥99.5%）用止回阀的制造奠定了基础，填补了国内的空白。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图中：1-阀体，2-摇杆，3-阀瓣，4-阀瓣紫铜垫密封圈，5-防静电螺塞，6-螺塞垫，7-销轴，8-支架，9-支架螺栓，10-八角垫，11-螺柱，12-螺母，13-阀盖，14-吊环螺母，15-"禁油"牌；

图2为本发明密封圈双重固定示意图；

图3为本发明摇杆堆焊蒙乃尔合金示意图；

图4为本发明支架螺栓焊接于支架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀，包括阀体1、阀体1通过八角密封垫10和阀盖13密封连接，阀体1腔内设有支架8，摇杆2一端和支架8通过销轴7转动连接，另一端连接阀瓣3，阀瓣3通过密封圈4和阀体1密封，所述阀体1由CW6MC合金锻造制得，在设计压力≥900lb、口径DN≥100mm、温度≥400℃、氧气纯度≥99.5%工况下安全运行。

所述阀瓣3通过密封圈4和阀体1密封，该密封圈4和阀瓣3之间采用机械式双重固定结构。

所述阀瓣3上设有燕尾槽，该燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸环面3-1；所述密封圈4在和燕尾槽槽底接触的面上设有塑性变形槽4-1，密封圈4和燕尾槽槽边接触的面为切合斜面3-2；密封圈4双面塑性变形压入阀瓣3的燕尾槽中形成第一重紧固，并碾压阀瓣3本体使阀瓣3上的凸环面3-1紧固密封圈4上的切合斜面3-2，从而形成第二重紧固。通过以上双重紧固结构，使密封圈4完全固定在阀瓣3内；即使阀门不断开关，密封圈4也不会因剧烈撞击而掉落。保证了阀门密封的可靠性；提高了阀门的安全性。

阀瓣3采用锻造的具有极佳阻燃材料的Monel400，阀瓣3的密封面处镶嵌防撞击起火花的紫铜密封圈4。消除了焊接密封面时的焊接应力问题，并解决了高温高压氧气止回阀的密封面相互撞击易起火的问题，保障了阀门的安全运行。

所述摇杆2和阀体1的接触部位堆焊≥3mm的蒙乃尔（Monel）合金，以保证当阀门完全开启时摇杆2和阀体1相接触部位为抗阻燃性极好的蒙乃尔合金，即使阀门迅速开启，摇杆2和阀体1剧烈撞击也不会产生火花从而起火；并且通过蒙乃尔合金可防止撞击阀体1限位部位而产生火星的危险，保障阀门的开启高度高于通道线，保证了阀门的可靠性。

所述支架螺栓9和阀体1通过阀体1内腔凸台上的螺纹相连接，从而使支架8固定于阀体1内腔的凸台处。拧紧支架螺栓9后用镍基焊条焊接支架螺栓9于支架8上。防止阀门频繁开关时支架螺栓9松动、掉落，而使支架8浮动或掉落，进而使阀门内部部件全部掉落，高温高压氧气阀门失效；并且支架螺栓9还有调节密封副接触面积的功能，可消除由于加工误差等原因引起的密封副无法切合的问题。

一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀的铸造工艺，其工艺流程为：设计保证铸件严格实现“顺序凝固”的铸造工艺、设计严格防止浇注时铸型中冲刷脏物卷入合金液铸件中的浇注系统、用工艺出品率校核铸件的致密度,采用防止阀体铸造时产生裂纹的树脂砂铸造技术。主要包括模型成型、镍基合金的冶炼、阀体的浇注、铸后处理工艺，具体如下：

（1）模型成型工艺：采用酚醛树脂砂造型和制芯，为防止粘砂而影响氧气阀门内腔的光洁度，砂芯用耐火度高的铬矿砂，并釆用醇基快干涂料。合箱前铸型和砂芯进红外线炉烘干，以防止铸件产生气孔；内浇道用耐火陶管，且不能冲击铸型和砂芯，以防铸件产生渣孔和砂眼；

在设计模型成型工艺时要对阀体三个端法兰及阀座热节区分别设计带保温套的明冒口, 严格地将CW6MC铸件的铸造“工艺出品率”严格限制在40%、41%、42%左右（CW6MC合金铸造性能差，工艺出品率保证在此范围内才能保证铸造时有足量的浇注液来保证铸件的质量，以确保铸件的致密度）；计算铸件工艺出品率N(%)公式为:

明冒口便于排气和浇注后期从冒口中补浇热，补浇热的合金液严格控制浇注顺序,以达到铸件严格按“顺序凝固”，以保证铸件不产生缩孔和缩松，从而获得无铸造缺陷的铸件。这是镍基合金铸造的一个重要发明。并且在能放冷铁的部位均放置隔砂外冷铁,所放外冷铁重量应不低于铸件重量的35%。浇注前铸型必须彻底干燥。

（2）镍基合金的冶炼工艺：冶炼CW6MC合金时，采用先进的真空精炼炉精炼，保证了合金的纯净。

采用真空直读光谱仪对不同时期镍基合金进行化学成分精确分析,在确保化学成分符合相应标准要求时才出炉，采用插入式热电偶测温,保证出炉温度符合相应标准要求时才能出炉。

（3）阀体浇注工艺：阀体浇注系统采用热型、底注法以保证砂芯浇注时型腔内气体能顺畅排出,内浇道用耐火陶管, 并且引入金属液不得冲刷。合金液浇至明冒口高度的二分之一后,不再从浇注系统中浇注,改为从远离内浇口的中法兰及阀座冒口中浇注；浇注15分钟后再用高温合金液分别从四个冒口中补浇一次；这样补浇的热金属液不断为冒口提供了高温金属液,从而提供了补缩的动压力,以保证铸件不会出现任何缩孔及缩松。

（4）铸后处理：CW6MC镍基合金的裂纹倾向较大,为了防止切割铸件的浇道和冒口时产生的微小裂纹扩展到铸件内部,因此采用等离子弧快速切割,且冒口的切口要高出铸件本体10mm以上,然后再用电弧气刨修整及机械打磨成设计图纸要求的形状。

通过以上各工艺流程的共同作用，使阀门铸件符合工况要求，从根本上保障了阀门的安全可靠性，并使生产高参数铸造氧气阀门成为可能。

采用所述铸造工艺生产的止回阀的质量指标详见表1~2。

1、阀门主要部件化学成分检测数据

由以上表格可以看出成品检测时其化学成分的测量值均完全符合标准的要求，从根本上保证了产品的优质性。

2、阀门机械性能和密封检测等：

以上表格显示出了，整台阀门的密封性能和机械性能完全符合并已高出了标准的要求，制造出的产品符合工况的要求；充分体现了对本类产品的制造能力。

Claims (4)

1.一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀，包括阀体、阀体通过八角密封垫和阀盖密封连接，阀体腔内设有支架，摇杆一端和支架转动连接，另一端连接阀瓣，阀瓣通过密封圈和阀体密封，其特征在于：所述阀体（1）由CW6MC合金铸造制得，在设计压力≥900LB、温度≥400℃、口径DN≥100mm、氧纯度≥99.5%工况下安全运行；所述阀瓣（3）通过密封圈（4）和阀体（1）密封，该密封圈（4）和阀瓣（3）之间采用机械式双重固定结构；所述阀瓣（3）上设有燕尾槽，该燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸环面（3-1）；所述密封圈（4）在和燕尾槽槽底接触的面上设有塑性变形槽（4-1），密封圈（4）和燕尾槽槽边接触的面为切合斜面（3-2）；密封圈（4）双面塑性变形压入阀瓣（3）的燕尾槽中形成第一重紧固，并碾压阀瓣（3）本体使阀瓣（3）上的凸环面（3-1）紧固密封圈（4）上的切合斜面，从而形成第二重紧固。

2.根据权利要求1所述的一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀，其特征在于：所述摇杆（2）和阀体（1）的接触部位堆焊Monel合金。

3.根据权利要求1所述的一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀，其特征在于：所述支架（8）通过支架螺栓（9）安装；安装好后，该支架螺栓（9）用镍基焊条焊接于支架（8）上。

4.根据权利要求1所述的一种CW6MC合金高温高压氧气止回阀的铸造工艺，其工艺流程为： 模型成型、镍基合金的冶炼、阀体的浇注、铸后处理，其特征在于：所述铸造工艺具体如下：

（1）模型成型：采用酚醛树脂砂造型和制芯，砂芯用耐火度高的铬矿砂，并釆用醇基快干涂料；合箱前铸型和砂芯进行红外线炉烘干；内浇道用耐火陶管，且不能冲击铸型和砂芯；

对阀体三个端法兰及阀座热节区分别设计带保温套的明冒口,将CW6MC合金铸件的铸造工艺出品率限制在40%～42%，明冒囗便于排气和浇注后期从冒口中补浇热，并且在能放冷铁的部位均放置隔砂外冷铁,所放外冷铁重量应不低于铸件重量的35%；浇注前铸型必须彻底干燥；

（2）镍基合金的冶炼：冶炼CW6MC合金时，采用真空精炼炉精炼，保证合金的纯净；采用真空直读光谱仪对不同时期镍基合金进行化学成分精确分析,在确保化学成分符合相应标准要求时才出炉，采用插入式热电偶测温,保证出炉温度符合相应标准要求时才能出炉；

（3）阀体浇注：阀体浇注系统采用热型、底注法以保证砂芯浇注时型腔内气体能顺畅排出,内浇道用耐火陶管, 并且引入金属液不得冲刷；合金液浇至明冒口高度的二分之一后,不再从浇注系统中浇注,改为从远离内浇口的中法兰及阀座冒口中浇注；浇注15分钟后再用高温合金液分别从四个冒口中补浇一次；这样补浇的热金属液不断为冒口提供了高温金属液,从而提供了补缩的动压力,以保证铸件不会出现任何缩孔及缩松；

（4）铸后处理：用等离子弧快速切割铸件的浇道和冒口，且冒口的切口要高出铸件本体10mm以上,然后再用电弧气刨修整及机械打磨成设计图纸要求的形状。