張永占，韓玉川，陳振國
(安陽鋼鐵股份有限公司)
摘 要：通過對干熄焦旋轉(zhuǎn)密封閥的結(jié)構(gòu)分析和原理說明，針對存在的問題提出合適的修復方法、材料和加工工藝，形成了一套完整的修復技術(shù)，實施后保障了設備運行。
關鍵詞：干熄焦；密封閥修復；技術(shù)
0 前言
旋轉(zhuǎn)密封閥是干熄焦排焦系統(tǒng)的重要組成部分，其位置在干熄爐底部焦炭出口的電磁振動給料器下部，在驅(qū)動裝置的動力下帶動轉(zhuǎn)子按規(guī)定的方向旋轉(zhuǎn)，將焦炭連續(xù)排出，即能連續(xù)定量的排料，又具有良好的密封性和耐磨性。可以有效控制干熄爐內(nèi)的循環(huán)氣體和粉塵的外泄，穩(wěn)定爐內(nèi)氣壓。這種密閉的結(jié)構(gòu)決定了旋轉(zhuǎn)密封閥的修復難度，其難點主要在于轉(zhuǎn)子刃的堆焊加工和襯板材料的選擇上，通過研究，確立了堆焊加工工藝，選取了合適的材料，滿足了修復需要。
1 修復前出現(xiàn)的問題
本次修復的旋轉(zhuǎn)密封閥型號為QJXZ75－2，轉(zhuǎn)子直徑為1 800 mm，轉(zhuǎn)子寬為1 332 mm，轉(zhuǎn)速為2 r /min～6 r /min，環(huán)境溫度為200 ℃左右，排焦能力為75 t /h。
修復前主要有以下問題: ( 1) 入料口軟連接螺栓缺失、軟連接老化、漏風漏料; ( 2) 葉片局部磨損，部分損壞嚴重; ( 3) 殼體內(nèi)部的襯板部分生銹、部分脫落; ( 4) 兩端面密封不同程度的漏風; ( 5) 軸承及軸承密封損壞，保持架脫落，噪音大; ( 6) 各潤滑油管及分配器堵塞，油脂無法順暢到達被潤滑部位;( 7) 臺車車輪及軸承等部件部分缺失; ( 8) 外部防護欄桿局部缺失，需要重新加裝、清洗、噴漆; ( 9) 殼體外部防腐材料脫落。
2 旋轉(zhuǎn)密封閥的結(jié)構(gòu)分析
根據(jù)從外到里，從簡單到復雜的原則，逐步解體旋轉(zhuǎn)密封閥。結(jié)合搜集到的材料，確定密封閥結(jié)構(gòu)有閥體、轉(zhuǎn)子、密封副、下料槽、機架、臺車、驅(qū)動裝置和自動給脂潤滑裝置等及部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 旋轉(zhuǎn)密封閥的工作原理
通過深入焦化生產(chǎn)現(xiàn)場和解體的機構(gòu)分析，認為旋轉(zhuǎn)密封閥在旋轉(zhuǎn)過程中，焦炭經(jīng)各個隔倉由上至下均勻排出，為減少干熄爐內(nèi)氣體介質(zhì)外漏，需控制轉(zhuǎn)子刃及機體內(nèi)壁的間隙，間隙越小，干熄爐內(nèi)氣體介質(zhì)外漏量也就越小。轉(zhuǎn)子端面密封采用軟硬結(jié)合的密封結(jié)構(gòu)。密封副為一組銅環(huán)，由彈簧壓緊并能自動補償間隙誤差，密封副之間由自動給脂裝置定量給脂保證潤滑，限度的減小磨損。為防止粉塵進入，在閥體兩側(cè)軸承箱內(nèi)設計有氣體輔助密封，使干熄爐內(nèi)高溫含塵氣體不能進入軸承箱，改善了軸承和密封環(huán)的工作環(huán)境，能夠有效的防止軸承溫度升高，減少密封環(huán)磨損。保證端面密封裝置正常運行。
為滿足連續(xù)密閉排焦功能，干熄焦旋轉(zhuǎn)密封閥轉(zhuǎn)子內(nèi)部為12 組葉片，轉(zhuǎn)子兩端支撐在閥體軸承箱內(nèi)［1］。轉(zhuǎn)子驅(qū)動軸端與減速機相連，閥體上口內(nèi)設調(diào)節(jié)刀，能有效防止卡料，閥體下口與下料槽相連，下料槽設有積窩，可存積焦炭，使焦炭在排除過程中形成料磨料，使落料盡量不接觸機體，限度的減少磨損，以保護機體鋼結(jié)構(gòu)。工作過程如圖2 所示。
閥體、轉(zhuǎn)子、下料槽和驅(qū)動裝置組裝成一體置于臺車上，臺車下設有四個輪子。
4 根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)和工作原理，確定修復材料
轉(zhuǎn)子刃口采用特種高硬度、高耐磨、高碳高釩高速工具鋼。( 釩含量一般在3%以上、碳含量在1.2%以上、熱處理后具有很高耐磨性的高速鋼)轉(zhuǎn)子葉片表面、閥體內(nèi)表面及下料槽內(nèi)表面采用高耐磨襯板。此種高耐磨襯板是在普通鋼板或耐熱鋼板、不銹鋼板上堆焊形成以體積分數(shù)達到50%以上Cr7C3 碳化物為主的合金耐磨層［2］，其密度≥3.6 g /cm3，洛氏硬度≥85 HＲC，壓強度≥850 MPa，斷裂韌性KIC ≥4.8 MPa . m1/2，抗彎強度≥290 MPa，導熱系數(shù)為20 W/m.K; 熱膨脹系數(shù)為7.2×10－6 m/m.K。
密封閥入料口采用高鉻鑄鐵，是含鉻量在12%～28%之間的鉻系白口鑄鐵，由于鉻的大量加入使得白口鐵中的M3C 型碳化物變成M7C3 型碳化物。這種合金碳化物很硬，賦予了高鉻鑄鐵良好的耐磨性。另一方面，在凝固過程中M7C3 型碳化物呈桿狀孤立分布，使得高鉻鑄鐵的韌性有了一定程度的改善。
密封副部位為高錳耐磨鋼。其含碳量高，碳的質(zhì)量分數(shù)達C = 0.9%～1.45%，Mn = 11%～14%，是抵抗強沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的佳選擇，具有其它耐磨材料無法比擬的加工硬化特性。
在較大沖擊或較大接觸應力的?用下，高錳鋼板表層產(chǎn)生加工硬化，表面硬度由HB200 迅速提升到HB500 以上，從而產(chǎn)生高耐磨的表面層，而鋼板內(nèi)層奧氏體仍保持良好的沖擊韌性，是作為密封副部位的佳材料。
密封環(huán)為鑄造錫青銅。是以錫為主要合金元素的青銅。含錫量一般在3%～ 14%之間，有時還添加磷、鉛、鋅等元素。磷是良好的脫氧劑，還能改善流動性和耐磨性。錫青銅中加鉛可改善可切削性和耐磨性，加鋅可改善鑄造性能。這種合金具有較高的力學性能、減磨性能和耐蝕性，易切削加工，釬焊和焊接性能好，收縮系數(shù)小，無磁性。是密封環(huán)的首選材料。
閥門主體采用低碳合金結(jié)構(gòu)鋼。具有較高的抗拉強度和屈強，適合做閥門基材。
5 制定完善的修復方案
5.1 人員配置
由于該修復項目技術(shù)難度高，材料應用復雜，加工安裝調(diào)整精度高，過程跟蹤及現(xiàn)場協(xié)調(diào)相當重要，故設置兩名工程師以上專業(yè)技術(shù)人員為項目負責人，牽頭組建修復隊伍( 含兩名經(jīng)驗豐富的裝配鉗工) ，全權(quán)負責該修復項目的實施。
5.2 設備配置
埋弧焊( 用于簡單磨損面的堆焊) ; 大型數(shù)控龍門銑［3］、數(shù)控鏜床、6.3 m 立式車床( 用于堆焊后的機械加工) ; 空氣壓縮機( 用于壓力試驗) ; 自動給脂泵( 用于壓力試驗時潤滑脂的充分供應) ; 動力傳動裝置( 用于修復后檢驗各項參數(shù)) 。輔助工器具( 用于拆解閥體及回裝) 。
5.3 工裝準備
閥體進料口試驗盲板及接口裝置; 閥體左右密閉腔試驗法蘭及連接裝置; 移動式自動給脂泵裝置;1: 1 動力傳動裝置; 閥體拆解所必須的工具。
5.4 修復過程
( 1) 旋轉(zhuǎn)密封閥進入修復現(xiàn)場后，首先對閥體所有部位及拆解過程進行全程方位拍照、存檔，以確保備件整體的完整性，發(fā)現(xiàn)問題能夠及時溯源，便于查找原因。
( 2) 閥體拆解前首先打開兩端密封腔觀察孔，看密封環(huán)及壓緊彈簧處是否干凈整潔，若干凈整潔證明密封環(huán)密封完好，閥體內(nèi)部灰塵沒有進入密封腔。修復相對簡單，若有明顯浮灰，證明密封環(huán)已失效，修復難度較大。根據(jù)觀察情況確定是否更換密封環(huán)，并做好觀察記錄。
( 3) 安排專人拆解閥體，除銹、清灰、打磨、使設備恢復本色，拆解過程注意零部件的標示及松緊程度的掌握，以便修復后回裝時提高效率。
( 4) 檢查更換入口處軟連接，若軟連接失效，更換新的軟連接。
( 5) 對葉片磨損部位進行堆焊處理，堆焊完成后，所有葉片在立式車床上整體加工，保證葉片與閥體之間的間隙滿足要求。
( 6) 對所有襯板進行檢查，能修復的堆焊修磨，不能修復的測繪制作，更換新的。
( 7) 對各處密封面進行檢查，能修復則修復，不能修復換新。
( 8) 對各潤滑密封油路及分配器進行疏通清理，保證潤滑充分，必要時更換油路分配器。
( 9) 對各軸承及軸承密封進行檢查清洗，必要時更新，確保正常使用。
( 10) 對臺車本體和閥體本體進行適用性和安全性檢查，確保安全可靠。恢復損壞的欄桿防護。
( 11) 對入料口及密封腔進行試壓。
( 12) 用戶初步驗收，提出整改意見。
( 13) 對用戶提出的問題進行整改。
( 14) 進行各項壓力試驗，整理修復過程及參數(shù)。
( 15) 刷漆，出廠( 附相關技術(shù)文件) 。
( 16) 技術(shù)文件歸檔，工裝器具封存以備再次使用。
6 修復標準確定并通過驗收
整體靜態(tài)密封試驗: 氣壓為11 000 Pa，靜置30 min，用肥皂水涂在要檢查的法蘭、閥體等部位，確認無泄漏。
入口試驗: 轉(zhuǎn)子內(nèi)通入5 500 Pa 的壓縮空氣，空氣流量小于1 000 m3 /h ～1 600 m3 /h。
兩側(cè)密封腔試驗: 兩側(cè)密封腔內(nèi)通入10 000 Pa的壓縮空氣，轉(zhuǎn)子按要求勻速轉(zhuǎn)動，自動給脂裝置正常工作，氣腔內(nèi)壓力波動小于2 000 Pa，空氣流量為120 m3 /h ～200 m3 /h。
按此驗收標準，對修復好的旋轉(zhuǎn)密封閥進行驗收，參數(shù)見表1。
7 結(jié)語
通過本次旋轉(zhuǎn)密封閥修復技術(shù)研究，相關專業(yè)技術(shù)人員了解了75 t 級旋轉(zhuǎn)密封閥的損壞特點和規(guī)律，掌握了完整的修復技術(shù)，并取得了良好的效果，為公司干熄焦設備的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)提供了技術(shù)保障。
8 參考文獻
［1］ 闌文友．冶金機械安裝［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，1997: 200．
［2］ 濮良貴．機械設計［M］．北京: 高等教育出版社，2004: 98－100．
［3］ 王愛玲．機床數(shù)控技術(shù)［M］．北京: 高等教育出版社，2009: 73－74．
來源：《河南冶金》
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