Cw6mc合金高溫高壓氧氣止回閥及其鑄造工藝的製作方法
2023-07-28 14:29:36
Cw6mc合金高溫高壓氧氣止回閥及其鑄造工藝的製作方法
【專利摘要】一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其閥瓣上設有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用於第二重密封的凸環面；所述密封圈在和燕尾槽槽底接觸的面上設有塑性變形槽，密封圈和燕尾槽槽邊接觸的面為切合斜面；密封圈雙麵塑性變形壓入閥瓣的燕尾槽中形成第一重緊固，並碾壓閥瓣本體使閥瓣上的凸環面緊固密封圈上的切合斜面，從而形成第二重緊固。本發明在設計壓力≥900LB、溫度≥400℃、口徑DN≥100mm、氧純度≥99.5%工況下安全運行。
【專利說明】CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥及其鑄造工藝
【技術領域】
[0001] 本發明屬閥門製造【技術領域】，具體涉及一種高溫高壓純氧工況的煤制氫裝置及其 他高溫高壓純氧工況用CW6MC材質止回閥。
【背景技術】
[0002] 在石油化工、航空航天及煤化工等領域，需要大量使用高純度高壓力的氧氣，由於 氧氣助燃易爆，所以氧氣管路必須使用專用的閥門。氧氣專用閥門的材料、結構設計、鑄造 工藝和製造質量等都有嚴格要求，且鎳基合金CW6MC材質的鑄造性能差，主要表現在鎳基 合金的吸氣傾向極大，對鑄型要求嚴格，進一步增加了閥門的製造難度，高參數氧氣閥門 的安全性很難保證。因此，此類閥門一直依賴進口，但隨著我國工業的迅速發展，以及航空 航天等領域的地位提升，進口的閥門在口徑、壓力等參數上已經無法滿足國內氧氣系統對 高參數氧氣閥門的需要。
【發明內容】
[0003] 本發明提供了一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥及其鑄造工藝，解決了高參 數：壓力彡9001b、口徑DN彡100mm、溫度彡400°C、氧氣純度彡99. 5%下氧氣管路用止回閥 的安全性問題。
[0004] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案是： 一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，包括閥體、閥體通過八角密封墊和閥蓋密封 連接，閥體腔內設有支架，搖杆一端和支架轉動連接，另一端連接閥瓣，閥瓣通過密封圈 和閥體密封，所述閥體由CW6MC合金鍛造製得，在設計壓力彡900LB、溫度彡400°C、口徑 DN彡100mm、氧純度彡99. 5%工況下安全運行。
[0005] 所述閥瓣通過密封圈和閥體密封，該密封圈和閥瓣之間採用機械式雙重固定結 構。
[0006] 所述閥瓣上設有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用於第二重密封的凸環面；所述密封 圈在和燕尾槽槽底接觸的面上設有塑性變形槽，密封圈和燕尾槽槽邊接觸的面為切合斜 面；密封圈雙麵塑性變形壓入閥瓣的燕尾槽中形成第一重緊固，並碾壓閥瓣本體使閥瓣上 的凸環面緊固密封圈上的切合斜面，從而形成第二重緊固。
[0007] 所述搖杆和閥體的接觸部位堆焊Monel合金。
[0008] 所述支架通過支架螺栓安裝；安裝好後，該支架螺栓用鎳基焊條焊接於支架上。
[0009] 一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥的鑄造工藝，其工藝流程為：模型成型、鎳 基合金的冶煉、閥體的澆注、鑄後處理，所述鑄造工藝具體如下： (1)模型成型：採用酚醛樹脂砂造型和制芯，砂芯用耐火度高的鉻礦砂，並釆用醇基快 幹塗料；合箱前鑄型和砂芯進行紅外線爐烘乾；內澆道用耐火陶管，且不能衝擊鑄型和砂 -H- 心； 對閥體三個端法蘭及閥座熱節區分別設計帶保溫套的明冒口，將CW6MC合金鑄件的鑄 造工藝出品率限制在40%?42%，明冒口便於排氣和澆注後期從冒口中補澆熱，並且在能放 冷鐵的部位均放置隔砂外冷鐵，所放外冷鐵重量應不低於鑄件重量的35% ;澆注前鑄型必 須徹底乾燥； (2) 鎳基合金的冶煉：冶煉CW6MC合金時，採用真空精煉爐精煉，保證合金的純淨；採 用真空直讀光譜儀對不同時期鎳基合金進行化學成分精確分析，在確保化學成分符合相 應標準要求時才出爐，採用插入式熱電偶測溫，保證出爐溫度符合相應標準要求時才能出 爐； (3) 閥體澆註：閥體澆注系統採用熱型、底注法以保證砂芯澆注時型腔內氣體能順暢 排出，內澆道用耐火陶管，並且引入金屬液不得衝刷；合金液澆至明冒口高度的二分之一 後，不再從澆注系統中澆注，改為從遠離內澆口的中法蘭及閥座冒口中澆注；澆注15分鐘 後再用高溫合金液分別從四個冒口中補澆一次；這樣補澆的熱金屬液不斷為冒口提供了高 溫金屬液，從而提供了補縮的動壓力，以保證鑄件不會出現任何縮孔及縮松。
[0010] (4)鑄後處理：用等離子弧快速切割鑄件的澆道和冒口，且冒口的切口要高出鑄件 本體IOmm以上，然後再用電弧氣刨修整及機械打磨成設計圖紙要求的形狀。
[0011] 本發明的成功研製屬國內首創，並解決了美國福斯公司花了 8個多月的時間，生 產了 3次鑄件均報廢的難題。從而使國產高參數氧氣閥門的安全性得到了保障。
[0012] 本發明可應用於高溫高壓純氧工況的煤制氫裝置及其他高溫高壓純氧工況系 統，為我國高參數氧氣系統(設計壓力彡9001b、口徑DN彡100mm、溫度彡400°C、氧氣純度 > 99. 5%)用止回閥的製造奠定了基礎，填補了國內的空白。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的整體結構示意圖； 圖中：1-閥體，2-搖杆，3-閥瓣，4-閥瓣紫銅墊密封圈，5-防靜電螺塞，6-螺塞墊，7-銷 軸，8-支架，9-支架螺栓，10-八角墊，11-螺柱，12-螺母，13-閥蓋，14-吊環螺母，15-〃禁 油〃牌； 圖2為本發明密封圈雙重固定示意圖； 圖3為本發明搖杆堆焊蒙乃爾合金示意圖； 圖4為本發明支架螺栓焊接於支架示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0015] 一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，包括閥體1、閥體1通過八角密封墊10和閥 蓋13密封連接，閥體1腔內設有支架8,搖杆2 -端和支架8通過銷軸7轉動連接，另一端 連接閥瓣3,閥瓣3通過密封圈4和閥體1密封，所述閥體1由CW6MC合金鍛造製得，在設計 壓力彡9001b、口徑DN彡100mm、溫度彡400°C、氧氣純度彡99. 5%工況下安全運行。
[0016] 所述閥瓣3通過密封圈4和閥體1密封，該密封圈4和閥瓣3之間採用機械式雙 重固定結構。
[0017] 所述閥瓣3上設有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用於第二重密封的凸環面3-1 ;所述 密封圈4在和燕尾槽槽底接觸的面上設有塑性變形槽4-1，密封圈4和燕尾槽槽邊接觸的面 為切合斜面3-2 ;密封圈4雙麵塑性變形壓入閥瓣3的燕尾槽中形成第一重緊固，並碾壓閥 瓣3本體使閥瓣3上的凸環面3-1緊固密封圈4上的切合斜面3-2,從而形成第二重緊固。 通過以上雙重緊固結構，使密封圈4完全固定在閥瓣3內；即使閥門不斷開關，密封圈4也 不會因劇烈撞擊而掉落。保證了閥門密封的可靠性；提高了閥門的安全性。
[0018] 閥瓣3採用鍛造的具有極佳阻燃材料的Monel400,閥瓣3的密封面處鑲嵌防撞擊 起火花的紫銅密封圈4。消除了焊接密封面時的焊接應力問題，並解決了高溫高壓氧氣止回 閥的密封面相互撞擊易起火的問題，保障了閥門的安全運行。
[0019] 所述搖杆2和閥體1的接觸部位堆焊彡3mm的蒙乃爾（Monel)合金，以保證當閥 門完全開啟時搖杆2和閥體1相接觸部位為抗阻燃性極好的蒙乃爾合金，即使閥門迅速開 啟，搖杆2和閥體1劇烈撞擊也不會產生火花從而起火；並且通過蒙乃爾合金可防止撞擊閥 體1限位部位而產生火星的危險，保障閥門的開啟高度高於通道線，保證了閥門的可靠性。
[0020] 所述支架螺栓9和閥體1通過閥體1內腔凸臺上的螺紋相連接，從而使支架8固 定於閥體1內腔的凸臺處。擰緊支架螺栓9後用鎳基焊條焊接支架螺栓9於支架8上。防 止閥門頻繁開關時支架螺栓9鬆動、掉落，而使支架8浮動或掉落，進而使閥門內部部件全 部掉落，高溫高壓氧氣閥門失效；並且支架螺栓9還有調節密封副接觸面積的功能，可消除 由於加工誤差等原因引起的密封副無法切合的問題。
[0021] 一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥的鑄造工藝，其工藝流程為：設計保證鑄件 嚴格實現"順序凝固"的鑄造工藝、設計嚴格防止澆注時鑄型中衝刷髒物捲入合金液鑄件中 的澆注系統、用工藝出品率校核鑄件的緻密度，採用防止閥體鑄造時產生裂紋的樹脂砂鑄 造技術。主要包括模型成型、鎳基合金的冶煉、閥體的澆注、鑄後處理工藝，具體如下： (1)模型成型工藝：採用酚醛樹脂砂造型和制芯，為防止粘砂而影響氧氣閥門內腔的光 潔度，砂芯用耐火度高的鉻礦砂，並釆用醇基快幹塗料。合箱前鑄型和砂芯進紅外線爐烘 幹，以防止鑄件產生氣孔；內澆道用耐火陶管，且不能衝擊鑄型和砂芯，以防鑄件產生渣孔 和砂眼； 在設計模型成型工藝時要對閥體三個端法蘭及閥座熱節區分別設計帶保溫套的明冒 口，嚴格地將CW6MC鑄件的鑄造"工藝出品率"嚴格限制在40%、41%、42%左右（CW6MC合金 鑄造性能差，工藝出品率保證在此範圍內才能保證鑄造時有足量的澆注液來保證鑄件的質 量，以確保鑄件的緻密度）；計算鑄件工藝出品率N(%)公式為： N(°/〇)= 明冒口便於排氣和澆注後期從冒口中補澆熱，補澆熱的合金液嚴格控制澆注順序，以 達到鑄件嚴格按"順序凝固"，以保證鑄件不產生縮孔和縮松，從而獲得無鑄造缺陷的鑄件。 這是鎳基合金鑄造的一個重要發明。並且在能放冷鐵的部位均放置隔砂外冷鐵，所放外冷 鐵重量應不低於鑄件重量的35%。澆注前鑄型必須徹底乾燥。
[0022] (2)鎳基合金的冶煉工藝：冶煉CW6MC合金時，採用先進的真空精煉爐精煉，保證 了合金的純淨。
[0023] 採用真空直讀光譜儀對不同時期鎳基合金進行化學成分精確分析，在確保化學 成分符合相應標準要求時才出爐，採用插入式熱電偶測溫，保證出爐溫度符合相應標準要 求時才能出爐。
[0024] (3)閥體澆注工藝：閥體澆注系統採用熱型、底注法以保證砂芯澆注時型腔內氣體 能順暢排出，內澆道用耐火陶管，並且引入金屬液不得衝刷。合金液澆至明冒口高度的 二分之一後，不再從澆注系統中澆注，改為從遠離內澆口的中法蘭及閥座冒口中澆注；澆 注15分鐘後再用高溫合金液分別從四個冒口中補澆一次；這樣補澆的熱金屬液不斷為冒 口提供了高溫金屬液，從而提供了補縮的動壓力，以保證鑄件不會出現任何縮孔及縮松。
[0025] (4)鑄後處理：CW6MC鎳基合金的裂紋傾向較大，為了防止切割鑄件的澆道和冒口 時產生的微小裂紋擴展到鑄件內部，因此採用等離子弧快速切割，且冒口的切口要高出鑄 件本體IOmm以上，然後再用電弧氣刨修整及機械打磨成設計圖紙要求的形狀。
[0026] 通過以上各工藝流程的共同作用，使閥門鑄件符合工況要求，從根本上保障了閥 門的安全可靠性，並使生產高參數鑄造氧氣閥門成為可能。
[0027] 採用所述鑄造工藝生產的止回閥的質量指標詳見表廣2。
[0028] 1、閥門主要部件化學成分檢測數據
【權利要求】
1. 一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，包括閥體、閥體通過八角密封墊和閥蓋密封 連接，閥體腔內設有支架，搖杆一端和支架轉動連接，另一端連接閥瓣，閥瓣通過密封圈和 閥體密封，其特徵在於：所述閥體（1)由CW6MC合金鍛造製得，在設計壓力彡900LB、溫度 彡400°C、口徑DN彡100mm、氧純度彡99. 5%工況下安全運行。
2. 根據權利要求1所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特徵在於：所述閥 瓣（3)通過密封圈（4)和閥體（1)密封，該密封圈（4)和閥瓣（3)之間採用機械式雙重固定 結構。
3. 根據權利要求2所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特徵在於：所述閥 瓣（3)上設有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用於第二重密封的凸環面（3-1);所述密封圈（4) 在和燕尾槽槽底接觸的面上設有塑性變形槽（4-1)，密封圈（4)和燕尾槽槽邊接觸的面為 切合斜面（3-2);密封圈（4)雙麵塑性變形壓入閥瓣（3)的燕尾槽中形成第一重緊固，並碾 壓閥瓣（3)本體使閥瓣（3)上的凸環面（3-1)緊固密封圈（4)上的切合斜面，從而形成第二 重緊固。
4. 根據權利要求1所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特徵在於：所述搖 杆（2)和閥體（1)的接觸部位堆焊Monel合金。
5. 根據權利要求1所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特徵在於：所述支 架（8 )通過支架螺栓（9 )安裝；安裝好後，該支架螺栓（9 )用鎳基焊條焊接於支架（8 )上。
6. -種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥的鑄造工藝，其工藝流程為：模型成型、鎳基 合金的冶煉、閥體的澆注、鑄後處理，其特徵在於：所述鑄造工藝具體如下： (1) 模型成型：採用酚醛樹脂砂造型和制芯，砂芯用耐火度高的鉻礦砂，並釆用醇基快 幹塗料；合箱前鑄型和砂芯進行紅外線爐烘乾；內澆道用耐火陶管，且不能衝擊鑄型和砂 心； 對閥體三個端法蘭及閥座熱節區分別設計帶保溫套的明冒口，將CW6MC合金鑄件的鑄 造工藝出品率限制在40%?42%，明冒口便於排氣和澆注後期從冒口中補澆熱，並且在能放 冷鐵的部位均放置隔砂外冷鐵，所放外冷鐵重量應不低於鑄件重量的35% ;澆注前鑄型必 須徹底乾燥； (2) 鎳基合金的冶煉：冶煉CW6MC合金時，採用真空精煉爐精煉，保證合金的純淨；採 用真空直讀光譜儀對不同時期鎳基合金進行化學成分精確分析，在確保化學成分符合相 應標準要求時才出爐，採用插入式熱電偶測溫，保證出爐溫度符合相應標準要求時才能出 爐； (3) 閥體澆註：閥體澆注系統採用熱型、底注法以保證砂芯澆注時型腔內氣體能順暢 排出，內澆道用耐火陶管，並且引入金屬液不得衝刷；合金液澆至明冒口高度的二分之一 後，不再從澆注系統中澆注，改為從遠離內澆口的中法蘭及閥座冒口中澆注；澆注15分鐘 後再用高溫合金液分別從四個冒口中補澆一次；這樣補澆的熱金屬液不斷為冒口提供了高 溫金屬液，從而提供了補縮的動壓力，以保證鑄件不會出現任何縮孔及縮松； (4) 鑄後處理：用等離子弧快速切割鑄件的澆道和冒口，且冒口的切口要高出鑄件本體 1〇_以上，然後再用電弧氣刨修整及機械打磨成設計圖紙要求的形狀。
【文檔編號】F16K27/02GK104455573SQ201410744923
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】陳清流, 樂精華, 陳文鑫, 李曉剛 申請人:蘭州高壓閥門有限公司