Cw6mc合金高溫高壓氧氣止回閥及其鑄造工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其閥瓣上設(shè)有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸環(huán)面；所述密封圈在和燕尾槽槽底接觸的面上設(shè)有塑性變形槽，密封圈和燕尾槽槽邊接觸的面為切合斜面；密封圈雙面塑性變形壓入閥瓣的燕尾槽中形成第一重緊固，并碾壓閥瓣本體使閥瓣上的凸環(huán)面緊固密封圈上的切合斜面，從而形成第二重緊固。本發(fā)明在設(shè)計(jì)壓力≥900LB、溫度≥400℃、口徑DN≥100mm、氧純度≥99.5%工況下安全運(yùn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥及其鑄造工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬閥門(mén)制造【技術(shù)領(lǐng)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(zhì)止回閥。

【背景技術(shù)】
[0002] 在石油化工、航空航天及煤化工等領(lǐng)域，需要大量使用高純度高壓力的氧氣，由于 氧氣助燃易爆，所以氧氣管路必須使用專(zhuān)用的閥門(mén)。氧氣專(zhuān)用閥門(mén)的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鑄造 工藝和制造質(zhì)量等都有嚴(yán)格要求，且鎳基合金CW6MC材質(zhì)的鑄造性能差，主要表現(xiàn)在鎳基 合金的吸氣傾向極大，對(duì)鑄型要求嚴(yán)格，進(jìn)一步增加了閥門(mén)的制造難度，高參數(shù)氧氣閥門(mén) 的安全性很難保證。因此，此類(lèi)閥門(mén)一直依賴進(jìn)口，但隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，以及航空 航天等領(lǐng)域的地位提升，進(jìn)口的閥門(mén)在口徑、壓力等參數(shù)上已經(jīng)無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)氧氣系統(tǒng)對(duì) 高參數(shù)氧氣閥門(mén)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)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(shù)：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(wèn)題。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(guò)八角密封墊和閥蓋密封 連接，閥體腔內(nèi)設(shè)有支架，搖桿一端和支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端連接閥瓣，閥瓣通過(guò)密封圈 和閥體密封，所述閥體由CW6MC合金鍛造制得，在設(shè)計(jì)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(yùn)行。
[0005] 所述閥瓣通過(guò)密封圈和閥體密封，該密封圈和閥瓣之間采用機(jī)械式雙重固定結(jié) 構(gòu)。
[0006] 所述閥瓣上設(shè)有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸環(huán)面；所述密封 圈在和燕尾槽槽底接觸的面上設(shè)有塑性變形槽，密封圈和燕尾槽槽邊接觸的面為切合斜 面；密封圈雙面塑性變形壓入閥瓣的燕尾槽中形成第一重緊固，并碾壓閥瓣本體使閥瓣上 的凸環(huán)面緊固密封圈上的切合斜面，從而形成第二重緊固。
[0007] 所述搖桿和閥體的接觸部位堆焊Monel合金。
[0008] 所述支架通過(guò)支架螺栓安裝；安裝好后，該支架螺栓用鎳基焊條焊接于支架上。
[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、鑄后處理，所述鑄造工藝具體如下： (1)模型成型：采用酚醛樹(shù)脂砂造型和制芯，砂芯用耐火度高的鉻礦砂，并釆用醇基快 干涂料；合箱前鑄型和砂芯進(jìn)行紅外線爐烘干；內(nèi)澆道用耐火陶管，且不能沖擊鑄型和砂 -H- 心； 對(duì)閥體三個(gè)端法蘭及閥座熱節(jié)區(qū)分別設(shè)計(jì)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%，明冒口便于排氣和澆注后期從冒口中補(bǔ)澆熱，并且在能放 冷鐵的部位均放置隔砂外冷鐵，所放外冷鐵重量應(yīng)不低于鑄件重量的35% ;澆注前鑄型必 須徹底干燥； (2) 鎳基合金的冶煉：冶煉CW6MC合金時(shí)，采用真空精煉爐精煉，保證合金的純凈；采 用真空直讀光譜儀對(duì)不同時(shí)期鎳基合金進(jìn)行化學(xué)成分精確分析，在確保化學(xué)成分符合相 應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)才出爐，采用插入式熱電偶測(cè)溫，保證出爐溫度符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)才能出 爐； (3) 閥體澆注：閥體澆注系統(tǒng)采用熱型、底注法以保證砂芯澆注時(shí)型腔內(nèi)氣體能順暢 排出，內(nèi)澆道用耐火陶管，并且引入金屬液不得沖刷；合金液澆至明冒口高度的二分之一 后，不再?gòu)臐沧⑾到y(tǒng)中澆注，改為從遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的中法蘭及閥座冒口中澆注；澆注15分鐘 后再用高溫合金液分別從四個(gè)冒口中補(bǔ)澆一次；這樣補(bǔ)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(bǔ)縮的動(dòng)壓力，以保證鑄件不會(huì)出現(xiàn)任何縮孔及縮松。
[0010] (4)鑄后處理：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，然后再用電弧氣刨修整及機(jī)械打磨成設(shè)計(jì)圖紙要求的形狀。
[0011] 本發(fā)明的成功研制屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，并解決了美國(guó)福斯公司花了 8個(gè)多月的時(shí)間，生 產(chǎn)了 3次鑄件均報(bào)廢的難題。從而使國(guó)產(chǎn)高參數(shù)氧氣閥門(mén)的安全性得到了保障。
[0012] 本發(fā)明可應(yīng)用于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(tǒng)，為我國(guó)高參數(shù)氧氣系統(tǒng)(設(shè)計(jì)壓力彡9001b、口徑DN彡100mm、溫度彡400°C、氧氣純度 > 99. 5%)用止回閥的制造奠定了基礎(chǔ)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中：1-閥體，2-搖桿，3-閥瓣，4-閥瓣紫銅墊密封圈，5-防靜電螺塞，6-螺塞墊，7-銷(xiāo) 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(huán)螺母，15-〃禁 油〃牌； 圖2為本發(fā)明密封圈雙重固定示意圖； 圖3為本發(fā)明搖桿堆焊蒙乃爾合金示意圖； 圖4為本發(fā)明支架螺栓焊接于支架示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)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(guò)八角密封墊10和閥 蓋13密封連接，閥體1腔內(nèi)設(shè)有支架8,搖桿2 -端和支架8通過(guò)銷(xiāo)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端 連接閥瓣3,閥瓣3通過(guò)密封圈4和閥體1密封，所述閥體1由CW6MC合金鍛造制得，在設(shè)計(jì) 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(yùn)行。
[0016] 所述閥瓣3通過(guò)密封圈4和閥體1密封，該密封圈4和閥瓣3之間采用機(jī)械式雙 重固定結(jié)構(gòu)。
[0017] 所述閥瓣3上設(shè)有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸環(huán)面3-1 ;所述 密封圈4在和燕尾槽槽底接觸的面上設(shè)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雙面塑性變形壓入閥瓣3的燕尾槽中形成第一重緊固，并碾壓閥 瓣3本體使閥瓣3上的凸環(huán)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(guò)以上雙重緊固結(jié)構(gòu)，使密封圈4完全固定在閥瓣3內(nèi)；即使閥門(mén)不斷開(kāi)關(guān)，密封圈4也 不會(huì)因劇烈撞擊而掉落。保證了閥門(mén)密封的可靠性；提高了閥門(mén)的安全性。
[0018] 閥瓣3采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(shí)的焊接應(yīng)力問(wèn)題，并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(wèn)題，保障了閥門(mén)的安全運(yùn)行。
[0019] 所述搖桿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(dāng)閥 門(mén)完全開(kāi)啟時(shí)搖桿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(mén)迅速開(kāi) 啟，搖桿2和閥體1劇烈撞擊也不會(huì)產(chǎn)生火花從而起火；并且通過(guò)蒙乃爾合金可防止撞擊閥 體1限位部位而產(chǎn)生火星的危險(xiǎn)，保障閥門(mén)的開(kāi)啟高度高于通道線，保證了閥門(mén)的可靠性。
[0020] 所述支架螺栓9和閥體1通過(guò)閥體1內(nèi)腔凸臺(tái)上的螺紋相連接，從而使支架8固 定于閥體1內(nèi)腔的凸臺(tái)處。擰緊支架螺栓9后用鎳基焊條焊接支架螺栓9于支架8上。防 止閥門(mén)頻繁開(kāi)關(guān)時(shí)支架螺栓9松動(dòng)、掉落，而使支架8浮動(dòng)或掉落，進(jìn)而使閥門(mén)內(nèi)部部件全 部掉落，高溫高壓氧氣閥門(mén)失效；并且支架螺栓9還有調(diào)節(jié)密封副接觸面積的功能，可消除 由于加工誤差等原因引起的密封副無(wú)法切合的問(wèn)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(shè)計(jì)保證鑄件 嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)"順序凝固"的鑄造工藝、設(shè)計(jì)嚴(yán)格防止?jié)沧r(shí)鑄型中沖刷臟物卷入合金液鑄件中 的澆注系統(tǒng)、用工藝出品率校核鑄件的致密度，采用防止閥體鑄造時(shí)產(chǎn)生裂紋的樹(shù)脂砂鑄 造技術(shù)。主要包括模型成型、鎳基合金的冶煉、閥體的澆注、鑄后處理工藝，具體如下： (1)模型成型工藝：采用酚醛樹(shù)脂砂造型和制芯，為防止粘砂而影響氧氣閥門(mén)內(nèi)腔的光 潔度，砂芯用耐火度高的鉻礦砂，并釆用醇基快干涂料。合箱前鑄型和砂芯進(jìn)紅外線爐烘 干，以防止鑄件產(chǎn)生氣孔；內(nèi)澆道用耐火陶管，且不能沖擊鑄型和砂芯，以防鑄件產(chǎn)生渣孔 和砂眼； 在設(shè)計(jì)模型成型工藝時(shí)要對(duì)閥體三個(gè)端法蘭及閥座熱節(jié)區(qū)分別設(shè)計(jì)帶保溫套的明冒 口，嚴(yán)格地將CW6MC鑄件的鑄造"工藝出品率"嚴(yán)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范圍內(nèi)才能保證鑄造時(shí)有足量的澆注液來(lái)保證鑄件的質(zhì) 量，以確保鑄件的致密度）；計(jì)算鑄件工藝出品率N(%)公式為： N(°/〇)= 明冒口便于排氣和澆注后期從冒口中補(bǔ)澆熱，補(bǔ)澆熱的合金液嚴(yán)格控制澆注順序，以 達(dá)到鑄件嚴(yán)格按"順序凝固"，以保證鑄件不產(chǎn)生縮孔和縮松，從而獲得無(wú)鑄造缺陷的鑄件。 這是鎳基合金鑄造的一個(gè)重要發(fā)明。并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(yīng)不低于鑄件重量的35%。澆注前鑄型必須徹底干燥。
[0022] (2)鎳基合金的冶煉工藝：冶煉CW6MC合金時(shí)，采用先進(jìn)的真空精煉爐精煉，保證 了合金的純凈。
[0023] 采用真空直讀光譜儀對(duì)不同時(shí)期鎳基合金進(jìn)行化學(xué)成分精確分析，在確?；瘜W(xué) 成分符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)才出爐，采用插入式熱電偶測(cè)溫，保證出爐溫度符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要 求時(shí)才能出爐。
[0024] (3)閥體澆注工藝：閥體澆注系統(tǒng)采用熱型、底注法以保證砂芯澆注時(shí)型腔內(nèi)氣體 能順暢排出，內(nèi)澆道用耐火陶管，并且引入金屬液不得沖刷。合金液澆至明冒口高度的 二分之一后，不再?gòu)臐沧⑾到y(tǒng)中澆注，改為從遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的中法蘭及閥座冒口中澆注；澆 注15分鐘后再用高溫合金液分別從四個(gè)冒口中補(bǔ)澆一次；這樣補(bǔ)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(bǔ)縮的動(dòng)壓力，以保證鑄件不會(huì)出現(xiàn)任何縮孔及縮松。
[0025] (4)鑄后處理：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(shí)產(chǎn)生的微小裂紋擴(kuò)展到鑄件內(nèi)部，因此采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，然后再用電弧氣刨修整及機(jī)械打磨成設(shè)計(jì)圖紙要求的形狀。
[0026] 通過(guò)以上各工藝流程的共同作用，使閥門(mén)鑄件符合工況要求，從根本上保障了閥 門(mén)的安全可靠性，并使生產(chǎn)高參數(shù)鑄造氧氣閥門(mén)成為可能。
[0027] 采用所述鑄造工藝生產(chǎn)的止回閥的質(zhì)量指標(biāo)詳見(jiàn)表廣2。
[0028] 1、閥門(mén)主要部件化學(xué)成分檢測(cè)數(shù)據(jù)

【權(quán)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(guò)八角密封墊和閥蓋密封 連接，閥體腔內(nèi)設(shè)有支架，搖桿一端和支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端連接閥瓣，閥瓣通過(guò)密封圈和 閥體密封，其特征在于：所述閥體（1)由CW6MC合金鍛造制得，在設(shè)計(jì)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(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特征在于：所述閥 瓣（3)通過(guò)密封圈（4)和閥體（1)密封，該密封圈（4)和閥瓣（3)之間采用機(jī)械式雙重固定 結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特征在于：所述閥 瓣（3)上設(shè)有燕尾槽，該燕尾槽尾部具有用于第二重密封的凸環(huán)面（3-1);所述密封圈（4) 在和燕尾槽槽底接觸的面上設(shè)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)雙面塑性變形壓入閥瓣（3)的燕尾槽中形成第一重緊固，并碾 壓閥瓣（3)本體使閥瓣（3)上的凸環(huán)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特征在于：所述搖 桿（2)和閥體（1)的接觸部位堆焊Monel合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CW6MC合金高溫高壓氧氣止回閥，其特征在于：所述支 架（8 )通過(guò)支架螺栓（9 )安裝；安裝好后，該支架螺栓（9 )用鎳基焊條焊接于支架（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、鑄后處理，其特征在于：所述鑄造工藝具體如下： (1) 模型成型：采用酚醛樹(shù)脂砂造型和制芯，砂芯用耐火度高的鉻礦砂，并釆用醇基快 干涂料；合箱前鑄型和砂芯進(jìn)行紅外線爐烘干；內(nèi)澆道用耐火陶管，且不能沖擊鑄型和砂 心； 對(duì)閥體三個(gè)端法蘭及閥座熱節(jié)區(qū)分別設(shè)計(jì)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%，明冒口便于排氣和澆注后期從冒口中補(bǔ)澆熱，并且在能放 冷鐵的部位均放置隔砂外冷鐵，所放外冷鐵重量應(yīng)不低于鑄件重量的35% ;澆注前鑄型必 須徹底干燥； (2) 鎳基合金的冶煉：冶煉CW6MC合金時(shí)，采用真空精煉爐精煉，保證合金的純凈；采 用真空直讀光譜儀對(duì)不同時(shí)期鎳基合金進(jìn)行化學(xué)成分精確分析，在確?；瘜W(xué)成分符合相 應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)才出爐，采用插入式熱電偶測(cè)溫，保證出爐溫度符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)才能出 爐； (3) 閥體澆注：閥體澆注系統(tǒng)采用熱型、底注法以保證砂芯澆注時(shí)型腔內(nèi)氣體能順暢 排出，內(nèi)澆道用耐火陶管，并且引入金屬液不得沖刷；合金液澆至明冒口高度的二分之一 后，不再?gòu)臐沧⑾到y(tǒng)中澆注，改為從遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的中法蘭及閥座冒口中澆注；澆注15分鐘 后再用高溫合金液分別從四個(gè)冒口中補(bǔ)澆一次；這樣補(bǔ)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(bǔ)縮的動(dòng)壓力，以保證鑄件不會(huì)出現(xiàn)任何縮孔及縮松； (4) 鑄后處理：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，然后再用電弧氣刨修整及機(jī)械打磨成設(shè)計(jì)圖紙要求的形狀。
【文檔編號(hào)】F16K27/02GK104455573SQ201410744923
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】陳清流, 樂(lè)精華, 陳文鑫, 李曉剛 申請(qǐng)人:蘭州高壓閥門(mén)有限公司