连铸机冷却水系统常用阀门的选用

2013-07-06 周士凯中国重型机械研究院有限公司

　　简述连铸机冷却水系统特点及水质要求。重点阐述蝶阀、球阀的特性，并分析阀门在连铸机冷却水系统中的作用，给出了选用方法。

1、前言

　　阀门的用途是广泛的，而且作用很大。在连铸机冷却水系统(以下简称水系统)中阀门起调节流量;启、闭;检修等作用，它能保证连铸机设备正常运行，延长设备使用寿命，保证连铸机能够生产出合格的铸坯。

　　然而，阀门同连铸机其它设备相比往往被忽视，如果阀门选型不当，会使整个冷却系统调节能力不够，生产效率低或造成其他事故。因此，水系统阀门要根据连铸机的特殊要求进行合理的选用。

2、连铸机冷却水系统

　　冷却水系统分为四个系统：(1)结晶器冷却水系统，水质为软水，进水压力约为1.0MPa，温度为35～55℃。(2)设备间接冷却水系统，水质为净循环水，进水压力为0.6～0.8MPa，温度为40～55℃。(3)二次冷却水系统，水质为浊循环水，进水压力恒压为1.0MPa，温度约为40℃。(4)设备直接冷却水系统，水质为浊循环水，进水压力不小于0.4MPa，温度约为40℃。表1为各系统水质要求。

表1 连铸机冷却水水质要求

3、水系统阀门的选用

　　根据连铸机冷却水系统的要求，该系统应该选用低压PN≤1.6MPa、常温-40℃≤t≤120℃、非特大口径DN≤1400mm的金属材料阀门。水系统阀门既要满足一般性能要求，更要满足连铸机的特殊性能要求，下面就水系统常用的蝶阀、球阀的选用进行分析。

3.1、蝶阀的选用

　　蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转0°~90°来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。

　　(1)水系统常用中线蝶阀和双偏心密封蝶阀

　　双偏心蝶阀阀板在0°～90°开启过程中，从0°转到8°～12°时阀板可完全脱离阀座密封面，从而阀板与阀座的密封面之间相对机械磨损、挤压转角更短，提高了阀门寿命，图1为双偏心蝶阀开启、关闭原理图。由于水系统管路(DN100以上管路)的过滤器经常需要检修、清洗，所以双偏心蝶阀特别适用于过滤器的进、出口及其旁通，其余选用中线蝶阀即可满足水系统寿命要求。

图1 双偏心蝶阀开启、关闭原理图

　　(2)具有良好的密封性

　　阀门密封材料有合成橡胶阀座和聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座等。由于合成橡胶易老化、磨损、脱落，可能堵塞结晶器铜板水缝、扇形段喷嘴、扇形段轴承座等，因此选用聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座更适用连铸设备。图2为聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀。

图2 聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀

　　(3)具有良好的流量调节特性

　　当蝶阀开启在15°～70°之间时，能进行灵敏的流量控制，特别适用结晶器铜板冷却回路，配合回路上的气动调节阀和电磁流量计，可以有效弥补气动调节阀的调节范围。图3为蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用。

　　(4)蝶阀在管路中的压力损失比较大，大约是闸阀的三倍，因此在选择蝶阀时应充分考虑管路系统压力损失的影响。

图3 蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用

　　管路中阀门所造成的压强损失可表示为：

　　式中

　　ΔP为管路中阀门造成的压强损失，MPa；K为阀门的压强损失系数；K1为阀门部分开启时造成的压力损失系数，阀门全开时，K1=1；v为水流平均速度，m/s；ρ为水的密度，kg/m³。

　　蝶阀的压力损失系数K根据阀板的厚度约为0.2～1.5。图4为蝶阀K1的近似结果。

图4 部分开启蝶阀压强损失系数的近似结果

3.2、球阀选用

　　球阀由旋塞阀演变而来，它的启闭件为一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。

　　(1)水系统中常选用浮动球球阀和V形开口的球阀，用在管路不大于DN125的管路上。浮动球球阀主要起开、闭作用;V形开口的球阀用于流量调节。图5为浮动球球阀，图6为法兰连接的V形开口调节球阀。

图5 浮动球球阀

图6 法兰连接的V形开口调节球阀

　　(2)具有良好的密封性。水系统常用密封材料为聚四氟乙烯，摩擦系数小、性能稳定、不易老化等。

　　(3)与蝶阀相比，V形开口球阀更具良好的流量调节特性。涡轮传动V形开口球阀具有精确调节并可靠定位的功能，流量特性近似等百分比，可调范围大，最大可调比为100:1，图7为V形开口球阀的调节特性曲线。此类球阀适用于二次冷却系统的支路，配合回路上的气动调节阀和电磁流量计，可以较精确弥补气动调节阀的调节范围;适用于设备间接冷却回水支路，配合就地显示流量计，可以精确地调整分配到每个扇形段的水量。