法國KLEIN公司生產(chǎn)的Y型泥漿閥,用于中國鋁業(yè)山西分公司年產(chǎn)135萬噸氧化鋁拜耳法生產(chǎn)系統(tǒng),共有200余臺。主要用于隔膜泵進出口、壓煮器、閃蒸槽進出口管道上。工作溫度90~273℃,工作壓力4.5~6.311Ipa,介質(zhì)特性,固含198g/L,堿濃度300 g/L ,60%的顆粒≤6.3mm。由于Y型泥漿閥的用量大,雖然與國內(nèi)某閥門廠合作開發(fā),仍不能滿足生產(chǎn)需要。為此,公司進行專項研究和改進,收到良好效果。
一、Y型泥漿閥失效原因分析
Y型泥漿閥的核心技術(shù),體現(xiàn)在閥頭與閥座接觸面所選用的耐磨材料上。通過查找有關(guān)資料,得知泥漿閥材料的化學成分。
Y型泥漿閥閥頭與閥座母體材料為A216grWCB,相當于GB5676-85 ZG230-450鑄鋼。耐磨層材料為AISIIO17SLITE(美國鋼鐵學會標準)鎢鉻鉆硬質(zhì)合金鋼,硬度≥42HRC。耐磨層為圓環(huán)狀,閥頭處寬度8mm;焊層厚度≥5mm,閥座處寬8mm;厚≥3mm。
查資料知,沖蝕磨損失效的特點,即當介質(zhì)粒子運動方向與被沖蝕表面所成的夾角較小時,切應力大于正應力,主要破壞形式為“犁溝”,材料越軟,越易失效。而當夾角較大時,則表現(xiàn)為撞擊、崩裂或掉渣而塑性材料會產(chǎn)生顯微塑性變形、硬化、開裂,zui后脫落。顯然塑性材料的撞擊破壞要經(jīng)歷較長的過程,所以其抵抗撞擊的能力比脆性材料大得多。
因此,覆層材料重熔后,自身原子間應有較高的內(nèi)部凝聚力,即應有盡可能高的斷裂韌性,而不能僅憑硬度的高低或塑性的大小來選材,因為軟材料和硬材料均不能同時解決大、小角度沖蝕問題。而通過顯微組織分析發(fā)現(xiàn)基體為鎢鉻鉆共晶體,結(jié)晶方向大多為與基體表面垂直的樹枝狀組織,這種組織在受到正面沖擊時,對能量的吸收有利,因此沖蝕磨損率更低。這就是為什么要選用鎢鉻鉆作為閥頭與閥座接觸面耐磨層的原因。
另外,通過對失效閥門的分析,發(fā)現(xiàn)閥頭、閥座幾乎全是沖刷出許多犁溝而失效,只有個別閥件上有掉渣現(xiàn)象。而從閥門關(guān)閉后所受粒子沖刷的受力分析看,是小角度沖刷,因此可得出結(jié)論:閥門失效的主要形式是小角度沖刷造成。
通過測試,泥漿閥的耐磨材料硬度為42HRC。如果將泥漿閥的材料硬度提高到50HRC左右,閥門的使用壽命將會得到提高。
二、對泥槳閥耐磨材料選擇的研究
通過前面的分析已得出結(jié)論:鎢鉻鉆合金鋼作為閥頭與閥座接觸面耐磨層是比較理想的,所存在的問題是硬度不夠。因此,可以考慮通過調(diào)整其合金元素的比例來提高硬度。
從表2中可以看出,在強度和硬度方面,碳能提高更多。因此,可將碳的百分比由1%提高到1.5%左右;鉆阻止碳化物析出,不利于提高強度,另外磁性強烈增加,勢必加快腐蝕速度,應適當降低其百分比,可考慮由68%降至50%左右;鉻元素對材料的強度和硬度均有明顯提高,可考慮將其由4%提高到8%左右。
通過查找有關(guān)資料,找到了硬度為50HRC的鎢鉻鉆合金鋼,并將其作了試驗,閥門使用壽命由原來的8個月提高到現(xiàn)在的12個月,收到滿意效果。
三、結(jié)論
1.針對公司的生產(chǎn)工藝及所用原料(水硬鋁石),應選用硬度為50HRC的鎢鉻鉆合金鋼作為閥頭與閥座結(jié)合面耐磨層。
2.使用新材料作為接觸面耐磨層,不僅可降低生產(chǎn)成本,而且滿足了生產(chǎn)需要
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