2507雙相不銹鋼電動煙道熱風(fēng)蝶閥

                           2507雙相不銹鋼電動煙道熱風(fēng)蝶閥

                                上海申弘閥門有限公司

之前介紹蒸汽減壓閥的安裝方法及故障處理 ，現(xiàn)在介紹2507雙相不銹鋼電動煙道熱風(fēng)蝶閥SAF2507在鎳熔煉系統(tǒng)及配套的煙氣化工產(chǎn)品管網(wǎng)中, 煙道蝶閥主要用于調(diào)節(jié)處理來自火法冶煉產(chǎn)生的煙氣(如閃速爐、轉(zhuǎn)爐、銅合成爐、富氧頂吹熔煉爐或貧化爐產(chǎn)生的煙氣) 。精礦干燥是熔煉系統(tǒng)中物料制備的主要工序之一, 該工藝流程是將來自選礦含水8 %～10 %的濕精礦和煤粉燃燒產(chǎn)生的熱煤氣混合, 經(jīng)過“三段式”氣流干燥至含水≤013 %的干精礦。煙氣制酸裝置主要包括凈化、轉(zhuǎn)化、干吸和酸庫等單元。熔煉產(chǎn)生的煙氣和制酸所用煙氣溫度較高且催化劑粉塵較大, 對管道閥門有腐蝕和阻滯作用。熔煉和制酸管網(wǎng)用煙道蝶閥應(yīng)根據(jù)其使用工況條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 避免由于熱變形和閥門管壁粉塵粘結(jié)及管道灰堵使得煙道蝶閥不能正常啟閉, 影響冶煉化工設(shè)備的正常運(yùn)行。


2507雙相不銹鋼電動煙道熱風(fēng)蝶閥煙道蝶閥結(jié)構(gòu)特性
從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和實(shí)際使用情況分析, 煙道蝶閥用于介質(zhì)的截?cái)嗷蛘哒{(diào)節(jié)時, 其密封性能要求與金屬密封蝶閥有一定的差別。作為管網(wǎng)含塵煙氣控制設(shè)備, 處于關(guān)閉位置仍留有一定間隙不會影響管路開度調(diào)節(jié)達(dá)到爐壓的自動控制。煙道蝶閥與金屬密封蝶閥流體特性相似, 蝶閥開度與流量之間的關(guān)系基本上呈線性比例關(guān)系。如果用以控制流量, 其流量特性與配套管路的流阻系數(shù)有密切關(guān)系。如兩條管道安裝閥門口徑和形式*相同, 而管道損失系數(shù)不同, 閥門的流量差別就會相差很大。如果閥門處于節(jié)流幅度較大的狀態(tài), 蝶板處于中間開度時, 關(guān)閉過程中, 蝶板上下兩側(cè)可以形成*不同的狀態(tài), 一側(cè)蝶板前端順介質(zhì)流向而動, 另一側(cè)則逆介質(zhì)流向而動。因此, 一側(cè)閥體與蝶板形成似噴嘴形開口, 另一側(cè)則類似節(jié)流孔形開口, 噴嘴側(cè)比節(jié)流側(cè)流速快的多, 而節(jié)流側(cè)一面往往會產(chǎn)生負(fù)壓, 所以煙道蝶閥水平安裝時應(yīng)將噴嘴側(cè)放在管道的下部, 可以避免管道閥門連接處灰堵現(xiàn)象的發(fā)生。



常用雙相不銹鋼理化性能指標(biāo)化學(xué)成分（%） 鋼號

鋼號	C≤	Mn≤Si≤	S≤P≤	Cr≤NiMo	Cu≤	N
S32750（SAF2507） 00Cr25Ni7Mo4N	0.03	1.200.8	0.0200.035	24.0/26.06.0/8.03.0/5.0	0.50	0.24/0.32
S3180.(SAF2507) 00Cr22Ni5Mo3N	0.03	2.001.0	0.0200.030	21.0/23.04.50/6.502.50/3.50		0.08/0.20
S31500(3RE60)? 00Cr18Ni5Mo3Siz	0.03	1.2/2.001.4/2.00	0.0300.030	18.0/19.04.25/5.252.50/3.00		0.05/0.10

機(jī)械性能

項(xiàng)目  鋼號	σb(Mpa)≥	σs(Mpa≥)	δ%  ≥	硬度
布氏	洛氏
S32750（SAF2507）  00Cr25Ni7Mo4N	800	550	15	310	32
S3180.(SAF2507)  00Cr22Ni5Mo3N	620	450	25	290	30.5
S31500(3RE60)  00Cr18Ni5Mo3Siz	630	440	30	290	30.5

各國牌號的近似對照 限制和要求

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥2507合金由25%鉻,4%鉬和7%的鎳構(gòu)成的超復(fù)式不銹剛。它的強(qiáng)度及抗腐蝕能力較強(qiáng),主要用于化學(xué)加工、石油化工和海底設(shè)備。它具有較強(qiáng)的抗氯化物腐蝕能力,較高的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹系數(shù)。較高的鉻、鉬及鎳含量使它具有很高的抗斑蝕、裂縫及一般腐蝕的能力。2507雙相不銹鋼是在第二代雙相不銹鋼2205基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前有SAF2507、UR52N+、Zeron100、S32750、00Cr25Ni7Mo4N等牌號。


2507組織由奧氏體和鐵素體構(gòu)成，兼有奧氏體不銹鋼與鐵素體不銹鋼的雙重特征，具有比奧氏體不銹鋼更低的熱膨脹系數(shù)和更高的熱導(dǎo)率，它的孔蝕系數(shù)（PREN）大于40，具有很高的耐孔蝕、耐間隙腐蝕、耐氯化物應(yīng)力腐蝕開裂性能，同時具有高強(qiáng)度、高抗疲勞強(qiáng)度、低溫高韌性等，是一種應(yīng)用廣泛的雙相不銹鋼。
2507雙相不銹鋼化學(xué)成分中很低的C含量可改善該鋼焊接性和降低熱處理期間碳化物在晶界的析出傾向，增加晶間耐腐蝕性能，高鉻、高鉬和較高的氮含量，可以提高耐腐蝕能力，使其有很好的抗甲酸、醋酸、氮化物等均勻腐蝕、耐孔蝕、抗應(yīng)力腐蝕能力。氮作為合金元素加入不銹鋼中，可提高奧氏體穩(wěn)定性、平衡雙相鋼中相的比例，在不影響鋼的塑性和韌性的前提下提高鋼的強(qiáng)度，可部分替代不銹鋼中的Ni，降低成本，N在雙相不銹鋼中具有延緩金屬間化合物彌散析出和穩(wěn)定奧氏體的作用。

2507雙相不銹鋼組織由鐵素體和奧氏體組成，奧氏體分布在鐵素體基體上呈條狀分布，較高倍數(shù)下觀察奧氏體和鐵素體界面并不光滑，呈鋸齒狀，說明通過軋制后冷卻過程中，奧氏體形成是在鐵素體界面處形核并長大。雙相不銹鋼組織中奧氏體的存在能夠降低高鉻鐵素體的脆性和晶粒長大傾向，提高了焊接性和韌性，富鉻鐵素體則可提高不銹鋼中奧氏體的屈服強(qiáng)度、抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕能力，即鐵素體雙相組織具有高強(qiáng)度、高韌性的同時，還保持有高的抗應(yīng)力開裂、抗點(diǎn)蝕、抗縫隙腐蝕的能力，尤其是氯化物、硫化物中具有高的抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力，因此，可有效地解決以來困擾奧氏體不銹鋼因局部腐蝕所致的失效問題。近年來，隨著雙相不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對焊接技術(shù)的需求增加，加速了焊接技術(shù)的發(fā)展。因此，總結(jié)和探討國內(nèi)外對2507不銹鋼焊接性的研究成果，對于2507雙相不銹鋼的應(yīng)用具有重要的工程實(shí)用意義。2507雙相不銹鋼焊接方法適用性較廣，可以采用多種方法焊接，焊接熱輸入和冷卻速率影響鐵素體和奧氏體的相平衡和焊接接頭的性能，為保證焊縫組織中具有合適的相比例和良好的力學(xué)性能及其腐蝕性能，焊接時應(yīng)避免過小或者過大的熱輸入，控制在5～20kJ/cm，焊接薄壁件時取下限，焊接厚壁件時適當(dāng)增大熱輸入，道間溫度應(yīng)不超過100℃
它的沖擊強(qiáng)度也很高,SAF2507合金不適宜用在高于570oF的溫度環(huán)境下,處在這樣的環(huán)境下,它的韌性會降低。



1.主要用途與適用范圍
本閥門廣泛應(yīng)用在冶金系統(tǒng)的熱風(fēng)爐、加熱爐、換熱器、除塵器等系統(tǒng)的冷風(fēng)、空氣及煙氣管道上，可遠(yuǎn)距離控制或現(xiàn)場操作?？膳c蝸輪裝置或電（氣）動裝置配套組合成不同性能的閥門。
2.蝶閥工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
該閥為截止類閥門，主要部件由閥體、蝶板、連桿、驅(qū)動裝置等部件組成。閥門工作原理是驅(qū)動裝置輸出力矩通過閥軸與連桿機(jī)構(gòu)使蝶板作0-90°的旋轉(zhuǎn)，起到截?cái)嗷蛄魍ń橘|(zhì)作用，本閥不用于調(diào)節(jié)介質(zhì)之用。采用碳素鋼鋼板焊接。具有重量輕，剛度好，結(jié)構(gòu)緊湊，耐溫，防腐，密封面無磨損、漏風(fēng)小等特點(diǎn)。
不難看出，按照同規(guī)格閥門相比，由于閥板結(jié)構(gòu)不同，國內(nèi)節(jié)能熱風(fēng)閥的冷卻水量大于國外節(jié)能閥。由于水量大，使得冷卻水的溫升相當(dāng)小，閥板進(jìn)出水溫升1～2℃，而國外節(jié)能型熱風(fēng)閥，由于冷卻水量小，閥板冷卻水的溫升較高，達(dá)到8～9℃;另外國內(nèi)節(jié)能閥表面溫度高于國外節(jié)能閥。實(shí)測數(shù)據(jù)見表1。



表1 國內(nèi)節(jié)能閥門與國外節(jié)能閥門水溫、表面溫度

國內(nèi)節(jié)能閥門與國外節(jié)能閥門水溫、表面溫度
注：熱風(fēng)溫度1250℃，冷卻水壓力0。63MPa，環(huán)境溫度32℃。熱風(fēng)通過閥門的能力損失共有兩部分，*部分為冷卻水帶走的熱量Q1，第二部分為閥門表面向大氣散發(fā)的熱量Q2。

1、冷卻水帶走的熱量Q1

Q1——冷卻水帶走的熱量，單位為J;c1——水的比熱容，單位為kJ/(kg•K)，30～50℃時水的比熱容為4.174kJ/(kg•K);m1——冷卻水的質(zhì)量流量，單位為kg;Δt1——冷卻水的溫升，單位為K。

將各參數(shù)帶入式(1)，得出兩種閥門閥板、閥體冷卻水在1h帶走的熱量，見表2、表3。冷卻水帶走的總熱量Q1為閥板、閥體冷卻水帶走的熱量之和，即Q1=Q板+Q體，見表4。

表2 閥板冷卻水帶走的熱量Q板



閥體冷卻水帶走的熱量Q體
表3 閥體冷卻水帶走的熱量Q體

閥體冷卻水帶走的熱量Q1
表4 閥體冷卻水帶走的熱量Q1(單位：J)


由上述計(jì)算得知，國外節(jié)能閥門冷卻水溫升高，帶走的熱量比國內(nèi)節(jié)能閥多。

2、閥門向大氣散發(fā)的熱量Q2

閥門安裝在熱風(fēng)管道上，在開啟狀態(tài)，*的熱空氣流過閥門。熱風(fēng)通過多層平壁的綜合傳熱，如圖2所示。傳熱過程如下。

1)閥門內(nèi)熱風(fēng)通過輻射、對流方式將熱量傳遞給閥門內(nèi)表面。

2)再由傳導(dǎo)傳熱的方式將熱量傳遞到外表面。

3)熱量以對流和輻射方式傳向周圍空間。

閥門傳熱示意圖
圖2 閥門傳熱示意圖



傳熱公式式中

Φ——熱流量，單位為W;tg——熱風(fēng)溫度，單位為K;ta——環(huán)境溫度，單位為K;F——導(dǎo)熱壁面積，單位為m2;δ1、δ2、δ3——分別為耐火澆注料、特種隔熱材料和鋼板的厚度，單位為m;λ1、λ2、λ3——分別為耐火澆注料、特種隔熱材料和鋼板熱導(dǎo)率，單位為W/(m•K);αt1——熱風(fēng)到閥門內(nèi)壁的總傳熱系數(shù)，單位為W/(m2•K);αt2——閥門外表面到空氣的總傳熱系數(shù)，單位為W/(m2•K)。

一般情況下，α t2從資料上找不到，可以通過計(jì)算其他傳熱過程得出的熱流量來反算得出Φ：

熱流量熱流量已知熱風(fēng)溫度tg、空氣溫度ta、閥門表面溫度t4、熱風(fēng)到閥門內(nèi)壁的總傳熱系數(shù)αt1、δ1、λ1、δ2、λ2、δ3、λ3，將各參數(shù)代入式(3)，得出αt2，再將αt2值代入式(2)，得出Φ。同樣的方法可計(jì)算出個層間溫度。則閥門表面在1h的散熱量Q2見表5。

表5 閥門表面散熱量Q2



閥門表面散熱量
由于國外閥門表面溫度低，德國閥門向周圍空間的散熱量遠(yuǎn)低于國內(nèi)閥門。

3、熱風(fēng)通過閥門時總的能量損失

熱風(fēng)通過閥門的兩部分能量損失之和Q總見表6。



表6 熱風(fēng)通過閥門時總的能量損失Q(總單位：J)

熱風(fēng)通過閥門時總的能量損失通過上述計(jì)算，得出，目前國內(nèi)的節(jié)能閥雖然冷卻水帶走的熱量低于國外閥門，但總體熱量損失高于國外閥門。

相近牌號 美國： UNS S32750 德國： DIN X2CrNiMoN2574雙相不銹鋼中的低級雙相不銹鋼（２３０４型），是低合金化的雙相不銹鋼。它具有良好的力學(xué)和物理性能，有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕斷裂和其它形式腐蝕的性能以及良好的焊接性，可以替代標(biāo)準(zhǔn)奧氏不銹鋼３０４／３０６；標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼（２２０５型），是中等合金化的雙相不銹鋼。由于優(yōu)異的耐腐蝕性，適于制造氯化物和硫化氫介質(zhì)條件下的設(shè)備，尤其適合于用含氯離子水或微咸水做冷卻介質(zhì)的熱交換器，也適用于稀釋的硫酸溶液和儲運(yùn)有機(jī)酸的設(shè)備。同時，２２０５雙相不銹鋼因高強(qiáng)度使其在負(fù)荷較重的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中成為奧氏體不銹鋼理想的替代材料。由于２００５雙相不銹鋼良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，可使設(shè)備的壽命期成本降低。因此，在許多應(yīng)用中，２２０５不銹鋼是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。目前，它是雙相不銹鋼系列的主力，占世界雙相不銹鋼總產(chǎn)量的８０％；超級雙相不銹鋼（２５０７型），廣泛用于苛刻的腐蝕環(huán)境，*約為１３％。一般較少相的含量少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。 2507雙相不銹鋼由25%鉻,4%鉬和7%的鎳構(gòu)成的超復(fù)式不銹剛。它的強(qiáng)度及抗腐蝕能力較強(qiáng),主要用于化學(xué)加工、石油化工和海底設(shè)備。它具有較強(qiáng)的抗氯化物腐蝕能力,較高的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹系數(shù)。較高的鉻、鉬及鎳含量使它具有很高的抗斑蝕、裂縫及一般腐蝕的能力。 
它的沖擊強(qiáng)度也很高,2507雙相不銹鋼不適宜用在高于570oF的溫度環(huán)境下,處在這樣的環(huán)境下,它的韌性會降低。



蝶閥蝶板結(jié)構(gòu)
煙道蝶閥主要起截流和調(diào)節(jié)流量的作用, 特別是大口徑蝶閥, 工況條件影響閥門的變形因素較多且變形量不易控制, 所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響。煙道蝶閥徑向密封與金屬密封蝶閥結(jié)構(gòu)相似, 應(yīng)用過程中受溫度影響易產(chǎn)生熱卡阻, 影響閥門的啟閉。 SAF 2507超級雙相鋼
國內(nèi)通稱  2507，SAF 2507，雙相鋼，超級雙相鋼，SAF 2507雙相鋼
各國標(biāo)準(zhǔn)  UNS S32750、DIN/EN 1.4410、ASTM A240、ASME SA-240
主要成分  25Cr-7Ni-4Mo-0.27N
機(jī)械性能  強(qiáng)度：σb≥730Mpa
          延伸率：δ≥20%
材料說明  主要化學(xué)成分Cr、Ni、Mo、N等較2205、2304、2101都有一定程度的提高，其在耐氧化，耐酸腐蝕，耐海水腐蝕、氯離子腐蝕等方面有著更好的表現(xiàn)，同時也具備良好的強(qiáng)度。



結(jié)果分析
國內(nèi)節(jié)能閥之所以熱量損失大，是因?yàn)殚y門表面溫度高。由于閥門受幾何尺寸限制，由式(2)不難看出，當(dāng)αt1、αt2、δ1、δ2、δ3、tg一定時，λ1、λ2、λ3的大小決定了Φ的大小，同樣λ1、λ2、λ3的大小決定了各層間溫度及表面溫度的大小。圖3～圖5列出了改變λ1、λ2時其他參數(shù)的變化。從圖中不難看出：λ1的變化對閥門表面溫度的影響不是很明顯;對比國內(nèi)外閥門的各參數(shù)，λ2的大小對表面溫度起了決定性作用。在國內(nèi)，耐火澆注料的性能已經(jīng)達(dá)到或超過德國水平，但隔熱材料的隔熱性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國外產(chǎn)品，國內(nèi)外節(jié)能熱風(fēng)閥比較圖3 λ2=0.17時t4隨λ1的變國內(nèi)外節(jié)能熱風(fēng)閥比較圖4 λ2=0.23時t4隨λ1的變化



國內(nèi)外節(jié)能熱風(fēng)閥比較圖5 t4隨λ2的變化有待于國內(nèi)廠家研究，性能對比見表7。表7 國內(nèi)外阻熱材料性能比較國內(nèi)外阻熱材料性能比較



四、結(jié)論
要想熱風(fēng)閥做到節(jié)能，一方面，在降低冷卻水量的同時，必須控制冷卻水的溫升，減少冷卻水帶走的熱量;另一方面，抑制熱量向閥門鋼體的傳導(dǎo)，同時阻止熱量散發(fā)到大氣中去。要做到這兩點(diǎn)，必須采用高隔熱性能的材料。煙道蝶閥密封形式以平面密封較為理想, 可以設(shè)計(jì)成垂直板或斜板式結(jié)構(gòu)(如上圖 ) , 閥體、蝶板以側(cè)平面為密封副。蝶板外徑可以小于閥體通徑, 即使閥門內(nèi)腔管壁有粘結(jié)也能方便開啟。管道變形對閥門主體密封性能影響沒有徑向密封效果明顯。該結(jié)構(gòu)閥體密封面的對稱度要求較高, 特別是斜板式結(jié)構(gòu)其閥體密封側(cè)平面在普通機(jī)械設(shè)備上難以加工, 必須安排合理的工藝才能使裝配精度達(dá)到理想的密封效果。平面密封結(jié)構(gòu)如果采用杠桿式, 無論垂直板還是斜板結(jié)構(gòu)都可解決密封平面在加工過程中存在的問題。該結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn), 杠桿結(jié)構(gòu)閥門密封面為側(cè)平面密封, 不會產(chǎn)生徑向卡阻。另外, 閥體和蝶板密封側(cè)平面為連續(xù)的平面整體加工, 蝶板外徑設(shè)計(jì)小于閥體通徑。蝶板關(guān)閉過程先轉(zhuǎn)動后平動密封面越壓越緊, 開啟過程蝶板先平動后轉(zhuǎn)動, 也不會產(chǎn)生卡阻。煙道蝶閥一般在壓力低、溫度高的環(huán)境條件下工作, 不會影響閥門啟閉。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應(yīng)用