輸送硅粉用耐磨旋盤閥
1、概述
當(dāng)前晶體硅(包括多晶硅和單晶硅)是電子行業(yè)和太陽能(光伏)行業(yè)的主要材料，而且今后相當(dāng)長的時(shí)期也依然是這些行業(yè)的主材料。多晶硅行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備主要是由反應(yīng)塔器罐釜和管道組成的系統(tǒng)裝置，閥門是必備的控制元件。但由于其核心裝置的工藝條件具有臨氫、耐磨、高溫(300～400℃)、中高壓(2.5～10MPa)、易燃和易爆的特點(diǎn)，其核心部位控制和輸送介質(zhì)的閥門常用高溫金屬密封耐磨球閥。根據(jù)生產(chǎn)需要，研究了一種結(jié)構(gòu)新穎的耐磨旋盤閥(也稱圓盤閥)，在硅粉輸送管道、料倉和反應(yīng)釜的底部得到應(yīng)用。該閥已獲國家專利，專利號(hào)ZL201120024895.4。
2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
多晶硅行業(yè)用的旋盤閥(圖1)密封副采用整體高硬度材料或高硬度涂層，使其硬度高于輸送物料的硬度。如采用碳化鎢(WC)或碳化鉻(CrC)等，其硬度均超過硅粉顆粒的硬度。閥門在管道上安裝基本采用單向密封，密封達(dá)到零泄漏，至少達(dá)到ANSIClassⅥ泄漏等級(jí)。
圖1 旋盤閥
圖2 擺動(dòng)型旋盤閥
旋盤閥具有獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)剪切和自拋光的閥盤，耐磨損、耐高溫和高硬度的配對(duì)密封副，雙作用的驅(qū)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)執(zhí)行裝置，補(bǔ)償管道應(yīng)力和閥件熱膨脹的彈性機(jī)構(gòu)，以及防止物料集結(jié)和堵塞的自排及刮削功能。
旋盤閥按結(jié)構(gòu)可分為單盤式、雙盤式和鎖盤式等。根據(jù)動(dòng)作原理可以有直行程滑閥型和帶擺動(dòng)搖臂的擺動(dòng)型(圖2)。無論是直行程或擺動(dòng)型結(jié)構(gòu)，都是用閥盤實(shí)現(xiàn)通道的開啟和關(guān)閉動(dòng)作，控制磨料介質(zhì)的輸送。運(yùn)動(dòng)的閥盤和鑲嵌的閥座一般采用整體硬質(zhì)合金壓制燒結(jié)的材料(YG8、YG15)，其硬度≥70HRC。
3、性能
旋盤閥的工況條件是高溫、高壓、磨損、氧化和氫脆腐蝕，要求其密封性能好，啟閉力矩小。旋盤閥壓力150～2500Lb，口徑1～16in.(25～400mm)，溫度<400℃，主體材料碳鋼A105或奧氏體不銹鋼316(CF8M)。旋盤閥作為反應(yīng)釜出料閥或氣流輸送閥時(shí)，其啟閉動(dòng)作頻率較高，每天6～30次。
4、工藝特點(diǎn)
旋盤閥的閥座與閥體結(jié)合是影響閥座背面密封和結(jié)合可靠的關(guān)鍵問題。如采用過盈配合及化學(xué)方法固定閥座，使用中出現(xiàn)了閥座松脫和背面泄漏現(xiàn)象。經(jīng)過試驗(yàn)，改進(jìn)為機(jī)械連接的壓焊方法，保證了閥座固定穩(wěn)固和背面的密封效果，提高了閥門的使用可靠性。為了保證密封面的平整度和光潔度，及密封副之間的平行度和吻合度，密封副的兩個(gè)密封面要經(jīng)過粗磨、精磨和研磨，最后還要進(jìn)行配對(duì)的對(duì)研和拋光，使密封面達(dá)到鏡面水平，才能滿足金屬硬密封零泄漏的要求。
多晶硅生產(chǎn)工藝中用于輸送氫氣和氧氣的閥門約50%。為了保證系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全可靠，閥門的脫脂處理工序非常重要。因此按照GB16912-2008、HG20202-2000及JB/T10520-2005標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)脫脂流程、脫脂劑選用、脫脂方法、安全防護(hù)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)做出全面的規(guī)定，作為現(xiàn)場操作的指導(dǎo)和檢驗(yàn)依據(jù)。閥門采用銅合金或奧氏體不銹鋼以外的碳鋼時(shí)，考慮了其脫脂處理后的防銹和包裝問題，以防止閥門在運(yùn)輸過程和安裝前會(huì)產(chǎn)生表面銹蝕。
5、國外進(jìn)展
美國Everlasting公司從1904年開始研究處理硅粉輸送閥門，旋盤閥是其主導(dǎo)產(chǎn)品之一。目前，國外的旋盤閥壓力Class2500，公稱尺寸NPS1/2～18in.(15～450mm)，溫度800℃，壓力70MPa。國外對(duì)大口徑閥門的密封部位采用碳化鎢包鍍技術(shù)(TheConformaClad)，可以簡化硬質(zhì)合金的整體壓制和燒結(jié)工藝，節(jié)約耐磨和耐蝕合金材料的用量，降低產(chǎn)品成本，在國內(nèi)的大口徑閥門密封材料應(yīng)用上具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。
6、結(jié)語
旋盤閥耐磨損、耐氧化和耐氫脆腐蝕，用于高磨損和沖蝕物料的隔斷及氣-固兩相流的管道上，密封性能好，啟閉力矩小，有著廣闊的應(yīng)用市場。
