輸送硅粉用耐磨旋盤(pán)閥
1、概述
當前晶體硅(包括多晶硅和單晶硅)是電子行業(yè)和太陽(yáng)能(光伏)行業(yè)的主要材料，而且今后相當長(cháng)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)設備主要是由反應塔器罐釜和管道組成的系統裝置，閥門(mén)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(mén)常用高溫金屬密封耐磨球閥。根據生產(chǎn)需要，研究了一種結構新穎的耐磨旋盤(pán)閥(也稱(chēng)圓盤(pán)閥)，在硅粉輸送管道、料倉和反應釜的底部得到應用。該閥已獲國家專(zhuān)利，專(zhuān)利號ZL201120024895.4。
2、結構特點(diǎn)
多晶硅行業(yè)用的旋盤(pán)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(guò)硅粉顆粒的硬度。閥門(mén)在管道上安裝基本采用單向密封，密封達到零泄漏，至少達到ANSIClassⅥ泄漏等級。
圖1 旋盤(pán)閥
圖2 擺動(dòng)型旋盤(pán)閥
旋盤(pán)閥具有獨特的旋轉剪切和自?huà)伖獾拈y盤(pán)，耐磨損、耐高溫和高硬度的配對密封副，雙作用的驅動(dòng)桿旋轉執行裝置，補償管道應力和閥件熱膨脹的彈性機構，以及防止物料集結和堵塞的自排及刮削功能。
旋盤(pán)閥按結構可分為單盤(pán)式、雙盤(pán)式和鎖盤(pán)式等。根據動(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(wú)論是直行程或擺動(dòng)型結構，都是用閥盤(pán)實(shí)現通道的開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作，控制磨料介質(zhì)的輸送。運動(dòng)的閥盤(pán)和鑲嵌的閥座一般采用整體硬質(zhì)合金壓制燒結的材料(YG8、YG15)，其硬度≥70HRC。
3、性能
旋盤(pán)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(pán)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(pán)閥作為反應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(pán)閥的閥座與閥體結合是影響閥座背面密封和結合可靠的關(guān)鍵問(wèn)題。如采用過(guò)盈配合及化學(xué)方法固定閥座，使用中出現了閥座松脫和背面泄漏現象。經(jīng)過(guò)試驗，改進(jìn)為機械連接的壓焊方法，保證了閥座固定穩固和背面的密封效果，提高了閥門(mén)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(guò)粗磨、精磨和研磨，最后還要進(jìn)行配對的對研和拋光，使密封面達到鏡面水平，才能滿(mǎn)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(mén)約50%。為了保證系統設備運行的安全可靠，閥門(mén)的脫脂處理工序非常重要。因此按照GB16912-2008、HG20202-2000及JB/T10520-2005標準，對脫脂流程、脫脂劑選用、脫脂方法、安全防護及驗收標準做出全面的規定，作為現場(chǎng)操作的指導和檢驗依據。閥門(mén)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(wèn)題，以防止閥門(mén)在運輸過(guò)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(kāi)始研究處理硅粉輸送閥門(mén)，旋盤(pán)閥是其主導產(chǎn)品之一。目前，國外的旋盤(pán)閥壓力Class2500，公稱(chēng)尺寸NPS1/2～18in.(15～450mm)，溫度800℃，壓力70MPa。國外對大口徑閥門(mén)的密封部位采用碳化鎢包鍍技術(shù)(TheConformaClad)，可以簡(jiǎn)化硬質(zhì)合金的整體壓制和燒結工藝，節約耐磨和耐蝕合金材料的用量，降低產(chǎn)品成本，在國內的大口徑閥門(mén)密封材料應用上具有廣闊的推廣應用價(jià)值。
6、結語(yǔ)
旋盤(pán)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(zhù)廣闊的應用市場(chǎng)。
