广西柳钢工程技术有限公司 545002
摘要：热风阀是高炉炼铁系统的关键阀门，安装在高炉热风炉系统1200～1450℃的高温热风管道中。热风阀由阀体、阀盖、阀板组成，阀板通过阀杆上下移动完成阀门启闭动作。阀体、阀盖、阀板均通以冷却水，确保热风阀耐高温、耐高压、可靠密封。本文就热风阀的常见故障和维修策略进行了探讨。
关键词：阀门；常见故障；维修策略
前言
热风阀是高炉热风系统中的重要组成部分，而造成热风阀漏水的原因非常多，一般来说主要存在阀体漏水、阀杆镀层的脱落或者耐火材料脱落等。
1高炉热风阀漏水及解决措施
1.1高炉热风阀漏水的影响因素
出现这一现象的原因是上线前阀板装反造成内部配件装配问题，也就是说作业人员的操作能力和技术标准掌握不足造成此次事故。另一阀体在使用过程中造成此阀体出现漏水现象的主要原因是自身质量问题。另外造成高炉热风阀漏水还有其他的影响因素，具体如下。
（1）水压
第一，在高炉运行中，不同的高炉压力值差较小，极易出现因烧穿而导致的漏水现象，也会让热风阀寿命降低。在实际的应用过程中，热风阀下线时平均使用寿命都在两年以上，通过对水压较低的高炉进行热风阀分析时，一些阀体使用时间超过三年半，这就代表着水压对于阀体的使用寿命有一定的影响，但并不是造成阀体漏水的主要原因。第二，在一些高炉运行中，有些高炉的水压差不是最低，也不是最高，有一部分的阀体在此高炉上出现了异常下线现象，也就是说水压不是造成阀体下线的重要原因，比如说在热风阀阀体上出现烧穿或者因阀板装反而导致的窜风。
（2）水质
第一，从高炉的水质数据分析来看。如果出现水质超标，将会影响到高炉的运行设备,高炉供水设备会出现较为严重的设备腐蚀和水垢堆积，影响到高炉热风阀的使用寿命。第二，从实际情况分析发现，水质并不是影响高炉热风阀使用寿命的主要原因。
1.2解决方式
第一，在高炉热风阀系统中实施整体承包制，结合前期阀门使用寿命进行整体分析，实现炼铁与承包商的充分讨论，固定热风阀下线周期，保证高炉生产运行的稳定。第二，选取备件质量高的供应商，在进行备件更换和调整时，需要做好相应的技术指导，明确操作规范，降低在安装中出现的隐患。第三，在高炉热风炉系统中安装压力表，对各个管道内的冷却水水压进行监测，并且将监测到的水压直接传输到操作室，方便对数据管理，及时发现冷却水中存在的问题。第四，做好热风炉供水管道的严格检查，对于弯头数量较多的区域进行综合整改，减少供水压力。第五，定期进行冷却水处理的清理，降低杂物进入到冷却水系统中。第六，由相关单位做好水质与水量的监测，明确供水质量符合要求，一旦发现水质水量供应不足时，需要立即与工作人员进行协商。
2阀杆镀层的脱落及对策
2.1阀杆镀层的脱落分析
阀杆在高温、高腐蚀性恶劣气氛中频繁启闭，阀杆及密封填料间良好的耐磨及密封性能是非常重要的，阀杆表面电镀层一旦脱落，会损坏阀杆与阀盖配合处密封填料，造成密封处漏风，热量流失，能源浪费，严重的将引起高炉休风，给用户带来巨大损失。但是随着冶炼新工艺的采用和普及，恶化了热风阀使用环境，热风阀阀杆镀层脱落，阀杆腐蚀质量问题也时常发生。
2.2腐蚀原因
上述分析结果也说明了高炉气氛中除高炉煤气外，还含有较高的含Cl、S等的酸性气体。资料介绍，大高炉原料越来越多的使用进口矿石，运输方式主要是海运，使氯元素含量普遍高于地方矿，导致高炉煤气中Cl元素含量更高。焦炭、煤粉、球团也都是烧结矿所需的原料，同样也不同程度的带入氯化物、硫化物。同时，企业为降低高炉冶炼成本，提高产量，广泛采用烧结矿喷洒氯化钙(CaCl2)溶液、高炉富氧喷煤等技术，这些技术的应用也会造成炉气中的酸性组分(SO2、SO3、H2S、HCl等)含量相对增高。当各种酸性组分存留于炉气中，遇其温度降至露点以下时，对管道部件就会造成腐蚀，热风阀阀杆正是处于这样的酸性腐蚀环境中。氯化物、硫化物为酸性介质，与镀层Cr、基体Fe形成了原电池，从而导致阀杆腐蚀，镀层脱落。即使在中性环境中，氯离子的存在也会对金属材质甚至不锈钢产生腐蚀，因为氯离子的体积小，容易穿透金属氧化膜，金属氯化物水解在微区，形成酸性环境，使得金属氧化膜结构被破坏，从而发生腐蚀。那么，能否最大限度地隔离腐蚀环境，让腐蚀无孔可入呢?
2.3阀杆镀层质量分析
鉴于热风阀阀杆的工况条件，阀杆需要耐高温、耐磨、致密性高、镀层无孔隙且结合牢固，镀层厚度0.08～0.15mm，硬度HV≥850。对于上述要求，进行如下试验:
1)电镀层孔隙试验
采用贴滤纸法确认电镀层是否存在孔隙。试验溶液:用蒸馏水配制含有下列成分的溶液:
铁氰化钾K3(Fe(CN)6)):10g/L
氯化钠NaCI:30g/L
氯化铵NH4C1:60g/L
试验步骤:
(1)保持试验环境的清洁，避免空气中弥漫有铁粉。
(2)用乙醇或其它适当的除油剂彻底除去待测表面的油污，用蒸馏水洗净并晾干。
(3)将浸有上述试验溶液的滤纸紧密贴附在待测表面上保持10min，若滤纸在此期间干燥了，可滴试验溶液少许将滤纸湿润。
(4)10分钟后取下滤纸，观察与镀层接触的表面。
如果滤纸上有蓝色印痕，这是基体铁与溶液的反应产物，表明镀层上有通达钢铁基体的孔隙。阀门长期工作在热风管道中，管道内存在多种气氛，属于弱酸性介质。如果镀层存在孔隙，每个孔隙即与管道内弱酸性介质形成一个微原电池，基体材料铁与镀层材料铬为两个电极，形成电化学腐蚀，造成电镀层腐蚀脱落。镀层存在微孔隙，是阀杆腐蚀的原因之一。
2)电镀层与基体结合强度
划格试验采用30°锐刃的硬质钢划刀，在阀杆镀层上划1mm的方格，磨擦观察在此区域内镀层从机体上的剥落情况。如果剥落，则镀层附着力弱，说明镀层与基体结合强度低。如果电镀层与基体结合不牢，容易使氧化性介质进入镀层与基体之间，加速镀层的腐蚀脱落，这是阀杆腐蚀的原因之二。
3)电镀层表面粗糙度
电镀阀杆粗糙度要求Ｒa不大于0.8μm，粗糙度达不到要求，既容易形成孔隙，又容易在使用过程中磨损。这是阀杆腐蚀的原因之三。
4)电镀层硬度
要求镀层硬度，防止阀板启闭过程中，阀杆镀层被填料以及填料处粉尘划伤或磨损，导致阀杆基体腐蚀，这是阀杆腐蚀的原因之四。同时，电镀层表面不允许有起泡(起皮)、花纹、麻点、磕碰等缺陷。这些缺陷很容易造成电镀层腐蚀脱落。
通过以上分析知道，恶劣的高炉工况条件是设备生产厂家无法左右的，只有生产出满足用户工况条件的产品。针对阀杆镀层质量问题产生的原因，采取措施，从根本上解决镀层质量问题，防止微孔腐蚀，防止镀层脱落。
2.4质量保证措施
为保证电镀层质量，消除镀层孔隙，提高电镀层与基体结合强度，满足粗糙度、硬度要求，杜绝表面缺陷，采取以下措施:
1)对电镀阀杆严格技术要求:
(1)阀杆在机械加工前必须去应力退火，以防后续使用过程中阀杆本体受热变形，镀层脱落。
(2)镀前阀杆表面粗糙度Ｒa值不大于0.8μm。
(3)镀前必须经过酸洗处理，彻底去除阀杆表面氧化层、油污等。
(4)镀层要求耐腐蚀性硬铬。
(5)镀层厚度0.08～0.15mm。
(6)镀层硬度不小于HV850。
(7)镀层不允许有通达基体的孔隙。
2)严格电镀溶液要求:降低镀液浓度，优化电镀溶液配方:铬酐(CrO3)50g/L;硫酸(H2SO4)0.3g/L;氟硼酸钾(KBF4)0.4g/L。
3)严格控制杂质含量
选择与镀液不发生反应的挂具、夹具，避免形成杂质离子。
4)镀前表面酸洗处理
将阀杆浸入含有硫酸(H2SO4)120g/L、缓蚀剂0.3～0.5g/L，50～75℃的酸洗液中，停留一段时间，直到将表面污物除净为止。酸洗处理后的阀杆要尽快电镀。
5)阀杆镀前预热。
镀前阀杆先浸入在镀液中停留10～15min，待温度均匀后再通电实施电镀。
3耐火材料脱落及对策
3.1耐火材料脱落分析
耐火材料是炼钢生产的必备要素之一，随着科学技术的进步与生产生活对炼钢用耐火材料需求日益增加，对生产结构和炼钢用耐火材料的性能提出了新的要求。随着社会经济的发展，钢铁业出现了镁碳砖或者镁钙炭砖，主要原料是鳞片石墨，其晶粒大，杂质含量低，由于鳞片石墨具有良好的导热性和韧性，进一步提高了耐火材料的稳定性与抗渣性，使得我国炼钢技术又上了一个新的台阶。如果耐火材料的密度不足，气孔就会增多，钢水会沿着气孔深入到耐火材料中，使得材料的组织结构发生变化。在炼钢过程中，温度必须符合规格要求，同时在脱碳过程中会产生剧烈的碳氧反应，如果耐火材料的密度不足，气孔就会增多，钢水会沿着气孔深入到耐火材料中，使得材料的组织结构发生变化。由于耐火材料对生产环境的要求，因为脱磷需要在高温高碱环境下进行，需要加入大量的石灰，且脱碳需要在极高的温度下进行，当随着生产温度越来越高，材料就会融化剥落。
3.2对策
炼钢用耐久材料的常温耐久强度、重烧线收缩和荷载软化温度等要素是直接影响炼钢用耐久材料质量的关键，一般来说，对于炼钢设备来说，并不是非常严格，而炼钢用耐久材料最基本的性能要求就是在铸造的过程中不能软化、不能变形，并且保持一定的韧性和密度。有些炼钢用耐久材料材质对温度较为敏感，这就需要考虑炼钢设备的反应氛围，需要重新制定操作规程，改变使用耐火材料的材质，保证安全，高效生产。就某些炼钢用耐久材料材质进行综合分析，比如含碳量较高的耐火材料，在氧化性氛围下很容易发生氧化，不适合在氧化性氛围强的条件下使用。
参考文献：
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[2]初明.梅钢#高炉热风阀系统清洗预膜技术特点［J］.冶金动力，2017，（6）：62-65+71.