输送硅粉用耐磨旋盘阀

    1 概述
    当前晶体硅（包括多晶硅和单晶硅）是电子行业和太阳能（光伏）行业的主要材料，而且今后相当长的时期也依然是这些行业的主材料。多晶硅行业的生产设备主要是由反应塔器罐釜和管道组成的系统装置，阀门是必备的控制元件。但由于其核心装置的工艺条件具有临氢、耐磨、高温（300～400℃）、中高压（2.5～10MPa）、易燃和易爆的特点，其核心部位控制和输送介质的阀门常用高温金属密封耐磨球阀。根据生产需要，研究了一种结构新颖的耐磨旋盘阀（也称圆盘阀），在硅粉输送管道、料仓和反应釜的底部得到应用。该阀已获国家专利，专利号ZL201120024895.4。
    2 结构特点
    多晶硅行业用的旋盘阀（图1）密封副采用整体高硬度材料或高硬度涂层，使其硬度高于输送物料的硬度。如采用碳化钨（WC）或碳化铬（CrC）等，其硬度均超过硅粉颗粒的硬度。阀门在管道上安装基本采用单向密封，密封达到零泄漏，至少达到ANSIClassⅥ泄漏等级。

图1 旋盘阀

图2 摆动型旋盘阀

    旋盘阀具有独特的旋转剪切和自抛光的阀盘，耐磨损、耐高温和高硬度的配对密封副，双作用的驱动杆旋转执行装置，补偿管道应力和阀件热膨胀的弹性机构，以及防止物料集结和堵塞的自排及刮削功能。
    旋盘阀按结构可分为单盘式、双盘式和锁盘式等。根据动作原理可以有直行程滑阀型和带摆动摇臂的摆动型（图2）。无论是直行程或摆动型结构，都是用阀盘实现通道的开启和关闭动作，控制磨料介质的输送。运动的阀盘和镶嵌的阀座一般采用整体硬质合金压制烧结的材料（YG8、YG15），其硬度≥70HRC。
    3 性能
    旋盘阀的工况条件是高温、高压、磨损、氧化和氢脆腐蚀，要求其密封性能好，启闭力矩小。旋盘阀压力150～2500Lb，口径1～16in.（25～400mm），温度＜400℃，主体材料碳钢A105或奥氏体不锈钢316（CF8M）。旋盘阀作为反应釜出料阀或气流输送阀时，其启闭动作频率较高，每天6～30次。
    4 工艺特点
    旋盘阀的阀座与阀体结合是影响阀座背面密封和结合可靠的关键问题。如采用过盈配合及化学方法固定阀座，使用中出现了阀座松脱和背面泄漏现象。经过试验，改进为机械连接的压焊方法，保证了阀座固定稳固和背面的密封效果，提高了阀门的使用可靠性。为了保证密封面的平整度和光洁度，及密封副之间的平行度和吻合度，密封副的两个密封面要经过粗磨、精磨和研磨，最后还要进行配对的对研和抛光，使密封面达到镜面水平，才能满足金属硬密封零泄漏的要求。 
    多晶硅生产工艺中用于输送氢气和氧气的阀门约50%。为了保证系统设备运行的安全可靠，阀门的脱脂处理工序非常重要。因此按照GB16912－2008、HG20202－2000及JB/T10520－2005标准，对脱脂流程、脱脂剂选用、脱脂方法、安全防护及验收标准做出全面的规定，作为现场操作的指导和检验依据。阀门采用铜合金或奥氏体不锈钢以外的碳钢时，考虑了其脱脂处理后的防锈和包装问题，以防止阀门在运输过程和安装前会产生表面锈蚀。
    5 国外进展
    美国Everlasting公司从1904年开始研究处理硅粉输送阀门，旋盘阀是其主导产品之一。目前，国外的旋盘阀压力Class2500，公称尺寸NPS1/2～18in.（15～450mm），温度800℃，压力70MPa。国外对大口径阀门的密封部位采用碳化钨包镀技术（TheConformaClad），可以简化硬质合金的整体压制和烧结工艺，节约耐磨和耐蚀合金材料的用量，降低产品成本，在国内的大口径阀门密封材料应用上具有广阔的推广应用价值。
    6 结语
    旋盘阀耐磨损、耐氧化和耐氢脆腐蚀，用于高磨损和冲蚀物料的隔断及气－固两相流的管道上，密封性能好，启闭力矩小，有着广阔的应用市场。