连铸机冷却水系统常用阀门的选用

    1 前言
    阀门的用途是广泛的，而且作用很大。在连铸机冷却水系统（以下简称水系统）中阀门起调节流量；启、闭；检修等作用，它能保证连铸机设备正常运行，延长设备使用寿命，保证连铸机能够生产出合格的铸坯。
    然而，阀门同连铸机其它设备相比往往被忽视，如果阀门选型不当，会使整个冷却系统调节能力不够，生产效率低或造成其他事故。因此，水系统阀门要根据连铸机的特殊要求进行合理的选用。
    2 连铸机冷却水系统
    冷却水系统分为四个系统：（1）结晶器冷却水系统，水质为软水，进水压力约为1.0MPa，温度为35～55℃。（2）设备间接冷却水系统，水质为净循环水，进水压力为0.6～0.8MPa，温度为40～55℃。（3）二次冷却水系统，水质为浊循环水，进水压力恒压为1.0MPa，温度约为40℃。（4）设备直接冷却水系统，水质为浊循环水，进水压力不小于0.4MPa，温度约为40℃。表1为各系统水质要求。

表1 连铸机冷却水水质要求

    3 水系统阀门的选用
    根据连铸机冷却水系统的要求，该系统应该选用低压PN≤1.6MPa、常温-40℃≤t≤120℃、非特大口径DN≤1400mm的金属材料阀门。水系统阀门既要满足一般性能要求，更要满足连铸机的特殊性能要求，下面就水系统常用的蝶阀、球阀的选用进行分析。
    3.1 蝶阀的选用
    蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转0°~90°来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。
    （1）水系统常用中线蝶阀和双偏心密封蝶阀
    双偏心蝶阀阀板在0°～90°开启过程中，从0°转到8°～12°时阀板可完全脱离阀座密封面，从而阀板与阀座的密封面之间相对机械磨损、挤压转角更短，提高了阀门寿命，图1为双偏心蝶阀开启、关闭原理图。由于水系统管路（DN100以上管路）的过滤器经常需要检修、清洗，所以双偏心蝶阀特别适用于过滤器的进、出口及其旁通，其余选用中线蝶阀即可满足水系统寿命要求。

图1 双偏心蝶阀开启、关闭原理图

    （2）具有良好的密封性
    阀门密封材料有合成橡胶阀座和聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座等。由于合成橡胶易老化、磨损、脱落，可能堵塞结晶器铜板水缝、扇形段喷嘴、扇形段轴承座等，因此选用聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座更适用连铸设备。图2为聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀。

图2 聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀

    （3）具有良好的流量调节特性
    当蝶阀开启在15°～70°之间时，能进行灵敏的流量控制，特别适用结晶器铜板冷却回路，配合回路上的气动调节阀和电磁流量计，可以有效弥补气动调节阀的调节范围。图3为蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用。
    （4）蝶阀在管路中的压力损失比较大，大约是闸阀的三倍，因此在选择蝶阀时应充分考虑管路系统压力损失的影响。

图3 蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用

    管路中阀门所造成的压强损失可表示为：

    
    式中
    ΔP为管路中阀门造成的压强损失，MPa；
    K为阀门的压强损失系数；
    K1为阀门部分开启时造成的压力损失系数，阀门全开时，K1=1；
    v为水流平均速度，m/s；
    ρ为水的密度，kg/m3。
    蝶阀的压力损失系数K根据阀板的厚度约为0.2～1.5。图4为蝶阀K1的近似结果。

图4 部分开启蝶阀压强损失系数的近似结果

    3.2 球阀选用
    球阀由旋塞阀演变而来，它的启闭件为一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。
    （1）水系统中常选用浮动球球阀和V形开口的球阀，用在管路不大于DN125的管路上。浮动球球阀主要起开、闭作用；V形开口的球阀用于流量调节。图5为浮动球球阀，图6为法兰连接的V形开口调节球阀。

图5 浮动球球阀

图6 法兰连接的V形开口调节球阀

    （2）具有良好的密封性。水系统常用密封材料为聚四氟乙烯，摩擦系数小、性能稳定、不易老化等。
    （3）与蝶阀相比，V形开口球阀更具良好的流量调节特性。涡轮传动V形开口球阀具有精确调节并可靠定位的功能，流量特性近似等百分比，可调范围大，最大可调比为100:1，图7为V形开口球阀的调节特性曲线。此类球阀适用于二次冷却系统的支路，配合回路上的气动调节阀和电磁流量计，可以较精确弥补气动调节阀的调节范围；适用于设备间接冷却回水支路，配合就地显示流量计，可以精确地调整分配到每个扇形段的水量。

图7 V形开口球阀的调节特性

    （4）具有最低的流阻，对于全通径球阀，在全开状态下，流阻可以视为零。
    4 结论
    （1）蝶阀适用于水系统DN125以上管路；在启闭较频繁的过滤器进出口及其旁通选用双偏心密封蝶阀；在结晶器回水管路选用中线蝶阀进行流量调节；密封选用选用聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座；选用蝶阀需考虑压力损失。
    （2）球阀适用于DN125以下的管路；在二次冷却支路和设备间接冷却回水支路上选用涡轮传动V形开口球阀进行精确流量调节；密封选用聚四氟乙烯阀座；对于全通径球阀，全开状态下，不考虑球阀在管路上造成的压力损失。
    （3）对于连铸机冷却水系统要求，选用蝶阀和球阀完全可以满足管路的开、闭及流量的精确调整，可以替代闸阀、截止阀等阀门。