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【摘 要】介绍钛白废酸浓缩装置中进口循环泵国产化自主研发产品—HZG高硅铸铁轴流泵。
【关键词】高硅铸铁；轴流泵；钛白废酸循环泵
0.前言
钛白废酸不同于一般的工业废酸，除了排放量大之外，还含有大量的FeSO4、Al2（SO4）3、MgSO4、CaSO4等无机盐及TiO2，处理工艺复杂，难度大，许多企业虽然在“三废”综合治理上做了大量的工作，但环保问题依然严峻。所以钛白废酸浓缩装置的浓缩效率、浓缩周期以及相关设备的选择使用、改进都是关注的重点，而在钛白废酸浓缩装置中循环泵又占有比较重要的位置。以往的钛白废酸浓缩装置中循环泵大多依赖进口，成本及维修费用高，备件采购周期长，极大的影响设备及整个装置的正常使用。为了提高钛白废酸浓缩装置的使用效率并实现进口循环泵的国产化，我们大耐泵业有限公司（原大连耐酸泵厂）投入了大量人力物力进行研究实践，终于推出了一种高能高效高寿命的废酸循环泵—HZG高硅铸铁轴流泵。
1.设计要求和结构形式
HZG高硅铸铁轴流泵为卧式轴流泵。该系列泵适合输送大流量低扬程、温度在80℃～110℃范围的硫酸及硫酸盐溶液，允许介质中含有结晶颗粒。泵材质以高硅铸铁为主，以达到耐高温、耐酸介质的特性。使用参数如下：
口径 250～1200mm
流量 Q 200～18000m3/h
扬程 H 2～7m
工作温度 80℃～110℃
工作压力 0.6~1.0 MPa
2.剖面图
图1-1
3.主要结构特点及特征
3.1材质
过流部件采用高硅铸铁。下面对于高硅铸铁这种材料有必要详细说明一下。
高硅铸铁属于白口铸铁，是一种耐蚀性很高的脆性金属材料。高硅铸铁的含硅量一般在14～16%之间，其金相组织为含硅铁素体和碳化物，有部分细小石墨。由于铁中加入了大量的硅，一方面提高了基体的电极电位，另一方面在氧化介质中硅受氧化形成了大量的SiO2保护膜，使材料在各种酸溶液、盐溶液和湿空气中具有高度的化学稳定性，但高硅铸铁在氢氟酸、苛性碱及高温盐酸中是不耐蚀的。高硅铸铁脆性大，硬度高，机械强度差，导热系数小，收缩率大，膨胀系数高，制造加工困难，但由于其耐蚀性好，价格低廉、资源丰富，被广泛应用于化工、石油化工、化纤、冶金、国防等部门。高硅铸铁不能制造承受剧烈交变载荷，冲击载荷和温度突变的零部件。高硅铸铁铸件应进行消除内应力退火处理。
3.1.1材料牌号
高硅铸铁 GB/T8491-2009，主要成分STSi15
3.1.2化学成分
3.1.3机械性能
3.1.4耐蚀性能
现在工业上用的高硅铸铁，均是在普通高硅铸铁STSi15的基础上，添加不同的改性合金元素而得到的。其机械性能优于STSi15，耐蚀性能与之相近。现以STSi15在硫酸和硝酸中的耐蚀性来简要说明高硅耐蚀铸铁的耐蚀性能。图2-1是STSi15在硫酸中的耐蚀情况。图2-2是STSi15在硝酸中的耐蚀情况。为了提高普通高硅铸铁的力学性能及耐蚀性能，通常对高硅铸铁进行球化或合金化处理。
而实践证明，在钛白废酸浓度为20-80%、温度＜150℃且含有大量的硫酸盐晶体的工况下，高硅铸铁的耐腐、耐磨性能均优于四氟与哈氏D合金。
3.1.5组织结构
高硅铸铁当含硅量在15%以下时，在室温得到单相的α相组织（即硅在Fe中的固溶体，在室温时硅在α相中的最大溶解度为14.5%）。当含硅量更多时，则出现η相（Fe3Si2化合物，含硅量为25.1%），ε相（FeSi化合物，含硅量为33.3%）和ζ相（Fe3Si2化合物，含硅量为55.7%）。含硅14.5～16.0%和高硅铸铁的金相组织为含硅铁素体（即含硅a固溶液）和碳化物，有部分细小石墨。
3.1.6工艺性能与要求
a.成形性能：铸造性能较差。
b.焊接性能：只有稀土高硅铸铁稍能补焊，其余不能。
c.零件的热处理工艺：铸件在红热状态下打箱，并迅速地排除一切阻碍铸件自由收缩的机械阻力，清除浇胃口并将红热铸件直接装入高于600℃的预先加热处理炉内，随即将铸件缓慢地加热到750℃～850℃（升降温速度<45℃/h），根据铸件的结构、尺寸和壁厚，在该温度范围内保温2～4小时，待炉温降至100℃以下时出炉。
3.2流动方向
泵的进出口方式分为水平进、垂直出和垂直进、水平出两种型式以适应不同的装置要求。
3.3叶轮
整体铸造叶轮，设计有不同叶片的安装角度以满足不同的工况要求，使得泵的高效区域得以加宽。
3.4壳体
壳体为整体铸造，底脚支承或中心支承，后拉门形式。具体结构可分为弯管式和蜗壳式。弯管式允许水平进、垂直出或垂直进、水平出的流动方向；蜗壳式用以减小大口径的悬臂比，只允许水平进垂直出的流动方向。
壳体进出口采用松套式法兰包裹高硅铸铁壳体结构，有效的解决了在法兰颈根部高硅铸铁不能制造承受剧烈交变载荷，冲击载荷和温度突变的问题。
3.5密封
多种密封形式适应各种使用工况：
a.优质双端面机械密封为标准设计，采用外冲洗，密封使用寿命在8000小时以上。
b.填料密封为可选结构，双填料环的设计结构及优质的填料材质使密封的泄漏降到最低限，同时延长了密封的使用寿命（4000小时以上）。特殊的密封腔设计使不必拆卸泵体即可更换填料，大大方便了维修。
c.单端面机械密封可用于清洁的使用环境，采用大腔体设计以充分降低密封液温度。
3.6传动
可采用多种方式：
a.与电机直联，泵的设计转速与电机转速同步。
b.可采用皮带轮，不同的皮带轮设计以改变转速调整泵的性能。
c.可采用减速机，联轴器直联，降低泵的转速以调整泵的性能。
3.7轴承部件
a.固定式轴承箱体采用整体铸造型式，可带有冷却水腔有效地冷却油箱。
b.轴承为滚动轴承，采用油脂润滑。
3.8安装方式
固定式轴流泵：
a.联轴器直联方式，泵与电机公用一个底座。
b.皮带传动或万向联轴节连接方式，泵与电机（或减速机）底座分离安装。
4.实际应用
我国现阶段的钛白废酸浓缩装置为引进的芬兰诺玛公司的废酸浓缩装置，我公司早在2002年就着手开发了国内几个最先引进钛白废酸浓缩装置公司的替代进口轴流泵项目，如最早的几套装置“湖北武汉方圆钛白”、“山东东佳金虹钛白”、“湖南衡阳二七二钛白”等，现场使用效果良好，用户给予高度评价。同时我公司HZG高硅铸铁轴流泵在2004年中国通用机械工业协会举办的第二届中国国际流体机械展览会上取得了金奖。随着行业内业绩的不断增加以及国内用户的不断认可，近几年的我们又陆续给“江苏南通三圣”、“云南大互通钛白”、“江苏南京钛白”、“江苏淮安飞洋钛白”、“四川攀枝花大互通钛白”等用户提供过循环泵，为公司创造直接经济利润接近500万元。
【参考文献】
［１］机械设计手册.机械工业出版社.2008．
［２］叶片泵设计手册.沈阳水泵研究所.1983．
［３］现代泵设计手册.关醒凡.1987．
［４］泵材料手册.中国通用机械泵行业协会.
【关键词】高硅铸铁；轴流泵；钛白废酸循环泵
0.前言
钛白废酸不同于一般的工业废酸，除了排放量大之外，还含有大量的FeSO4、Al2（SO4）3、MgSO4、CaSO4等无机盐及TiO2，处理工艺复杂，难度大，许多企业虽然在“三废”综合治理上做了大量的工作，但环保问题依然严峻。所以钛白废酸浓缩装置的浓缩效率、浓缩周期以及相关设备的选择使用、改进都是关注的重点，而在钛白废酸浓缩装置中循环泵又占有比较重要的位置。以往的钛白废酸浓缩装置中循环泵大多依赖进口，成本及维修费用高，备件采购周期长，极大的影响设备及整个装置的正常使用。为了提高钛白废酸浓缩装置的使用效率并实现进口循环泵的国产化，我们大耐泵业有限公司（原大连耐酸泵厂）投入了大量人力物力进行研究实践，终于推出了一种高能高效高寿命的废酸循环泵—HZG高硅铸铁轴流泵。
1.设计要求和结构形式
HZG高硅铸铁轴流泵为卧式轴流泵。该系列泵适合输送大流量低扬程、温度在80℃～110℃范围的硫酸及硫酸盐溶液，允许介质中含有结晶颗粒。泵材质以高硅铸铁为主，以达到耐高温、耐酸介质的特性。使用参数如下：
口径 250～1200mm
流量 Q 200～18000m3/h
扬程 H 2～7m
工作温度 80℃～110℃
工作压力 0.6~1.0 MPa
2.剖面图
图1-1
3.主要结构特点及特征
3.1材质
过流部件采用高硅铸铁。下面对于高硅铸铁这种材料有必要详细说明一下。
高硅铸铁属于白口铸铁，是一种耐蚀性很高的脆性金属材料。高硅铸铁的含硅量一般在14～16%之间，其金相组织为含硅铁素体和碳化物，有部分细小石墨。由于铁中加入了大量的硅，一方面提高了基体的电极电位，另一方面在氧化介质中硅受氧化形成了大量的SiO2保护膜，使材料在各种酸溶液、盐溶液和湿空气中具有高度的化学稳定性，但高硅铸铁在氢氟酸、苛性碱及高温盐酸中是不耐蚀的。高硅铸铁脆性大，硬度高，机械强度差，导热系数小，收缩率大，膨胀系数高，制造加工困难，但由于其耐蚀性好，价格低廉、资源丰富，被广泛应用于化工、石油化工、化纤、冶金、国防等部门。高硅铸铁不能制造承受剧烈交变载荷，冲击载荷和温度突变的零部件。高硅铸铁铸件应进行消除内应力退火处理。
3.1.1材料牌号
高硅铸铁 GB/T8491-2009，主要成分STSi15
3.1.2化学成分
3.1.3机械性能
3.1.4耐蚀性能
现在工业上用的高硅铸铁，均是在普通高硅铸铁STSi15的基础上，添加不同的改性合金元素而得到的。其机械性能优于STSi15，耐蚀性能与之相近。现以STSi15在硫酸和硝酸中的耐蚀性来简要说明高硅耐蚀铸铁的耐蚀性能。图2-1是STSi15在硫酸中的耐蚀情况。图2-2是STSi15在硝酸中的耐蚀情况。为了提高普通高硅铸铁的力学性能及耐蚀性能，通常对高硅铸铁进行球化或合金化处理。
而实践证明，在钛白废酸浓度为20-80%、温度＜150℃且含有大量的硫酸盐晶体的工况下，高硅铸铁的耐腐、耐磨性能均优于四氟与哈氏D合金。
3.1.5组织结构
高硅铸铁当含硅量在15%以下时，在室温得到单相的α相组织（即硅在Fe中的固溶体，在室温时硅在α相中的最大溶解度为14.5%）。当含硅量更多时，则出现η相（Fe3Si2化合物，含硅量为25.1%），ε相（FeSi化合物，含硅量为33.3%）和ζ相（Fe3Si2化合物，含硅量为55.7%）。含硅14.5～16.0%和高硅铸铁的金相组织为含硅铁素体（即含硅a固溶液）和碳化物，有部分细小石墨。
3.1.6工艺性能与要求
a.成形性能：铸造性能较差。
b.焊接性能：只有稀土高硅铸铁稍能补焊，其余不能。
c.零件的热处理工艺：铸件在红热状态下打箱，并迅速地排除一切阻碍铸件自由收缩的机械阻力，清除浇胃口并将红热铸件直接装入高于600℃的预先加热处理炉内，随即将铸件缓慢地加热到750℃～850℃（升降温速度<45℃/h），根据铸件的结构、尺寸和壁厚，在该温度范围内保温2～4小时，待炉温降至100℃以下时出炉。
3.2流动方向
泵的进出口方式分为水平进、垂直出和垂直进、水平出两种型式以适应不同的装置要求。
3.3叶轮
整体铸造叶轮，设计有不同叶片的安装角度以满足不同的工况要求，使得泵的高效区域得以加宽。
3.4壳体
壳体为整体铸造，底脚支承或中心支承，后拉门形式。具体结构可分为弯管式和蜗壳式。弯管式允许水平进、垂直出或垂直进、水平出的流动方向；蜗壳式用以减小大口径的悬臂比，只允许水平进垂直出的流动方向。
壳体进出口采用松套式法兰包裹高硅铸铁壳体结构，有效的解决了在法兰颈根部高硅铸铁不能制造承受剧烈交变载荷，冲击载荷和温度突变的问题。
3.5密封
多种密封形式适应各种使用工况：
a.优质双端面机械密封为标准设计，采用外冲洗，密封使用寿命在8000小时以上。
b.填料密封为可选结构，双填料环的设计结构及优质的填料材质使密封的泄漏降到最低限，同时延长了密封的使用寿命（4000小时以上）。特殊的密封腔设计使不必拆卸泵体即可更换填料，大大方便了维修。
c.单端面机械密封可用于清洁的使用环境，采用大腔体设计以充分降低密封液温度。
3.6传动
可采用多种方式：
a.与电机直联，泵的设计转速与电机转速同步。
b.可采用皮带轮，不同的皮带轮设计以改变转速调整泵的性能。
c.可采用减速机，联轴器直联，降低泵的转速以调整泵的性能。
3.7轴承部件
a.固定式轴承箱体采用整体铸造型式，可带有冷却水腔有效地冷却油箱。
b.轴承为滚动轴承，采用油脂润滑。
3.8安装方式
固定式轴流泵：
a.联轴器直联方式，泵与电机公用一个底座。
b.皮带传动或万向联轴节连接方式，泵与电机（或减速机）底座分离安装。
4.实际应用
我国现阶段的钛白废酸浓缩装置为引进的芬兰诺玛公司的废酸浓缩装置，我公司早在2002年就着手开发了国内几个最先引进钛白废酸浓缩装置公司的替代进口轴流泵项目，如最早的几套装置“湖北武汉方圆钛白”、“山东东佳金虹钛白”、“湖南衡阳二七二钛白”等，现场使用效果良好，用户给予高度评价。同时我公司HZG高硅铸铁轴流泵在2004年中国通用机械工业协会举办的第二届中国国际流体机械展览会上取得了金奖。随着行业内业绩的不断增加以及国内用户的不断认可，近几年的我们又陆续给“江苏南通三圣”、“云南大互通钛白”、“江苏南京钛白”、“江苏淮安飞洋钛白”、“四川攀枝花大互通钛白”等用户提供过循环泵，为公司创造直接经济利润接近500万元。
【参考文献】
［１］机械设计手册.机械工业出版社.2008．
［２］叶片泵设计手册.沈阳水泵研究所.1983．
［３］现代泵设计手册.关醒凡.1987．
［４］泵材料手册.中国通用机械泵行业协会.