CN102154533B - 铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器 - Google Patents

Abstract

一种铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，包括旋转轴和设置于旋转轴下端并沿其周向均匀布置的搅拌叶，旋转轴由金属空心轴以及复合在金属空心轴外侧的耐火材料工作衬构成，金属空心轴的内腔中设置有风冷管。旋转轴下端设置有与风冷管相通的喷气通道，所述喷气通道位于相邻搅拌叶之间。本发明通过将冷却气体从喷气口喷入到搅拌中心漩涡，促使搅拌中心强制涡流区内脱硫剂与铁水之间的相对运动，实现搅拌中心强制涡流区内脱硫剂在铁水中的混合分散，提高该区域脱硫反应动力学条件。同时，可遏制相邻搅拌叶间脱硫渣的滞留粘结，提高搅拌叶的有效作用面积，减轻了搅拌器粘渣清理维护量，提高了铁水机械搅拌脱硫生产能力、脱硫剂利用效率。

Description

铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器

技术领域

本发明涉及转炉炼钢前铁水炉外机械搅拌脱硫搅拌装置，具体地说是一种铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器。

背景技术

KR(Kambara Reactor)搅拌脱硫法是日本新日铁于1963年开始研究，1965年应用于工业生产的一种铁水炉外脱硫技术。这种脱硫方法是以一个外衬耐火材料的十字形叶片结构搅拌器浸入铁水罐内进行旋转，搅动铁水使其产生旋涡，同时经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，脱硫剂被旋涡卷入铁水中，与高温铁水混合、反应，达到脱硫的目的。该脱硫方法通过漂浮于铁水液面上脱硫剂的卷吸循环混合，实现脱硫剂与铁水的循环接触脱硫冶金反应，具有脱硫剂接触反应时间充分，脱硫效率高，脱硫剂消耗少，作业时间短，金属耗损低等优点，在国内得到了广泛的推广应用。

KR搅拌脱硫过程中铁水的流动状态分为搅拌中心强制涡流区和该区以外的自由涡流区。其中，强制涡流区由于没有液体微元之间的相对运动，为不良混合区；自由涡流区由于循环运动引起了液体微元之间的相对运动，起到了混合分散的作用，为充分混合区。扩展搅拌自由涡流区、缩小强制涡流区是提高脱硫效果的有效途径。在实际生产中，强制涡流区半径与搅拌器叶轮半径之比近似为0.7，搅拌叶片有效搅拌面积仅为30％，因而，铁水KR搅拌脱硫传输动力学机制是局域卷吸混合、径向剪切分散。

对于自浮颗粒脱硫剂在铁水中的搅拌卷吸循环混合的铁水机械搅拌脱硫，其搅拌混合空间由搅拌器与铁水罐共同组成，现有搅拌器结构、搅拌叶片形状以及搅拌工艺改进方面的技术研究取得了一定的进展，例如：文献《铁水脱硫技术的改进(摘译)》(太钢译文，1994，(1)，20-25)介绍了日本住友金属鹿岛制铁所于上世纪90年代率先研究了搅拌器叶轮直径和搅拌叶片形状对脱硫动力学条件的影响，并提出搅拌器叶轮扩径和叶片外凸弧形搅拌面的动力学改进措施。其中，搅拌器叶轮扩径虽在国内外一些钢铁企业得到应用，但因搅拌时铁水液面上升高度、搅拌强度与振动大，影响了铁水罐的铁水有效装载量、降低了搅拌器使用寿命，甚至因搅拌设备振动大而危及安全生产；以叶片外凸弧形搅拌面为特征的异形搅拌叶片在实际使用中形状维持困难而未得到推广应用。

公开号为CN101603111A的中国专利《一种铁水脱硫用搅拌器》公开了一种搅拌叶迎铁面与背铁面均为前倾斜面的三叶搅拌器，通过三叶片前倾结构，增强搅拌卷吸空间与卷吸循环流量，达到改善脱硫动力学条件目的，并使叶片之间的夹角增大到120°，降低叶片之间粘渣速度，不仅方便了粘渣的清理，同时降低了粘渣对叶片搅拌叶片有效作用面积的影响，提高了搅拌强度的稳定性。授权公告号为CN201406443Y的中国专利《铁水脱硫搅拌器》公开了一种搅拌叶迎铁面为前倾凸形弧面、背铁面为竖直面或前倾面、轴向垂直截面为径向内缩的梯形面的三叶搅拌器，通过搅拌叶的异形结构设计，在前述公开号为CN101603111A的中国专利《一种铁水脱硫用搅拌器》基础上，进一步增大了搅拌叶之间的夹角，强化了搅拌器的剪切分散能力和搅拌脱硫动力学条件的改善效果。上述两项专利技术的搅拌器结构改进主要是通过强化搅拌自由涡流区的混合分散，达到改善铁水机械搅拌脱硫动力学条件的效果，但上述改进措施既不能遏制搅拌中心强制涡流区的形成，也不能缩小强制涡流区的体积大小，其铁水机械搅拌脱硫动力学条件难以得到显著的改善。

公开号为CN101492753A的中国专利《铁水机械搅拌脱硫方法》公开了一种铁水罐偏心搅拌脱硫方法，通过搅拌器偏离铁水罐中心的搅拌，引起搅拌漩涡中心偏离搅拌轴心，遏制了常规KR搅拌脱硫时搅拌中心强制涡流区的形成，使漩涡吸入的脱硫剂偏离搅拌轴心非对称性卷入循环，并通过搅拌器叶片的冲击实现卷入的脱硫剂在铁水中的混合分散，从而有效地改善了铁水机械搅拌脱硫动力学条件。该方法虽然在实际生产中取得了良好的工业性试验效果，但由于偏心搅拌较大的偏心推力，促进了铁水罐车刹车系统的磨损，增大了铁水罐车的维护工作量，给实际推广应用带来困难。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，在不改变搅拌器在铁水罐中插入方式的条件下，改善铁水机械搅拌脱硫的动力学条件，并解决相邻搅拌叶间脱硫渣的滞留粘结问题。

为实现上述目的，本发明所设计的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，包括旋转轴和设置于旋转轴下端并沿其周向均匀布置的搅拌叶，所述旋转轴由金属空心轴以及复合在金属空心轴外侧的耐火材料工作衬构成，所述金属空心轴的内腔中设置有风冷管。所述旋转轴下端设置有与所述风冷管相通的喷气通道，所述喷气通道位于相邻搅拌叶之间。

进一步地，所述喷气通道由设置在风冷管上的风冷管出风口、设置在金属空心轴上的金属空心轴喷气孔、设置在金属空心轴和耐火材料工作衬之间的气室、以及设置在耐火材料工作衬上的喷气口依次连通而成。

再进一步地，所述风冷管为单管结构，所述风冷管的进气端设置有凹槽密封连接件；所述凹槽密封连接件外侧在风冷管与金属空心轴之间设置有用于调整冷却气体向大气外排阻力与流量的叶轮式流动阻力调节机构或圆盘。所述叶轮式流动阻力调节机构由结构相同并安装在风冷管上的动叶轮片和静叶轮片构成；所述动叶轮片与静叶轮片的叶片呈反向错位角度安装。所述圆盘内圈固接在风冷管上，所述圆盘外圈与金属空心轴内壁保持一定的间隙。通过设置叶轮式流动阻力调节机构或圆盘，可实现冷却气体的顺利喷吹。

同等地，所述风冷管为由内管和外管组成的双管结构。所述外管下部设置有与所述金属空心轴喷气孔相通的连接管；所述外管下部端头设置与内管相连的封头；所述风冷管的进气端设置有与所述内管和外管相对应的双凹槽密封连接件。

更进一步地，所述喷气口为圆形喷气口、椭圆形喷气口或缝式喷气口，数量为1～4个。

本发明的优点在于：所设计的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器本通过在搅拌器相邻搅拌叶间的旋转轴上设置喷气口，在铁水机械搅拌脱硫过程中，使气体从喷气口喷入到搅拌中心漩涡，促使搅拌中心强制涡流区内脱硫剂与铁水之间的相对运动，实现搅拌中心强制涡流区内脱硫剂在铁水中的混合分散，提高该区域脱硫反应动力学条件。同时，在喷气口的气体喷吹作用下，干扰搅拌中心强制涡流区的刚性旋转运动，遏制了搅拌中心强制涡流区的形成与扩张，从而缩小搅拌中心强制涡流区形成体积，扩展流体微元相对运动剧烈的自由涡流区容积，遏制搅拌中心强制涡流区对铁水搅拌脱硫动力学条件的不利影响

搅拌中心强制涡流区内流体微元的相对运动，遏制相邻搅拌叶间脱硫渣的滞留粘结，提高搅拌叶的有效作用面积，减轻了搅拌器粘渣清理维护量以及由此带来的搅拌器机械损伤，提高了铁水机械搅拌脱硫生产能力、脱硫剂利用效率，降低了生产成本、延长了搅拌器使用寿命。

本发明采用金属圆管、椭圆管或塑料薄板制作喷气口，避免了喷气压力不足引起的喷气口堵塞，也避免了喷气压力过大、喷气流量剧增引起的喷溅现象，保持喷气粘附旋转轴缓慢上升，增强了喷气控制的稳定性。

附图说明

图1是本发明的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3是图1中动叶轮片或静叶轮片的结构示意图。

图4是图3的俯视结构示意图。

图5是图1中A部局部放大示意图。

图6是采用圆盘替代图1中叶轮式流动阻力调节机构的结构示意图。

图7是图6中圆盘的俯视结构示意图。

图8是风冷管为双管结构的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器结构示意图。

图9是图8的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1和图2所示，本发明的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器包括旋转轴1和设置于旋转轴1下端并沿其周向均匀布置的搅拌叶3，搅拌叶3可为3～6片，绕旋转轴1周向均匀分布。旋转轴1由金属空心轴1a以及复合在金属空心轴1a外侧的耐火材料工作衬1b构成，金属空心轴1a的内腔中设置有风冷管2。所述旋转轴1下端设置有与所述风冷管2相通的喷气通道4，所述喷气通道4位于相邻搅拌叶3之间。

喷气通道4由设置在风冷管2上的风冷管出风口4a、设置在金属空心轴1a上的金属空心轴喷气孔4b、设置在金属空心轴1a和耐火材料工作衬1b之间的气室4c、以及设置在耐火材料工作衬1b上的喷气口4d依次连通而成。气室4c采用耐热钢板焊接在金属空心轴1a的金属空心轴喷气孔4b部位，并采用钢钉焊接加固。

图1中所示风冷管2为单管直通结构，风冷管2的进气端设置有凹槽密封连接件10，凹槽密封连接件10外侧在风冷管2与金属空心轴1a之间设置有叶轮式流动阻力调节机构5，用于调整冷却气体向大气外排阻力与流量。叶轮式流动阻力调节机构5由结构相同的动叶轮片5a与静叶轮片5b构成，如图3和图4所示，动叶轮片5a与静叶轮片5b通过螺钉反向错位角度安装在风冷管2上。调整动叶轮片5a与静叶轮片5b叶片之间的错位角度，即调整冷却气体的向大气外排阻力与流量，可实现喷气通道4气体喷入搅拌漩涡的流量控制。调整时，先松开动叶轮片5a的紧固螺钉进行错位角度调整，调整合适后，再将该紧固螺钉拧紧，将动叶轮片5a再次固定在风冷管2上。

在搅拌器的风冷管2为单管直通结构情况下，也可以通过圆盘7代替图1中叶轮式流动阻力调节机构5实现冷却气体的流动阻力调节，其安装结构如图6所示。圆盘7内圈焊接在风冷管2上进行固定，外圈与金属空心轴1a内壁保持一定的间隙，通过流动阻力计算或试验确定圆盘7的外圈直径，控制冷却气体的向大气外排的阻力与流量，实现喷气通道4气体喷入搅拌漩涡的流量控制。

搅拌器工作时，通入风冷管2的冷却气体经风冷管出风口4a后形成两条通路：一条通路为通过喷气通道4喷入搅拌漩涡；另一条通路为通过叶轮式流动阻力调节机构5或圆盘7向大气排出。

搅拌器的风冷管2为也可以采用由内管2a和外管2b组成的双管结构，如图8所示。外管2b下部设置有与所述金属空心轴喷气孔4b焊接相通的连接管6，外管2b下部端头焊接与内管2a相连的封头8，风冷管2的进气端设置有与内管2a和外管2b相对应的双凹槽密封连接件9。搅拌器工作时，两路气体同时进入风冷管2的内管2a和外管2b，进入内管2a的气体经风冷管出风口4a后沿风冷管2与金属空心轴1a组成的通道向大气外排；进入内管2a和外管2b之间的气体经连接管6、气室4c及喷气口4d喷入搅拌漩涡，通过两路进气实现气体的流量调节。

耐火材料工作衬1b下端的喷气口4d可采用圆形喷气口、椭圆形喷气口，采用内径为1.5～2mm的金属圆管或长轴为2～3mm、短轴为1～1.5mm的金属椭圆管与气室4c焊接相通。喷气口4d也可以采用缝式喷气口，采用厚度为0.8～1mm、高度为2～3mm的塑料板插入气室4c预先开设的缝隙内固定，通过搅拌器制作中的烘烤过程，使塑料板熔化烧蚀，形成缝式喷气口。

本发明喷气口4d布置在距离搅拌叶3底面1/3叶片轴向高度以上，避免了喷气上升过程中体积剧烈膨胀以及在离心力作用下沿径向排出搅拌叶，可防止喷气对搅拌自由涡流区脱硫剂混合分散的干扰。

Claims (7)

1.一种铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，包括旋转轴(1)和设置于旋转轴(1)下端并沿其周向均匀布置的搅拌叶(3)，所述旋转轴(1)由金属空心轴(1a)以及复合在金属空心轴(1a)外侧的耐火材料工作衬(1b)构成，所述金属空心轴(1a)的内腔中设置有风冷管(2)，其特征在于：所述旋转轴(1)下端设置有与所述风冷管(2)相通的喷气通道(4)，所述喷气通道(4)位于相邻搅拌叶(3)之间；所述喷气通道(4)由设置在风冷管(2)上的风冷管出风口(4a)、设置在金属空心轴(1a)上的金属空心轴喷气孔(4b)、设置在金属空心轴(1a)和耐火材料工作衬(1b)之间的气室(4c)、以及设置在耐火材料工作衬(1b)上的喷气口(4d)依次连通而成。

2.根据权利要求1所述的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，其特征在于：所述风冷管(2)为单管结构，所述风冷管(2)的进气端设置有凹槽密封连接件(10)；所述凹槽密封连接件(10)外侧在风冷管(2)与金属空心轴(1a)之间设置有用于调整冷却气体向大气外排阻力与流量的叶轮式流动阻力调节机构(5)；所述叶轮式流动阻力调节机构(5)由结构相同并安装在风冷管(2)上的动叶轮片(5a)和静叶轮片(5b)构成；所述动叶轮片(5a)与静叶轮片(5b)的叶片呈反向错位角度安装。

3.根据权利要求1所述的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，其特征在于：所述风冷管(2)为单管结构，所述风冷管(2)的进气端设置有凹槽密封连接件(10)；所述凹槽密封连接件(10)外侧在风冷管(2)与金属空心轴(1a)之间设置有用于调整冷却气体向大气外排阻力与流量的圆盘(7)；所述圆盘(7)内圈固接在风冷管(2)上，所述圆盘(7)外圈与金属空心轴(1a)内壁保持一定的间隙。

4.根据权利要求1所述的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，其特征在于：所述风冷管(2)为由内管(2a)和外管(2b)组成的双管结构；所述外管(2b)下部设置有与所述金属空心轴喷气孔(4b)相通的连接管(6)；所述外管(2b)下部端头设置与内管(2a)相连的封头(8)；所述风冷管(2)的进气端设置有与所述内管(2a)和外管(2b)相对应的双凹槽密封连接件(9)。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，其特征在于：所述喷气口(4d)为圆形喷气口、椭圆形喷气口或缝式喷气口。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，其特征在于：所述喷气口(4d)的数量为1～4个。

7.根据权利要求5所述的铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，其特征在于：所述喷气口(4d)的数量为1～4个。

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