CN104212932B - 低成本消耗型铁水脱硫搅拌器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本消耗型铁水脱硫搅拌器及其制备方法，搅拌器包括搅拌轴、设置在搅拌轴上方的连接法兰，搅拌轴由内至外依次为内置的气体冷却管和外部的复合搅拌轴芯，搅拌轴下端设置有多个搅拌叶片，搅拌轴和搅拌叶片最外层均涂敷有耐火材料工作衬，该方法首先得到制备得到搅拌轴骨架和叶片骨架，在搅拌轴骨架和叶片骨架的金属面焊接V型锚固件，制备得到复合搅拌芯；在搅拌轴骨架和叶片骨架的金属面上依次覆盖隔热缓冲层和耐火浇注料层，即得到搅拌器。本发明不仅大幅度降低搅拌器综合制作成本，也大幅度降低用后搅拌器回收再利用价值，避免了用后搅拌器的长距离运输回收与搅拌芯的专业性修复利用，达到了搅拌器的低成本与消耗型化的目的。

Description

低成本消耗型铁水脱硫搅拌器及其制备方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢前铁水炉外机械搅拌脱硫的搅拌器及其制备方法，具体地指一种用于铁水罐机械搅拌脱硫用的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器及其制备方法。

背景技术

KR(KambaraReactor)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结构搅拌器浸入铁水罐内进行旋转搅动铁水，使铁水产生旋涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被旋涡卷入铁水中，与高温铁水混合、反应，达到脱硫的目的。该脱硫方法因其优良的脱硫动力学条件，可实现铁水的稳定深脱硫，并以其脱硫效率高，脱硫剂消耗少，作业时间短，金属耗损低以及耐火材料消耗低等特点成为目前经济性最优的铁水深脱硫首选工艺。

根据KR搅拌脱硫工艺过程可见，搅拌器是KR脱硫装置中的重要部件，也是脱硫剂在铁水中搅拌混合分散的唯一动力来源。由于搅拌过程中耐火材料工作衬剧烈的铁水冲刷磨损、脱硫渣高温侵蚀与粘附以及搅拌器提升后粘渣清理过程强烈的机械冲击损伤，导致搅拌器外形结构变化大，影响了搅拌器的搅拌混合性能、搅拌旋转稳定性与脱硫反应动力学条件，同时，也引起耐火材料工作衬的组织劣化，使用性能急剧下降。由于铁水KR搅拌脱硫的间歇式工作模式，搅拌器在浸入铁水搅拌与提升自然冷却的两种状态间频繁交替变化，导致搅拌器耐火材料工作衬热震裂纹严重，同时，裂纹中渗入的铁水与熔渣反复冷凝与熔融流失，促进了裂纹的快速发展与合并，耐火材料工作衬剥落频繁出现，需在线反复修补，以维持搅拌器工作衬的完整性及其对金属搅拌芯的保护作用，不仅消耗大量的修补材料与人力，而且还占用宝贵的生产时间，影响设备作业率；由于搅拌器为金属搅拌芯外衬耐火材料的复合体结构，在搅拌器反复的高温与常温交替变化的实际生产过程中，金属搅拌芯与耐火材料工作衬结合界面因金属材料与耐火材料热膨胀性能差异而引起巨大的结构应力，引起耐火材料工作衬结合面脆性损伤，降低了搅拌器复合体的结构稳定性；最终因耐火材料工作衬的组织结构劣化、裂纹贯通以及界面结合的削弱而大面积剥落，导致金属搅拌芯熔蚀而终止使用。

根据上述铁水KR脱硫搅拌器损毁过程及其对搅拌脱硫反应动力学条件的影响分析结果，国内外学者先后从多个方面开展研究工作，以延长搅拌器使用寿命、改善搅拌脱硫反应动力学条件、提高脱硫综合技术经济指标。在搅拌器用耐火材料方面，申请号为200510019721.8的中国发明专利公开了一种“铁水脱硫搅拌器用耐火浇注料”，该浇注料以普通电熔莫来石、焦宝石、特级高铝熟料、蓝晶石等为主要原料的浇注料基料和由钢纤维、减水剂、分散剂构成的添加剂组成的耐火浇注料，并在实际生产中取得了延长使用寿命长的效果；2006年在期刊(国外耐火材料)发表的《铁水脱硫搅拌器用浇注料的改进》，报道了一种钢纤维增强Al₂O₃-SiO₂-SiC系耐火浇注料，通过增加Al₂O₃含量和CaO含量提高浇注料低温强度，通过调整SiO₂含量促进烧结，优化钢纤维添加量为6％以抑制裂纹的扩展，并在实际生产中取得了延长搅拌器使用寿命的效果。

在搅拌器结构方面，1994年日本住友金属鹿岛制铁所发表一篇题名为《铁水脱硫技术的改进》，其率先研究了搅拌器叶轮直径和搅拌叶形状对脱硫动力学条件的影响，提出了搅拌器叶轮扩径和叶外凸弧形搅拌面的动力学改进措施，其中，异形搅拌叶因实际使用中形状维持困难而未推广应用，搅拌器叶轮扩径随在国内外一些钢铁企业得到应用，但因铁水液面上升高度、搅拌强度与振动大，影响了铁水罐的铁水有效装载量、搅拌器使用寿命，并因搅拌设备振动大而危机安全生产。申请号为200620095492.8的中国实用新型专利公开了一种“新型KR脱硫搅拌器”，该搅拌器的搅拌叶金属芯棱角边为圆弧过渡面的搅拌头，降低由于工作衬耐火材料与金属芯材质热膨胀性能差异引起的内应力以及搅拌叶边棱部位的应力集中引起的破损。申请号为200720084352.5的中国实用新型专利公开了一种铁水脱硫搅拌头，其搅拌叶金属芯带风冷的搅拌器，降低了使用时搅拌叶金属芯的综合温度，缓解了搅拌叶金属芯与耐火材料工作衬的热膨胀，提高搅拌叶的综合抗破损能力。申请号为200810048900.8的中国发明专利公开了一种“铁水搅拌头”，其搅拌叶工作衬边棱为圆弧过渡结构的搅拌器，提高搅拌器叶工作衬的抗磨损能力，达到延长搅拌器使用寿命的目的。申请号为200910060770.4的中国发明专利公开了一种“铁水脱硫用搅拌器”其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，并使叶之间的夹角增大到120°，降低叶之间粘渣速度，方便了粘渣的清理，提高了搅拌强度的稳定性。申请号为201010196917.5的中国发明专利公开了一种“铁水机械搅拌脱硫用涡轮式搅拌器”，该搅拌器由旋转轴、轮毂和搅拌叶构成的三叶搅拌器，增大了搅拌叶周向均匀布置的的周长，方便了叶的布置与搅拌器的制备，使搅拌叶迎铁水面上端线与轮毂交接点切线夹角ф可达132～180°的范围，大幅度提高了搅拌器叶部分工作面的折角，降低了折角对搅拌流体的滞流作用，延缓了折角粘渣速度以及粘渣清理造成的机械破损，增大了搅拌叶迎铁面面积与搅拌径向推力，提高了搅拌的机械效率与混合分散程度。随着KR脱硫搅拌器相关研究技术的推广应用以及持续不断的完善研究，搅拌器使用寿命成倍延长，如：100吨铁水罐KR脱硫搅拌器使用寿命由早期的平均不到100炉/支提高到730炉/支，脱硫技术经济指标明显改善，如：CaO脱硫剂平均消耗由8Kg/t_铁左右下降到5Kg/t_铁左右，最低为4.4Kg/t_铁，但吨铁脱硫成本仍然较高，设备能力仍有挖掘潜力。

根据常规搅拌器的结构分析可见，目前搅拌器金属芯重量占总重量的60％以上，其中，金属搅拌轴采用CrMo低合金钢铸造制备，金属搅拌叶采用普通碳钢制备，由于搅拌器金属芯尺度大、加工制作困难，因而成本高，单个新搅拌器金属芯成本明显高于搅拌器成品价，必须对其回收修复循环利用，在进行一定次数的循环再利用后，最终因金属芯疲劳裂纹与组织结构劣化而终止使用，但在搅拌器的回收、拆除与金属芯修复再利用过程中，由于需进行专业性修复，导致用后搅拌器回收运输费用昂贵与大量人力消耗，同时金属芯的疲劳损坏状况难以判断，给修复金属芯的再利用带来安全隐患。由于搅拌器恶劣的工况条件以及用后搅拌器耐火材料工作衬的组织劣化严重，均不采用工作衬再生料制备搅拌器浇注料，而是采用天然矿物烧结料与人工合成原料进行制备，以保证浇注料使用性能。因而，搅拌器价格始终居高不下，影响了铁水脱硫成本的进一步降低。此外，在搅拌器使用过程中，搅拌器耐火材料工作衬频繁的在线人工修补维护，消耗的人力与修补料成本约为搅拌器售价的30～40％，同时，在线修补还占用了宝贵的生产时间，影响了设备产能。因而，在铁水KR脱硫的搅拌器消耗成本中，搅拌器在线维护的人力与材料消耗成本占有重要的比例。

综合上述可见，对于KR脱硫唯一动力来源的搅拌器，有必要进一步开展搅拌器轻量化、低成本化、消耗型以及服役期内的免维护等技术研究，一方面降低搅拌器的制造成本与在线维护成本，同时，通过消耗型技术研究，降低用后搅拌器残值，实现低残值用后搅拌器的就地回收利用，达到降低铁水KR脱硫工序成本、提高生产能力的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制作方便、脱硫反应动力学优、重量轻、免维护、低成本消耗型铁水脱硫搅拌器。

本领域常规搅拌器的结构分析：

常规搅拌器实质上是由金属搅拌芯和耐火材料工作衬两大部分构成，其它部件为辅助的连接部件或冷却气体通道部件，其中，金属搅拌芯重量为搅拌器总重量的60％以上，新制金属搅拌芯成本高于搅拌器成品售价，必须进行用后搅拌器的回收和搅拌芯的修复再利用，以维持搅拌器的平均制造利润，但因搅拌器重量大、金属搅拌芯加工难度高，专业性回收与修复利用成本高，导致搅拌器均价难以进一步降低。

由上述可见，大幅度降低搅拌器制造成本的技术关键在于金属搅拌芯。通过常规搅拌器金属搅拌芯与耐火材料工作衬的功能分析，金属搅拌芯主要提供搅拌器的强度与刚度，防止搅拌器使用过程中的弯曲、变形与断裂，但金属搅拌芯耐高温性能差，温度超过500℃后力学性能急剧下降；耐火材料工作衬主要是为搅拌器提供抗高温与抗铁水、熔渣侵蚀的功能，满足铁水搅拌脱硫恶劣的高温反应工况的使用性能要求，并通过其隔热性能，防止搅拌器高温使用过程中金属搅拌芯超温而影响其功能的发挥，但耐火材料为典型的脆性材料，其抗拉与抗剪性能远低于抗压性能，因导热性能低、弹性模量高，抗热震性能较差，在间歇式铁水搅拌脱硫的温度剧烈变化条件下易形成热应力裂纹破损。通过搅拌器使用过程的跟踪调研、用后搅拌器解剖及其破损机理分析，搅拌器破损起源耐火材料工作衬，通过工作衬裂纹萌发(起裂)、裂纹发展、裂纹贯穿过程，引起耐火材料工作衬的剥落，同时，高温铁水或熔渣渗透裂纹而熔蚀金属搅拌芯，破坏搅拌器叶片的结构完整性，导致搅拌混合功能与搅拌稳定性的丧失，其中，工作衬裂纹萌发起源于工作衬外表面和与搅拌芯的结合面(内表面)。

分析认为，引起耐火材料工作衬表面裂纹萌发的原因在于间歇式工作方式下的交变热应力，工作衬内表面的裂纹萌发原因在于金属搅拌芯与耐火材料工作衬热膨胀差异带来的结构应力，而工作衬内表面裂纹则易导致耐火材料工作衬的大面积全厚度剥落，金属搅拌芯叶片瞬间熔蚀而终止使用。此外，搅拌过程中剧烈的铁水冲刷，引起搅拌器耐火材料工作衬磨损严重，导致搅拌混合性能与铁水脱硫反应速度快速下降。由此可见，导致搅拌器破损而终止使用的关键因素在于金属搅拌芯与耐火材料工作衬的热膨胀差异。此外，在搅拌器的实际使用过程中，为了延缓搅拌器的破损进程与搅拌性能的衰减速度，需在线进行搅拌器耐火材料工作衬的人工修补，带来大量的人力与修补材料消耗以及脱硫作业时间的占用，人力与修补料消耗成本为搅拌器售价的30～40％。由此可见，搅拌器在线修补也是影响搅拌器综合使用成本的关键因素之一。

基于上述常规搅拌器结构、功能与破损机理分析，并将解决现有搅拌器缺陷，本发明提供的一种低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，所述搅拌器包括搅拌轴、设置在搅拌轴上方的连接法兰，所述搅拌轴由内至外依次为内置的气体冷却管和外部的复合搅拌轴芯，所述搅拌轴下端设置有多个搅拌叶片，所述搅拌轴和搅拌叶片最外层均涂敷有耐火材料工作衬，所述复合搅拌轴芯包括设置在气体冷却管外的搅拌轴骨架和设置在搅拌轴骨架下方的冷却气体分配器，所述搅拌轴骨架包括内部的薄壁内衬管和外部的沿搅拌轴方向设置的多圈周向钢环，多圈周向钢环沿轴向依次均匀分布，所述薄壁内衬管外侧以轴线为中心线由内向外呈发射状均匀布置有多条用于连接周向钢环的轴向钢条，所述搅拌叶片内设置有与搅拌轴骨架相连接的叶片骨架，所述叶片骨架包括由纵横钢条组成的框架，所述纵横钢条的外侧和底部设置有呈“L”型的叶片冷却管，所述叶片冷却管一端与冷却气体分配器侧壁连接，所述搅拌叶片外侧的耐火材料工作衬上开设有多个透气口，所述叶片冷却管的管壁开设有与透气口连接的气孔。

优选地，搅拌叶片的数量为2～4个。

本发明通过复合搅拌芯的结构设计，使搅拌芯金属材料量约为常规金属搅拌芯的1/3，且采用的金属材料均为市售钢材，不需进行非标产品的定制，从而，大幅度降低搅拌芯金属材料消耗及其制作成本，也大幅度降低了搅拌芯的金属膨胀量，缓解了搅拌芯与耐火材料工作衬结合面上的热膨胀结构应力以及耐火材料工作衬内表面的裂纹破损；

在一些的实施方案中，因为连接法兰与搅拌复合搅拌轴芯连接时，由于工作强度过大，会影响它们之间的稳定性，所以本发明中，为了加强它们之间的稳定性，连接法兰下端内表面中心线上设置有加强筋板，所述搅拌轴骨架顶端与连接法兰和加强筋板相连。

在另一些的实施方案中，本发明中，冷却气体分配器还包括上圆盘、下圆盘和连接下圆盘的圆筒，所述上圆盘、下圆盘和圆筒构成圆柱型气室，所述上圆盘中央开设有风口，所述上圆盘上表面与薄壁内衬管的下端连接，所述上圆盘上还设置有呈“倒喇叭型”的中心接口，且该中心接口设置在薄壁内衬管内，所述气体冷却管下端插入中心接口内，所述圆筒的筒壁面开设有与叶片冷却管相通的通孔。

优选地，透气口为狭缝式、毛细孔或细孔喷管结构。

常规的搅拌器中，气体冷却管直接插入搅拌芯管底部，仅对搅拌轴进行冷却，本发明中，冷却气体分配器与气体冷却管连通，冷却气体分配器再通过叶片冷却管与透气口相通，实现对搅拌叶片的冷却，同时通过气体冷却管与冷却气体分配器间的接口间隙排气，实现对搅拌轴的冷却，较之常规搅拌器，搅拌器冷却区域与冷却效果大幅度提高，达到延缓搅拌器高温破损与延长搅拌器使用寿命的目的；此外，利用冷却气体从透气口的喷出，强化卷入脱硫剂的排出与上浮，促进脱硫剂的卷吸循环，改善铁水脱硫动力学条件，提高脱硫反应速度与脱硫效率。

在一些实施方案中，本发明中，耐火材料工作衬包括设置在搅拌轴骨架和叶片骨架外壁上的V型锚固件和隔热缓冲层，所述隔热缓冲层外侧通过有机硅偶联剂结合有耐火浇注料层，所述V型锚固件穿过和隔热缓冲层，且包埋于耐火浇注料层内，其中，隔热缓冲层的厚度为2～5mm。

本发明通过耐火材料工作衬的隔热缓冲层和耐火浇注料层双层结构设计，增强了耐火材料工作衬对复合搅拌芯的隔热保护作用，进一步提高了复合搅拌芯的抗高温性能，同时，采用耐火隔热喷涂料及其制备方法与应用(申请公布号：CN102924099A)公开的高温隔热喷涂料制备隔热缓冲层，不仅保证了隔热缓冲层使用温度≥1550℃，而且，通过搅拌器烘烤与使用过程中隔热缓冲层的干燥收缩及其自身的受力变形，缓解了结合面的热膨胀结构应力，遏制耐火材料工作衬内表面裂纹的萌发，并通过收缩缝的隔热作用，强化复合搅拌芯的隔热保护，降低了耐火浇注料层厚度方向的温差热应力，减缓了耐火浇注料层外表面裂纹的萌发与发展速度。通过隔热缓冲层表面涂刷有机硅偶联剂，强化了隔热缓冲层与耐火浇注料层的结合紧密型，增强了耐火材料工作衬的整体性与抗破损能力。

在另一些实施方案中，搅拌叶片外侧的耐火材料工作衬表面边棱均为圆弧过渡面，且外侧面与底面为圆弧面。本发明通过搅拌叶片耐火材料工作衬表面边棱均为圆弧过渡面以及叶片外侧面与底面为圆弧面的结构设计，增强搅拌叶片的抗冲刷磨损能力，缓解应力集中与裂纹破损进程。

再进一步地，所述叶片骨架呈梯形柱，且底面与与搅拌轴骨架相连接。

本发明中，叶片骨架呈梯形柱的结构设计，进一步减少了搅拌叶片的金属材料用量，且沿径向逐渐减少，进一步缓解了搅拌叶片径向易损端面的破损进程；此外，复合搅拌芯中采用市售磷酸盐结合轻质高铝捣打料捣打制备的搅拌芯填充料方式，不仅保证了复合搅拌芯的力学强度与刚度，同时强化了复合搅拌芯中金属材料的隔热作用，提高了复合搅拌芯的抗高温性能，并在搅拌器烘烤与使用过程中，通过搅拌芯填充料的干燥收缩，在复合搅拌芯与耐火材料工作衬结合面上形成收缩缝，进一步缓解了结合面的热膨胀结构应力，遏制耐火材料工作衬内表面裂纹的萌发，并通过收缩缝的隔热作用，强化复合搅拌芯的隔热保护，降低了耐火材料工作衬的厚度方向的传热量与温差热应力，减缓了裂纹的萌发与发展速度。

在另一些实施方案中，搅拌轴骨架和叶片骨架内填充有填充料，填充料为市售磷酸盐结合轻质高铝捣打料。

本发明中拌轴金属骨架和叶片骨架内填充有填充料，其采用市售磷酸盐结合轻质高铝捣打料捣打制备的搅拌芯填充料方式，不仅保证了复合搅拌芯的力学强度与刚度，同时强化了复合搅拌芯中金属材料的隔热作用，提高了复合搅拌芯的抗高温性能，并在搅拌器烘烤与使用过程中，通过搅拌芯填充料的干燥收缩，在复合搅拌芯与耐火材料工作衬结合面上形成收缩缝，进一步缓解了结合面的热膨胀结构应力，遏制耐火材料工作衬内表面裂纹的萌发，并通过收缩缝的隔热作用，强化复合搅拌芯的隔热保护，降低了耐火材料工作衬的厚度方向的传热量与温差热应力，减缓了裂纹的萌发与发展速度。

本发明还提供了一种低成本消耗型铁水脱硫搅拌器的制备方法，包括以下步骤：

1)根据上述搅拌器的结构参数，选择金属材料加工制作搅拌器的各部件并除锈，备用；

2)选取轴向钢条，并其以轴线为中心线由内向外呈发射状在薄壁内衬管外壁上均匀焊接固定，选取周向钢环，沿轴向均匀分布焊接固定在轴向钢条表面，其中，轴向钢条与周向钢环为单层或双层与多层交替焊接布置，清理焊渣，完成搅拌轴骨架的制备，备用；

3)选取纵横钢条，焊接呈“梯形柱”的钢条结构框架，并将叶片冷却管沿钢条结构外侧面与底面焊接固定，并在叶片冷却管管壁上开设孔口朝外的狭缝、毛细孔或细孔喷管，清理焊渣后，即得到叶片骨架，备用；

4)选取上圆盘、中心接口、圆筒和下圆盘焊接制备得到冷却气体分配器，备用；

5)焊接相通搅拌轴骨架上端头与连接法兰，并用加强筋板焊接加固；按照设计要求的叶片数量，将叶片骨架沿搅拌轴骨架下端头周向均匀布置，并焊接固定；

6)将冷却气体分配器焊接搅拌轴骨架下端面，焊渣清理与浮尘吹扫后，通过圆筒壁面开设有的通孔，焊接连通叶片冷却管与冷却气体分配器；

7)检查焊接气密性，合格后，使用粘胶带封闭叶片冷却管上的狭缝、毛细孔或细孔喷管，再将市售磷酸盐结合轻质高铝捣打料进行捣打密实填充焊接件空隙，抹平后，捣打料面与制备得到的搅拌轴骨架和叶片骨架外表面平齐，备用；自然阴干养护一天后，在搅拌轴骨架和叶片骨架的金属面上，按照设计要求焊接V型锚固件，制备得到复合搅拌芯；

8)清理焊渣后，在狭缝、毛细孔或细孔喷管内插入固定形状尺寸合适的易熔片、棒或焊接细孔喷管；将高温隔热喷涂料喷涂或涂刷复合搅拌芯面上，制备得到厚度为2～5mm的隔热缓冲层，并阴干；

9)在隔热缓冲层表面涂刷有机硅偶联剂涂刷后，装入浇注模具固定，并固定狭缝、毛细孔或细孔喷管内插入的易熔片、棒或焊接细孔喷管，然后用耐火浇注料进行浇注成型，模内氧化一天后脱模，制备得到耐火浇注料层，再自然养护4～6天，制备得到耐火材料工作衬，即得到搅拌机模型；

10)搅拌器模型装入烘烤炉内，在温度为300～400℃条件下烘烤3～5天，出炉后，将易熔片或棒烘烤熔蚀形成透气口，或直接由焊接的细孔喷管形成透气口，插入气体冷却管，检验气体冷却通道畅通后，即制备得到搅拌器，并包装入库。

本发明的有益效果在于：

本发明不仅大幅度降低搅拌器综合制作成本，也大幅度降低用后搅拌器回收再利用价值，避免了用后搅拌器的长距离运输回收与搅拌芯的专业性修复利用，达到了搅拌器的低成本与消耗型化的目的。通过复合搅拌芯的金属材料与耐火材料复合以及耐火材料工作衬的隔热缓冲层与耐火浇注料层双层结构的设计，降低耐火材料工作衬与复合搅拌芯结合面热膨胀结构应力以及耐火材料工作衬内表面裂纹的萌发，强化复合搅拌芯的隔热保护及其抗高温性能，提高耐火材料工作衬厚度方向导热热阻，降低了耐火浇注料层厚度方向的温差热应力，减缓了耐火浇注料层外表面裂纹的萌发与发展速度；通过搅拌叶片的结构设计，缓解裂纹破损与冲刷磨损进程；达到搅拌器经济寿命条件下免维护的目的。通过本发明的搅拌器制备方法的实施，保证的本发明搅拌器的制作质量，简化搅拌器制作工艺与质量控制，降低制作材料消耗与人力消耗，进一步降低搅拌器综合制作成本。通过透气口的设置，利用冷却气体从透气口的喷出，强化卷入脱硫剂的排出与上浮，促进脱硫剂的卷吸循环，改善铁水脱硫动力学条件，提高脱硫反应速度与脱硫效率。通过上述综合措施，最终实现搅拌器的低成本、消耗型、免维护与高效脱硫的目标。

附图说明

图1为本发明铁水脱硫搅拌器B-B剖面图；

图2为本发明铁水脱硫搅拌器冷却气体分配器剖面图；

图3为本发明单层轴向钢条与周向钢环结构铁水脱硫两叶搅拌器A-A剖面图；

图4为本发明双层轴向钢条与周向钢环结构铁水脱硫两叶搅拌器A-A剖面图；

图5为本发明铁水脱硫三叶搅拌器A-A剖面图；

图6为本发明铁水脱硫四叶搅拌器A-A剖面图；

图中，搅拌轴1、复合搅拌轴芯2、耐火材料工作衬3、气体冷却管4、搅拌叶片5、连接法兰6、加强筋板7、搅拌轴骨架8、薄壁内衬管8.1、轴向钢条8.2、周向钢环8.3、叶片骨架9、纵横钢条9.1、叶片冷却管9.2、填充料10、冷却气体分配器11、上圆盘11.1、中心接口11.2、圆筒11.3、下圆盘11.4、通孔11.5、风口11.6、圆柱型气室11.7、V型锚固件12、隔热缓冲层13、耐火浇注料层14、透气口15。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

如图1～4所示，一种低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，所述搅拌器包括搅拌轴1、设置在搅拌轴1上方的连接法兰6，搅拌轴1由内至外依次为内置的气体冷却管4和外部的复合搅拌轴芯2，连接法兰6下端内表面中心线上设置有加强筋板7，搅拌轴骨架8顶端与连接法兰6和加强筋板7焊接相连，并通过加强筋板7加固搅拌轴骨架8与连接法兰6的连接。

搅拌轴1下端设置有2个搅拌叶片5，搅拌轴1和搅拌叶片5最外层均涂敷有耐火材料工作衬3，搅拌叶片5外侧的耐火材料工作衬3表面边棱均为圆弧过渡面，且其外侧面5.1与底面5.2为圆弧面。

复合搅拌轴芯2包括设置在气体冷却管4外的搅拌轴骨架8和设置在搅拌轴骨架下方的冷却气体分配器11，

冷却气体分配器11还包括上圆盘11.1、下圆盘11.4和连接下圆盘的圆筒11.3，上圆盘11.1、下圆盘11.4和圆筒11.3构成圆柱型气室11.7，上圆盘11.1中央开设有风口11.6，上圆盘11.1上表面薄壁内衬管8.1的下端连接，上圆盘11.1上还设置有呈“倒喇叭型”的中心接口11.2，且该中心接口11.2设置在薄壁内衬管8.1内，气体冷却管4下端插入中心接口11.2内，圆筒11.3的筒壁面开设有与叶片冷却管9.2相通的通孔11.5。

搅拌轴骨架8包括内部的薄壁内衬管8.1和外部的沿搅拌轴方向设置有多圈周向钢环8.3，多圈周向钢环8.3沿轴向依次均匀分布，薄壁内衬管8.1外侧焊接有以轴线为中心线由内向外呈发射状均匀布置的3～6条轴向钢条8.2，轴向钢条8.2并与周向钢环8.3焊接。

薄壁内衬管8.1为普通碳钢薄壁直缝焊管或螺旋焊管，壁厚为3～5mm，内径与常规搅拌器搅拌芯相等。轴向钢条8.2采用钢板剪切制备或市售扁铁制备或采用普碳钢螺纹钢筋制备，采用钢板剪切制备或市售扁铁制备得到的轴向钢条8.2的厚度为5～12mm，高度为8～20mm，采用普碳钢螺纹钢筋制备得到的轴向钢条8.2外径为10～22mm，

周向钢环8.3采用厚度为3～6mm钢板制作，轴向高度为20～50mm，也可采用普碳钢盘条、冷拔丝制备，外径为3～10mm；周向钢环8.3内径与薄壁内衬管8.1表面焊接轴向钢条8.2后的外包络圆直径相同，周向钢环8.3轴向间距分别为40～200mm与10～100mm分布。

搅拌叶片5内设置有与搅拌轴骨架8相连接的叶片骨架9，叶片骨架9呈梯形柱，且底面与搅拌轴骨架8相连接。述叶片骨架9包括由纵横钢条9.1组成的框架，纵横钢条9.1的外侧和底部设置有呈“L”型的叶片冷却管9.2，叶片冷却管9.2一端与冷却气体分配器11侧壁连接，搅拌叶片5外侧的耐火材料工作衬3上开设有4个透气口15，叶片冷却管9.2的管壁开设有与透气口15连接的气孔。透气口4为狭缝式、毛细孔或细孔喷管结构。

耐火材料工作衬3包括设置在搅拌轴骨架8和叶片骨架9外壁上的V型锚固件12和隔热缓冲层13，隔热缓冲层13外侧通过有机硅偶联剂结合有耐火浇注料层14，V型锚固件12穿过和隔热缓冲层13，且包埋于耐火浇注料层14内，其中，隔热缓冲层13的厚度为2～5mm。

隔热缓冲层13为高温隔热喷涂料，其厚度为2～5mm，耐火浇注料层14为“铁水脱硫搅拌器用耐火浇注料”使用的浇注料，

搅拌轴骨架8和叶片骨架9内填充有填充料10，填充料10为市售磷酸盐结合轻质高铝捣打料。

该搅拌器的制备方法，包括以下步骤：

1)根据上述搅拌机1的结构参数，选择金属材料加工制作搅拌机1的各部件并除锈，备用；

2)选取轴向钢条8.2，并其以轴线为中心线由内向外呈发射状在薄壁内衬管8.1外壁上均匀焊接固定，选取周向钢环8.3，沿轴向均匀分布焊接固定在轴向钢条8.2表面，其中，轴向钢条8.2与周向钢环8.3可为单层或双层与多层交替焊接布置，清理焊渣，完成搅拌轴骨架8的制备，备用；

3)选取纵横钢条9.1，焊接呈“梯形柱”的钢条结构框架，并将叶片冷却管9.2沿钢条结构外侧面与底面焊接固定，并在叶片冷却管9.2管壁上开设孔口朝外的狭缝、毛细孔或细孔喷管，清理焊渣后，即得到叶片骨架9，备用；

4)选取上圆盘11.1、中心接口11.2、圆筒11.3和下圆盘11.4焊接制备得到冷却气体分配器11，备用；

5)焊接相通搅拌轴骨架8上端头与连接法兰6，并用加强筋板7焊接加固；按照设计要求的叶片数量，将叶片骨架9沿搅拌轴骨架8下端头周向均匀布置，并焊接固定；

6)将冷却气体分配器11焊接搅拌轴骨架8下端面，焊渣清理与浮尘吹扫后，通过圆筒11.3壁面开设有的通孔11.5，焊接连通叶片冷却管9.2与冷却气体分配器11；

7)检查焊接气密性，合格后，使用粘胶带封闭叶片冷却管9.2上的狭缝、毛细孔或细孔喷管，再将市售磷酸盐结合轻质高铝捣打料进行捣打密实填充焊接件空隙，抹平后，捣打料面与制备得到的搅拌轴骨架8和叶片骨架9外表面平齐，备用；自然阴干养护一天后，在搅拌轴骨架8和叶片骨架9的金属面上，按照设计要求焊接V型锚固件12，制备得到复合搅拌芯2；

8)清理焊渣后，在狭缝、毛细孔或细孔喷管内插入固定形状尺寸合适的易熔片、棒或焊接细孔喷管；将耐火隔热喷涂料及其制备方法与应用(申请公布号：CN102924099A)公开的高温隔热喷涂料喷涂或涂刷复合搅拌芯2面上，制备得到厚度为2～5mm的隔热缓冲层13，并阴干；

9)在隔热缓冲层13表面涂刷有机硅偶联剂涂刷后，装入浇注模具固定，并固定狭缝、毛细孔或细孔喷管内插入的易熔片、棒或焊接细孔喷管，然后采用申请号为200510019721.8的中国发明专利公开的一种“铁水脱硫搅拌器用耐火浇注料”中公开的浇注料进行浇注成型，模内氧化一天后脱模，制备得到耐火浇注料层14，再自然养护4～6天，制备得到耐火材料工作衬3，即得到搅拌机模型；

10)搅拌器模型装入烘烤炉内，在温度为300～400℃条件下烘烤3～5天，出炉后，将易熔片或棒烘烤熔蚀形成透气口15，或直接由焊接的细孔喷管形成透气口15，插入气体冷却管，检验气体冷却通道畅通后，即制备得到搅拌器，并包装入库。

上述没有介绍材料和步骤都属于现有技术，故不加以详述。

实施例2

如图1、2和5所示：本实施例与实施例1的结构基本相同，不同在于：搅拌叶片5的数量3个。

实施例3

如图1、2和6所示：本实施例与实施例1的结构基本相同，不同在于：搅拌叶片5的数量4个。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，包括搅拌轴(1)、设置在搅拌轴(1)上方的连接法兰(6)，所述搅拌轴(1)由内至外依次为内置的气体冷却管(4)和外部的复合搅拌轴芯(2)，所述搅拌轴(1)下端设置有多个搅拌叶片(5)，所述搅拌轴(1)和搅拌叶片(5)最外层均涂敷有耐火材料工作衬(3)，其特征在于：所述复合搅拌轴芯(2)包括设置在气体冷却管(4)外的搅拌轴骨架(8)和设置在搅拌轴骨架下方的冷却气体分配器(11)，所述搅拌轴骨架(8)包括内部的薄壁内衬管(8.1)和外部的沿搅拌轴方向设置的多圈周向钢环(8.3)，所述多圈周向钢环(8.3)沿轴向依次均匀分布，所述薄壁内衬管(8.1)外侧以轴线为中心线由内向外呈发射状均匀布置有多条用于连接周向钢环(8.3)的轴向钢条(8.2)，所述搅拌叶片(5)内设置有与搅拌轴骨架(8)相连接的叶片骨架(9)，所述叶片骨架(9)包括由纵横钢条(9.1)组成的框架，所述纵横钢条(9.1)的外侧和底部设置有呈L型的叶片冷却管(9.2)，所述叶片冷却管(9.2)一端与冷却气体分配器(11)侧壁连接，所述搅拌叶片(5)外侧的耐火材料工作衬(3)上开设有多个透气口(15)，所述叶片冷却管(9.2)的管壁开设有与透气口(15)连接的气孔；所述冷却气体分配器(11)包括上圆盘(11.1)、下圆盘(11.4)和连接下圆盘的圆筒(11.3)，所述上圆盘(11.1)、下圆盘(11.4)和圆筒(11.3)构成圆柱型气室(11.7)，所述上圆盘(11.1)中央开设有风口(11.6)，所述上圆盘(11.1)上表面与薄壁内衬管(8.1)的下端连接，所述上圆盘(11.1)上还设置有呈倒喇叭型的中心接口(11.2)，且该中心接口(11.2)设置在薄壁内衬管(8.1)内，所述气体冷却管(4)下端插入中心接口(11.2)内，所述圆筒(11.3)的筒壁面开设有与叶片冷却管(9.2)相通的通孔(11.5)。

2.根据权利要求1所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述连接法兰(6)下端内表面中心线上设置有加强筋板(7)，所述搅拌轴骨架(8)顶端与连接法兰(6)和加强筋板(7)相连。

3.根据权利要求1或2所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述耐火材料工作衬(3)包括设置在搅拌轴骨架(8)和叶片骨架(9)外壁上的V型锚固件(12)和隔热缓冲层(13)，所述隔热缓冲层(13)外侧通过有机硅偶联剂结合有耐火浇注料层(14)，所述V型锚固件(12)穿过和隔热缓冲层(13)，且包埋于耐火浇注料层(14)内；其中，所述隔热缓冲层(13)的厚度为2～5mm。

4.根据权利要求1或2所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述搅拌叶片(5)外侧的耐火材料工作衬(3)表面边棱均为圆弧过渡面，且其外侧面(5.1)与底面(5.2)为圆弧面。

5.根据权利要求1或2所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述透气口(15)为狭缝式、毛细孔或细孔喷管结构。

6.根据权利要求1或2所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述叶片骨架(9)呈梯形柱，且底面与搅拌轴骨架(8)相连接。

7.根据权利要求1或2所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述搅拌叶片(5)的数量为2～4个。

8.根据权利要求1或2所述的低成本消耗型铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述搅拌轴骨架(8)和叶片骨架(9)内填充有填充料(10)，所述填充料(10)为磷酸盐结合轻质高铝捣打料。

9.一种低成本消耗型铁水脱硫搅拌器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据搅拌器的结构参数，选择金属材料加工制作搅拌器的各部件并除锈，备用；

2)选取轴向钢条(8.2)，并其以轴线为中心线由内向外呈发射状在薄壁内衬管(8.1)外壁上均匀焊接固定，选取周向钢环(8.3)，沿轴向均匀分布焊接固定在轴向钢条(8.2)表面，其中，轴向钢条(8.2)与周向钢环(8.3)为单层或双层与多层交替焊接布置，清理焊渣，制备得到搅拌轴骨架(8)，备用；

3)选取纵横钢条(9.1)，焊接呈梯形柱的钢条结构框架，并将叶片冷却管(9.2)沿钢条结构外侧面与底面焊接固定，并在叶片冷却管(9.2)管壁上开设孔口朝外的狭缝、毛细孔或细孔喷管，清理焊渣后，即得到叶片骨架(9)，备用；

4)选取上圆盘(11.1)、中心接口(11.2)、圆筒(11.3)和下圆盘(11.4)焊接制备得到冷却气体分配器(11)，备用；

5)焊接相通搅拌轴骨架(8)上端头与连接法兰(6)，并用加强筋板(7)焊接加固；按照设计要求的叶片数量，将叶片骨架(9)沿搅拌轴骨架(8)下端头周向均匀布置，并焊接固定；

6)将冷却气体分配器(11)焊接搅拌轴骨架(8)下端面，焊渣清理与浮尘吹扫后，通过圆筒(11.3)壁面开设有的通孔(11.5)，焊接连通叶片冷却管(9.2)与冷却气体分配器(11)；

7)检查焊接气密性，合格后，使用粘胶带封闭叶片冷却管(9.2)上的狭缝、毛细孔或细孔喷管，再将磷酸盐结合轻质高铝捣打料进行捣打密实填充焊接件空隙，抹平后，捣打料面与制备得到的搅拌轴骨架(8)和叶片骨架(9)外表面平齐，备用；自然阴干养护一天后，在搅拌轴骨架(8)和叶片骨架(9)的金属面上，按照设计要求焊接V型锚固件(12)，制备得到复合搅拌轴芯(2)；

8)清理焊渣后，在狭缝、毛细孔或细孔喷管内插入固定形状尺寸合适的易熔片、棒或焊接细孔喷管；将高温隔热喷涂料喷涂或涂刷复合搅拌轴芯(2)面上，制备得到厚度为2～5mm的隔热缓冲层(13)，并阴干；

9)在隔热缓冲层(13)表面涂刷有机硅偶联剂涂刷后，装入浇注模具固定，并固定狭缝、毛细孔或细孔喷管内插入的易熔片、棒或焊接细孔喷管，然后用耐火浇注料进行浇注成型，模内氧化一天后脱模，制备得到耐火浇注料层(14)，再自然养护4～6天，制备得到耐火材料工作衬(3)，即得到搅拌器模型；

10)搅拌器模型装入烘烤炉内，在温度为300～400℃条件下烘烤3～5天，出炉后，将易熔片或棒烘烤熔蚀形成透气口(15)，或直接由焊接的细孔喷管形成透气口(15)，插入气体冷却管，检验气体冷却通道畅通后，即制备得到搅拌器，并包装入库。