CN105950812A - 铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，所述搅拌器包括搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌叶片由上层搅拌叶片和下层搅拌叶片组成，所述上层搅拌叶片和下层搅拌叶片均绕搅拌轴周向均匀分布，所述上层搅拌叶片和下层搅拌叶片数量相同，且上层搅拌叶片和下层搅拌叶片交错布置。本发明能够在实际生产中达到扩大脱硫剂搅拌混合区域、延长铁水中脱硫剂卷吸上浮循环行程以及提高脱硫剂颗粒混合分散程度与铁水脱硫效率的目的。

Description

铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种铁水机械搅拌脱硫用的高性能搅拌器。

背景技术

文献“铁水的炉外脱硫，山西冶金，2007年，No1”报道，铁水作为钢水冶炼的基本原料，其化学成分和物理性质在某种程度上决定着钢铁产品的质量和企业的效益，因此，从2 0世纪7 0年代开始，人们开始重视铁水预处理技术的发展，并不断改进其工艺和方法，脱除铁水中有害元素。除含硫钢种外，硫是钢种中主要有害元素之一，但在高炉炼铁过程中脱除，就必须提高渣的碱度和炉温，而这将使高炉技术经济指标下降，同时，由于转炉冶炼过程的热力学条件制约，转炉脱硫率仅4 0％左右。大量的研究表明，铁水预处理脱硫已公认是高炉转炉—连铸流程降低钢中硫质量分数的最经济工艺，是改善高炉和转炉操作的重要手段之一，在炼钢中起着重要的作用，并向全面铁水预处理的方向发展。

根据资料报道，现代钢铁冶金流程中，实际推广应用的铁水机械搅拌脱硫工艺为KR机械搅拌脱硫方法。这种脱硫方法是以一个外衬耐火材料的单层十字形叶片结构搅拌器浸入铁水罐内进行旋转搅动铁水，使铁水液面产生旋涡，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，达到铁水脱硫的目的。该脱硫方法具有脱硫效率高，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。由此可见，在铁水罐与搅拌器组成的脱硫反应系统中，搅拌器是铁水与脱硫剂搅拌混合反应的唯一搅拌动力来源，因而搅拌器的结构形状、结构参数以及搅拌叶片的布置方式等将直接影响脱硫剂在铁水中的卷入深度、混合分散状况与铁水脱硫反应效率。在脱硫剂种类、粒度分布与铁水成分、铁水温度一定的条件下，铁水脱硫反应热力学条件与界面反应动力学条件则已确定，因而脱硫剂在铁水中的混合分散状况成为影响铁水机械搅拌脱硫反应的关键因素。基于上述结论，国内外学者开展了大量的改善铁水机械搅拌脱硫反应的流体动力学条件研究，以提高铁水机械搅拌脱硫反应效率与铁水脱硫技术经济指标，例如：文献“铁水脱硫技术的改进(摘译),太钢译文，1994,(1),20-25.”报道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形状对机械搅拌脱硫流体动力学条件的影响，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，加剧了搅拌器叶片的冲刷磨损，并因搅拌设备振动大而危机安全生产。再如：文献“熔剂扩散特性对铁水脱硫的影响，钢铁译文集，2010，(2)，6-13.”简要介绍了日本在改善铁水机械搅拌脱硫流体动力学研究的成果，采用1/8比例水模和70kg级铁水机械搅拌脱硫试验装置，系统研究了常规KR机械搅拌脱硫装置中脱硫剂颗粒在铁水中的混合分散行为，分析了搅拌器浸入深度、转速对搅拌混合特性的影响规律，并将搅拌旋涡深度与搅拌叶片底面深度之比定义为扩散指数I，根据不同扩散指数I条件下的脱硫剂颗粒混合分散状况，将脱硫剂颗粒的混合分散特性可分为三个阶段，即：“无扩散”阶段、“过渡扩散”阶段和“完全扩散”阶段；随着搅拌器浸入深度的增大，“完全扩散”阶段的临界转速增大，搅拌叶片下部区域混合分散颗粒数量增多，表明较深浸入深度对颗粒扩散是有效的。文献“改善KR搅拌脱硫混合特性的理论分析与实践，武钢技术，2011，(5)，14-18.”分析了KR搅拌脱硫流动状态，探明了其局域卷吸混合分散的搅拌混合特征，总结了搅拌结构参数对搅拌混合特征参数的影响规律，在搅拌器叶轮直径、叶片宽度以及搅拌罐直径一定的条件下，通过减少搅拌器叶片数量与叶片倾角度、增大后弯叶片的后弯角a和搅拌器叶轮直径d，能够缩小搅拌中心强制涡流区域与卷吸混合分散区域的比值；因而，在现有KR搅拌脱硫设备条件下，仅调整搅拌器部分结构参数，KR搅拌脱硫动力学条件仍有进一步改善的潜力。此外，申请号为200710051984.6的中国发明专利公开了一种铁水脱硫搅拌头，该搅拌叶迎铁面为前凹弧形面、背铁面为上凹下凸多段弧形面、侧面为由下而上外倾斜面的铁水脱硫搅拌器，通过异形结构搅拌叶，达到提高搅拌头对脱硫剂的搅拌卷吸强度、改善脱硫动力学条件的目的。申请号200910060770.4的中国发明专利公开了一种铁水脱硫用搅拌器，该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。公开号为CN101857912A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，其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。

根据上述文献报道可见，目前国内外铁水机械搅拌脱硫流体动力学条件的改善研究主要集中在KR机械搅拌脱硫中的脱硫剂颗粒混合分散行为以及搅拌器叶片结构形状，由于受KR机械搅拌脱硫方法中对搅拌器结构形式的限制，致使对搅拌器的整体结构关注较少，制约了铁水机械搅拌脱硫流体动力学条件以及铁水脱硫技术经济指标的进一步改善，因而，有必要进行铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器的研究。

发明内容

本发明的目的基于国内外KR搅拌脱硫的搅拌结构参数对搅拌混合特征参数的影响理论与试验研究结果以及常规单层十字形叶片搅拌器KR机械搅拌脱硫的旋涡卷吸特点，针对其局域混合的脱硫剂混合分散不均匀、脱硫反应流体动力学条件差的不足，提供了一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，该搅拌器具有结构简单、制备简便、脱硫剂搅拌混合区域大、铁水中脱硫剂卷吸上浮循环行程长与分散均匀、脱硫效率高等特点。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，所述搅拌器包括搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌叶片由上层搅拌叶片和下层搅拌叶片组成，所述上层搅拌叶片和下层搅拌叶片均绕搅拌轴周向均匀分布，所述上层搅拌叶片和下层搅拌叶片数量相同，且上层搅拌叶片和下层搅拌叶片交错布置。

进一步地，所述上层搅拌叶片与下层搅拌叶片的层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.10～0.75。

再进一步地，所述上层搅拌叶片与下层搅拌叶片的层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.3～0.50。

再进一步地，所述上层搅拌叶片与下层搅拌叶片的数量为2～3片。

搅拌叶片宽度b和搅拌器其它结构参数与常规KR搅拌器相同，搅拌器制备材料和制备工艺也与常规KR搅拌器相同。

本发明的有益效果在于：

本发明通过保持搅拌叶片结构参数，维持常规KR搅拌器的搅拌混合特征和脱硫反应流体动力学基本条件，通过搅拌叶片上下两层等数量布置，减小上层搅拌叶片顶面和底面与铁水液面间距，降低旋涡深度抵达上层搅拌叶片顶面的脱硫剂颗粒“过渡扩散”阶段的起始转速，同时，增大下层搅拌叶片顶面和底面与铁水液面间距，增加旋涡深度抵达下层搅拌叶片底面的脱硫剂颗粒“完全扩散”阶段的临界转速，从而扩大脱硫剂颗粒高效混合分散的搅拌器转速范围，避免转速过高或过低给常规铁水KR搅拌脱硫中脱硫剂混合分散困难的不足；此外，通过搅拌叶片的上下两层布置，在搅拌叶片宽度b相同的条件下，扩展了搅拌叶片的轴向搅拌区域，促进了大区域内铁水的搅拌剪切混合，提高铁水机械搅拌脱硫反应流体动力学条件的均匀性。通过上下两层搅拌叶片层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.10～0.75的设计，在搅拌脱硫过程中，实现下层搅拌叶片对上层搅拌叶片卷入的脱硫剂颗粒进一步卷吸下拉混合分散，扩展脱硫剂颗粒在铁水中的混合分散深度，增进两层搅拌叶片间搅拌流场的叠加效应，促进脱硫剂颗粒在铁水中的混合分散，保证了脱硫剂颗粒“过渡扩散”阶段和“完全扩散”阶段的持续稳定与优良的脱硫反应流体动力学条件，若搅拌叶片层间距L与搅拌叶片宽度b的比值太小，两层搅拌叶片的搅拌流场难以形成，其搅拌混合特性与常规KR脱硫搅拌器接近，若该比值设计过大，将削弱两层搅拌叶片搅拌流场的相互促进作用，甚至无法实现下层搅拌叶片对脱硫剂颗粒的旋转卷吸作用。并通过水模试验，进一步优化上下两层搅拌叶片层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.35～0.50，并在水模试验中，取得了扩展脱硫剂颗粒在水中的分散区域、显著增加卷入水中的脱硫剂颗粒数量的积极效果。

由此可见，上述发明技术能够在实际生产中达到扩大脱硫剂搅拌混合区域、延长铁水中脱硫剂卷吸上浮循环行程以及提高脱硫剂颗粒混合分散程度与铁水脱硫效率的目的。

附图说明

图1为本发明一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器正视示意图；

图2为本发明另一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器正视示意图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为图2的B-B剖面图；

图中，搅拌轴1、搅拌叶片2、上层搅拌叶片2.1、下层搅拌叶片2.2。

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、3所示，一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，主要由搅拌轴1与搅拌叶片2组成。所述搅拌叶片2由上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2组成，所述上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2数量均为2片，它们绕搅拌轴1周向均匀分布；上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2十字相交，上层搅拌叶片2.1与下层搅拌叶片2.2层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.10～0.75。所述的搅拌叶片宽度b和搅拌器其它结构参数与常规KR搅拌器相同，搅拌器制备材料和制备工艺也与常规KR搅拌器相同。

所述搅拌叶片2由上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2组成，所述上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2均绕搅拌轴周向均匀分布，所述上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2数量相同，且上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2交错布置。

实施例2

如图2、4所示，一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，主要由搅拌轴1与搅拌叶片2组成。所述上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2数量均为3片，且上层搅拌叶片2.1和下层搅拌叶片2.2交错布置。上层搅拌叶片与下层搅拌叶片的层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.3～0.50，其它与实施例1相同。

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 (4)

1.一种铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，所述搅拌器包括搅拌轴(1)和搅拌叶片(2)，其特征在于：所述搅拌叶片(2)由上层搅拌叶片(2.1)和下层搅拌叶片(2.2)组成，所述上层搅拌叶片(2.1)和下层搅拌叶片(2.2)均绕搅拌轴周向均匀分布，所述上层搅拌叶片(2.1)和下层搅拌叶片(2.2)数量相同，且上层搅拌叶片(2.1)和下层搅拌叶片(2.2)交错布置。

2.根据权利要求1所述铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，其特征在于：所述上层搅拌叶片(2.1)与下层搅拌叶片(2.2)的层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.10～0.75。

3.根据权利要求2所述铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，其特征在于：所述上层搅拌叶片(2.1)与下层搅拌叶片(2.2)的层间距L与搅拌叶片宽度b的比值为0.3～0.50。

4.根据权利要求1或2或3所述铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，其特征在于：所述上层搅拌叶片(2.1)与下层搅拌叶片(2.2)的数量为2～3片。