CN106086313A - 铁水脱硫搅拌器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴及固定在旋转轴外周缘上且绕旋转轴周向均匀分布的多个搅拌叶片，相邻两个搅拌叶片之间衬有导流体，导流体由三角形底面及沿三角形底面每条边向外延伸的侧面围合而成，导流体的一个侧面与相邻两个搅拌叶片中一个搅拌叶片表面相贴合，另一个侧面与相邻两个搅拌叶片中另一个搅拌叶片表面相贴合。本发明铁水脱硫搅拌器结构简单、制作方便，显著改善铁水机械搅拌脱硫的动力学条件、延长搅拌器使用寿命且减少搅拌叶片间粘渣。

Description

铁水脱硫搅拌器

技术领域

本发明属于转炉炼钢前铁水炉外机械搅拌脱硫领域，具体涉及一种铁水脱硫搅拌器。

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，因而，脱硫剂接触反应时间充分，具有脱硫效率高，脱硫剂消耗少，作业时间短，金属耗损低等优点，是目前国内外唯一得到推广应用的机械搅拌冶金工艺。然而，根据国内外有限的KR搅拌脱硫流动状态研究报道，KR搅拌脱硫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，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；而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。在实际生产的高搅拌Re下，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。目前，KR脱硫搅拌器使用过程中存在的主要不足有：(1)由于强制涡流区的存在，搅拌器在使用过程中，卷入铁水的脱硫剂(渣)在搅拌器中心的叶片夹角聚积，不仅影响搅拌器重量、搅拌阻力，而且还将影响脱硫剂的搅拌卷吸循环流动状态，恶化搅拌脱硫动力学条件与脱硫技术经济指标；(2)常规KR搅拌器叶片夹角(90°)较小，脱硫剂(渣)的聚积引起搅拌器该区域耐火材料工作衬表面粘渣，清渣操作困难，往往清渣不彻底，导致叶片夹角部粘渣不断沉积，耐火材料工作衬清渣机械损伤加剧，影响了搅拌器的使用寿命，进一步恶化了铁水搅拌脱硫的技术经济指标；(3)搅拌器在使用过程中，由于转速的提高，搅拌器会出现一定程度的晃动，导致搅拌器底部耐火材料与位于强制涡流区内的渣产生相对运动，引起搅拌器底部的磨损，进一步降低了搅拌器的使用寿命。由此可见，如何扩展搅拌自由涡流区、缩小强制涡流区的尺度，是进一步改善搅拌脱硫动力学条件、降低搅拌器叶片粘渣、提高搅拌器使用寿命的有效途径。

如何有效改善KR搅拌脱硫动力学条件，国内外学者从搅拌器结构方面开展了系列研究工作，如：文献“铁水脱硫技术的改进(摘译),太钢译文，1994,(1),20-25.”报道，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，提出了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，异形搅拌叶片因实际使用中形状维持困难而为推广应用，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。在搅拌器结构方面，中国发明专利(授权公告号CN101603111B、授权公告日2010.08.18)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；中国实用新型专利(授权公告号CN201406443Y、授权公告日2010.2.17)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，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。

由上述分析可见，上述两个专利搅拌器结构的改进，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，但上述改进措施不能遏制搅拌中心强制涡流区的形成与，也不能缩小强制涡流区的体积大小，制约了铁水机械搅拌脱硫动力学条件的显著改善作用。为此，中国发明专利(授权公告号CN101492753B、授权公告日2010.07.14)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，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质量，给实际推广应用带来困难；中国发明专利(授权公告号CN102154533B、授权公告日2012.07.25)公开了一种铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，通过在搅拌叶之间设置喷气通道，在搅拌器使用过程中将冷却气体从喷气喷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，也可以遏制相邻搅拌叶间脱硫渣的滞留粘结，减轻搅拌器粘渣清理维护量。但由于搅拌器结构较为复杂，加工制作难度较大，目前未见到工业应用报道。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种搅拌叶片粘渣少、铁水机械搅拌脱硫的动力学条件优良和使用寿命长的铁水脱硫搅拌器。

为实现上述目的，本发明所设计的铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴及固定在旋转轴外周缘上且绕旋转轴周向均匀分布的多个搅拌叶片，相邻两个搅拌叶片之间衬有导流体，所述导流体由三角形底面及沿三角形底面每条边向外延伸的侧面围合而成，三个侧面均为由三条边围合而成的侧面，且三个侧面的顶点相交于一点形成顶端；所述导流体的顶端与相邻两个搅拌叶片相交线的顶端重合，所述三角形底面的第一个端点与相邻两个搅拌叶片相交线的底端重合，所述三角形底面的第二端点和第三端点分别位于相邻两个搅拌叶片下边沿上；且由所述顶端、第一端点和第二端点围合形成的第一个侧面与相邻两个搅拌叶片中一个搅拌叶片表面相贴合，由所述顶端、第一端点和第三端点围合形成的第二个侧面与相邻两个搅拌叶片中另一个搅拌叶片表面相贴合。

进一步地，所述搅拌叶片的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角的斜面，α为0～8°，所述搅拌叶片的背铁水面为顺时针方向由下而上前倾β角的斜面，α≤β≤12°，所述搅拌叶片的外侧面为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为0～3°。

进一步地，所述第一个侧面中第一端点和第二端点的连线距离为所述搅拌叶片长度的0.1～0.5倍，所述第二个侧面中第一端点和第三端点的连线距离为所述搅拌叶片长度的0.1～0.5倍。

进一步地，所述第一个侧面中第一端点和第二端点的连线距离与所述第二个侧面中第一端点和第三端点的连线距离相等。

进一步地，所述第一侧面和第二侧面均为平面，由所述顶端、第二端点和第三端点围合形成的第三个侧面为平面或者内凹曲面。

进一步地，所述搅拌叶片的延长长度为所述搅拌叶片长度的0.025～0.075。

进一步地，所述导流体上均匀涂覆有一层水基防粘渣涂料。

进一步地，所述搅拌叶片为三片或四片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过在搅拌叶片之间均匀布置导流体，扩大了搅拌叶片之间夹角，减小了搅拌叶片夹角对脱硫剂的滞留作用与粘渣速度，降低了强制涡流区内脱硫(剂)渣对搅拌器底部的磨损，提高了搅拌叶片有效作用面积和搅拌强度；并且利用导流体外侧面的平面或内凹曲面，使得进入搅拌叶片上部强制涡流区的脱硫剂，在卷吸过程中沿导流体下行进入下部自由涡流区中的湍流区域，进而进入有效搅拌混合区，并促进其排出；

2、通过搅拌叶片的迎铁水面与背铁水面为顺时针方向由下而上分别前倾α角和β角的斜面结构和搅拌叶片长度延长设计，降低了背铁水面的涡流强度，提高搅拌叶片搅拌卷吸强度，促进脱硫剂沿导流体卷吸下行；

3、通过在导流体上涂刷水基防粘渣涂料，进一步降低搅拌叶片之间的粘渣，促进自由涡流区脱硫剂进入下部自由涡流区；

4、本发明铁水脱硫搅拌器结构简单、制作方便，显著改善铁水机械搅拌脱硫的动力学条件、延长搅拌器使用寿命且达到搅拌叶片间粘渣少的目的。

附图说明

图1为本发明铁水脱硫搅拌器主视示意图；

图2为图1的侧视示意图；

图3为图1的A-A剖面示意图；

图4为图1的中搅拌叶片结构示意图；

图5为图1的中导流体结构示意图；

图中各部件标号如下：旋转轴1、搅拌叶片2、导流体3、顶端4、第一个端点5、第二端点6、第三端点7、底面8、侧面9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴1及固定在旋转轴1外周缘上且绕旋转轴1周向均匀分布的多个搅拌叶片2，优选为三片或四片，相邻搅拌叶片2之间衬有导流体3。本实施例中导流体3由三角形底面8及沿三角形底面8每条边向外延伸的侧面9围合而成，三个侧面9均为由三条边围合而成的侧面9，即三角形底面8的三个边分别与三个侧面9的底边共边，且三个侧面9的顶点相交于一点形成顶端4。结合图3所示，导流体3的顶端4与相邻两个搅拌叶片2相交线的顶端重合，三角形底面8的第一个端点5与相邻两个搅拌叶片2相交线的底端重合，三角形底面8的第二端点5和第三端点6分别位于相邻两个搅拌叶片2下边沿上；且由顶端4、第一端点5和第二端点6围合形成的第一个侧面9(即三角形平面)与相邻两个搅拌叶片3中一个搅拌叶片3表面相贴合，由顶端4、第一端点5和第三端点7围合形成的第二个侧面9(即三角形平面)与相邻两个搅拌叶片2中另一个搅拌叶片2表面相贴合，防止搅拌时，导流体从搅拌叶片上滑落。由顶端4、第二端点6和第三端7点围合形成的第三个侧面9为平面或者内凹曲面，即导流体3为三角锥形或内凹曲面坡形，采用的是耐火材料与搅拌叶片2一起浇注成型。

并且，三角形第一端点5和第二端点6的连线距离与三角形第一端点5和第三端点7的连线距离可以相等也可以不相等，即底面8三角形可以是等腰三角形也可以不是等腰三角形。三角形底面8第一端点5和第二端点6的连线距离a为搅拌叶片2长度b的0.1～0.5倍，同理，三角形底面8第一端点5和第三端点7的连线距离a也为搅拌叶片2长度b的0.1～0.5倍。

通过在搅拌叶片2之间均匀布置导流体3，扩大了搅拌叶片2之间夹角，减小了搅拌叶片2夹角对脱硫剂的滞留作用与粘渣速度，降低了强制涡流区内脱硫(剂)渣对搅拌器底部的磨损，提高了搅拌叶片2有效作用面积和搅拌强度；并且利用导流体3外侧的平面或内凹曲面，使得进入搅拌叶片2上部强制涡流区的脱硫剂，在卷吸过程中沿导流体3下行进入下部自由涡流区中的湍流区域，进而进入有效搅拌混合区，并促进其排出。

结合图4所示，搅拌叶片2的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角的斜面，α为0～8°，优选6°～8°，搅拌叶片2的背铁水面为顺时针方向由下而上前倾β角的斜面，α≤β≤12°，搅拌叶片2的外侧面为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为0～3°。通过搅拌叶片2的迎铁水面与背铁水面为顺时针方向由下而上分别前倾α角和β角的斜面结构和搅拌叶片长度延长设计(即搅拌叶片2的延长长度为搅拌叶片2长度b的0.025～0.075)，降低了背铁水面的涡流强度，提高搅拌叶片2搅拌卷吸强度，促进脱硫剂沿导流体卷吸下行。

本实施例中导流体3上均匀涂覆有一层水基防粘渣涂料，通过在导流体3上涂刷水基防粘渣涂料，进一步降低搅拌叶片2之间的粘渣，促进自由涡流区脱硫剂进入下部自由涡流区。

实施例1

搅拌叶片2为三片，绕旋转轴1周向均匀分布，搅拌叶片2外侧面为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为2°，搅拌叶片2的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角，背铁水面为顺时针方向由下而上前倾β角的斜面，且α为6°，β为8°。搅拌叶片2长度相比常规搅拌叶片2的长度延长50mm。导流体3为三角锥形耐火材料结构，与搅拌叶片2一起浇注成型；导流体3三角形底面8与搅拌叶片2公用边长为a，搅拌叶片2长度为b，且a＝0.4b。

实施例2

搅拌叶片2为四片，绕旋转轴1周向均匀分布，搅拌叶片2外侧面为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为2°，搅拌叶片2的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角，背铁水面为顺时针方向由下而上前倾β角的斜面，且α为8°，β为12°。搅拌叶片2长度相比常规搅拌叶片2的长度延长50mm。导流体3为内凹曲面坡形耐火材料结构，与搅拌叶片2一起浇注成型；导流体3三角形底面与搅拌叶片2公用边长为a，搅拌叶片2长度为b，且a＝0.3b。

Claims (8)

1.一种铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴(1)及固定在旋转轴(1)外周缘上且绕旋转轴(1)周向均匀分布的多个搅拌叶片(2)，其特征在于：相邻两个搅拌叶片(2)之间衬有导流体(3)，所述导流体(3)由三角形底面(8)及沿三角形底面(8)每条边向外延伸的侧面(9)围合而成，三个侧面(9)均为由三条边围合而成的侧面(9)，且三个侧面(9)的顶点相交于一点形成顶端(4)；所述导流体(3)的顶端与相邻两个搅拌叶片(2)相交线的顶端重合，所述三角形底面(8)的第一个端点(5)与相邻两个搅拌叶片(2)相交线的底端重合，所述三角形底面(8)的第二端点(6)和第三端点(7)分别位于相邻两个搅拌叶片(2)下边沿上；且由所述顶端(4)、第一端点(5)和第二端点(6)围合形成的第一个侧面(9)与相邻两个搅拌叶片(2)中一个搅拌叶片(2)表面相贴合，由所述顶端(6)、第一端点(5)和第三端点(7)围合形成的第二个侧面(9)与相邻两个搅拌叶片(2)中另一个搅拌叶片(2)表面相贴合。

2.根据权利要求1所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述搅拌叶片(2)的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角的斜面，α为0～8°，所述搅拌叶片的背铁水面为顺时针方向由下而上前倾β角的斜面，α≤β≤12°，所述搅拌叶片的外侧面为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为0～3°。

3.根据权利要求1所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述第一个侧面(9)中第一端点(5)和第二端点(6)的连线距离为所述搅拌叶片(2)长度的0.1～0.5倍，所述第二个侧面(9)中第一端点(5)和第三端点(7)的连线距离为所述搅拌叶片(2)长度的0.1～0.5倍。

4.根据权利要求1或2或3所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述第一个侧面(9)中第一端点(5)和第二端点(6)的连线距离与所述第二个侧面(9)中第一端点(5)和第三端点(7)的连线距离相等。

5.根据权利要求1或2或3所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述第一侧面(9)和第二侧面(9)均为平面，由所述顶端(5)、第二端点(6)和第三端点(7)围合形成的第三个侧面(9)为平面或者内凹曲面。

6.根据权利要求1或2或3所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述搅拌叶片(2)的延长长度为所述搅拌叶片(2)长度的0.025～0.075。

7.根据权利要求1或2或3所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述导流体(3)上均匀涂覆有一层水基防粘渣涂料。

8.根据权利要求1或2或3所述的铁水脱硫搅拌器，其特征在于：所述搅拌叶片(2)为三片或四片。