CN108546795A - 铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁水全域搅拌脱硫搅拌器，包括搅拌轴、搅拌器连接法兰、上层搅拌叶及下层搅拌叶，每个上层搅拌叶和每个下层搅拌叶均包括搅拌叶芯和搅拌叶芯耐火浇注料衬；每个上层搅拌叶为与搅拌方向同向旋转的左旋螺旋叶片，每个下层搅拌叶为与搅拌方向反向旋转的右旋螺旋叶片，下层搅拌叶与上层搅拌叶绕搅拌轴圆周方向呈同圆周角度布置或者前后等角度错角布置。通过上下布置的双层搅拌叶片结构，大幅度增加了搅拌叶片在搅拌轴长度方向的布置距离，扩展了搅拌器对铁水罐内铁水的搅拌深度和有效搅拌区域，显著强化了铁水罐底部铁水的搅拌与全域铁水的搅拌混合与传质，极大低改善了全域铁水搅拌脱硫反应动力学条件。

Description

铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体涉及一种铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法。

背景技术

根据相关资料报道，铁水脱硫预处理是高炉转炉—连铸流程降低钢中硫质量分数的最经济工艺，也是改善高炉和转炉操作的重要手段之一，为此，自上世纪70年代开始，以喷吹脱硫与KR搅拌脱硫为代表的系列铁水脱硫预处理工艺先后推广应用，其中，铁水KR机械搅拌脱硫工艺以优良的搅拌混合动力学特征成为铁水高效稳定深脱硫的首选工艺，并随着用户对钢铁产品质量要求的不断提升和铁水KR搅拌脱硫技术的不断完善，呈现出逐步取代喷吹脱硫工艺的发展趋势。

铁水KR搅拌脱硫工艺过程是将一个外衬耐火材料的矩形或倒直角梯形叶片单层十字交叉布置的搅拌器，沿铁水罐中心垂直浸没铁水中进行旋转搅动，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，漂浮在铁水液面上的脱硫剂被旋涡下拉卷入铁水，并在离心力与浮升力的作用下排出和上浮，实现脱硫剂在铁水中的卷吸、排出与上浮循环运动，通过脱硫剂与高温铁水的循环混合接触、表面反应，达到铁水脱硫的目的。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，影响铁水脱硫反应的关键因素是脱硫反应动力学条件，即：脱硫剂在铁水中的混合分散状况。为此，国内外学者开展了大量的铁水KR机械搅拌脱硫反应流体动力学特征与改善反应动力学条件的研究，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。大量研究结果表明，现有的铁水KR搅拌脱硫搅拌混合为搅拌器中心混合不良、外侧混合分散的局域混合特征，如：文献“叶裕中.模型研究KR法的搅拌混合特性，钢铁研究学报，1992，4(1)”报道，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，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；此外，进一步的理论与试验研究表面，搅拌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％。此外，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.”报道，脱硫剂颗粒主要分布在搅拌器插入深度以上的铁水罐区域，在高速搅拌的脱硫剂“完全扩散”阶段，搅拌叶片下部区域仅有少量脱硫剂颗粒混合分散。由此可见，对于铁水KR搅拌脱硫，脱硫剂与铁水中的混合分布不均匀，脱硫剂有效反应区局限于铁水罐的中上部区域，尽管搅拌过程中搅拌叶片下部区域也会形成相应的涡流循环运动，改善了铁水罐中下部铁水的传质过程，但循环量小、且下部中心强制涡流区内铁水相对静止，传质改善不明显，制约了搅拌混合效果与脱硫效率的提高。为此，扩展脱硫剂搅拌混合区域、强化铁水传质过程是改善铁水KR机械搅拌脱硫反应动力学条件、提高脱硫效果的重要途径，尤其是“瘦长”型铁水罐的铁水KR机械搅拌脱硫。

根据“陈志平、章序文、林兴华等编著，搅拌与混合设备设计选用手册，化学工业出版社，2004.5”报道，搅拌流型与搅拌效果、搅拌功率密切相关，主要取决于搅拌方式、搅拌器、容器形状、挡板等几何特征以及流体性质、转速、搅拌器插入位置等因素，对于工业上应用最多的立式圆筒搅拌器顶插式中心安装的搅拌装置，搅拌将产生三种基本流型，即：(1)径向流，流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面后分成两股流体，分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片形成上、下两个循环流动，搅拌器的圆盘式产生径向流的主要原因。(2)轴向流，流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，碰到容器底面再翻上，形成上下循环流，轴向流的产生是由于流体对旋转叶片产生的升力的反作用力引起的。(3)切向流，无挡板的容器内，流体绕搅拌轴作旋转运动，流速高时流体会形成漩涡，此时流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。由此可见，强化轴向流与径向流、抑制切向流是改善搅拌混合效果的关键途径。

基于上述搅拌混合理论和改善铁水KR机械搅拌脱硫混合特性的要求，国内外学者开展了大量理论与试验研究，并取得了良好的水模试验效果。如：中国硕士学位论文“奚超超，KR铁水脱硫预处理工艺数理模拟研究，重庆大学材料科学与工程学院，2016.5”系统报到了贴壁挡板、离壁挡板以及正反脉冲旋转、变位置旋转、变速旋转搅拌对搅拌混合效果的影响规律，通过对搅拌漩涡的抑制作用，取得了明显改善搅拌混合特性的试验效果。中国专利“铁水机械搅拌脱硫方法，授权公告号：CN101492753.B”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，限制切向流的发展，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。中国专利“用于铁水脱硫预处理的机械搅拌脱硫方法，申请公布号：CN106244759.A”公开了一种采用离壁挡板抑制搅拌切向流的搅拌脱硫方法，通过离壁挡板对搅拌漩涡的阻挡作用，阻止搅拌切向流动，强化搅拌轴向流与径向流，达到改善搅拌混合特性的目的，但因离壁挡板的安装与使用困难，目前未见实际应用的报道。中国专利“铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，授权公告号：CN102154533.B”公开了一种叶片间喷吹改善搅拌动力学条件的新型搅拌器，利用搅拌轴金属芯内风冷管的冷却氮气，通过搅拌器叶片间设置的弥散式喷口，向搅拌强制涡流区喷射氮气，提高强制涡流区的湍流流动，抑制切向流，强化轴向流与径向流，促进搅拌混合，改善搅拌脱硫动力学条件，由于在旋转体搅拌器上实现氮气稳定喷吹的困难，目前未能在实际生产中得到应用。中国专利“铁水机械搅拌高效混合脱硫用搅拌器，申请号201610405010.2”公开了一种异形叶片搅拌器，搅拌叶片迎铁面由迎铁面的上部垂直面段和迎铁面的下部前倾斜面段组成，背铁面由背铁面的上部垂直面段和背铁面的下部前倾斜面段组成，迎铁面的上部垂直面段和背铁面的上部垂直面段的宽度b1均为搅拌器叶轮直径d的0.25～0.35倍，迎铁面的下部前倾斜面段和背铁面的下部前倾斜面段的宽度b2均为搅拌器叶轮直径d的0.35～0.65倍，通过异形叶片下部的倾斜或螺旋叶片结构，达到强化搅拌轴向流、抑制切向流的目的。中国专利“铁水脱硫用高效混合搅拌器，申请号201710582931.0”公开了一种螺旋叶片搅拌器，其中，搅拌叶的上端面和下端面均为水平平面，搅拌叶的迎铁面和背铁面均为螺旋面，搅拌叶的外侧面为圆台外缘弧面螺旋的螺旋面，通过螺旋叶片结构，强化搅拌轴向流与径向流，达到扩展搅拌混合区域、强化混合分散的目的。虽然上述异形叶片结构搅拌器在实际生产中得到了验证，同时也解决了搅拌器服役过程中叶片形状的维持问题，并取得了良好的应用效果，但单层叶片搅拌器搅拌混合区域小的固有不足仍未得到根本性的解决。为了进一步扩展铁水KR搅拌脱硫的搅拌混合区域，先后开展了多种形式的双层、多次叶片结构搅拌器的研究。如：“双叶片铁水脱硫复合搅拌器，申请号201310716672.8”公开了一种由底层叶片和上层叶片组成的双层叶片结构搅拌器，其中底层叶片与中心搅拌轴下部固定相连，上层叶片与中心搅拌轴滑动套，目的在于通过上下层搅拌叶的复合涡流效应达到改善搅拌脱硫效率，但未对涡流复合条件以及涡流效果进行限制，无法正确实现铁水的全域搅拌及其与脱硫剂的混合接触反应，同时上层叶片的套装也无法满足铁水条件下稳定搅拌的要求，因而，目前未见相关应用与试验的报道。中国专利“铁水机械搅拌脱硫用高性能搅拌器，申请号201610407690.1”公开了一种双层叶片结构的搅拌器，其中，上层搅拌叶片和下层搅拌叶片均绕搅拌轴周向均匀分布，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。该发明通过两层叶片的错层布置，实现了两层叶片搅拌轴向流的叠加效应，提高脱硫剂的搅拌下拉深度，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；虽然该发明有效地扩展了搅拌混合区域，有利于铁水罐内铁水全域传质过程的改善，但搅拌叶片的有效高度制约了自浮颗粒下拉深度，仍无法实现对铁水罐下部铁水的有效搅拌及其与脱硫剂的混合，仍未达到铁水罐全域铁水的充分搅拌效果。

综合上述可见，强化轴向流与径向流、抑制切向流是改善铁水机械搅拌脱硫反应动力学的核心关键所在，虽然国内外学者为此做出了大量的努力，形成了系列改善技术方案，有些改进技术在水模试验中取得了显著扩大搅拌混合区域与混合分散效果的目的，但受铁水机械搅拌脱硫的高温、大功率搅拌、间歇式生产等恶劣工况条件的限制，改进措施难以在实际生产中稳定实施，如：正反旋转脉冲搅拌、贴壁与离壁挡板、偏心搅拌等；此外，也有部分叶片结构改进技术在实际生产中得到应用，取得了良好的改进效果，但因单层叶片结构的局域搅拌混合特性，仍无法满足铁水罐全域铁水搅拌的改进目标。虽然多层叶片结构搅拌器理论上能够实现铁水罐内上中下全域铁水搅拌，达到强化铁水传质过程的目的，但对于铁水搅拌脱硫的自浮颗粒搅拌分散混合区域的扩展却未系统研究，如何实现全域铁水与脱硫剂混合反应还需进一步研究。由此可见，如何基于现有的生产工艺条件和设备条件，在确保生产稳定可靠的基础上，简便易行地实施铁水罐内铁水全域搅拌及其与脱硫剂的充分混合反应是改善实际生产中KR搅拌脱硫反应动力学条件的关键，为此，急需开发性能优良的全新理念的新型搅拌器，以进一步改善铁水机械搅拌脱硫反应动力学、提高脱硫效率与脱硫剂有效利用率、缩短搅拌时间等目的。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能达到铁水罐内铁水全域搅拌及其与脱硫剂充分混合反应目的的铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法。

为实现上述目的，本发明所设计的铁水全域搅拌脱硫搅拌器，包括搅拌轴、设置在所述搅拌轴顶端的搅拌器连接法兰、2～4个固定在所述搅拌轴外周缘上且绕所述搅拌轴周向均匀分布的上层搅拌叶及2～4个固定在所述搅拌轴外周缘上且绕所述搅拌轴圆周方向的下层搅拌叶，所述上层搅拌叶的个数与所述下层搅拌叶的个数相同，每个所述上层搅拌叶和每个所述下层搅拌叶均包括搅拌叶芯和搅拌叶芯耐火浇注料衬；每个所述上层搅拌叶为与搅拌方向同向旋转的左旋螺旋叶片，每个所述下层搅拌叶为与搅拌方向反向旋转的右旋螺旋叶片，所述下层搅拌叶与所述上层搅拌叶绕搅拌轴圆周方向呈同圆周角度布置或者前后等角度错角布置。

进一步地，所述上层搅拌叶平均搅拌直径d1与铁水罐平均直径D之比n1为0.37～0.4；所述上层搅拌叶垂直高度h1与所述上层搅拌叶平均搅拌直径d1之比为0.5～0.75；所述上层搅拌叶的顶面和底面均为平面或外凸弧面，所述上层搅拌叶的外侧面为外凸弧面；所述上层搅拌叶的迎铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角α1为60～75°；所述上层搅拌叶的背铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角β1比α1小0～5°。

进一步地，所述下层搅拌叶平均搅拌直径d2与铁水罐平均直径D之比n2为n1-(0.05～0.2)；所述下层搅拌叶垂直高度h2为所述下层搅拌叶平均搅拌直径d2之比为0.3～0.65；所述下层搅拌叶的顶面和底面为平面或外凸弧面，所述下层搅拌叶的外侧面为外凸弧面；所述下层搅拌叶的迎铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角α2为45～70°；所述下层搅拌叶的背铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角β2比α2小0～5°。

进一步地，所述上层搅拌叶与所述下层搅拌叶之间的间隔距离L为(0.05～0.3)h1。

一种如上述所述铁水全域搅拌脱硫搅拌器使用方法，包括如下步骤：

1)铁水前渣扒除进站后，根据铁水罐实际铁水装载量，计算铁水液面高度或铁水深度H，并计算搅拌器插入深度h＝(0.15～0.25)H；

2)对于刚上线的新搅拌器和在线大面积修补后的搅拌器，第一次进行搅拌脱硫前，先进行搅拌器的在线烘烤防护，具体操作是：控制搅拌器下降至搅拌器下端底面与铁水面距离100～200mm停止，利用铁水液面辐射热进行搅拌器在线烘烤3～5分钟，再按照计算的搅拌器插入深度浸入铁水浸泡3～5分钟，提升搅拌器至铁水液面之上，观察搅拌器是否有大量蒸汽冒出，若无则完成在线烘烤防护，若有则进行第二次铁水浸泡处理，直至无大量蒸汽冒出，完成在线烘烤防护，并进行步骤3)；

3)按照在铁水中插入搅拌器至计算的搅拌器插入深度并启动电机转动搅拌器，逐渐提高转速至有铁花零星飞出，投加脱硫剂，并保持搅拌转速与搅拌电流不变，直至脱硫剂投加结束；

4)控制搅拌转速和搅拌电流，保持搅拌过程有铁花零星飞出，直至搅拌脱硫结束；

5)搅拌结束后，逐渐降低搅拌转速至零，提升搅拌器至铁水液面以上，开启电机转动搅拌器至步骤4)中的搅拌转速进行搅拌器甩渣，去除搅拌器表面粘附的脱硫浮渣，然后降低搅拌器转速至零，完成搅拌器在线甩渣防护；

7)提升搅拌器至正常工作等待工位，完成一罐次铁水的脱硫搅拌任务；

8)铁水后渣扒除，并转运至转炉进行转炉兑铁，完成一罐铁水的脱硫扒渣。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器通过上下布置的双层搅拌叶片结构，大幅度增加了搅拌叶片在搅拌轴长度方向的布置距离，扩展了搅拌器对铁水罐内铁水的搅拌深度和有效搅拌区域，显著强化了铁水罐底部铁水的搅拌与全域铁水的搅拌混合与传质，极大低改善了全域铁水搅拌脱硫反应动力学条件；

2、通过上层搅拌叶为向搅拌方向旋转的螺旋叶片结构设计，大幅度提高了脱硫剂自浮颗粒的搅拌下拉力、卷吸深度与卷吸脱硫剂的径向排出的离心推力，增大了搅拌卷吸循环速度与循环流量，强化搅拌轴向与径向流、遏制搅拌切向流，延缓切向流对搅拌器的剪切破损，达到缩小强制涡流区、扩大自由涡流区与改善搅拌混合特性、延长搅拌器寿命等效果；通过下层搅拌叶为反向旋转的螺旋叶片的结构设计，提高了下层搅拌叶对铁水罐底部铁水的卷吸上提排出循环速度与循环流量，缩小下部中心强制涡流区，强化了全域铁水的搅拌混合与传质。通过上下层搅拌叶片结构参数与布置方式的设置与优化，保证了上下层搅拌叶的设计功能，同时，强化了上下两层搅拌叶的卷吸、排出循环流之间的冲击混合与涡流混合的复合效应，实现上层搅拌叶卷吸排出脱硫剂和铁水的固液两相流与下层搅拌叶卷吸排出铁水流间的直接接触与界面反应，并通过上下搅拌叶排出的两股间的复合涡流，强化脱硫反应传质过程，实现脱硫剂与全域铁水的搅拌混合；

3、通过搅拌叶片的顶面、底面和外侧面的外凸弧面结构设计，强化搅拌叶片的抗冲刷能力，均化搅拌叶片的表面热机械应力，延缓搅拌叶片的应力损毁，延长搅拌器使用寿命；

4、通过铁水全域搅拌脱硫搅拌器使用方法的研究制定，保证了本发明搅拌器各项功能的稳定实现；通过上述结构设计与结构参数的优化，达到提高脱硫反应速度、提高脱硫效率、缩短搅拌时间、延长搅拌器使用寿命等综合效果，最终达到改善铁水KR搅拌脱硫动力学条件与脱硫技术经济指标的预期目的。

附图说明

图1为本发明同圆周角度布置的铁水全域搅拌脱硫搅拌器立体示意图；

图2为图1的主视示意图；

图3为图2的E-E剖面示意图；

图4为图2的D-D剖面示意图；

图5为图2中D-D剖面截图后的C-C剖面示意图；

图6为本发明三片前后等角度错角布置的铁水全域搅拌脱硫搅拌器立体示意图；

图7为本发明两片前后等角度错角布置的铁水全域搅拌脱硫搅拌器立体示意图；

图8为图6的主视示意图；

图9为图7的主视示意图；

图10为图8的F-F剖面示意图；

图11为本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器搅拌状况示意图；

图12为本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器搅拌流动状况示意图。

图中各部件标号如下：搅拌器连接法兰1、搅拌轴2、上层搅拌叶3、下层搅拌叶4、搅拌叶芯5、搅拌叶芯耐火浇注料衬6、铁水罐7、脱硫剂颗粒8、铁水流线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1～5所示铁水全域搅拌脱硫搅拌器，包括搅拌轴2、设置在搅拌轴2顶端的搅拌器连接法兰1、2～4个固定在搅拌轴2外周缘上且绕搅拌轴2周向均匀分布的上层搅拌叶3及2～4个固定在搅拌轴2外周缘上且绕搅拌轴圆周方向的下层搅拌叶4，在同一个搅拌器中，上层搅拌叶3的个数与下层搅拌叶4的个数相同，同时，下层搅拌叶4位于上层搅拌叶3的下方，每个上层搅拌叶3和每个下层搅拌叶4均包括搅拌叶芯5和搅拌叶芯耐火浇注料衬6。每个上层搅拌叶3为与搅拌方向同向旋转的左旋螺旋叶片，每个下层搅拌叶4为与搅拌方向反向旋转的右旋螺旋叶片，下层搅拌叶4与上层搅拌叶3绕搅拌轴2圆周方向呈同圆周角度布置，也可以前后等角度错角布置。

结合图11，上层搅拌叶3平均搅拌直径d1(上层搅拌叶片顶部直径与底部直径纸和的一半)与铁水罐7平均直径D(铁水罐顶部铁水线直径与底部铁水线直径之和的一半)之比n1为0.37～0.4；上层搅拌叶3垂直高度h1与上层搅拌叶3平均搅拌直径d1之比为0.5～0.75；上层搅拌叶3的顶面和底面均为平面或外凸弧面，上层搅拌叶3的外侧面为外凸弧面；上层搅拌叶3的迎铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角α1为60～75°；上层搅拌叶3的背铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角β1比α1小0～5°。

下层搅拌叶4平均搅拌直径d2(下层搅拌叶片顶部直径与底部直径之和的一半)与铁水罐7平均直径D之比n2为n1-(0.05～0.2)(“-”为减号)；下层搅拌叶4垂直高度h2为下层搅拌叶4平均搅拌直径d2之比为0.3～0.65；下层搅拌叶4的顶面和底面为平面或外凸弧面，下层搅拌叶4的外侧面为外凸弧面；下层搅拌叶4的迎铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角α2为45～70°；下层搅拌叶4的背铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角β2比α2小0～5°。上层搅拌叶3、下层搅拌叶4之间的间隔距离L为(0.05～0.3)h1，其它与常规搅拌器相同。

附图中图1～图5为三个上层搅拌叶3和三个下层搅拌叶4且同圆周角度布置，图6、图8为三个上层搅拌叶3和三个下层搅拌叶4且前后等角度错角布置，图7、图9、图10为两个上层搅拌叶3和两个下层搅拌叶4且前后等角度错角布置。

结合图11、12，本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器的使用方法如下：

1)按照常规搅拌器安装方式，完成本发明搅拌器安装，等待铁水进站脱硫；

2)铁水前渣扒除进站后，根据铁水罐7实际铁水装载量，计算铁水液面高度或铁水深度H，并计算搅拌器插入深度(搅拌器插入深度即为搅拌器上层搅拌叶3顶面至铁水面距离)h＝(0.15～0.25)H；

3)对于刚上线的新搅拌器和在线大面积修补后的搅拌器，第一次进行搅拌脱硫前，先进行搅拌器的在线烘烤防护，具体操作是：控制搅拌器下降至搅拌器下端底面与铁水面距离100～200mm停止，利用铁水液面辐射热进行搅拌器在线烘烤3～5分钟，再按照计算的搅拌器插入深度浸入铁水浸泡3～5分钟，提升搅拌器至铁水液面之上，观察搅拌器是否有大量蒸汽冒出，若无则完成在线烘烤防护，若有则进行第二次铁水浸泡处理，直至无大量蒸汽冒出，完成在线烘烤防护，并进行步骤4)；

4)按照在铁水中插入搅拌器至计算的搅拌器插入深度并启动电机转动搅拌器，逐渐提高转速至有铁花零星飞出，投加脱硫剂，并保持搅拌转速与搅拌电流不变，直至脱硫剂投加结束；

5)控制搅拌转速和搅拌电流，保持搅拌过程有铁花零星飞出，直至搅拌脱硫结束；

6)搅拌结束后，逐渐降低搅拌转速至零，提升搅拌器至铁水液面以上，开启电机转动搅拌器至步骤5)中的转速进行搅拌器甩渣，去除搅拌器表面粘附的脱硫浮渣，此后降低搅拌器转速至零，完成搅拌器在线甩渣防护；

7)提升搅拌器至正常工作等待工位，完成一罐次铁水的脱硫搅拌任务；

8)铁水后渣扒除，并转运至转炉进行转炉兑铁，完成一罐铁水的脱硫扒渣。

下面在结合图11、12进一步阐述本发明的有益效果：

本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器通过两层搅拌叶的上下布置方式，拉长了搅拌器的轴向搅拌深度，扩展了铁水罐深度方向的搅拌区域与有效搅拌混合容积，克服了常规单层搅拌叶搅拌脱硫过程中固有的搅拌区域小的不足。通过上下层搅拌叶螺旋叶片结构设计，强化了搅拌轴向流与径向流，改善了搅拌区域的混合效果，克服了常规搅拌脱硫局域剪切混合动力学差的不足；通过上下层搅拌叶螺旋叶片正方向螺旋结构设计，强化了铁水搅拌脱硫过程中上层搅拌叶对自浮脱硫剂颗粒8的下拉深度与卷吸循环流量，同时增进了下层搅拌叶对铁水罐下部铁水的上提动力与卷吸循环流动，实现下部铁水与卷入下拉脱硫剂颗粒8的接触反应，克服了常规搅拌脱硫过程中自浮颗粒因浮力作用带来的下拉深度有限而无法实现铁水罐底部铁水的接触反应的固有不足；通过上层搅拌叶对自浮脱硫剂颗粒的卷吸下拉和下层搅拌叶对铁水罐底部铁水的卷吸上提排出流股的冲击混合与涡流混合，铁水流线9如图12所示，克服了常规搅拌脱硫过程中搅拌器下部中心强制涡流区铁水混合、传质微弱的不足，从而实现下部铁水与自浮脱硫剂颗粒的充分混合与铁水全域搅拌脱硫的目的。通过本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器使用方法的研究制定，优化了搅拌器插入深度、搅拌转速、搅拌器在线烘烤与甩渣防护等使用细则与控制参数，保证了本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器各项功能的稳定实现和铁水搅拌脱硫生产的安全持续运行。通过本发明铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法的运用，达到提高脱硫反应速度、提高脱硫效率、缩短搅拌时间、延长搅拌器使用寿命等综合效果，最终达到改善铁水KR搅拌脱硫动力学条件与脱硫技术经济指标的预期目的。

Claims (5)

1.一种铁水全域搅拌脱硫搅拌器，其特征在于：包括搅拌轴(2)、设置在所述搅拌轴(2)顶端的搅拌器连接法兰(1)、2～4个固定在所述搅拌轴(2)外周缘上且绕所述搅拌轴(2)周向均匀分布的上层搅拌叶(3)及2～4个固定在所述搅拌轴(2)外周缘上且绕所述搅拌轴圆周方向的下层搅拌叶(4)，所述上层搅拌叶(3)的个数与所述下层搅拌叶(4)的个数相同，每个所述上层搅拌叶(3)和每个所述下层搅拌叶(4)均包括搅拌叶芯(5)和搅拌叶芯耐火浇注料衬(6)；每个所述上层搅拌叶(3)为与搅拌方向同向旋转的左旋螺旋叶片，每个所述下层搅拌叶(4)为与搅拌方向反向旋转的右旋螺旋叶片，所述下层搅拌叶(4)与所述上层搅拌叶(3)绕搅拌轴(2)圆周方向呈同圆周角度布置或者前后等角度错角布置。

2.根据权利要求1所述铁水全域搅拌脱硫搅拌器，其特征在于：所述上层搅拌叶(3)平均搅拌直径d1与铁水罐(7)平均直径D之比n1为0.37～0.4；所述上层搅拌叶(3)垂直高度h1与所述上层搅拌叶(3)平均搅拌直径d1之比为0.5～0.75；所述上层搅拌叶(3)的顶面和底面均为平面或外凸弧面，所述上层搅拌叶(3)的外侧面为外凸弧面；所述上层搅拌叶(3)的迎铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角α1为60～75°；所述上层搅拌叶(3)的背铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角β1比α1小0～5°。

3.根据权利要求2所述铁水全域搅拌脱硫搅拌器，其特征在于：所述下层搅拌叶(4)平均搅拌直径d2与铁水罐(7)平均直径D之比n2为n1-(0.05～0.2)；所述下层搅拌叶(4)垂直高度h2为所述下层搅拌叶(4)平均搅拌直径d2之比为0.3～0.65；所述下层搅拌叶(4)的顶面和底面为平面或外凸弧面，所述下层搅拌叶(4)的外侧面为外凸弧面；所述下层搅拌叶(4)的迎铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角α2为45～70°；所述下层搅拌叶(4)的背铁面为螺旋面，与外侧面的螺旋交线导程角β2比α2小0～5°。

4.根据权利要求1所述铁水全域搅拌脱硫搅拌器，其特征在于：所述上层搅拌叶(3)与所述下层搅拌叶(4)之间的间隔距离L为(0.05～0.3)h1。

5.一种如权利要求1所述铁水全域搅拌脱硫搅拌器使用方法，其特征在于：所述使用方法包括如下步骤：

1)铁水前渣扒除进站后，根据铁水罐(7)实际铁水装载量，计算铁水液面高度或铁水深度H，并计算搅拌器插入深度h＝(0.15～0.25)H；

2)对于刚上线的新搅拌器和在线大面积修补后的搅拌器，第一次进行搅拌脱硫前，先进行搅拌器的在线烘烤防护，具体操作是：控制搅拌器下降至搅拌器下端底面与铁水面距离100～200mm停止，利用铁水液面辐射热进行搅拌器在线烘烤3～5分钟，再按照计算的搅拌器插入深度浸入铁水浸泡3～5分钟，提升搅拌器至铁水液面之上，观察搅拌器是否有大量蒸汽冒出，若无则完成在线烘烤防护，若有则进行第二次铁水浸泡处理，直至无大量蒸汽冒出，完成在线烘烤防护，并进行步骤3)；

3)按照在铁水中插入搅拌器至计算的搅拌器插入深度并启动电机转动搅拌器，逐渐提高转速至有铁花零星飞出，投加脱硫剂，并保持搅拌转速与搅拌电流不变，直至脱硫剂投加结束；

4)控制搅拌转速和搅拌电流，保持搅拌过程有铁花零星飞出，直至搅拌脱硫结束；

5)搅拌结束后，逐渐降低搅拌转速至零，提升搅拌器至铁水液面以上，开启电机转动搅拌器至步骤4)中的搅拌转速进行搅拌器甩渣，去除搅拌器表面粘附的脱硫浮渣，然后降低搅拌器转速至零，完成搅拌器在线甩渣防护；

7)提升搅拌器至正常工作等待工位，完成一罐次铁水的脱硫搅拌任务；

8)铁水后渣扒除，并转运至转炉进行转炉兑铁，完成一罐铁水的脱硫扒渣。