CN110628986A - 一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，公开了一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置及方法，包括升降装置、旋转驱动装置，升降装置通过升降部件与喷枪本体连接；旋转驱动装置通过旋转驱动部件与喷枪本体连接；喷枪本体前端浇铸有枪头；枪头周围携带有均匀分布的搅拌叶片；容纳枪头、搅拌叶片的铁水外部包裹具有双层结构的铁水罐外壳。本发明在旋转喷枪利用惰性气体载入脱硫剂的同时，携带搅拌叶片的喷头对混有脱硫剂的铁水进行混合搅拌，通过将KR法与喷吹法的有机结合，使得脱硫剂与铁水更加充分地混合，整个脱硫过程铁水温降小、脱硫剂消耗低、脱硫周期短，实现了高效脱硫；能减小对搅拌头的损坏程度，延长搅拌头的使用寿命，节约了脱硫成本。

Description

一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置及方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置及方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

铁水预处理用主要应用以下两种方法：喷吹法和KR法；

喷吹法，通过将脱硫剂用喷管喷吹的方式通入铁水中脱硫，但不能保证脱硫剂与铁水充分接触，动力学效果较低、脱硫较不稳定，并且脱硫剂消耗大，原料较为昂贵。

KR法，是将搅拌器浸入铁水一定的深度，使其旋转，从而使加入的脱硫剂与铁水充分混合。但搅拌轴旋转附近会形成柱状回转区，此区域与搅拌头底部“死区”脱硫效果很不理想，仍会造成小部分的脱硫剂的无效消耗，并且铁水温降大、渣量大、铁损高、脱硫周期长。

现有采用在搅拌器搅拌的同时伸入一根喷气管将脱硫剂喷吹至铁水中的方法，将铁水预处理脱硫工艺方法进行改进，通过边搅拌边喷气的方法来提高脱硫效果，但这个喷气管有跟搅拌器发生干涉的风险，操作也较为繁琐。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的KR法脱硫会造成小部分的脱硫剂的无效消耗，并且铁水温降大、渣量大、铁损高、脱硫周期长。

(2)现有喷吹法脱硫动力学效果较低、脱硫较不稳定，脱硫剂消耗大。

从以上可知，单独使用KR搅拌法或喷吹法，以及同时使用现有的脱硫设备，均存在各自的不足之处，都不能达到较好的脱硫效果。

对于两种脱硫方法的改进一直受到国内外钢铁企业的广泛关注，为了满足现代生产的需要，有必要对铁水脱硫的方法作进一步地研究，急需开发出一种性能优良的复合喷吹搅拌脱硫装置或工艺，以满足当前铁水脱硫高效、简洁、成本低廉等要求，

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置及方法。

本发明是这样实现的，一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置包括升降装置和旋转驱动装置；

所述升降装置通过升降部件与喷枪本体连接；所述旋转驱动装置通过旋转驱动部件与喷枪本体连接；喷枪本体前端浇铸有枪头；枪头周围携带有均匀分布的搅拌叶片；喷枪本体、枪头中部均开设有贯通的空腔，用以脱硫气体的载入；容纳枪头、搅拌叶片的铁水外部包裹具有双层结构的铁水罐外壳，铁水罐外壳的双层结构内部填充有耐火材料层。在旋转喷枪向铁水中喷吹脱硫剂的同时，搅拌叶片对铁水进行混合搅拌，形成喷吹搅拌复合脱硫过程。

进一步，所述复合喷吹搅拌脱硫装置进一步包括：

控制器，用于控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量；

惰性气体流量控制阀，与控制器连接，用于控制惰性气体流量大小；

脱硫剂用量控制阀，与控制器连接，用于控制脱硫剂用量大小。

本发明的另一目的在于提供一种用于复合喷吹搅拌脱硫装置的复合喷吹搅拌脱硫方法，所述复合喷吹搅拌脱硫方法具体包括：

启动升降装置，将携带叶片的喷枪本体浸入铁水中合适位置；

高压喷入惰性气体，同时载入脱硫剂，脱硫剂随着惰性气体由携带叶片的枪头喷入铁水中；

开启旋转驱动装置，搅拌叶片以一定速度旋转，同时枪头继续下降，浸入铁水中脱硫工艺工作位置，对混入脱硫剂的铁水进行搅拌，使脱硫剂在铁水罐内均匀扩散，完成复合脱硫过程。

进一步，所述复合喷吹搅拌脱硫方法进一步包括：

通过控制器控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量，并与外部终端连接，获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，通过控制器与数据库进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，将获取硫剂用量指令、惰性气体流量数值分别传输给脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀；

通过惰性气体流量控制阀控制惰性气体流量大小；

通过脱硫剂用量控制阀控制脱硫剂用量大小。

进一步，控制器获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，从脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀里获取连续脱硫剂用量控制阀流、惰性气体流量数据，将两帧脱硫剂用量、惰性气体流量数据按时间顺序分别标记为I₁和I₂；

以I₁和I₂为最底层分别构造脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔和

在脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔的每层上生成相同数目的种子点，并将最顶层上的种子点的匹配初始化为随机值；

将获得的种子点在由脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔依次从顶层到底层逐层进行匹配，每层种子点的匹配结果作为下一层相应种子点的初始值；

利用对边缘敏感的插值算法，将最底层种子点的匹配结果进行插值处理，将插值结果作为光流估计的初始值，然后利用变分能量优化模型进行优化，最终得到脱硫剂用量、惰性气体流量数据。

进一步，将每一级脱硫剂用量、惰性气体流量数据的长宽缩小为原来的1/2，分别得到k幅脱硫剂用量、惰性气体流量数据，其中和即是最底层的原数据，和是最顶层。

进一步，在脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔的每层上生成相同数目的种子点中将最底层的种子点设计为间隔为d的脱硫剂用量、惰性气体流量数据网格交点；上层的种子点均是最底层种子点的对应缩放版本，也就是每层种子点在当前层的坐标位置均是下层种子点坐标位置的η倍，即：

{p(s^l)}＝η·{p(s^l-1)}，l≥1；

其中l代表金字塔层数，{p(s^l)}表示第l层种子点的在其上的位置，η表示金字塔缩放系数。

进一步，将最顶层上的种子点的匹配初始化为随机值，然后与进行匹配，所述与进行匹配包括以下步骤：

第一步：邻域传播，即：

其中s_m表示当前种子点，N_m表示对网格种子点之间使用自然邻域系统时当前种子点的相邻种子点集合，f(s_m)表示当前种子点的运动矢量，C(f(·))表示对当前种子点使用f(·)为运动矢量时的匹配代价；

第二步：随机搜索，以当前最佳运动矢量f(s_m)为中心，以指数递减半径为搜索域，进行随机试探；迭代进行以上两步，直至收敛。

所述匹配，每层种子点的匹配结果作为下一层相应种子点的初始值，即：

其中{f(s^l)}为第l层种子点的运动矢量，η为金字塔的缩放系数。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明在旋转喷枪利用惰性气体载入脱硫剂的同时，携带搅拌器的喷头对混有脱硫剂的铁水进行搅拌，搅拌法脱硫与喷吹法脱硫有机结合，使得脱硫剂与铁水更加充分地混合，提高了脱硫剂的利用率，随着脱硫剂利用率的提高，能达到节约脱硫成本的目的。整个脱硫过程铁水温降小，脱硫剂消耗低，脱硫周期短，实现了高效脱硫；能减小对搅拌头的损坏程度，延长搅拌头的使用寿命，在另一方面节约了脱硫成本。脱硫完成后，能得到低硫甚至超低硫铁水，更符合生产产业的高要求、高标准。

本发明通过控制器控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量；并与外部终端连接，获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，通过控制器进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，将获取硫剂用量指令、惰性气体流量指令分别传输给脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀；通过惰性气体流量控制阀控制惰性气体流量大小；通过脱硫剂用量控制阀控制脱硫剂用量大小。可有效解决现有的KR法机械搅拌装置，脱硫过程中造成的小部分脱硫剂的无效消耗，铁水温降大、渣量大、铁损高、脱硫周期长与现有喷吹法装置，动力学效果较低、脱硫较不稳定，及原料较为昂贵等问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的复合喷吹搅拌铁水脱硫装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的控制器连接原理示意图。

图中：1、喷枪本体；2、枪头；3、搅拌叶片；4、铁水罐外壳；5、耐火材料层；6、控制器；7、惰性气体流量控制阀；8、脱硫剂用量控制阀。

图3是本发明实施例提供的复合喷吹搅拌铁水脱硫方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的复合喷吹搅拌脱硫装置包括：喷枪本体1、枪头2、搅拌叶片3、铁水罐外壳4、耐火材料层5、控制器6、惰性气体流量控制阀7、脱硫剂用量控制阀8。

升降装置通过升降部件与喷枪本体1连接；旋转驱动装置通过旋转驱动部件与喷枪本体1连接；喷枪本体前端浇铸有枪头2；枪头周围携带有均匀分布的搅拌叶片3；喷枪本体1、枪头2中部均开设有贯通的空腔；容纳枪头2、搅拌叶片3的铁水外部包裹具有双层结构的铁水罐外壳4，铁水罐外壳4的双层结构内部填充有耐火材料层5。在旋转喷枪向铁水中喷吹脱硫剂的同时，搅拌叶片3对铁水进行混合搅拌，形成喷吹搅拌复合脱硫过程。

在本发明实施例中，复合喷吹搅拌脱硫装置进一步包括：

控制器，用于控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量；

惰性气体流量控制阀，与控制器连接，用于控制惰性气体流量大小；

脱硫剂用量控制阀，与控制器连接，用于控制脱硫剂用量大小。

如图3所示，在本发明实施例提供的复合喷吹搅拌脱硫方法具体包括：

S301：启动升降装置，将携带叶片的喷枪本体浸入铁水中合适位置。

S302：高压喷入惰性气体，同时载入脱硫剂，脱硫剂随着惰性气体由携带叶片的枪头喷入铁水中。

S303：开启旋转驱动装置，搅拌叶片以一定速度旋转，同时枪头继续下降，浸入铁水中脱硫工艺工作位置，对混入脱硫剂的铁水进行搅拌，使脱硫剂在铁水罐内均匀扩散，完成复合脱硫过程。

在本发明实施例中，所述复合喷吹搅拌脱硫方法还包括：

通过控制器控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量，并与外部终端连接，获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，通过控制器与数据库进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，将获取硫剂用量指令、惰性气体流量数值分别传输给脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀。

通过惰性气体流量控制阀控制惰性气体流量大小。

通过脱硫剂用量控制阀控制脱硫剂用量大小。

在本发明实施例中，控制器获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，从脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀里获取连续脱硫剂用量控制阀流、惰性气体流量数据，将两帧脱硫剂用量、惰性气体流量数据按时间顺序分别标记为I₁和I₂。

以I₁和I₂为最底层分别构造脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔和

在脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔的每层上生成相同数目的种子点，并将最顶层上的种子点的匹配初始化为随机值。

将获得的种子点在由脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔依次从顶层到底层逐层进行匹配，每层种子点的匹配结果作为下一层相应种子点的初始值；

利用对边缘敏感的插值算法，将最底层种子点的匹配结果进行插值处理，将插值结果作为光流估计的初始值，然后利用变分能量优化模型进行优化，最终得到脱硫剂用量、惰性气体流量数据。

在本发明实施例中，将每一级脱硫剂用量、惰性气体流量数据的长宽缩小为原来的1/2，分别得到k幅脱硫剂用量、惰性气体流量数据，其中和即是最底层的原数据，和是最顶层。

在本发明实施例中，在脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔的每层上生成相同数目的种子点中将最底层的种子点设计为间隔为d的脱硫剂用量、惰性气体流量数据网格交点；上层的种子点均是最底层种子点的对应缩放版本，也就是每层种子点在当前层的坐标位置均是下层种子点坐标位置的η倍，即：

{p(s^l)}＝η·{p(s^l-1)}，l≥1。

其中l代表金字塔层数，{p(s^l)}表示第l层种子点的在其上的位置，η表示金字塔缩放系数。

在本发明实施例中，将最顶层上的种子点的匹配初始化为随机值，然后与进行匹配，所述与进行匹配包括以下步骤：

第一步：邻域传播，即：

其中s_m表示当前种子点，N_m表示对网格种子点之间使用自然邻域系统时当前种子点的相邻种子点集合，f(s_m)表示当前种子点的运动矢量，C(f(·))表示对当前种子点使用f(·)为运动矢量时的匹配代价。

第二步：随机搜索，以当前最佳运动矢量f(s_m)为中心，以指数递减半径为搜索域，进行随机试探；迭代进行以上两步，直至收敛。

所述匹配，每层种子点的匹配结果作为下一层相应种子点的初始值，即：

其中{f(s^l)}为第l层种子点的运动矢量，η为金字塔的缩放系数。

本发明投入武钢使用后，平均扒渣时间减少3s，扒渣铁损降低0.5吨。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合喷吹搅拌铁水脱硫装置及方法，其特征在于，所述复合喷吹搅拌铁水脱硫装置包括升降装置和旋转驱动装置；

所述升降装置通过升降部件与喷枪本体连接；所述旋转驱动装置通过旋转驱动部件与喷枪本体连接；喷枪本体前端浇铸有枪头；枪头周围携带有均匀分布的搅拌叶片；喷枪本体、枪头中部均开设有贯通的空腔，用以脱硫气体的载入；容纳枪头、搅拌叶片的铁水外部包裹具有双层结构的铁水罐外壳，铁水罐外壳的双层结构内部填充有耐火材料层。在旋转喷枪向铁水中喷吹脱硫剂的同时，搅拌叶片对铁水进行混合搅拌，形成喷吹搅拌复合脱硫过程。

2.如权利要求1所述的复合喷吹搅拌铁水脱硫装置，其特征在于，所述复合喷吹搅拌脱硫装置进一步包括：

控制器，用于控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量；

惰性气体流量控制阀，与控制器连接，用于控制惰性气体流量大小；

脱硫剂用量控制阀，与控制器连接，用于控制脱硫剂用量大小。

3.一种用于权利要求1-2任意一项所述的复合喷吹搅拌脱硫装置的复合喷吹搅拌脱硫方法，其特征在于，所述复合喷吹搅拌脱硫方法具体包括：

启动升降装置，将携带叶片的喷枪本体浸入铁水中合适位置；

高压喷入惰性气体，同时载入脱硫剂，脱硫剂随着惰性气体由携带叶片的枪头喷入铁水中；

开启旋转驱动装置，搅拌叶片以一定速度旋转，同时枪头继续下降，浸入铁水中脱硫工艺工作位置，对混入脱硫剂的铁水进行搅拌，使脱硫剂在铁水罐内均匀扩散，完成复合脱硫过程。

4.如权利要求3所述的复合喷吹搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述复合喷吹搅拌脱硫方法还包括：

通过控制器控制脱硫剂用量和控制惰性气体流量，并与外部终端连接，获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，通过控制器与数据库进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，将获取硫剂用量指令、惰性气体流量数值分别传输给脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀；

通过惰性气体流量控制阀控制惰性气体流量大小；

通过脱硫剂用量控制阀控制脱硫剂用量大小。

5.如权利要求4所述的复合喷吹搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，控制器获取外部终端储存的待脱硫铁水硫含量，进行对比分析后，获取脱硫剂用量指令，并计算携带脱硫剂惰性气体流量的数值，从脱硫剂用量控制阀、惰性气体流量控制阀里获取连续脱硫剂用量控制阀流、惰性气体流量数据，将两帧脱硫剂用量、惰性气体流量数据按时间顺序分别标记为I₁和I₂；

以I₁和I₂为最底层分别构造脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔和

在脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔的每层上生成相同数目的种子点，并将最顶层上的种子点的匹配初始化为随机值；

将获得的种子点在由脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔依次从顶层到底层逐层进行匹配，每层种子点的匹配结果作为下一层相应种子点的初始值；

利用对边缘敏感的插值算法，将最底层种子点的匹配结果进行插值处理，将插值结果作为光流估计的初始值，然后利用变分能量优化模型进行优化，最终得到脱硫剂用量、惰性气体流量数据。

6.如权利要求5所述的复合喷吹搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，将每一级脱硫剂用量、惰性气体流量数据的长宽缩小为原来的1/2，分别得到k幅脱硫剂用量、惰性气体流量数据，其中和即是最底层的原数据，和是最顶层。

7.如权利要求6所述的复合喷吹搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，在脱硫剂用量、惰性气体流量数据金字塔的每层上生成相同数目的种子点中将最底层的种子点设计为间隔为d的脱硫剂用量、惰性气体流量数据网格交点；上层的种子点均是最底层种子点的对应缩放版本，也就是每层种子点在当前层的坐标位置均是下层种子点坐标位置的η倍，即：

{p(s^l)}＝η·{p(s^l-1)}，l≥1；

其中l代表金字塔层数，{p(s^l)}表示第l层种子点的在其上的位置，η表示金字塔缩放系数。

8.如权利要求6所述的复合喷吹搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，将最顶层上的种子点的匹配初始化为随机值，然后与进行匹配，所述与进行匹配包括以下步骤：

第一步：邻域传播，即：

其中s_m表示当前种子点，N_m表示对网格种子点之间使用自然邻域系统时当前种子点的相邻种子点集合，f(s_m)表示当前种子点的运动矢量，C(f(·))表示对当前种子点使用f(·)为运动矢量时的匹配代价；

第二步：随机搜索，以当前最佳运动矢量f(s_m)为中心，以指数递减半径为搜索域，进行随机试探；迭代进行以上两步，直至收敛。

所述匹配，每层种子点的匹配结果作为下一层相应种子点的初始值，即：

其中{f(s^l)}为第l层种子点的运动矢量，η为金字塔的缩放系数。