CN110699508A - 铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，搅拌轴上设置多孔喷吹头(6)和螺旋状搅拌叶片(4)，搅拌叶片(4)各叶片大小均一且周向均匀间隔分布；整个搅拌轴中心上下连通形成空腔状直通喷吹管(7)，直通喷吹管(7)下端在多孔喷吹头(6)处分叉贯通形成多个小喷吹导管(8)，各小喷吹导管(8)贯通多孔喷吹头(6)的外表面，使脱硫剂经过直通喷吹管(7)由上至下成多个方位喷吹至多孔喷吹头(6)外。可使搅拌叶片扩大脱硫剂的轴向、径向搅拌的混合区域，增大卷吸循环流量，降低剪切动力消耗，改善搅拌叶片受力情况；能进一步改进脱硫剂蒸汽在铁水中的运动方式，使之作螺旋上升运动，提高其溶解程度，从而有效脱硫；适应于瘦长型脱硫铁水罐，满足当前既搅又喷脱硫工艺要求。

Description

铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器

技术领域

本发明属于铁水预处理脱硫设备领域，具体涉及一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器。

背景技术

随着现代工业生产和科学技术的迅速发展，对钢材质量的要求日益提高，迫使铁水预脱硫设备不断升级改进，有效降低铁水中硫的含量，减少脱硫剂的损耗，从而降低生产成本。现有KR(Kambara Reactor)搅拌脱硫法，具有良好的动力学特性，脱硫稳定，而缺点明显：由于搅拌轴的旋转作用，铁水与脱硫剂呈对称循环流动，搅拌轴旋转附近形成柱状回转区，此区域与搅拌头底部“死区”脱硫剂均分散困难，聚集成团，流速小，导致底部熔池脱硫剂扩散效果和反应动力学条件较差。而传统喷吹法所采用的脱硫喷枪，因搅拌能力不足，导致脱硫反应速度慢，会造成一些脱硫粉剂没参与脱硫就已上浮到渣中，一些脱硫产物上浮不充分仍在铁水内，造成回硫现象，起不到脱硫的效果，脱硫效率低。基于常规KR搅拌脱硫的局域混合特性，国内外学者开展了大量的改善铁水机械搅拌脱硫反应动力学条件的研究，以提高铁水机械搅拌脱硫的反应效率与铁水脱硫技术的经济指标，例如，中国专利《一种铁水脱硫用搅拌器》申请号200910060770.4公开了一种搅拌叶片迎铁水面与背铁水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，使叶之间的夹角由传统90°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，但搅拌叶迎铁面和背铁面的倾斜平面结构，导致倾斜角度有限，否则将使搅拌叶片上端偏离搅拌轴芯距离较于下端过大，引起搅拌器旋转搅拌失衡，尤其是在搅拌叶不均匀磨损与裂纹剥落后，失衡问题及其严重，甚至危及搅拌系统的安全，因而改善效果不突出。此外，专利《铁水脱硫用高效混合搅拌器》201710582931 .0公开了一种上下端面为水平平面、迎铁面和背铁面为螺旋面、外侧面为半径上大下小圆台弧面的螺旋状结构搅拌器，实现了大型铁水罐用叶片数量少的搅拌器的精确制作，克服了平面结构搅拌叶的偏心距离不一致带来的搅拌失衡问题，同时，螺旋面结构实现了面内个点的均衡受力与冲刷磨损，保证了搅拌器使用过程中叶片形状结构的保持，进而保证了搅拌装置的安全稳定运行，但是搅拌器混合区域小、柱状回转区与搅拌头底部“死区”脱硫效果不佳等问题仍是未

得到根本性解决。另基于传统喷吹脱硫动力学条件不足、喷口易堵塞等现状，也在持续研究，如专利《多股旋流分散防堵铁水喷吹脱硫喷枪》201510903159.9公开了一种在喷枪身上除主喷头外再增加副喷头的多孔脱硫喷枪，增强喷吹气通量，使脱硫颗粒更均匀的分散至铁水中，另喷口处开设有沟槽，达到喷枪整体防堵塞的目标，并使枪身做自旋转运动，增强了一定的搅拌动力，但是，因其无叶片结构，旋转范围狭小，并没有效改善铁水流动特性，喷枪内芯需要经常跟换，操作繁琐，难以推广使用。再有学者针对上述两种脱硫方式的不足，思索将KR法与喷吹法相结合，提出了一种“既搅又喷”的脱硫方式，如专利《一种喷吹搅拌复合式铁水预处理脱硫装置及方法》2014103391859.7公开了一种包括上料系统、升降系统和铁水盛送系统，增设喷吹系统、搅拌系统及铁水包盖脱硫装置，该装置各部分紧密相连，组成一个整体，在搅拌的同时，利用载气将粉剂从喷吹管喷入铁水中，较喷吹法提升了脱硫率，较KR搅拌法减少了铁水温降。虽然该装置具有机械搅拌工艺和喷吹工艺的优点，但是整体拆卸不方便，若一部分出问题，则整个喷粉搅拌器都需换掉，成本相对较高。

由上述研究可见，对于KR搅拌脱硫设备的搅拌装置，随着新型叶片搅拌器的开发与进步，达到了一定的改善混合效果，但对于轴向柱状回转区和底部“死区”的搅拌混匀问题未能得到有效解决。关于现有搅拌脱硫与喷吹脱硫技术对“瘦长”形铁水罐的适应性问题以及如何改变多管喷吹混合问题，目前还未见到有效的喷吹式脱硫搅拌装置，急需开发性能优良的新型复合搅拌器，以满足当前搅拌器“既搅又喷”脱硫工艺要求，实现搅拌叶片以强化搅拌轴向流与径向流，并喷吹管喷出的搅拌颗粒能均匀有效的与铁水反应，能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、增加搅拌叶片使用寿命等。

发明内容

本发明的要解决的技术问题在于提供一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，搅拌动力学特性、脱硫效果稳定性、深脱硫成本低廉、喷吹法设备简便、温降少及扒损低；能够显著扩大铁水机械搅拌脱疏过程中脱硫剂的轴向、径向搅拌混合区域，增大卷吸循环流量，降低剪切动力消耗，改善搅拌叶片受力情况；同时显著改进脱硫剂蒸汽在铁水中的运动方式，提高脱硫剂溶解程度，从而高效脱除铁水中的硫。

为了解决上述技术问题，本发明采用的主要技术方案包括：

一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于在搅拌轴上设置多孔喷吹头(6)和螺旋状搅拌叶片(4)，搅拌叶片(4)各叶片大小均一且彼此绕搅拌轴的周向均匀间隔分布；所述多孔喷吹头(6)设置在搅拌轴最下端，搅拌轴上部与上部紧固装置固接，整个搅拌轴的中央空腔上下连通直通喷吹管(7)，直通喷吹管(7)的下端在多孔喷吹头(6)处分叉贯通形成多个喷吹导管(8)，各喷吹导管(8)贯通多孔喷吹头(6)的外表面，使脱硫剂经过直通喷吹管(7)由上至下成多个方位喷吹至多孔喷吹头(6)外。

进一步的，搅拌叶片(4)将整个搅拌轴分为上部搅拌轴(2)与下部搅拌轴(5)，并设置在上部搅拌轴(2)与下部搅拌轴(5)之间的区域；搅拌叶片(4)各叶片螺旋方向沿周向与旋转搅拌方向反向旋转设置，形成与旋转搅拌方向相反的反向扭转角。

进一步的，搅拌叶片(4)任一螺旋状叶片均包括迎铁水面与背铁水面，迎铁水面与背铁水面之间的连接面平滑延伸形成棱面；迎铁水面包括迎铁水面前倾角与径向内倾角；迎铁水面相对于与竖直方向形成夹角为迎铁水面前倾角；迎铁水面由下而上沿径向与竖直方向形成夹角为径向内倾角。

进一步的，所述多孔喷吹头(6)为半球体或倒立的锥球体。

进一步的，搅拌叶片(4)和多孔喷吹头(6)之间的下部搅拌轴(5)高度h为搅拌叶片(4)高度H的1/3~1/2倍。

进一步的，多孔喷吹头(6)内部的任一喷吹导管(8)均与直通喷吹管(7)中心轴成同一角度夹角设置。优选成45°～60° 夹角设置。

进一步的，所述多孔喷吹头(6)的高度r为下部搅拌轴(5)高度h的1/3~1/2倍。进一步的，各喷吹导管(8)间呈30°～90°夹角间隔设置。

优选地，所述喷吹导管(8)的直径为8～15mm，直通喷吹管(7)直径比小喷吹导管(8)直径大1～2cm，所述直通喷吹管(7)外侧壁与搅拌轴内壁的距离在5cm～10cm之间。

进一步的，上部紧固装置为法兰连接件(1)，法兰连接件(1)与上方搅拌设备采用螺纹连接方式或弹性夹具连接方式对接。

优选地，所述搅拌器法兰连接件的上端设有4个连接销键，大小相同，高度高于喷枪法兰连接件的高度3cm~8cm，以保证搅拌器法兰与搅拌设备对接。

进一步的，优选反向扭转角为30°～60°。

进一步的，优选迎铁水面前倾角α为1°～5.5°。

进一步的，优选径向内倾角β为0.5°～3.5°。

如上所述任一喷吹导管的一端为浸入端，伸入铁水包中，使用时浸入铁水液面下，所述导管的另一端与直通喷吹管连接，直通喷吹管顶部与脱硫剂和高压动力气源连接；

如上所述的喷吹头，优选地，所述喷吹导管设有3个，并直通喷吹管腔体末端的圆周方向均匀分布，搅拌时，可使脱硫气体在铁水中作螺旋上升运动。

所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，优选地，所述耐火材料层的厚度为10～20cm。

综上，本发明的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，搅拌叶片包括迎铁水面与背水铁面，迎铁水面包括面前倾角与径向内倾角；搅拌器主体中心处直通有一根喷吹管，在搅拌喷吹头处与多根小喷吹导管相连，喷吹导管彼此夹角为30°～90°，成半球体或倒立的锥球体结构；本发明在实际生产中，可使搅拌叶片扩大脱硫剂的轴向、径向搅拌的混合区域，增大卷吸循环流量，降低剪切动力消耗，改善搅拌叶片受力情况；在搅拌器尾部装入的搅拌喷吹头能进一步改进脱硫剂蒸汽在铁水中的运动方式，使之作螺旋上升运动，通过运动路线的延长来延长其在铁水中的停留时间，提高其溶解程度，从而有效脱硫；适应于“瘦长”型脱硫铁水罐，满足当前“既搅又喷”脱硫工艺要求。能将常规KR搅拌法良好的动力学特性、脱硫效果稳定性及深脱硫成本低廉的优势与喷吹法设备简便、温降少及扒损低的各项优点有效地集于一体，实现搅拌器“既搅又喷”脱硫方式。

本发明相比于现有技术具有如下优点：

1)本发明提供的一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，通过设置搅拌叶片迎铁水面前倾角、外叶片径向内倾、并扭转叶片成螺旋状，来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;2)本发明提供的一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，通过在下部搅拌轴处设置多个大小相同喷吹出口，使脱硫挤蒸汽在铁水中作旋转运动，加上脱硫挤蒸汽的浮力作用，使颗粒蒸汽在铁水中作螺旋上升运动，螺旋运动的路线比直线运动更长，大大地延长了脱硫挤蒸汽与铁水的接触时间，同时改善了脱硫颗粒的传质条件，使得更多的颗粒蒸汽溶解于铁水中，提高了脱硫效率;

3)本发明提供的一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，能够在实际生产中达到扩大铁水机

械搅拌脱硫过程中脱硫剂的轴向、径向搅拌混合区域，改善铁水搅拌脱硫动力学条件、扩大

脱硫剂混合分散深度、规避搅拌失衡危害、适应于“瘦长”型脱硫铁水罐，满足当前“既搅又喷”脱硫工艺的要求。

附图说明

图1为本发明铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器的整体结构示意图。

图2为本发明的整体结构俯视图。

图3为图1中搅拌叶片的主视示意图。

图4为图3中搅拌叶片的俯视图。

图5、图6为图3中搅拌叶片扭转前的主视图。

图7为图1中直通喷吹管与喷吹导管的透视图。

图中各部分标号如下：法兰连接件1、上部搅拌轴2、耐火材料层3、搅拌叶片4、下部搅拌轴5、搅拌喷吹头6，直通喷吹管7，喷吹导管8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器作进一步的详细说明。

如图1所示为根据本发明实施的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器的整体结构示意图。本发明的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器包括法兰连接件1及法兰连接件1以下的搅拌器主体，其特征在于,所述搅拌器主体包括紧密固接在搅拌轴上的搅拌叶片4和搅拌喷吹头6，搅拌轴由上部搅拌轴2和下部搅拌轴5对接形成；上部搅拌轴2外包裹一层由耐火材料组成的耐火材料层3；上部搅拌轴2的顶部连接在法兰连接件1上，上部搅拌轴2的底部及下部搅拌轴5顶部之间区域固接搅拌叶片4；搅拌轴由上至下中心形成一根中空的直通喷吹管，即上部搅拌轴2顶部至下部搅拌轴5底部中心相互竖直连通并形成一根直通喷吹管7，搅拌叶片4所在区域的直通喷吹管7与上部搅拌轴2和下部搅拌轴5中的直通喷吹管7孔径一致连通；搅拌叶片4下方,下部搅拌轴5的底部固接搅拌喷吹头6；直通喷吹管7在下部搅拌轴5与搅拌喷吹头6连接处分叉形成多根喷吹导管8，多根喷吹导管8贯所述穿搅拌喷吹头6并在搅拌喷吹头6外表面上形成均匀间隔的通孔。优选多个喷吹导管8彼此夹角为30°～90°。

如图1，拌喷吹头6为一半球体或倒立的锥球体，所述搅拌喷吹头6的高度r为下部搅拌轴5高度h的1/3~1/2倍。搅拌叶片4的高度H远大于下部搅拌轴5高度h。

如图1-4所示，搅拌叶片4由多个大小均一的螺旋状叶片组成，且各螺旋状叶片彼此绕上部搅拌轴2的周向均匀间隔分布，各螺旋状叶片为与旋转搅拌方向（顺时针方向）反向旋转的右螺旋搅拌叶片，即从由上往下（图4的俯视方向）看，螺旋状叶片的上端相对于下端靠左设置形成与旋转搅拌方向的反向扭转角γ；优选反向扭转角γ为30°～60°。

优选上部搅拌轴2顶部到搅拌叶片4的上方形成逐扩阶梯圆台连接，上部搅拌轴2最下层圆台的底面与搅拌叶片4的中心轴部分对齐。由此能够增搅拌叶片以及搅拌轴的强度。对应的各圆台的外表面或外层包裹一层由耐火材料组成的耐火材料层3。

任一螺旋状叶片均包括迎铁水面与背铁水面，迎铁水面包括迎铁水面前倾角α与径向内倾角β；如图5，各螺旋状叶片迎铁水面相对于与竖直方向形成夹角α也即迎铁水面前倾角为α，优选各螺旋状叶片的迎铁水面前倾角α为1°～5.5°。如图6，各螺旋状叶片由下而上径向与竖直方向形成夹角β，也即各螺旋状叶片由下而上的径向内倾角β。优选径向内倾角β为0.5°～3.5°。如图1和3，搅拌叶片4的各螺旋状叶片的外周面由上延伸到下方保持弧度平缓延伸的圆滑曲面，使得各螺旋状叶片的外周形成具有一定厚度的面或带而不是尖棱。

如图6所示，搅拌喷吹头6为一个半球体或倒立的锥球体，多个孔径大小均一的喷吹导管8彼此均匀间隔分布在搅拌喷吹头6的外表面上形成若干与直通喷吹管7连通的通孔，任一喷吹导管8均与直通喷吹管7的中心轴成δ角，优选角δ为45°～60°。如图1所示，直通喷吹管7内嵌于上、下部搅拌器中心处，喷吹导管8的孔径小于或等于直通喷吹管7的孔径。优选直通喷吹管7直径比喷吹导管8直径大1～2cm，喷吹导管的直径为8～15mm，且直通喷吹管7外侧壁与搅拌轴（上部搅拌轴2和下部搅拌轴5）以及搅拌叶片4区内壁的距离在5cm～10cm之间，保证搅拌器深入铁水中工作时，直通喷吹管7不会受到高温铁水的损害。

实施例1

搅拌叶片4采用三个螺旋状搅拌叶片围绕搅拌轴圆周向均匀布置，搅拌叶片的迎铁水面前倾α角为3°，搅拌叶片由下而上径向内倾β角为1.5°，每块搅拌叶片的反向扭转角γ为60°；搅拌喷吹头处采用三个小喷吹导管，直通喷吹管7的直径为25mm，小喷吹导管的直径为15mm，且任一小喷吹导管8与中心轴的角度δ为45°，其它内容与上面所述的内容完全相同。

实施例2

搅拌叶片4采用四个螺旋状搅拌叶片围绕搅拌轴圆周向均匀布置，搅拌叶片的迎铁水面前倾α角为1.5°，搅拌叶片由下而上径向内倾β角为0.75°，每块搅拌叶片的反向扭转角γ为30°；搅拌喷吹头处采用四个小喷吹导管，直通喷吹管7的直径为25mm，小喷吹导管的直径为10mm，且任一小喷吹导管与中心轴的角度δ为60°，其它内容与上面所述的内容完全相同。

本发明提供的一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，喷吹过程，由高压动力气体携带脱硫颗粒经过直通喷吹管，然后经过多根导管均匀喷入铁水中，每个喷吹导管的出口气通量均为0.4～4m³/h(比如0.5m³/h、1m³/h、2.2m³/h、3m³/h、3.5m³/h)。

上述喷吹脱硫过程中，优选地，喷吹时脱硫颗粒在氮气中的密度为5～25kg/m³。如果颗粒在氮气中的密度过大，会使脱硫反应剧烈，有可能产生喷溅；如果脱硫剂在氮气中的密度

过小，则脱硫过程耗时越长，影响脱硫节奏。

综上，本发明的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，包括法兰连接件下部的搅拌器主体，搅拌器主体包括搅拌叶片和搅拌喷吹头，都与上、下部搅拌轴紧密固接；搅拌叶片包括迎铁水面与背水铁面，迎铁水面包括面前倾角与径向内倾角；搅拌器主体中心处直通有一根喷吹管，在搅拌喷吹头处与多根小喷吹导管相连，喷吹导管彼此夹角为30°～90°，成圆锥体结构；本发明在实际生产中，可使搅拌叶片扩大脱硫剂的轴向、径向搅拌的混合区域，增大卷吸循环流量，降低剪切动力消耗，改善搅拌叶片受力情况；在搅拌器尾部装入的搅拌喷吹头能进一步改进脱硫剂蒸汽在铁水中的运动方式，使之作螺旋上升运动，提高其溶解程度，从而有效脱硫；适应于“瘦长”型脱硫铁水罐，满足当前“既搅又喷”脱硫工艺要求。

本发明与当前新型复合式搅拌器相比，避免了载气时搅拌方向范围狭窄、搅拌强度不足，

搅拌叶片受力不均，使用寿命短的缺点，实现了在铁水内360°全方位搅拌，搅拌强度提高近一倍。

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 (10)

1.一种铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于搅拌轴上设置多孔喷吹头(6)和螺旋状搅拌叶片(4)，搅拌叶片(4)各叶片大小均一且周向均匀间隔分布；整个搅拌轴中心上下连通形成空腔状直通喷吹管(7)，直通喷吹管(7)下端在多孔喷吹头(6)处分叉贯通形成多个喷吹导管(8)，各喷吹导管(8)贯通多孔喷吹头(6)的外表面，使脱硫剂经过直通喷吹管(7)由上至下成多个方位喷吹至多孔喷吹头(6)外。

2.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于搅拌叶片(4)将整个搅拌轴分为上部搅拌轴(2)与下部搅拌轴(5)，并设置在上部搅拌轴(2)与下部搅拌轴(5)之间的区域；搅拌叶片(4)各叶片螺旋方向沿周向与旋转搅拌方向反向旋转设置，形成与旋转搅拌方向相反的反向扭转角。

3.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于搅拌叶片(4)任一螺旋状叶片均包括迎铁水面与背铁水面，迎铁水面与背铁水面之间的连接面平滑延伸形成棱面；迎铁水面包括迎铁水面前倾角与径向内倾角；迎铁水面相对于与竖直方向形成夹角为迎铁水面前倾角；迎铁水面由下而上沿径向与竖直方向形成夹角为径向内倾角。

4.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于所述多孔喷吹头(6)为半球体或倒立的锥球体。

5.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于搅拌叶片(4)和多孔喷吹头(6)之间的下部搅拌轴(5)高度h为搅拌叶片(4)高度H的1/3~1/2倍。

6.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于多孔喷吹头(6)内部的任一喷吹导管(8)均与直通喷吹管(7)中心轴成同一角度夹角设置。

7.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于所述多孔喷吹头(6)的高度r为下部搅拌轴(5)高度h的1/3~1/2倍。

8.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于喷吹导管(8)均与直通喷吹管(7)中心轴成45°～60° 夹角设置；各喷吹导管(8)间呈30°～90°夹角间隔设置。

9.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于搅拌轴上部与法兰连接件(1)固接，法兰连接件(1)与上方搅拌设备采用螺纹连接方式或弹性夹具连接方式对接。

10.根据权利要求1所述的铁水脱硫用喷吹式螺旋搅拌器，其特征在于反向扭转角为30°～60°，迎铁水面前倾角α为1°～5.5°、径向内倾角β为0.5°～3.5°。

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