CN111729545B - 铁水kr脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，包括矩形金属厚板、大直径金属圆棒及小直径金属圆棒，大直径金属圆棒沿搅拌器轴向单排间隔均匀的焊接在矩形金属厚板的外侧面上，每个大直径金属圆棒垂直于矩形金属厚板；大直径金属圆棒外端面、前侧面和后侧面均焊接有小直径金属圆棒，最上一根大直径金属圆棒的上侧面和最下一根大直径金属圆棒的下侧面均焊接有小直径金属圆棒。具有服役条件下搅拌叶应力分布均匀、迟滞耐火材料衬的启裂与裂纹发展、遏制搅拌叶结构性损毁等优点，达到大幅度延长搅拌器使用寿命、延迟搅拌器在线起始维护时间、降低搅拌器在线维护量与维护成本、避免搅拌叶金属芯烧蚀、上下角部大块剥落带来的搅拌中途下线。

Description

铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯

技术领域

本发明涉及铁水预处理技术领域，具体涉及一种铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯。

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，其中，铁水KR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金属搅拌芯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。由于搅拌漩涡的下拉与自浮脱硫剂颗粒的浮力上升，实现了脱硫剂在铁水中的卷吸与上浮循环以及脱硫剂与铁水的持续接触反应；由于强力的搅拌动力和上下搅拌循环流动驱动，实现了铁水与脱硫剂多相流体的快速流动、湍流混合、剪切分散，促进了铁水罐内反应物与反应生成物的传质速度，提高脱硫反应效率；从而极大低改善铁水脱硫预处理反应动力学条件，显著提高脱硫反应稳定性与脱硫技术经济指标。由此可见，铁水KR搅拌脱硫具有脱硫反应动力学条件优、脱硫反应充分、脱硫效率高等优点，但作为铁水KR搅拌脱硫反应器中唯一动力来源的搅拌器，直接关系到反应器搅拌混合特性和脱硫反应动力学条件的劣化，不仅需承受铁水的高温加热、铁水渗透、熔渣侵蚀、高低温频繁交替变化等作用，而且还需承受高温铁水的冲刷，工作条件极其恶劣，是脱硫反应器中最易损毁的器件，并需在线大量维护，严重制约了铁水KR搅拌脱硫生产能力的发挥及其技术经济性，曾一度成为阻碍铁水KR搅拌脱硫技术推广应用的关键制约因素，因而，如何延缓搅拌器损毁进程、延长搅拌器使用寿命、降低在线维护量、稳定搅拌混合特性成为国内外学者一致关注的焦点。

铁水KR脱硫搅拌器是由金属搅拌芯外衬耐火材料组成的复合体，其中，金属搅拌芯由金属搅拌轴芯、搅拌叶金属芯厚板和金属锚固件焊接组成，耐火材料衬采用耐火浇注料整体浇注成型。基于搅拌器长寿化的需求，国内外学者先后从搅拌器叶片外形、搅拌器耐火浇注料、修补料及其修补维护工艺等方面开展了大量的工作，取得了大幅度延长搅拌器使用寿命的实际应用效果，极大地推进了铁水KR搅拌脱硫技术的发展，满足了低硫钢种大规模稳定生产的需要。然而，随着钢铁产品质量要求的不断提高，铁水深度脱硫比例不断提高，导致KR脱硫单罐次搅拌时间不断延长，服役条件不断恶化；此外，随着冶炼设备大型化与铁水输送过程的优化，脱硫预处理铁水温度不断提高，最高的铁水脱硫温度已超过1500℃，进一步提高了搅拌器服役条件下的温度水平，同时也使搅拌器叶片旋转线速度提升，加剧了搅拌器叶片耐火材料衬的冲刷磨损，进而导致搅拌器使用寿命大幅降低。分析认为，上述不断恶化的工况参数，不仅加剧了搅拌器耐火材料衬理化性能的劣化、磨损以及渣铁渗透侵蚀，引起搅拌器使用寿命降低，更关键是搅拌过程中搅拌器吸热量增大、温度进一步提高，增大了搅拌器服役过程间歇搅拌的温差与热应力，促进了搅拌器耐火材料衬应力集中的启裂与裂纹发展，加剧了耐火材料衬的裂纹渗透与剥落损毁；同时，搅拌器整体温度的上升，扩大了金属芯与耐火材料衬间因热膨胀性能的不同而引起的结合面内应力，导致耐火材料衬结合面内应力损毁，严重削弱了搅拌器金属芯与耐火材料衬复合体结构的整体性，引起耐火材料衬结构性剥落和金属芯外露熔损，大幅度降低了搅拌器的使用寿命。由此可见，铁水脱硫技术要求和生产管理技术的不断进步，有效提升了企业的产品质量和生产经营效益，但同时也严重恶化了铁水KR搅拌脱硫的工况条件，缩短了搅拌器的使用寿命，降低了铁水KR搅拌脱硫反应动力学条件的稳定性，制约了铁水KR搅拌脱硫工序的技术经济性。因而，继续开展适应当今KR搅拌脱硫铁水条件发展的搅拌器长寿化新技术。

根据国内多家钢铁企业铁水KR脱硫工艺中搅拌器服役过程的损毁历程跟踪记录，搅拌器的破损主要集中在搅拌叶片径向外侧部位，主要破损形式为叶片耐火材料衬的纵横裂纹、裂纹渗透侵蚀、裂纹剥落、冲蚀磨损等，最终以搅拌叶金属芯厚板烧损熔蚀而下线终止使用。分析认为，在搅拌器的旋转搅拌脱硫过程中，随着搅拌叶径向外延距离的增大，搅拌叶片的旋转线速度增大，铁水冲刷与表面换热增强，表面温度、温度梯度、温差热应力升高，耐火材料衬力学性能下降，尤其是旋转半径最大的搅拌叶径向外侧面；此外，对于搅拌叶的棱角部位，由于多个表面与铁水接触换热，导致换热比表面积大、工作温度更高、耐火材料性能下降更快，更易冲刷磨损与开裂。搅拌叶是由耐火材料衬包裹搅拌叶金属芯厚板组成，由于耐火材料热膨胀系数低于金属材料，在搅拌器间歇式搅拌服役过程中搅拌叶金属芯厚板与包裹的耐火材料衬热膨冷缩量不同，从而形成巨大的界面内应力，并随着搅拌叶径向外延距离的增大，搅拌叶工作温度不断升高，搅拌叶金属芯与耐火材料衬的界面内结构应力急剧增大；由于搅拌叶金属芯厚板的整体性与搅拌叶外侧面的无约束结构特征，导致搅拌叶外侧面耐火材料衬纵向与横向中部内结构应力与外热应力集中与启裂，并在搅拌铁水的冲刷渗透以及内外应力的协协同作用下，裂纹快速发展与贯通，尤其是纵向裂纹，受搅拌周向流的冲刷更为严重，在线修补维护效果极差，最终引起搅拌叶耐火材料衬裂纹剥落与搅拌叶金属芯烧蚀熔损而下线终止使用。由此可见，导致当今铁水KR搅拌器寿命缩短的原因除了脱硫铁水升高外，更主要的是搅拌叶耐火材料包裹金属厚板芯复合体结构界面内应力集中引起的裂纹损毁。

针对搅拌器长寿化问题，国内外学者从搅拌器耐火材料与搅拌器外形结构两方面开展了大量的研究工作，对于搅拌叶内应力集中引起的裂纹损毁问题相关文献报道不多，关注较少，如：中国专利《低应力铁水脱硫搅拌器》，授权公告号：CN107904348B，公开了一种包括组合式搅拌叶芯、隔热缓冲涂层及搅拌叶芯耐火材料衬组成的低应力搅拌器。通过组合式搅拌叶芯的结构设计，采取多根条状或圆柱状搅拌叶芯沿搅拌轴轴向分层间隔5～100mm布置组成的组合搅拌叶芯，避免了常规单块板状金属搅拌叶芯结构的热膨胀量的累积，从而显著低降低了搅拌叶芯沿搅拌轴方向的热膨胀量，有效地遏制了搅拌叶片耐火材料衬轴向拉裂损毁，同时也大幅度提高了搅拌叶芯的抗高温熔损能力和搅拌叶片的综合整体性；通过组合式搅拌叶芯表面喷涂隔热缓冲涂层，一方面吸收缓解耐火材料衬与搅拌叶芯的热膨胀差异，另一方面实现了对搅拌叶芯的隔热，降低搅拌叶芯的工作温度，减少搅拌叶芯的热膨胀量；通过隔热喷涂料配方的设计，保证了隔热涂层优良的隔热性能、形变能力和抗高温性能，降低服役过程中搅拌叶金属芯的升温与降温速度及其引起的界面内应力；通过搅拌叶芯耐火材料衬用耐火浇注料配方的优化设计，规避了钢纤维最高使用温度的限制，大幅度提高了搅拌叶芯耐火材料衬的使用温度，避免了常规搅拌器浇注料中因钢纤维高温氧化、熔蚀带来的不利影响。通过工业性试验与推广应用，延长了搅拌叶径向外侧面纵向、横向裂纹的启始形成时间，延缓了中部纵向、横向主裂纹的发展速度，搅拌叶外侧面起始修补使用次数由常规的20～30炉延迟至200炉左右，不仅较好地抑制了搅拌叶外侧面耐火材料衬裂纹损毁进程，搅拌器使用寿命延长约0.5倍，同时也明显降低了搅拌器在线维护工作量与维护成本。但随着寿命的延长，搅拌叶外表面的冲刷磨损厚度不断增加，尤其是旋转半径大、线速度大的叶片外延部位，导致保护条状或圆柱状金属芯的耐火材料衬厚度急剧下降，服役过程金属芯升温与降温速度急剧增加，耐火材料衬与金属芯结合界面内应力急剧增大，导致条状或圆柱状金属芯外端面处耐火材料衬裂纹破损与金属芯烧蚀，此外还时常出现搅拌叶外侧上下角部位大块剥落，最终导致搅拌器终止服役。分析认为，条状或圆柱状金属搅拌芯结构，实现了整体金属厚板金属搅拌芯热胀冷缩量的分散，降低了搅拌叶内外应力集中带来的损毁程度，但为了保证搅拌叶足够的强度与刚度，条状或圆柱状金属芯尺度较大，在耐火材料衬磨损严重时，因耐火材料衬隔热防护作用降低，条状或圆柱状金属芯端面仍将形成局部的内应力集中和局部耐火材料衬的应力裂纹破损；同时，由于条状或圆柱状金属芯平行搅拌叶上下表面布置，虽然搅拌叶上下表面的旋转线速度随旋转半径的减小而降低，径向内应力集中现象不突出，但在搅拌器使用寿命大幅度延长是，搅拌叶上下端面耐火材料衬磨损严重，上下表面的条状或圆柱状金属芯界面径向应力集中不断加剧，搅拌叶上下端面外侧区域形成周向裂纹，并沿搅拌叶前后表面纵向发展，通过搅拌叶外侧面横向裂纹的发展与交汇，最终导致搅拌叶外侧上下角部位大块剥落而终止服役；此外，条状或圆柱状金属棒与搅拌器金属轴心表面分隔焊接连接的可靠性、结合密实性难以保持一致，焊接操作困难较大，导致搅拌器金属轴心对搅拌叶各根金属棒的冷却效果差异大，也是引起搅拌叶金属芯与耐火材料衬界面局部内应力集中的重要因素之一。由此可见，如何进一步降低搅拌叶复合体金属芯与耐火材料衬的界面内应力集中是进一步延长搅拌器使用寿命的关键所在。

针对进一步弱化搅拌叶应力集中、克服搅拌叶复合体材质不同对复合体结构整体性的影响问题，中国专利《一种长寿命铁水脱硫搅拌器》，授权公告号：CN107937655B，公开了一种由组合式搅拌叶芯及搅拌叶芯耐火材料衬组成搅拌叶片的长寿命铁水脱硫搅拌器。通过组合搅拌叶芯的结构设计，采取多块耐火锚固砖搅拌叶芯沿搅拌轴轴向分层间隔10～50mm布置组成的组合式搅拌叶芯，避免了常规单块板状金属搅拌叶芯结构的热膨胀量的累积，从而显著低降低了搅拌叶芯沿搅拌轴方向的热膨胀量，有效地遏制了搅拌叶片耐火材料衬轴向拉裂损毁，尤其是耐火锚固砖与搅拌叶芯耐火材料衬同材质，彻底避免了搅拌叶芯与搅拌叶芯耐火材料衬之间的热膨胀差异引起的内应力，同时也大幅度提高了搅拌叶芯的抗高温熔损能力和搅拌叶片的综合整体性。根据上述描述可见，以耐火锚固砖作为搅拌叶芯实现了搅拌叶的同材质，彻底避免了常规搅拌叶金属芯与耐火材料衬因材质不同带来的内应力问题，理论上能够达到大幅度延缓搅拌叶热应力损毁进程的目的，但如何保证耐火锚固砖与搅拌金属轴心的可靠连接，并持续稳定承受高温搅拌过程中搅拌叶强大的搅拌力与铁水冲击力，避免搅拌叶突发性损毁带来的设备安全隐患，还需进一步研究，并在工业性试验中进行验证；同时，由于采用的是非标耐火锚固砖，少量锚固砖定制加工周期长、成本高，制约了该技术的工业性实施，这也是该专利技术至今未见工业性试验与应用效果报道的主要原因。

综上所述，对于制备简单、结合牢固可靠的耐火材料衬包裹金属芯复合体结构的搅拌叶，有效降低搅拌叶不同材质间理化性能差异带来的内应力损毁问题，国内已开展了相应的研究，部分研究成果已在实际生产中取得了延长搅拌器使用寿命、减少在线维护修补、降低铁水KR搅拌脱硫生产成本等方面取得了较好的应用效果，但在进一步遏制搅拌叶内应力裂纹损毁、搅拌器可靠制备、持续稳定使用效果、避免安全隐患、延长搅拌器使用寿命等方面仍有较大的研究空间，尤其是金属搅拌芯结构，将直接影响到服役条件下搅拌叶温度与应力分布规律及其引起的局部应力集中的裂纹损毁。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种搅拌叶应力分布均匀、迟滞耐火材料衬的启裂与裂纹发展且遏制搅拌叶结构性损毁的铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯。

为实现上述目的，本发明所设计的铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，包括多个矩形金属厚板、安装在每个矩形金属厚板上的若干个大直径金属圆棒及安装在每个大直径金属圆棒上的若干个小直径金属圆棒，其中，多个矩形金属厚板沿圆周方向均匀布置且矩形金属厚板的内侧面与金属搅拌轴芯下部的外表面焊接，若干个大直径金属圆棒沿搅拌器轴向单排间隔均匀的焊接在矩形金属厚板的外侧面上，且每个大直径金属圆棒垂直于矩形金属厚板；另外，大直径金属圆棒外端面、前侧面和后侧面均焊接有小直径金属圆棒，并且，最上一根大直径金属圆棒的上侧面和最下一根大直径金属圆棒的下侧面均焊接有小直径金属圆棒。

进一步地，所述小直径金属圆棒垂直间隔均匀焊接在与大直径金属圆棒的前侧面和后侧面，所述小直径金属圆棒间隔倾斜焊接在最上一根大直径金属圆棒的上侧面和最下一根大直径金属圆棒的下侧面，另外，每个矩形金属厚板上的所有大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒呈发散状布置。

进一步地，所述大直径金属圆棒为奇数时，当中一根大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒与大直径金属圆棒同轴布置，其余大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒沿当中一根小直径金属圆棒呈发散对称布置，且每相邻两个大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒之间的夹角相等；所述大直径金属圆棒为偶数时，当中两根大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒与大直径金属圆棒同轴布置，其余大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒沿当中两根小直径金属圆棒之间的对称中线呈发散对称布置，且除当中两根大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒呈平行布置外，其余每相邻两个大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒之间的夹角相等。

进一步地，所述矩形金属厚板沿搅拌器径向长度L1为50～70mm、周向厚度b1为70～110mm、轴向高度H1为600～700mm；大直径金属圆棒直径d1为45～65mm、沿搅拌器径向长度L2为350～450mm，相邻两根大直径金属圆棒中心线间的间隔距离b2与大直径金属圆棒直径d1之比为2～2.5，最上一根大直径金属圆棒中心线到矩形金属厚板上端面之间的距离b3与大直径金属圆棒直径d1之比为1.0～1.5，最下一根大直径金属圆棒中心线到矩形金属厚板下端面之间的距离b3与大直径金属圆棒直径d1之比为1.0～1.5。

进一步地，所述小直径金属圆棒直径d2与大直径金属圆棒直径d1之比为1/3～1/2，小直径金属圆棒间隔倾斜焊接在最上一根大直径金属圆棒的上侧面和最下一根大直径金属圆棒的下侧面，倾斜角度为45°～75°，每相邻两根小直径金属圆棒的间隔距离b4与大直径金属圆棒径向长度L2之比为1/2～1/3。

进一步地，最上一根所述大直径金属圆棒上端面的小直径金属圆棒的外端面顶点与该大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒外端面顶点共线且该线与矩形金属厚板上端面平行，同理，最下一根大直径金属圆棒下端面的小直径金属圆棒的外端面顶点与该大直径金属圆棒外端面的小直径金属圆棒外端面顶点共线且该线与矩形金属厚板下端面平行，且最上一根大直径金属圆棒上端面的小直径金属圆棒的外端面顶点到最下一根大直径金属圆棒上端面的小直径金属圆棒外端面顶点之间的距离为H1；与大直径金属圆棒同轴布置的小直径金属圆棒外端面到搅拌轴芯表面之间的距离L3为400～520mm。

进一步地，所述矩形金属厚板、大直径金属圆棒、小直径金属圆棒的外表面均间隔分布焊接有V形金属锚固件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，具有服役条件下金属芯加工制备简单可靠、搅拌叶应力分布均匀、迟滞耐火材料衬的启裂与裂纹发展、遏制搅拌叶结构性损毁等优点，达到大幅度延长搅拌器使用寿命、延迟搅拌器在线起始维护时间、降低搅拌器在线维护量与维护成本、避免搅拌叶金属芯烧蚀、上下角部大块剥落带来的搅拌中途下线及其对生产节奏的不利影响、大幅度改善铁水KR脱硫技术经济指标等综合目的。

附图说明

图1为常规搅拌器搅拌叶厚板金属芯的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面示意图；

图3为本发明铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯的结构示意图；

图4为图3的B-B剖面示意图

图中各部件标号如下：V形金属锚固件1、搅拌轴芯2、常规搅拌叶金属芯厚板3、矩形金属厚板4、大直径金属圆棒5、小直径金属圆棒6。

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、2所示为如图3、4所示的铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，包括三个或四个矩形金属厚板4、安装在每个矩形金属厚板4上的若干个大直径金属圆棒5及安装在每个大直径金属圆棒5上的若干个小直径金属圆棒6，其中，三个或四个矩形金属厚板4沿圆周方向均匀布置且矩形金属厚板4的内侧面与金属搅拌轴芯2下部的外表面焊接，若干个大直径金属圆棒5沿搅拌器轴向单排间隔均匀的焊接在矩形金属厚板4的外侧面上，且每个大直径金属圆棒5垂直于矩形金属厚板4；另外，大直径金属圆棒5外端面、前侧面和后侧面均焊接有小直径金属圆棒6，并且，最上一根大直径金属圆棒5的上侧面和最下一根大直径金属圆棒5的下侧面均焊接有小直径金属圆棒6，同时在矩形金属厚板4、大直径金属圆棒5、小直径金属圆棒6的外表面均间隔分布焊接有V形金属锚固件1。

其中，在搅拌叶金属芯的前后面方向，小直径金属圆棒6垂直间隔均匀焊接在与大直径金属圆棒5的前侧面和后侧面，在搅拌叶金属芯的上下面方向，小直径金属圆棒6间隔倾斜焊接在最上一根大直径金属圆棒5的上侧面和最下一根大直径金属圆棒5的下侧面，另外，每个矩形金属厚板4上的所有大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6呈发散状布置，即若大直径金属圆棒5为奇数时，当中一根大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6与大直径金属圆棒5同轴布置，其余大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6沿当中一根小直径金属圆棒6呈发散对称布置，且每相邻两个大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6之间的夹角相等；若大直径金属圆棒5为偶数时，当中两根大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6与大直径金属圆棒5同轴布置，其余大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6沿当中两根小直径金属圆棒6之间的对称中线呈发散对称布置，且除当中两根大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6呈平行布置外，其余每相邻两个大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒6之间的夹角相等。

矩形金属厚板4沿搅拌器径向长度L1为50～70mm、周向厚度b1为70～110mm、轴向高度H1为600～700mm；大直径金属圆棒5直径d1为45～65mm、沿搅拌器径向长度L2为350～450mm，相邻两根大直径金属圆棒5中心线间的间隔距离b2与大直径金属圆棒5直径d1之比为2～2.5，最上一根大直径金属圆棒5中心线到矩形金属厚板4上端面之间的距离b3与大直径金属圆棒5直径d1之比为1.0～1.5，最下一根大直径金属圆棒5中心线到矩形金属厚板4下端面之间的距离b3与大直径金属圆棒5直径d1之比为1.0～1.5。

小直径金属圆棒6直径d2与大直径金属圆棒5直径d1之比为1/3～1/2，小直径金属圆棒6间隔倾斜焊接在最上一根大直径金属圆棒5的上侧面和最下一根大直径金属圆棒5的下侧面，倾斜角度为45°～75°，每相邻两根小直径金属圆棒6的间隔距离b4与大直径金属圆棒5径向长度L2之比为1/2～1/3；最上一根大直径金属圆棒5上端面的小直径金属圆棒6的外端面顶点与该大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒外端面顶点共线且该线与矩形金属厚板4上端面平行，同理，最下一根大直径金属圆棒5下端面的小直径金属圆棒6的外端面顶点与该大直径金属圆棒5外端面的小直径金属圆棒外端面顶点共线且该线与矩形金属厚板4下端面平行，且最上一根大直径金属圆棒5上端面的小直径金属圆棒6的外端面顶点到最下一根大直径金属圆棒上端面的小直径金属圆棒外端面顶点之间的距离为H1；与大直径金属圆棒5同轴布置的小直径金属圆棒6外端面到搅拌轴芯2表面之间的距离L3为400～520mm。搅拌器其它金属芯结构、搅拌叶片数量与常规搅拌器相同。

本发明的铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，通过矩形金属厚板、大直径金属圆棒、小直径金属圆棒等构成的组合结构设计，为搅拌叶金属芯由整体、分隔体和发散体等金属构件构成的组合体结构的实施提供了方便；通过矩形金属厚板与搅拌轴金属芯下部外表面焊接相连、大直径金属圆棒一端与矩形金属厚板外侧面垂直并沿搅拌器轴向单排间隔焊接相连、小直径金属圆棒的一端与大直径金属圆棒外端面或侧面焊接相连以及V形金属锚固件均匀间隔分布焊接在搅拌叶金属芯的矩形金属厚板、大直径金属圆棒、小直径金属圆棒外表面的连接组合方式，保证了组合式搅拌叶金属芯的各个金属构件间的牢固连接，降低了搅拌叶金属芯的制备难度，使搅拌叶金属芯径向、轴向与周向由内向外内应力分散效应不断增强，满足了搅拌叶耐火材料衬与金属性结合界面由内向外内应力不断增大的应力分散需求，从而为耐火材料包裹金属芯复合体结构搅拌叶的界面内应力损毁提供了有效的抑制手段。通过搅拌器其它金属芯结构、搅拌叶片数量与常规搅拌器相同的结构设计，满足了搅拌器在线更换安装和稳定运行的使用要求。

本发明的铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，通过矩形金属厚板沿搅拌器径向长度L1为50～70mm、周向厚度b1和轴向高度H1与常规搅拌叶金属芯厚板的周向厚度b0和轴向高度H0相同的结构尺寸限定，不仅保证了组合式搅拌叶金属芯与金属搅拌轴表面焊接连接的可靠与牢固，提高了风冷搅拌轴金属芯对组合式搅拌叶金属芯的均匀冷却效应，同时避免了矩形金属厚板沿搅拌器径向长度L1太长引起的内应力集中问题；通过大直径金属圆棒的结构尺寸与焊接布置方式的优化设计，保证了组合式搅拌叶金属芯的强度与刚度，达到搅拌叶径向中段中等强度内应力的分体分散作用；通过小直径金属圆棒的结构尺寸与焊接布置方式的优化设计，不仅保证了搅拌扭矩的可靠传递，而且实现了搅拌叶近外表面区域内应力的发散形分散。

综上所述可见，本发明的铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，通过各个金属构件与组合方式的合理设计，保证了搅拌叶金属芯的强度与刚度，提高了制备可靠性与使用性能；基于搅拌叶由内向外内应力增加的规律，通过组合式搅拌叶金属芯的内应力分体分散和发散形分散，大幅度降低了搅拌叶耐火材料衬与金属芯的界面内应力与应力集中程度，从而有效地遏制了搅拌叶的内应力破损以及裂纹剥落损毁，满足了进一步延长搅拌器使用寿命、降低在线维护量、减小制造难度等综合技术需求。

采用上述组合式搅拌叶金属芯结构、常规的搅拌器金属芯其它结构与耐火材料衬浇注料，分别试制的200吨铁水罐、300吨铁水罐用KR脱硫搅拌器各一支，并通过搅拌器连接法兰1进行了搅拌器的上线安装与工业性试验。为了便于搅拌器下线后取样分析与破损机理研究，分别于721炉和601炉终止试验，创历史最高寿命记录；根据试验过程跟踪记录结果，在整个搅拌器试验过程中，均未出现搅拌器裂纹破损，达到了搅拌叶逐段分体式与发散形内应力分散的效果，搅拌器使用至400炉时一直未进行在线修补维护，搅拌动力衰减缓慢，直至终止试验时搅拌转速仍低于设定的最高转速，铁水脱硫一次命中率稳定在95％以上，平均脱硫剂消耗降低0.5Kg/t_铁；通过下线时与下线后的搅拌器外形状况观察，搅拌器结构完成，仍可继续使用。达到了遏制搅拌叶应力集中裂纹破损、延长搅拌器使用寿命、提高铁水脱硫效果的预期试验目的。

Claims (6)

1.一种铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，其特征在于：包括多个矩形金属厚板(4)、安装在每个矩形金属厚板(4)上的若干个大直径金属圆棒(5)及安装在每个大直径金属圆棒(5)上的若干个小直径金属圆棒(6)，其中，多个矩形金属厚板(4)沿圆周方向均匀布置且矩形金属厚板(4)的内侧面与金属搅拌轴芯(2)下部的外表面焊接，若干个大直径金属圆棒(5)沿搅拌器轴向单排间隔均匀的焊接在矩形金属厚板(4)的外侧面上，且每个大直径金属圆棒(5)垂直于矩形金属厚板(4)；另外，大直径金属圆棒(5)外端面、前侧面和后侧面均焊接有小直径金属圆棒(6)，并且，最上一根大直径金属圆棒(5)的上侧面和最下一根大直径金属圆棒(5)的下侧面均焊接有小直径金属圆棒(6)；

所述矩形金属厚板(4)、大直径金属圆棒(5)、小直径金属圆棒(6)的外表面均间隔分布焊接有V形金属锚固件(1)。

2.根据权利要求1所述铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，其特征在于：所述小直径金属圆棒(6)垂直间隔均匀焊接在与大直径金属圆棒(5)的前侧面和后侧面，所述小直径金属圆棒(6)间隔倾斜焊接在最上一根大直径金属圆棒(5)的上侧面和最下一根大直径金属圆棒(5)的下侧面，另外，每个矩形金属厚板(4)上的所有大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)呈发散状布置。

3.根据权利要求2所述铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，其特征在于：每个所述矩形金属厚板(4)上的大直径金属圆棒(5)为奇数根时，当中一根大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)与大直径金属圆棒(5)同轴布置，其余大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)沿当中一根小直径金属圆棒(6)呈发散对称布置，且每相邻两个大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)之间的夹角相等；每个所述矩形金属厚板(4)上的大直径金属圆棒(5)为偶数根时，当中两根大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)与大直径金属圆棒(5)同轴布置，其余大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)沿当中两根小直径金属圆棒(6)之间的对称中线呈发散对称布置，且除当中两根大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)呈平行布置外，其余每相邻两个大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒(6)之间的夹角相等。

4.根据权利要求1所述铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，其特征在于：所述矩形金属厚板(4)沿搅拌器径向长度L1为50～70mm、周向厚度b1为70～110mm、轴向高度H1为600～700mm；大直径金属圆棒(5)直径d1为45～65mm、沿搅拌器径向长度L2为350～450mm，相邻两根大直径金属圆棒(5)中心线间的间隔距离b2与大直径金属圆棒(5)直径d1之比为2～2.5，最上一根大直径金属圆棒(5)中心线到矩形金属厚板(4)上端面之间的距离b3与大直径金属圆棒(5)直径d1之比为1.0～1.5，最下一根大直径金属圆棒(5)中心线到矩形金属厚板(4)下端面之间的距离b3与大直径金属圆棒(5)直径d1之比为1.0～1.5。

5.根据权利要求1所述铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，其特征在于：所述小直径金属圆棒(6)直径d2与大直径金属圆棒(5)直径d1之比为1/3～1/2，小直径金属圆棒(6)间隔倾斜焊接在最上一根大直径金属圆棒(5)的上侧面和最下一根大直径金属圆棒(5)的下侧面，倾斜角度为45°～75°，每相邻两根小直径金属圆棒(6)的间隔距离b4与大直径金属圆棒(5)径向长度L2之比为1/2～1/3。

6.根据权利要求1所述铁水KR脱硫搅拌器用组合式搅拌叶金属芯，其特征在于：最上一根所述大直径金属圆棒(5)上端面的小直径金属圆棒(6)的外端面顶点与该大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒外端面顶点共线且该线与矩形金属厚板(4)上端面平行，同理，最下一根大直径金属圆棒(5)下端面的小直径金属圆棒(6)的外端面顶点与该大直径金属圆棒(5)外端面的小直径金属圆棒外端面顶点共线且该线与矩形金属厚板(4)下端面平行，且最上一根大直径金属圆棒(5)上端面的小直径金属圆棒(6)的外端面顶点到最下一根大直径金属圆棒上端面的小直径金属圆棒外端面顶点之间的距离为H1；与大直径金属圆棒(5)同轴布置的小直径金属圆棒(6)外端面到搅拌轴芯(2)表面之间的距离L3为400～520mm。

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