CN207646239U - 双层叶片铁水脱硫搅拌器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双层叶片铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴以及位于旋转轴上的上层叶片和下层叶片，其中，上层叶片和下层叶片呈错位绕旋转轴周向均匀分布，下层叶片的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角，下层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为20°～30°，β≥α。本实用新型提出的双层叶片铁水脱硫搅拌器，其搅拌混合区域大、脱硫效率高，特别适用于“瘦长形”铁水罐。

Description

双层叶片铁水脱硫搅拌器

技术领域

本实用新型涉及搅拌器结构技术领域，尤其涉及一种双层叶片铁水脱硫搅拌器。

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。根据国内外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。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。其径向排出流动较为剧烈而轴向卷吸流动较弱，导致下部熔池脱硫剂扩散效果和反应动力学条件较差。

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研究，以铁水机械搅拌脱硫反应效率与铁水脱硫技术经济指标，例如：文献“铁水脱硫技术的改进(摘译)，太钢译文，1994，(1)，20-25. ”报道了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形状对机械搅拌脱硫流体动力学条件的影响，提出了搅拌器叶轮扩径和叶外凸弧形搅拌面的动力学改进措施，其中，异形搅拌叶因实际使用中形状维持困难而未推广应用，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，加剧了搅拌器叶片的冲刷磨损，并因搅拌设备振动大而危机安全生产。再如：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.”简要介绍了日本在改善铁水机械搅拌脱硫流体动力学研究的成果，采用1／8比例水模和70kg级铁水机械搅拌脱硫试验装置，系统研究了常规KR机械搅拌脱硫装置中脱硫剂颗粒在铁水中的混合分散行为，分析了搅拌器浸入深度、转速对搅拌混合特性的影响规律，并将搅拌旋涡深度与搅拌叶片底面深度之比定义为扩散指数I，根据不同扩散指数I条件下的脱硫剂颗粒混合分散状况，将脱硫剂颗粒的混合分散特性可分为三个阶段，即：“无扩散”阶段、“过渡扩散”阶段和“完全扩散”阶段；随着搅拌器浸入深度的增大，“完全扩散”阶段的临界转速增大，搅拌叶片下部区域混合分散颗粒数量增多，表明较深浸入深度对颗粒扩散是有效的。文献“改善 KR搅拌脱硫混合特性的理论分析与实践，武钢技术，2011，（5），14-18.” 分析了KR搅拌脱硫流动状态，探明了其局域卷吸混合分散的搅拌混合特征，总结了搅拌结构参数对搅拌混合特征参数的影响规律，在搅拌器叶轮直径、叶片宽度以及搅拌罐直径一定的条件下，通过减少搅拌器叶片数量与叶片倾角度、增大后弯叶片的后弯角a和搅拌器叶轮直径 d，能够缩小搅拌中心强制涡流区域与卷吸混合分散区域的比值；因而，在现有 KR搅拌脱硫设备条件下，仅仅有限调节搅拌器部分结构参数，难以大幅度改善KR搅拌脱硫反应动力学条件。此外，中国专利《一种铁水脱硫搅拌头》ZL200710051984.6公开了一种搅拌叶迎铁面为前凹弧形面、背铁面为上凹下凸多段弧形面、侧面为由下而上外倾斜面的铁水脱硫搅拌器，通过异形结构搅拌叶，达到提高搅拌头对脱硫剂的搅拌卷吸强度、改善脱硫动力学条件的目的。中国专利《一种铁水脱硫用搅拌器》专利号ZL200910060770.4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，并使叶之间的夹角增大到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，否则将使搅拌叶偏离搅拌轴芯距离大，并且偏离距离大小不一，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。中国专利《铁水机械搅拌脱硫用涡轮式搅拌器》专利号ZL201010196917.5公开了一种由旋转轴、轮毂和搅拌叶构成的三叶搅拌器，增大了搅拌叶周向均匀布置的的周长，方便了叶的布置与搅拌器的制备，使搅拌叶迎铁水面上端线与轮毂交接点切线夹角ф可达132～180º的范围，降低了搅拌轴部位叶片折角对搅拌流体的滞流作用，延缓了折角粘渣速度以及粘渣清理造成的机械破损，增大了搅拌叶迎铁面面积与搅拌径向推力，提高了搅拌的机械效率与混合分散程度，虽然也采取了搅拌叶迎铁面和背铁面的前倾平面结构，但仍不能解决前倾角受限的问题。

由上述研究可见，对于搅拌铁水罐与搅拌器构成的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，但对于轴向流的强化和底部熔池的搅拌混匀问题未能引起关注。特别是目前，基于KR搅拌脱硫反应动力学条件远优于喷吹脱硫的技术显著，国内外钢铁企业保留“瘦长”形喷吹脱硫铁水罐进行KR搅拌脱硫改造工作急剧推进，KR搅拌脱硫局域混合特性的不足表现更为突出，导致脱硫技术经济指标严重劣化。关于现有KR脱硫技术对“瘦长”形铁水罐的适应性问题以及如何改变KR搅拌脱硫的熔池下部搅拌混合问题，目前还未见到相关资料报道，急需开发性能优良的新型搅拌器，以强化搅拌轴向流与径向流，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。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种双层叶片铁水脱硫搅拌器，旨在适用于“瘦长形”铁水罐，同时其搅拌混合区域大、脱硫效率高。

为实现上述目的，本实用新型提供一种双层叶片铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴以及位于旋转轴上的上层叶片和下层叶片，其中，

所述上层叶片和下层叶片呈错位绕旋转轴周向均匀分布，下层叶片的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角，下层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为20°～30°，β≥α。

优选地，所述上层叶片的迎铁水面前倾α角为0～1.5°，上层叶片的背铁水面前倾β角为0～3°。

优选地，所述上层叶片和下层叶片之间间隔高度h为单层叶片高度H的1/3～1/2倍。

优选地，所述上层叶片和下层叶片的外侧面均为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为0～6°。

优选地，当上层叶片的下端面直径为D时，下层叶片的上端面直径d=D-2H×tanγ。

优选地，所述上层叶片和下层叶片均设置有2-3个。

本实用新型提出的双层叶片铁水脱硫搅拌器，特别是下层叶片的设置，增强了铁水罐下部熔池的搅拌混合；通过上、下层叶片搅拌直径设计，使两层叶片呈整体倒梯形布置，加强了整个熔池的轴向流动，延长了脱硫剂在熔池内的反应循环时间。通过上层叶片的小倾角和无倾角设计，增加上部叶片的径向流量，便于脱硫剂的搅拌分散；通过下层叶片的大倾角设计，增加下部熔池的轴向流动，使得分散后的脱硫剂，卷吸进入下部熔池空间，提高了下部熔池的脱硫剂扩散数量和反应动力学条件；通过上层叶片和下层叶片合理的间隔高度设计，避免了上层叶片和下层叶片附近区域流场的“隔离”，促进两者“融合”，进一步增加了整个熔池的轴向流动；通过上层叶片和下层叶片的错位布置，增强上下流场的紊流流动，进一步缩小刚性回转体和促进上层分散的脱硫剂进入下层空间。

通过上述措施，达到结构简单、制作方便、搅拌混合区域大、脱硫效率高等优点的目的，显著改善了铁水机械搅拌脱硫的动力学条件，特别适用于下部熔池反应和动力学条件较差的“瘦长型”铁水罐上使用。

附图说明

图1为本实用新型双层叶片铁水脱硫搅拌器的主视结构示意图；

图2为本实用新型双层叶片铁水脱硫搅拌器的俯视结构示意图。

图中，1-旋转轴、2-上层叶片、3-下层叶片。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1和图2，一种双层叶片铁水脱硫搅拌器，包括旋转轴1以及位于旋转轴1上的上层叶片2和下层叶片3，其中，

上层叶片2和下层叶片3呈错位绕旋转轴1周向均匀分布，下层叶片3的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角，下层叶片3的背铁水面为顺时针方向由下而上前倾β角的斜面，α为20°～30°，β≥α。

具体地，本实施例中，上层叶片2的迎铁水面前倾α角为0～1.5°，上层叶片2的背铁水面前倾β角为0～3°。

上层叶片2和下层叶片3之间间隔高度h为单层叶片高度H的1/3～1/2倍。上层叶片2和下层叶片3的外侧面均为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为0～6°。当上层叶片2的下端面直径为D时，下层叶片3的上端面直径d=D-2H×tanγ。上层叶片2和下层叶片3均设置有2-3个。

具体地，单层叶片高度H为常规搅拌器叶片高度的1/2-2/3倍。

本实用新型在此给出两具体实施例。

实施例1

双层叶片铁水脱硫搅拌器，每层叶片为三片，且上、下两层叶片呈错位60°绕旋转轴1周向均匀分布。搅拌叶外侧面为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为1.5°。下层叶片3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=β=22.5°。上层叶片2的迎铁水面前倾α角为0°，背铁水面前倾β角为1.5°。单层叶片高度h为常规搅拌器叶片高度的2/3倍。两层叶片间隔高度h为单层叶片高度H的1/3倍。下层叶片3的上端面直径d为上层叶片2下端面直径D-2H×tanγ。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于每层搅拌叶片为两片，上、下两层叶片呈错位90°绕旋转轴1周向均匀分布。

本实用新型提出的双层叶片铁水脱硫搅拌器，特别是下层叶片3的设置，增强了铁水罐下部熔池的搅拌混合；通过上、下层叶片搅拌直径设计，使两层叶片呈整体倒梯形布置，加强了整个熔池的轴向流动，延长了脱硫剂在熔池内的反应循环时间。通过上层叶片2的小倾角和无倾角设计，增加上层叶片2的径向流量，便于脱硫剂的搅拌分散；通过下层叶片3的大倾角设计，增加下部熔池的轴向流动，使得分散后的脱硫剂，卷吸进入下部熔池空间，提高了下部熔池的脱硫剂扩散数量和反应动力学条件；通过上层叶片2和下层叶片3合理的间隔高度设计，避免上层叶片2和下层叶片3附近区域流场的“隔离”，促进两者“融合”，进一步增加了整个熔池的轴向流动；通过上层叶片2和下层叶片3的错位布置，增强上下流场的紊流流动，进一步缩小刚性回转体和促进上层分散的脱硫剂进入下层空间。

通过上述措施，达到结构简单、制作方便、搅拌混合区域大、脱硫效率高等优点的目的，显著改善了铁水机械搅拌脱硫的动力学条件，特别适用于下部熔池反应和动力学条件较差的“瘦长型”铁水罐上使用。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种双层叶片铁水脱硫搅拌器，其特征在于，包括旋转轴以及位于旋转轴上的上层叶片和下层叶片，其中，

所述上层叶片和下层叶片呈错位绕旋转轴周向均匀分布，下层叶片的迎铁水面为顺时针方向由下而上前倾α角，下层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为20°～30°，β≥α。

2.如权利要求1所述的双层叶片铁水脱硫搅拌器，其特征在于，所述上层叶片的迎铁水面前倾α角为0～1.5°，上层叶片的背铁水面前倾β角为0～3°。

3.如权利要求1所述的双层叶片铁水脱硫搅拌器，其特征在于，所述上层叶片和下层叶片之间间隔高度h为单层叶片高度H的1/3～1/2倍。

4.如权利要求1所述的双层叶片铁水脱硫搅拌器，其特征在于，所述上层叶片和下层叶片的外侧面均为由下而上径向外倾γ角的斜面，γ为0～6°。

5.如权利要求4所述的双层叶片铁水脱硫搅拌器，其特征在于，当上层叶片的下端面直径为D时，下层叶片的上端面直径d=D-2H×tanγ。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的双层叶片铁水脱硫搅拌器，其特征在于，所述上层叶片和下层叶片均设置有2-3个。