專利名稱：鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器的制作方法
技術領域：
本發明涉及轉爐煉鋼前鐵水爐外機械攪拌脫硫攪拌裝置，具體地說是一種鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器。
背景技術：
KR (Kambara Reactor)攪拌脫硫法是日本新日鐵于1963年開始研究，1965年應用于工業生產的一種鐵水爐外脫硫技術。這種脫硫方法是以一個外襯耐火材料的十字形葉片結構攪拌器浸入鐵水罐內進行旋轉，攪動鐵水使其產生旋渦，同時經過稱量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，脫硫劑被旋渦卷入鐵水中，與高溫鐵水混合、反應，達到脫硫的目的。 該脫硫方法通過漂浮于鐵水液面上脫硫劑的卷吸循環混合，實現脫硫劑與鐵水的循環接觸脫硫冶金反應，具有脫硫劑接觸反應時間充分，脫硫效率高，脫硫劑消耗少，作業時間短，金屬耗損低等優點，在國內得到了廣泛的推廣應用。KR攪拌脫硫過程中鐵水的流動狀態分為攪拌中心強制渦流區和該區以外的自由渦流區。其中，強制渦流區由于沒有液體微元之間的相對運動，為不良混合區；自由渦流區由于循環運動引起了液體微元之間的相對運動，起到了混合分散的作用，為充分混合區。擴展攪拌自由渦流區、縮小強制渦流區是提高脫硫效果的有效途徑。在實際生產中，強制渦流區半徑與攪拌器葉輪半徑之比近似為0. 7，攪拌葉片有效攪拌面積僅為30%，因而，鐵水KR 攪拌脫硫傳輸動力學機制是局域卷吸混合、徑向剪切分散。對于自浮顆粒脫硫劑在鐵水中的攪拌卷吸循環混合的鐵水機械攪拌脫硫，其攪拌混合空間由攪拌器與鐵水罐共同組成，現有攪拌器結構、攪拌葉片形狀以及攪拌工藝改進方面的技術研究取得了一定的進展，例如文獻《鐵水脫硫技術的改進(摘譯)》(太鋼譯文，1994，(1),20-25)介紹了日本住友金屬鹿島制鐵所于上世紀90年代率先研究了攪拌器葉輪直徑和攪拌葉片形狀對脫硫動力學條件的影響，并提出攪拌器葉輪擴徑和葉片外凸弧形攪拌面的動力學改進措施。其中，攪拌器葉輪擴徑雖在國內外一些鋼鐵企業得到應用，但因攪拌時鐵水液面上升高度、攪拌強度與振動大，影響了鐵水罐的鐵水有效裝載量、降低了攪拌器使用壽命，甚至因攪拌設備振動大而危及安全生產；以葉片外凸弧形攪拌面為特征的異形攪拌葉片在實際使用中形狀維持困難而未得到推廣應用。公開號為CN101603111A的中國專利《一種鐵水脫硫用攪拌器》公開了一種攪拌葉迎鐵面與背鐵面均為前傾斜面的三葉攪拌器，通過三葉片前傾結構，增強攪拌卷吸空間與卷吸循環流量，達到改善脫硫動力學條件目的，并使葉片之間的夾角增大到120°，降低葉片之間粘渣速度，不僅方便了粘渣的清理，同時降低了粘渣對葉片攪拌葉片有效作用面積的影響，提高了攪拌強度的穩定性。授權公告號為CN201406443Y的中國專利《鐵水脫硫攪拌器》公開了一種攪拌葉迎鐵面為前傾凸形弧面、背鐵面為豎直面或前傾面、軸向垂直截面為徑向內縮的梯形面的三葉攪拌器，通過攪拌葉的異形結構設計，在前述公開號為 CN101603111A的中國專利《一種鐵水脫硫用攪拌器》基礎上，進一步增大了攪拌葉之間的夾角，強化了攪拌器的剪切分散能力和攪拌脫硫動力學條件的改善效果。上述兩項專利技術的攪拌器結構改進主要是通過強化攪拌自由渦流區的混合分散，達到改善鐵水機械攪拌脫硫動力學條件的效果，但上述改進措施既不能遏制攪拌中心強制渦流區的形成，也不能縮小強制渦流區的體積大小，其鐵水機械攪拌脫硫動力學條件難以得到顯著的改善。公開號為CN101492753A的中國專利《鐵水機械攪拌脫硫方法》公開了一種鐵水罐偏心攪拌脫硫方法，通過攪拌器偏離鐵水罐中心的攪拌，引起攪拌漩渦中心偏離攪拌軸心， 遏制了常規KR攪拌脫硫時攪拌中心強制渦流區的形成，使漩渦吸入的脫硫劑偏離攪拌軸心非對稱性卷入循環，并通過攪拌器葉片的沖擊實現卷入的脫硫劑在鐵水中的混合分散， 從而有效地改善了鐵水機械攪拌脫硫動力學條件。該方法雖然在實際生產中取得了良好的工業性試驗效果，但由于偏心攪拌較大的偏心推力，促進了鐵水罐車剎車系統的磨損，增大了鐵水罐車的維護工作量，給實際推廣應用帶來困難。
發明內容
本發明的目的就是要提供一種鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，在不改變攪拌器在鐵水罐中插入方式的條件下，改善鐵水機械攪拌脫硫的動力學條件，并解決相鄰攪拌葉間脫硫渣的滯留粘結問題。為實現上述目的，本發明所設計的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，包括旋轉軸和設置于旋轉軸下端并沿其周向均勻布置的攪拌葉，所述旋轉軸由金屬空心軸以及復合在金屬空心軸外側的耐火材料工作襯構成，所述金屬空心軸的內腔中設置有風冷管。所述旋轉軸下端設置有與所述風冷管相通的噴氣通道，所述噴氣通道位于相鄰攪拌葉之間。進一步地，所述噴氣通道由設置在風冷管上的風冷管出風口、設置在金屬空心軸上的金屬空心軸噴氣孔、設置在金屬空心軸和耐火材料工作襯之間的氣室、以及設置在耐火材料工作襯上的噴氣口依次連通而成。再進一步地，所述風冷管為單管結構，所述風冷管的進氣端設置有凹槽密封連接件；所述凹槽密封連接件外側在風冷管與金屬空心軸之間設置有用于調整冷卻氣體向大氣外排阻力與流量的葉輪式流動阻力調節機構或圓盤。所述葉輪式流動阻力調節機構由結構相同并安裝在風冷管上的動葉輪片和靜葉輪片構成；所述動葉輪片與靜葉輪片的葉片呈反向錯位角度安裝。所述圓盤內圈固接在風冷管上，所述圓盤外圈與金屬空心軸內壁保持一定的間隙。通過設置葉輪式流動阻力調節機構或圓盤，可實現冷卻氣體的順利噴吹。同等地，所述風冷管為由內管和外管組成的雙管結構。所述外管下部設置有與所述金屬空心軸噴氣孔相通的連接管；所述外管下部端頭設置與內管相連的封頭；所述風冷管的進氣端設置有與所述內管和外管相對應的雙凹槽密封連接件。更進一步地，所述噴氣口為圓形噴氣口、橢圓形噴氣口或縫式噴氣口，數量為1 4個。本發明的優點在于所設計的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器本通過在攪拌器相鄰攪拌葉間的旋轉軸上設置噴氣口，在鐵水機械攪拌脫硫過程中，使氣體從噴氣口噴入到攪拌中心漩渦，促使攪拌中心強制渦流區內脫硫劑與鐵水之間的相對運動，實現攪拌中心強制渦流區內脫硫劑在鐵水中的混合分散，提高該區域脫硫反應動力學條件。同時，在噴氣口的氣體噴吹作用下，干擾攪拌中心強制渦流區的剛性旋轉運動，遏制了攪拌中心強制渦流區的形成與擴張，從而縮小攪拌中心強制渦流區形成體積，擴展流體微元相對運動劇烈的自由渦流區容積，遏制攪拌中心強制渦流區對鐵水攪拌脫硫動力學條件的不利影響攪拌中心強制渦流區內流體微元的相對運動，遏制相鄰攪拌葉間脫硫渣的滯留粘結，提高攪拌葉的有效作用面積，減輕了攪拌器粘渣清理維護量以及由此帶來的攪拌器機械損傷，提高了鐵水機械攪拌脫硫生產能力、脫硫劑利用效率，降低了生產成本、延長了攪拌器使用壽命。本發明采用金屬圓管、橢圓管或塑料薄板制作噴氣口，避免了噴氣壓力不足引起的噴氣口堵塞，也避免了噴氣壓力過大、噴氣流量劇增引起的噴濺現象，保持噴氣粘附旋轉軸緩慢上升，增強了噴氣控制的穩定性。
圖1是本發明的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器結構示意圖。圖2是圖1的俯視結構示意圖。圖3是圖1中動葉輪片或靜葉輪片的結構示意圖。圖4是圖3的俯視結構示意圖。圖5是圖1中A部局部放大示意圖。圖6是采用圓盤替代圖1中葉輪式流動阻力調節機構的結構示意圖。圖7是圖6中圓盤的俯視結構示意圖。圖8是風冷管為雙管結構的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器結構示意圖。圖9是圖8的俯視結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。如圖1和圖2所示，本發明的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器包括旋轉軸1和設置于旋轉軸1下端并沿其周向均勻布置的攪拌葉3，攪拌葉3可為3 6片，繞旋轉軸1 周向均勻分布。旋轉軸1由金屬空心軸Ia以及復合在金屬空心軸Ia外側的耐火材料工作襯Ib構成，金屬空心軸Ia的內腔中設置有風冷管2。所述旋轉軸1下端設置有與所述風冷管2相通的噴氣通道4，所述噴氣通道4位于相鄰攪拌葉3之間。噴氣通道4由設置在風冷管2上的風冷管出風口如、設置在金屬空心軸Ia上的金屬空心軸噴氣孔4b、設置在金屬空心軸Ia和耐火材料工作襯Ib之間的氣室4c、以及設置在耐火材料工作襯Ib上的噴氣口 4d依次連通而成。氣室如采用耐熱鋼板焊接在金屬空心軸Ia的金屬空心軸噴氣孔4b部位，并采用鋼釘焊接加固。圖1中所示風冷管2為單管直通結構，風冷管2的進氣端設置有凹槽密封連接件 10，凹槽密封連接件10外側在風冷管2與金屬空心軸Ia之間設置有葉輪式流動阻力調節機構5，用于調整冷卻氣體向大氣外排阻力與流量。葉輪式流動阻力調節機構5由結構相同的動葉輪片fe與靜葉輪片恥構成，如圖3和圖4所示，動葉輪片fe與靜葉輪片恥通過螺釘反向錯位角度安裝在風冷管2上。調整動葉輪片fe與靜葉輪片恥葉片之間的錯位角度， 即調整冷卻氣體的向大氣外排阻力與流量，可實現噴氣通道4氣體噴入攪拌漩渦的流量控制。調整時，先松開動葉輪片fe的緊固螺釘進行錯位角度調整，調整合適后，再將該緊固螺釘擰緊，將動葉輪片fe再次固定在風冷管2上。
在攪拌器的風冷管2為單管直通結構情況下，也可以通過圓盤7代替圖1中葉輪式流動阻力調節機構5實現冷卻氣體的流動阻力調節，其安裝結構如圖6所示。圓盤7內圈焊接在風冷管2上進行固定，外圈與金屬空心軸Ia內壁保持一定的間隙，通過流動阻力計算或試驗確定圓盤7的外圈直徑，控制冷卻氣體的向大氣外排的阻力與流量，實現噴氣通道4氣體噴入攪拌漩渦的流量控制。攪拌器工作時，通入風冷管2的冷卻氣體經風冷管出風口如后形成兩條通路一條通路為通過噴氣通道4噴入攪拌漩渦；另一條通路為通過葉輪式流動阻力調節機構5或圓盤7向大氣排出。攪拌器的風冷管2為也可以采用由內管加和外管2b組成的雙管結構，如圖8所示。外管2b下部設置有與所述金屬空心軸噴氣孔4b焊接相通的連接管6，外管2b下部端頭焊接與內管加相連的封頭8，風冷管2的進氣端設置有與內管加和外管2b相對應的雙凹槽密封連接件9。攪拌器工作時，兩路氣體同時進入風冷管2的內管加和外管2b，進入內管加的氣體經風冷管出風口如后沿風冷管2與金屬空心軸Ia組成的通道向大氣外排； 進入內管加和外管2b之間的氣體經連接管6、氣室如及噴氣口 4d噴入攪拌漩渦，通過兩路進氣實現氣體的流量調節。耐火材料工作襯Ib下端的噴氣口 4d可采用圓形噴氣口、橢圓形噴氣口，采用內徑為1. 5 2mm的金屬圓管或長軸為2 3mm、短軸為1 1. 5mm的金屬橢圓管與氣室如焊接相通。噴氣口 4d也可以采用縫式噴氣口，采用厚度為0.8 1mm、高度為2 3mm的塑料板插入氣室4c預先開設的縫隙內固定，通過攪拌器制作中的烘烤過程，使塑料板熔化燒蝕，形成縫式噴氣口。本發明噴氣口 4d布置在距離攪拌葉3底面1/3葉片軸向高度以上，避免了噴氣上升過程中體積劇烈膨脹以及在離心力作用下沿徑向排出攪拌葉，可防止噴氣對攪拌自由渦流區脫硫劑混合分散的干擾。
權利要求
1.一種鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，包括旋轉軸(1)和設置于旋轉軸(1)下端并沿其周向均勻布置的攪拌葉(3)，所述旋轉軸(1)由金屬空心軸(Ia)以及復合在金屬空心軸(Ia)外側的耐火材料工作襯(Ib)構成，所述金屬空心軸(Ia)的內腔中設置有風冷管 O)，其特征在于所述旋轉軸(1)下端設置有與所述風冷管( 相通的噴氣通道，所述噴氣通道(4)位于相鄰攪拌葉( 之間。
2.根據權利要求1所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述噴氣通道(4)由設置在風冷管(2)上的風冷管出風口( )、設置在金屬空心軸(Ia)上的金屬空心軸噴氣孔(4b)、設置在金屬空心軸(Ia)和耐火材料工作襯(Ib)之間的氣室( )、以及設置在耐火材料工作襯(Ib)上的噴氣口 Gd)依次連通而成。
3.根據權利要求1或2所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述風冷管( 為單管結構，所述風冷管O)的進氣端設置有凹槽密封連接件(10)；所述凹槽密封連接件(10)外側在風冷管O)與金屬空心軸(Ia)之間設置有用于調整冷卻氣體向大氣外排阻力與流量的葉輪式流動阻力調節機構(5)；所述葉輪式流動阻力調節機構(5) 由結構相同并安裝在風冷管(2)上的動葉輪片(5a)和靜葉輪片(5b)構成；所述動葉輪片 (5a)與靜葉輪片(5b)的葉片呈反向錯位角度安裝。
4.根據權利要求1或2所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述風冷管( 為單管結構，所述風冷管O)的進氣端設置有凹槽密封連接件(10)；所述凹槽密封連接件(10)外側在風冷管( 與金屬空心軸(Ia)之間設置有用于調整冷卻氣體向大氣外排阻力與流量的圓盤(7)；所述圓盤(7)內圈固接在風冷管(2)上，所述圓盤(7)外圈與金屬空心軸(Ia)內壁保持一定的間隙。
5.根據權利要求1或2所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述風冷管( 為由內管Oa)和外管Qb)組成的雙管結構；所述外管Ob)下部設置有與所述金屬空心軸噴氣孔Gb)相通的連接管(6)；所述外管Qb)下部端頭設置與內管Oa)相連的封頭(8)；所述風冷管O)的進氣端設置有與所述內管Oa)和外管Ob)相對應的雙凹槽密封連接件(9)。
6.根據權利要求1或2所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述噴氣口 Gd)為圓形噴氣口、橢圓形噴氣口或縫式噴氣口。
7.根據權利要求3所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述噴氣口 Gd)為圓形噴氣口、橢圓形噴氣口或縫式噴氣口。
8.根據權利要求4所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述噴氣口 Gd)為圓形噴氣口、橢圓形噴氣口或縫式噴氣口。
9.根據權利要求5所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述噴氣口 Gd)為圓形噴氣口、橢圓形噴氣口或縫式噴氣口。
10.根據權利要求1或2所述的鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，其特征在于所述噴氣口 Gd)的數量為1 4個。
全文摘要
一種鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，包括旋轉軸和設置于旋轉軸下端并沿其周向均勻布置的攪拌葉，旋轉軸由金屬空心軸以及復合在金屬空心軸外側的耐火材料工作襯構成，金屬空心軸的內腔中設置有風冷管。旋轉軸下端設置有與風冷管相通的噴氣通道，所述噴氣通道位于相鄰攪拌葉之間。本發明通過將冷卻氣體從噴氣口噴入到攪拌中心漩渦，促使攪拌中心強制渦流區內脫硫劑與鐵水之間的相對運動，實現攪拌中心強制渦流區內脫硫劑在鐵水中的混合分散，提高該區域脫硫反應動力學條件。同時，可遏制相鄰攪拌葉間脫硫渣的滯留粘結，提高攪拌葉的有效作用面積，減輕了攪拌器粘渣清理維護量，提高了鐵水機械攪拌脫硫生產能力、脫硫劑利用效率。
文檔編號C21C1/02GK102154533SQ20111011709
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者余明紅, 吳杰, 張先貴, 朱善合, 李具中, 李明暉, 歐陽德剛, 王海青, 田義勝, 田大鵬, 羅安智, 羅巍, 胡清明, 蔣揚虎, 鄧品團 申請人:武漢紅地節能材料有限公司, 武漢鋼鐵(集團)公司