鐵水脫硫攪拌器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種鐵水脫硫攪拌器，包括旋轉軸及固定在旋轉軸外周緣上且繞旋轉軸周向均勻分布的多個攪拌葉片，相鄰兩個攪拌葉片之間襯有導流體，導流體由三角形底面及沿三角形底面每條邊向外延伸的側面圍合而成，導流體的一個側面與相鄰兩個攪拌葉片中一個攪拌葉片表面相貼合，另一個側面與相鄰兩個攪拌葉片中另一個攪拌葉片表面相貼合。本發明鐵水脫硫攪拌器結構簡單、制作方便，顯著改善鐵水機械攪拌脫硫的動力學條件、延長攪拌器使用壽命且減少攪拌葉片間粘渣。
【專利說明】
鐵水脫硫攪拌器
技術領域
[0001]本發明屬于轉爐煉鋼前鐵水爐外機械攪拌脫硫領域，具體涉及一種鐵水脫硫攪拌器。
【背景技術】
[0002]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，使鐵水產生旋渦，經過稱量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，并被旋渦卷入鐵水中，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，因而，脫硫劑接觸反應時間充分，具有脫硫效率高，脫硫劑消耗少，作業時間短，金屬耗損低等優點，是目前國內外唯一得到推廣應用的機械攪拌冶金工藝。然而，根據國內外有限的KR攪拌脫硫流動狀態研究報道，KR攪拌脫硫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，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；而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。在實際生產的高攪拌Re下，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。目前，KR脫硫攪拌器使用過程中存在的主要不足有:(I)由于強制渦流區的存在，攪拌器在使用過程中，卷入鐵水的脫硫劑(渣)在攪拌器中心的葉片夾角聚積，不僅影響攪拌器重量、攪拌阻力，而且還將影響脫硫劑的攪拌卷吸循環流動狀態，惡化攪拌脫硫動力學條件與脫硫技術經濟指標；(2)常規KR攪拌器葉片夾角(90°)較小，脫硫劑(渣)的聚積引起攪拌器該區域耐火材料工作襯表面粘渣，清渣操作困難，往往清渣不徹底，導致葉片夾角部粘渣不斷沉積，耐火材料工作襯清渣機械損傷加劇，影響了攪拌器的使用壽命，進一步惡化了鐵水攪拌脫硫的技術經濟指標；(3)攪拌器在使用過程中，由于轉速的提高，攪拌器會出現一定程度的晃動，導致攪拌器底部耐火材料與位于強制渦流區內的渣產生相對運動，引起攪拌器底部的磨損，進一步降低了攪拌器的使用壽命。由此可見，如何擴展攪拌自由渦流區、縮小強制渦流區的尺度，是進一步改善攪拌脫硫動力學條件、降低攪拌器葉片粘渣、提高攪拌器使用壽命的有效途徑。
[0003]如何有效改善KR攪拌脫硫動力學條件，國內外學者從攪拌器結構方面開展了系列研究工作，如:文獻“鐵水脫硫技術的改進(摘譯)，太鋼譯文，1994，(1),20-25.”報道，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，提出了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，異形攪拌葉片因實際使用中形狀維持困難而為推廣應用，攪拌器葉輪擴徑隨在國內外一些鋼鐵企業得到應用，但因鐵水液面上升高度、攪拌強度與振動大，影響了鐵水罐的鐵水有效裝載量、攪拌器使用壽命，并因攪拌設備振動大而危機安全生產。在攪拌器結構方面，中國發明專利(授權公告號0附016031118、授權公告日2010.08.18)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；中國實用新型專利(授權公告號CN201406443Y、授權公告日2010.2.17)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，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。
[0004]由上述分析可見，上述兩個專利攪拌器結構的改進，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，但上述改進措施不能遏制攪拌中心強制渦流區的形成與，也不能縮小強制渦流區的體積大小，制約了鐵水機械攪拌脫硫動力學條件的顯著改善作用。為此，中國發明專利(授權公告號CN101492753B、授權公告日2010.07.14)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，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質量，給實際推廣應用帶來困難；中國發明專利(授權公告號0肌021545338、授權公告日2012.07.25)公開了一種鐵水機械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，通過在攪拌葉之間設置噴氣通道，在攪拌器使用過程中將冷卻氣體從噴氣噴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，也可以遏制相鄰攪拌葉間脫硫渣的滯留粘結，減輕攪拌器粘渣清理維護量。但由于攪拌器結構較為復雜，加工制作難度較大，目前未見到工業應用報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是針對上述技術的不足，提供一種攪拌葉片粘渣少、鐵水機械攪拌脫硫的動力學條件優良和使用壽命長的鐵水脫硫攪拌器。
[0006]為實現上述目的，本發明所設計的鐵水脫硫攪拌器，包括旋轉軸及固定在旋轉軸外周緣上且繞旋轉軸周向均勻分布的多個攪拌葉片，相鄰兩個攪拌葉片之間襯有導流體，所述導流體由三角形底面及沿三角形底面每條邊向外延伸的側面圍合而成，三個側面均為由三條邊圍合而成的側面，且三個側面的頂點相交于一點形成頂端;所述導流體的頂端與相鄰兩個攪拌葉片相交線的頂端重合，所述三角形底面的第一個端點與相鄰兩個攪拌葉片相交線的底端重合，所述三角形底面的第二端點和第三端點分別位于相鄰兩個攪拌葉片下邊沿上;且由所述頂端、第一端點和第二端點圍合形成的第一個側面與相鄰兩個攪拌葉片中一個攪拌葉片表面相貼合，由所述頂端、第一端點和第三端點圍合形成的第二個側面與相鄰兩個攪拌葉片中另一個攪拌葉片表面相貼合。
[0007]進一步地，所述攪拌葉片的迎鐵水面為順時針方向由下而上前傾α角的斜面，α為O?8°，所述攪拌葉片的背鐵水面為順時針方向由下而上前傾β角的斜面，α<β<12°，所述攪拌葉片的外側面為由下而上徑向外傾γ角的斜面，γ為O?3°。
[0008]進一步地，所述第一個側面中第一端點和第二端點的連線距離為所述攪拌葉片長度的0.1?0.5倍，所述第二個側面中第一端點和第三端點的連線距離為所述攪拌葉片長度的0.1?0.5倍。
[0009]進一步地，所述第一個側面中第一端點和第二端點的連線距離與所述第二個側面中第一端點和第三端點的連線距離相等。
[0010]進一步地，所述第一側面和第二側面均為平面，由所述頂端、第二端點和第三端點圍合形成的第三個側面為平面或者內凹曲面。
[0011 ]進一步地，所述攪拌葉片的延長長度為所述攪拌葉片長度的0.025?0.075。
[0012]進一步地，所述導流體上均勻涂覆有一層水基防粘渣涂料。
[0013]進一步地，所述攪拌葉片為三片或四片。
[0014]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0015]1、通過在攪拌葉片之間均勻布置導流體，擴大了攪拌葉片之間夾角，減小了攪拌葉片夾角對脫硫劑的滯留作用與粘渣速度，降低了強制渦流區內脫硫(劑)渣對攪拌器底部的磨損，提高了攪拌葉片有效作用面積和攪拌強度;并且利用導流體外側面的平面或內凹曲面，使得進入攪拌葉片上部強制渦流區的脫硫劑，在卷吸過程中沿導流體下行進入下部自由渦流區中的湍流區域，進而進入有效攪拌混合區，并促進其排出；
[0016]2、通過攪拌葉片的迎鐵水面與背鐵水面為順時針方向由下而上分別前傾α角和β角的斜面結構和攪拌葉片長度延長設計，降低了背鐵水面的渦流強度，提高攪拌葉片攪拌卷吸強度，促進脫硫劑沿導流體卷吸下行；
[0017]3、通過在導流體上涂刷水基防粘渣涂料，進一步降低攪拌葉片之間的粘渣，促進自由渦流區脫硫劑進入下部自由渦流區；
[0018]4、本發明鐵水脫硫攪拌器結構簡單、制作方便，顯著改善鐵水機械攪拌脫硫的動力學條件、延長攪拌器使用壽命且達到攪拌葉片間粘渣少的目的。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明鐵水脫硫攪拌器主視示意圖；
[0020]圖2為圖1的側視不意圖；
[0021]圖3為圖1的A_A#lj面不意圖；
[0022]圖4為圖1的中攪拌葉片結構示意圖；
[0023]圖5為圖1的中導流體結構不意圖；
[0024]圖中各部件標號如下:旋轉軸1、攪拌葉片2、導流體3、頂端4、第一個端點5、第二端點6、第三端點7、底面8、側面9。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0026]如圖1所示的鐵水脫硫攪拌器，包括旋轉軸I及固定在旋轉軸I外周緣上且繞旋轉軸I周向均勻分布的多個攪拌葉片2，優選為三片或四片，相鄰攪拌葉片2之間襯有導流體3。本實施例中導流體3由三角形底面8及沿三角形底面8每條邊向外延伸的側面9圍合而成，三個側面9均為由三條邊圍合而成的側面9，即三角形底面8的三個邊分別與三個側面9的底邊共邊，且三個側面9的頂點相交于一點形成頂端4。結合圖3所示，導流體3的頂端4與相鄰兩個攪拌葉片2相交線的頂端重合，三角形底面8的第一個端點5與相鄰兩個攪拌葉片2相交線的底端重合，三角形底面8的第二端點5和第三端點6分別位于相鄰兩個攪拌葉片2下邊沿上;且由頂端4、第一端點5和第二端點6圍合形成的第一個側面9(即三角形平面)與相鄰兩個攪拌葉片3中一個攪拌葉片3表面相貼合，由頂端4、第一端點5和第三端點7圍合形成的第二個側面9(即三角形平面)與相鄰兩個攪拌葉片2中另一個攪拌葉片2表面相貼合，防止攪拌時，導流體從攪拌葉片上滑落。由頂端4、第二端點6和第三端7點圍合形成的第三個側面9為平面或者內凹曲面，即導流體3為三角錐形或內凹曲面坡形，采用的是耐火材料與攪拌葉片2—起澆注成型。
[0027]并且，三角形第一端點5和第二端點6的連線距離與三角形第一端點5和第三端點7的連線距離可以相等也可以不相等，即底面8三角形可以是等腰三角形也可以不是等腰三角形。三角形底面8第一端點5和第二端點6的連線距離a為攪拌葉片2長度b的0.1?0.5倍，同理，三角形底面8第一端點5和第三端點7的連線距離a也為攪拌葉片2長度b的0.1?0.5倍。
[0028]通過在攪拌葉片2之間均勻布置導流體3，擴大了攪拌葉片2之間夾角，減小了攪拌葉片2夾角對脫硫劑的滯留作用與粘渣速度，降低了強制渦流區內脫硫(劑)渣對攪拌器底部的磨損，提高了攪拌葉片2有效作用面積和攪拌強度;并且利用導流體3外側的平面或內凹曲面，使得進入攪拌葉片2上部強制渦流區的脫硫劑，在卷吸過程中沿導流體3下行進入下部自由渦流區中的湍流區域，進而進入有效攪拌混合區，并促進其排出。
[0029]結合圖4所示，攪拌葉片2的迎鐵水面為順時針方向由下而上前傾α角的斜面，α為O?8°，優選6°?8°，攪拌葉片2的背鐵水面為順時針方向由下而上前傾β角的斜面，
12°，攪拌葉片2的外側面為由下而上徑向外傾γ角的斜面，γ為O?3°。通過攪拌葉片2的迎鐵水面與背鐵水面為順時針方向由下而上分別前傾α角和β角的斜面結構和攪拌葉片長度延長設計(即攪拌葉片2的延長長度為攪拌葉片2長度b的0.025?0.075),降低了背鐵水面的渦流強度，提高攪拌葉片2攪拌卷吸強度，促進脫硫劑沿導流體卷吸下行。
[0030]本實施例中導流體3上均勻涂覆有一層水基防粘渣涂料，通過在導流體3上涂刷水基防粘渣涂料，進一步降低攪拌葉片2之間的粘渣，促進自由渦流區脫硫劑進入下部自由渦流區。
[0031]實施例1
[0032]攪拌葉片2為三片，繞旋轉軸I周向均勻分布，攪拌葉片2外側面為由下而上徑向外傾γ角的斜面，γ為2°，攪拌葉片2的迎鐵水面為順時針方向由下而上前傾α角，背鐵水面為順時針方向由下而上前傾β角的斜面，且α為6°，0為8°。攪拌葉片2長度相比常規攪拌葉片2的長度延長50mm。導流體3為三角錐形耐火材料結構，與攪拌葉片2—起澆注成型；導流體3三角形底面8與攪拌葉片2公用邊長為a，攪拌葉片2長度為b，且a = 0.4b。
[0033]實施例2
[0034]攪拌葉片2為四片，繞旋轉軸I周向均勻分布，攪拌葉片2外側面為由下而上徑向外傾γ角的斜面，γ為2°，攪拌葉片2的迎鐵水面為順時針方向由下而上前傾α角，背鐵水面為順時針方向由下而上前傾β角的斜面，且α為8°，0為12°。攪拌葉片2長度相比常規攪拌葉片2的長度延長50mm。導流體3為內凹曲面坡形耐火材料結構，與攪拌葉片2—起饒注成型;導流體3三角形底面與攪拌葉片2公用邊長為a，攪拌葉片2長度為b，且a = 0.3b。
【主權項】
1.一種鐵水脫硫攪拌器，包括旋轉軸(I)及固定在旋轉軸(I)外周緣上且繞旋轉軸(I)周向均勻分布的多個攪拌葉片(2)，其特征在于:相鄰兩個攪拌葉片(2)之間襯有導流體(3)，所述導流體(3)由三角形底面(8)及沿三角形底面(8)每條邊向外延伸的側面(9)圍合而成，三個側面(9)均為由三條邊圍合而成的側面(9)，且三個側面(9)的頂點相交于一點形成頂端(4);所述導流體(3)的頂端與相鄰兩個攪拌葉片(2)相交線的頂端重合，所述三角形底面(8)的第一個端點(5)與相鄰兩個攪拌葉片(2)相交線的底端重合，所述三角形底面(8)的第二端點(6)和第三端點(7)分別位于相鄰兩個攪拌葉片(2)下邊沿上；且由所述頂端(4)、第一端點(5)和第二端點(6)圍合形成的第一個側面(9)與相鄰兩個攪拌葉片(2)中一個攪拌葉片(2)表面相貼合，由所述頂端(6)、第一端點(5)和第三端點(7)圍合形成的第二個側面(9)與相鄰兩個攪拌葉片(2)中另一個攪拌葉片(2)表面相貼合。2.根據權利要求1所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述攪拌葉片(2)的迎鐵水面為順時針方向由下而上前傾α角的斜面，α為O?8°，所述攪拌葉片的背鐵水面為順時針方向由下而上前傾β角的斜面，α<β<12°，所述攪拌葉片的外側面為由下而上徑向外傾γ角的斜面，T為O?3。ο3.根據權利要求1所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述第一個側面(9)中第一端點(5)和第二端點(6)的連線距離為所述攪拌葉片(2)長度的0.1?0.5倍，所述第二個側面(9)中第一端點(5)和第三端點(7)的連線距離為所述攪拌葉片(2)長度的0.1?0.5倍。4.根據權利要求1或2或3所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述第一個側面(9)中第一端點(5)和第二端點(6)的連線距離與所述第二個側面(9)中第一端點(5)和第三端點(7)的連線距離相等。5.根據權利要求1或2或3所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述第一側面(9)和第二側面(9)均為平面，由所述頂端(5)、第二端點(6)和第三端點(7)圍合形成的第三個側面(9)為平面或者內凹曲面。6.根據權利要求1或2或3所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述攪拌葉片(2)的延長長度為所述攪拌葉片(2)長度的0.025?0.075。7.根據權利要求1或2或3所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述導流體(3)上均勻涂覆有一層水基防粘渣涂料。8.根據權利要求1或2或3所述的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于:所述攪拌葉片(2)為三片或四片。
【文檔編號】B01F7/00GK106086313SQ201610587070
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月22日 公開號201610587070.0, CN 106086313 A, CN 106086313A, CN 201610587070, CN-A-106086313, CN106086313 A, CN106086313A, CN201610587070, CN201610587070.0
【發明人】李明暉, 歐陽德剛, 羅巍, 朱善合, 韓斌, 丁翠嬌
【申請人】武漢鋼鐵股份有限公司