[发明专利]铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种铁水全域搅拌脱硫搅拌器，包括搅拌轴、搅拌器连接法兰、上层搅拌叶及下层搅拌叶，每个上层搅拌叶和每个下层搅拌叶均包括搅拌叶芯和搅拌叶芯耐火浇注料衬；每个上层搅拌叶为与搅拌方向同向旋转的左旋螺旋叶片，每个下层搅拌叶为与搅拌方向反向旋转的右旋螺旋叶片，下层搅拌叶与上层搅拌叶绕搅拌轴圆周方向呈同圆周角度布置或者前后等角度错角布置。通过上下布置的双层搅拌叶片结构，大幅度增加了搅拌叶片在搅拌轴长度方向的布置距离，扩展了搅拌器对铁水罐内铁水的搅拌深度和有效搅拌区域，显著强化了铁水罐底部铁水的搅拌与全域铁水的搅拌混合与传质，极大低改善了全域铁水搅拌脱硫反应动力学条件。

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体涉及一种铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法。

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，为此，自上世纪70年代开始，以喷吹脱硫与KR搅拌脱硫为代表的系列铁水脱硫预处理工艺先后推广应用，其中，铁水KR机械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。在脱硫剂种类、粒度分布与铁水成分、铁水温度一定的条件下，影响铁水脱硫反应的关键因素是脱硫反应动力学条件，即：脱硫剂在铁水中的混合分散状况。为此，国内外学者开展了大量的铁水KR机械搅拌脱硫反应流体动力学特征与改善反应动力学条件的研究，以提高铁水机械搅拌脱硫反应效率与铁水脱硫技术经济指标。大量研究结果表明，现有的铁水KR搅拌脱硫搅拌混合为搅拌器中心混合不良、外侧混合分散的局域混合特征，如：文献“叶裕中.模型研究KR法的搅拌混合特性，钢铁研究学报，1992，4(1)”报道，KR搅拌脱硫过程中铁水的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。其中，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；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，为充分混合区，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；此外，进一步的理论与试验研究表面，搅拌强制涡流区半径与搅拌器叶轮半径之比近似为0.7，搅拌叶片有效搅拌面积仅为30％。此外，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.”报道，脱硫剂颗粒主要分布在搅拌器插入深度以上的铁水罐区域，在高速搅拌的脱硫剂“完全扩散”阶段，搅拌叶片下部区域仅有少量脱硫剂颗粒混合分散。由此可见，对于铁水KR搅拌脱硫，脱硫剂与铁水中的混合分布不均匀，脱硫剂有效反应区局限于铁水罐的中上部区域，尽管搅拌过程中搅拌叶片下部区域也会形成相应的涡流循环运动，改善了铁水罐中下部铁水的传质过程，但循环量小、且下部中心强制涡流区内铁水相对静止，传质改善不明显，制约了搅拌混合效果与脱硫效率的提高。为此，扩展脱硫剂搅拌混合区域、强化铁水传质过程是改善铁水KR机械搅拌脱硫反应动力学条件、提高脱硫效果的重要途径，尤其是“瘦长”型铁水罐的铁水KR机械搅拌脱硫。