[发明专利]铁水机械搅拌高效脱硫预处理用挡板及预处理方法

说明书

本发明公开了铁水机械搅拌高效脱硫预处理用挡板及预处理方法，挡板包括插入板与固定机构，插入板包括垂直板、上下翼板和下翼板；垂直板外侧面与铁水罐内衬型面一致、内侧面为凸形弧面，上翼板和下翼板均与垂直板正交布置，上翼板和下翼板均由沿垂直板中心线对称布置的两块翼板组成，上翼板和下翼板的外侧面均与铁水罐内衬型面一致、内侧面均为凸形弧面。通过简易挡板结构的设计与应用以及在KR脱硫铁水罐大修、中修与小修过程中简易挡板的安装与更换，实现KR脱硫铁水罐服役全过程的挡板稳定应用，抑制搅拌切向流，缩小搅拌中心强制涡流区，扩大搅拌自由涡流区，达到脱硫剂高效混合、提高脱硫剂利用率、改善脱硫技术经济指标的综合目的。

技术领域

本发明涉及转炉炼钢前铁水炉外脱硫预处理方法技术领域，具体涉及一种铁水机械搅拌高效脱硫预处理用挡板及预处理方法。

背景技术

铁水机械搅拌脱硫是通过插入铁水罐中铁水内部的搅拌器的旋转搅动，使铁水与脱硫剂混合接触进行脱硫，主要有莱茵法和KR(Kambara Reactor)法。这两种铁水机械搅拌脱硫方法所用的搅拌器都是由旋转轴与搅拌叶组成，四片搅拌叶沿旋转轴周向成十字形均匀布置，搅拌器沿铁水罐中心线插入铁水；区别仅在于搅拌器插入铁水的深度不同。莱茵法只是将搅拌器的搅拌叶部分地插入铁水中，通过搅拌混合，促进铁水罐内上部铁水和铁水液面上的脱硫剂之间的混合接触反应，再通过铁水内硫元素的传质过程，达到罐内铁水脱硫预处理的目的；KR法则是将搅拌器的搅拌叶沉浸在铁水中一定的深度，通过搅拌器的旋转搅拌，实现脱硫剂在铁水中的循环卷吸混合，不仅显著扩大了脱硫剂与铁水脱硫反应区域，而且保持了搅拌过程中脱硫剂与铁水的持续混合脱硫反应；并通过铁水罐内上下搅拌环流，大幅度提高了铁水中硫元素的传质速度，达到了加快脱硫速度、缩短脱硫时间、提高脱硫效率、降低脱硫剂消耗的综合效果。由于KR法优良的脱硫反应动力学条件，使其成为目前国内外唯一得到推广应用的铁水机械搅拌脱硫方法，并以其优良生脱硫稳定性和低廉的脱硫成本，逐步成为铁水深脱硫预处理的首选工艺。

根据国内外相关KR搅拌脱硫流动状态研究报道，对于搅拌器沿搅拌罐中心垂直插入搅拌的KR搅拌脱硫，搅拌流动流场由搅拌中心强制涡流区和该区以外的自由涡流区构成，由于强制涡流区液体微元绕搅拌轴心刚性旋转运动，液体微元之间缺乏相对运动，无法形成液体微元间的混合分散；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。当搅拌旋转时，强制涡流区颗粒与流体质点均绕轴作同心圆周运动，不能进行有效的混合分散，仅在强制涡流区和叶片端部区域之间，固液湍动较为剧烈，是传质、传输与分散混合最强烈的区域。在铁水KR搅拌脱硫过程中，固体脱硫剂颗粒被搅拌旋涡卷入铁水深处，深度大致和旋涡深度相当，并在自由涡流区湍动流场作用下进行剪切分散混合，在离心力作用下沿着半径方向“吐出”，继而在浮力作用下而上浮，并在“吐出”区以上部位进行卷入-分散-卷入的循环运动。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，相关研究结构表明，KR搅拌脱硫过程中强制涡流区半径与搅拌器叶轮半径之比近似为0.7，搅拌叶有效搅拌面积仅为30％，如何改善脱硫剂在铁水中的混合分散状况是提高KR搅拌脱硫效率的重要途径。

基于搅拌罐中心垂直插入搅拌固有的混合特性，针对铁水KR搅拌脱硫设备结构特征，结合实际生产安全稳定性要求，国内外学者以遏制或缩小搅拌刚性回转体大小、扩展自由涡流混合区域为目的，先后从搅拌工艺、搅拌设备两个方面开展了卓有成效的研究，并在实验室研究条件下，取得了良好的改进效果。