[实用新型]低能耗铁水脱硫搅拌器

说明书

技术领域

本实用新型涉及转炉炼钢前铁水炉外搅拌脱硫装置，具体地说是一种用于铁水罐KR搅拌脱硫预处理的低能耗铁水脱硫搅拌器。

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的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。该脱硫方法具有脱硫效率高，脱硫剂消耗少，作业时间短，金属耗损低以及耐火材料消耗低等特点。

搅拌器作为KR脱硫装置中的重要部件，通常主要是由旋转轴和四片搅拌叶组成。旋转轴和搅拌叶由金属芯和耐火材料工作衬构成。四片搅拌叶沿旋转轴周向成十字形均匀布置，且搅拌叶金属芯的厚度对称面与旋转轴中心线处于同一平面，搅拌叶的迎铁水面为垂直面或者由下向上顺时针方向前倾2°左右的斜面；背铁水面为垂直面；侧面为由下向上径向外倾2°左右的斜面。上述常规结构致使搅拌叶的搅拌阻力大、动力消耗高、卷吸循环量少。此外，由于搅拌器的高温间歇式工作状态以及对铁水的强烈搅拌，使搅拌器冷热状态交替频繁、并被铁水剧烈冲刷，导致搅拌器使用寿命短；在搅拌器的搅拌脱硫过程与待用冷却过程中，由于搅拌叶单位体积换热面积大，导致搅拌叶耐火材料工作衬热震龟裂严重；由于工作衬的耐火材料与金属芯材质热膨胀性能的差异以及搅拌叶的金属芯未进行风冷，导致金属芯和耐火材料工作衬的热胀冷缩量不一致，致使结合面间形成热胀内应力和冷缩间隙，引起耐火材料工作衬的内应力破损，通过其裂纹渗入的铁水沿结合面的内损缝隙不断扩展，最终导致工作衬的剥落和金属芯的烧失；搅拌时，旋转线速度随着搅拌直径的增大而提高，由于搅拌叶的外伸结构，加剧了铁水对搅拌叶的冲刷磨损，尤其是搅拌叶的边棱凸出部位，磨损尤为严重，并随着搅拌器的不断使用，搅拌叶边棱不断磨损而形成圆弧过渡面，等搅拌力矩下搅拌器的旋转速度不断提高，进一步加剧了搅拌叶的磨损速度，从而影响了搅拌器不同使用阶段下的搅拌脱硫效果与实际生产操作控制，导致脱硫效率的下降与脱硫剂消耗的上升；同时，搅拌叶的不均匀磨损与搅拌器旋转速度的提高，影响了搅拌器的动平衡与静平衡，加剧了搅拌机械传动设备的损伤，给设备的安全稳定运行带来危害。在实际搅拌脱硫过程中，由于叶片夹角部位的滞流作用，致使大量的脱硫渣与铁水混合物在该区域聚集停留，并在高温条件下通过对耐火材料工作衬的侵蚀、渗透引起粘渣，且由于该区域空间狭小，导致清渣难度大，进而减少了搅拌叶的有效作用面积和搅拌强度，恶化了铁水搅拌脱硫的动力学条件。因而，搅拌器的破损主要集中在搅拌叶部位，最终因搅拌叶结构完整性的严重破损、搅拌强度的大幅度下降以及动平衡的失稳而终止搅拌器的使用。为此，从减缓搅拌器耐火材料工作衬的破损进程角度考虑，公告号为CN 2923725Y的中国专利《新型KR脱硫搅拌器》公开了一种搅拌叶金属芯棱角边为圆弧过渡面的搅拌头，降低了由于工作衬的耐火材料与金属芯材质热膨胀性能差异引起的内应力以及搅拌叶边棱部位的应力集中引起的破损。公告号为CN 201046975Y的中国专利《铁水脱硫搅拌头》公开了一种搅拌叶金属芯带风冷的搅拌器，降低了使用时搅拌叶金属芯的综合温度，缓解了搅拌叶金属芯与耐火材料工作衬的热膨胀，提高了搅拌叶的综合抗破损能力。此外，针对常规搅拌器小角度倾斜迎铁水面搅拌卷吸强度低的不足，从强化搅拌器搅拌强度的角度考虑，公告号为CN 201031236Y的中国专利《一种铁水脱硫搅拌头》公开了一种搅拌叶迎铁水面为前凹弧形面、背铁水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，通过异形结构的搅拌叶，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。但上述专利和常规使用的搅拌器均为四叶十字形布置方式，其搅拌叶之间的夹角为90°，仍不能解决搅拌叶片之间粘渣严重地问题，不利于搅拌脱硫动力学条件的改善。公开号为CN 101603111A的中国专利申请《一种铁水脱硫用搅拌器》公开了一种搅拌叶迎铁水面与背铁水面均为前倾斜面的三叶搅拌器，通过三叶片前倾结构，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，并使叶片之间的夹角增大到120°，降低了叶片之间的粘渣速度，方便了粘渣的清理，提高了搅拌强度的稳定性。另外，公告号为CN 201406443Y的中国专利《铁水脱硫搅拌器》公开了一种搅拌叶迎铁水面为前倾凸形弧面、背铁水面为竖直面或前倾面、轴向垂直截面为径向内缩的梯形面的三叶搅拌器，通过搅拌叶的异形结构设计，在前述中国专利申请《一种铁水脱硫用搅拌器》的基础上，进一步增大了搅拌叶之间的夹角，强化了搅拌器的剪切分散能力和搅拌脱硫动力学条件的改善效果。但是，上述三叶搅拌器专利中，搅拌叶沿旋转轴周向均匀布置，且搅拌叶金属芯的厚度对称面与旋转轴中心线处于同一平面，增大了搅拌阻力与搅拌动力消耗。由于受搅拌器重量与搅拌叶结构尺寸的限制，在直径有限的搅拌轴上周向均匀布置三片搅拌叶的条件下，搅拌叶之间的夹角、叶片迎铁水面前倾角度的进一步增大将难以实施，制约了增强搅拌器卷吸循环混合与剪切分散、延缓粘渣速度以及降低搅拌动力消耗的改善的效果。