[发明专利]铁水自脉冲全域混合长寿命搅拌器

说明书

本发明公开了一种铁水自脉冲全域混合长寿命搅拌器，包括搅拌轴、上层搅拌叶及下层搅拌叶，上层搅拌叶的个数与下层搅拌叶的个数相同，且上层搅拌叶与下层搅拌叶呈交替间隔均匀分布；每个上层搅拌叶为与搅拌旋转方向同向旋转的正向螺旋叶片，每个下层搅拌叶为与搅拌旋转方向反向旋转的反向螺旋叶片。通过上下层正反螺旋搅拌叶错层交叉均匀间隔分布结果形式与搅拌叶结构参数的优化，实现了脱硫剂与全域铁水间的脉冲剪切混合分散，显著改善脱硫反应动力学条件，避免上层搅拌叶底面和下层搅拌叶顶面高速径向排出射流的剪切磨损，大幅度延长搅拌器服役寿命，达到全域铁水与脱硫剂的快速混合接触、铁水KR搅拌脱硫的高效、低成本、稳定生产综合目的。

技术领域

本发明涉及铁水预处理技术领域，具体涉及一种铁水自脉冲全域混合长寿命搅拌器。

背景技术

铁水KR机械搅拌脱硫工艺通过浸入铁水中的矩形或倒直角梯形叶片单层十字交叉布置搅拌器的旋转搅拌，使投加在铁水液面的脱硫剂循环卷入铁水，实现脱硫剂在铁水中的持续分散和界面脱硫反应，因而，具有优良的脱硫反应动力学条件，并成为铁水深脱硫的首选工艺。

根据铁水KR机械搅拌脱硫流体动力学研究资料报道，从KR搅拌混合宏观行为来看，在搅拌器高速旋转的过程中，由于搅拌离心力的作用，推动流体质点径向外流，在铁水罐壁的阻挡作用下，搅拌中心铁水液面下凹、外侧铁水液面涌起，形成搅拌旋涡和卷吸负压，铁水液面脱硫剂在旋涡负压的卷吸作用下，卷入铁水进行脱硫反应，并随着搅拌离心力形成的径向射流排出搅拌叶，径向射流在铁水罐壁面的阻挡作用下，分化成沿罐壁向上与向下两股流，并进一步流向搅拌中心，产生上下两个循环流，由于受底部罐壁的阻碍迟滞作用，上循环流动强度远大于下循环流；由于受铁水浮升力的作用，密度轻的脱硫剂主要跟随上循环流运动，而下循环流区域中的脱硫剂分布较少。因而铁水KR搅拌脱硫反应主要发生在上循环流动区域，铁水罐下部铁水只能通过低强度的下循环流对流与传质进行脱硫反应，导致下部铁水脱硫不充分、深脱硫的稳定性差、脱硫时间长、脱硫剂消耗高等不足；此外，随着搅拌器服役历程的持续，搅拌器叶片耐火材料衬的磨损、侵蚀与剥落不断加剧，搅拌转速上升、搅拌功率下降，导致铁水罐内搅拌流场速度不断降低、上下循环流区域不断缩小、脱硫反应速度与罐内铁水脱硫均匀性显著下降，造成铁水脱硫时间延长、脱硫剂消耗上升、搅拌器寿命缩短等，甚至引起铁水二次脱硫和无法达到铁水深脱硫要求。

根据上述铁水KR机械搅拌脱硫搅拌流场分布与脱硫剂混合分散行为可见，扩展铁水机械搅拌脱硫的上下循环流区域大小、提高循环流动速度，是提高脱硫剂搅拌混合分散效果、改善铁水脱硫反应动力学条件的重要手段，提高搅拌器抗损毁能力则是提高铁水深脱硫稳定性、改善铁水KR搅拌脱硫技术经济指标的重要途径。

基于铁水KR机械搅拌脱硫反应动力学条件的改善需求，中国专利“欧阳德刚、李明晖、李华、刘洋，铁水全域搅拌脱硫搅拌器及其使用方法，授权公告号CN 108546795 B”公开了一种上下两层正反螺旋叶片结构的全域混合搅拌器及其使用方法；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，通过上层正螺旋叶片的设计，强化了脱硫剂的搅拌卷吸混合循环量，提高脱硫剂有效卷入量，通过下层反螺旋叶片的结构设计，提高搅拌下循环流强度与循环区域，改善下循环区反应动力学条件，通过上下循环流在双层叶片间的排出与冲击混合，强化脱硫剂的分散均匀性，避免脱硫剂团聚，实现下循环区铁水与上循环区卷入脱硫剂的高效混合，达到罐内全部铁水与脱硫剂的充分混合与接触反应目的。虽然上述专利为铁水KR搅拌脱硫的高效混合提供了可靠的技术途径，并在实际生产中取得了提高铁水深脱硫稳定性、降低脱硫剂与搅拌电力消耗、缩短搅拌时间等综合效果，得到了用户的抑制肯定，但也存在搅拌器结构复杂、成本高、制作困难的不足；此外，由于下循环流区域与流场速度的大幅增大以及搅拌叶片铁水接触面数量与面积的显著增加，加剧了搅拌器叶片磨损与侵蚀，制约了搅拌器寿命的延长。