[发明专利]铁水KR脱硫搅拌器设计方法

摘要

本发明公开了一种铁水KR脱硫搅拌器设计方法，该方法首先根据铁水罐的平均直径D与额定最大铁水装载量，计算获得的铁水罐铁水深度；计算得到新搅拌器的叶轮直径和叶片有效高度b，再计算的新搅拌器结构参数；根据即将下线的搅拌器的最大允许转速和新搅拌器的搅拌转速，确定搅拌装置的搅拌转速调控范围；并校核与修正定铁水罐的最大装载量；根据新搅拌器相关参数计算新搅拌器的理论搅拌功率和选型确定；对新搅拌器的结构尺寸进行经验修正。本发明通过不同叶片结构与叶片数量的搅拌器水模试验与工业应用数据的统计分析，确定了叶片数量与叶片结构的经验修正方法，保证了不同结构搅拌器最佳的搅拌混合分散效果与KR脱硫反应动力学条件。

主权项

1.一种铁水KR脱硫搅拌器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)根据铁水罐的平均直径D与额定最大铁水装载量W，计算获得的铁水罐铁水深度H；2)搅拌器结构参数关联关系经验设定a.对于新上线的新搅拌器的经验设定如下：(1)搅拌器插入深度Z为：Z＝(0.45～0.5)×H；(2)叶片有效高度b为：b＝(0.625～0.700)×d，d为新搅拌器叶轮直径；b.对于即将下线的搅拌器，经验设定如下：(1)对于即将下线搅拌器，搅拌转速达到搅拌设备的最高设计允许转速，为N₁(2)即将下线搅拌器叶轮直径d₁＝d‑2E₁；(3)即将下线搅拌器叶片有效高度b₁＝b‑2E₂；(4)即将下线搅拌器实际插入深度Z₁＝Z‑E₂；其中，E₁为搅拌器径向允许磨损厚度；E₂为搅拌器叶片顶部与底部轴向允许磨损厚度；3)即将下线的搅拌器结构参数计算：a.当即将下线的搅拌器漩涡深度△H₁₁＝Z₁、搅拌转速等于搅拌设备的最高设计允许转速N₁，搅拌器叶片数量n_p＝3或4时；采用下述公式(1)计算，得到即将下线搅拌器的叶片有效高度b₁和叶轮直径d₁；b.将上述即将下线的搅拌器的搅拌转速N₁和步骤a)中得到即将下线搅拌器的叶片有效高度b₁和叶轮直径d₁代入下述公式(2)中，即得到此时，即将下线的搅拌器的搅拌漩涡上涨高度△H₂₁；c.根据步骤a)中得到即将下线搅拌器的叶片有效高度b₁和叶轮直径d₁以及最大允许磨损量的设定值，即为E₁和E₂，计算得到新搅拌器的叶轮直径d，即d＝d₁+2E₁和叶片有效高度b，即b＝b₁+2E₂；式中：△H₁₁为即将下线的搅拌器漩涡深度(m)，△H₂₁为即将下线的搅拌器漩涡上涨高度(m)，D为铁水罐的平均直径(m)，N₁为搅拌器允许的最高转速(rpm)，b₁为即将下线搅拌器的叶片高度(m)，d₁为即将下线搅拌器的叶轮直径(m)，y₁为刚性回转体和容器半径之比，r_c1刚性回转体半径(m)，Re₁为雷诺数，g为重力加速度(m/s²)，μ为液体粘度(Pa·s)，n_p为叶片个数，n_p为3个或4个，ρ为液体密度(kg/m³)；4)上线使用前的新搅拌器结构参数计算：a.根据步骤3)计算得到的新搅拌器的叶轮直径d和叶片有效高度b，设定新搅拌器的搅拌漩涡深度△H₁₂＝Z＝(0.45～0.5)×H，采用下述公式(3)，分别计算得到n_p＝3或4的新搅拌器的搅拌转速N₂，b.将步骤a)中得到新搅拌器的搅拌转速N₂、新搅拌器的叶轮直径d和叶片有效高度b代入公式(4)中，得到此时的新搅拌器的搅拌漩涡上涨高度△H₂₂；式中：△H₁₂为新搅拌器的漩涡深度(m)，△H₂₂为新搅拌器的漩涡上涨高度(m)，D为铁水罐的平均直径(m)，N₂为新搅拌器的搅拌器转速(rpm)，b为新搅拌器的搅拌器叶片高度(m)，d为新搅拌器的叶轮直径(m)，y₂为刚性回转体和容器半径之比，r_c2刚性回转体半径(m)，Re₂雷诺数，g为重力加速度(m/s²)，μ为液体粘度(Pa·s)，n_p为叶片个数，n_p为3个或4个，ρ为液体密度(kg/m³)；5)根据即将下线的搅拌器的最大允许转速N₁和步骤4)计算确定的新搅拌器的搅拌转速N₂，确定搅拌装置的搅拌转速调控范围为N₂～N₁；由于新搅拌器的搅拌漩涡深度△H₁₂大于即将下线搅拌器的搅拌漩涡深度△H₁₁，相应的新搅拌旋涡上涨高度△H₂₂也大于即将下线搅拌器的搅拌漩涡深度△H₂₁，故新搅拌器的搅拌旋涡上涨高度△H₂₂为铁水罐最低自由空间高度，校核与修正定铁水罐的最大装载量W；6)由于新搅拌器搅拌漩涡深度△H₁₂大于即将下线搅拌器的搅拌漩涡深度△H₁₁，新搅拌器的搅拌功率大于即将下线搅拌器的搅拌功率，故根据步骤1)中，铁水罐的平均直径D、额定最大铁水装载量W、铁水深度H，步骤4)中计算确定的新搅拌器相关参数，采用搅拌器理论搅拌功率计算公式(5)，计算新搅拌器的理论搅拌功率P，再采用计算公式(6)对理论搅拌功率P进行经验修正获得设计功率P_A，据此进行搅拌电机的选型确定；搅拌器理论搅拌功率计算公式：设计功率计算公式：P_A＝P×K........................(6)式中：P为理论搅拌机功率(W)，N_p为新搅拌器的功率准数(量纲为1)，ρ为铁水密度(kg/m³)，N₂为新搅拌器的搅拌转速(rpm)，d为新搅拌器的叶轮直径(m)，P_A为设计功率，K为经验修正系数；其中，N_p功率准数可根据搅拌器类型查阅搅拌设备设计手册获得，K为经验修正系数是考虑搅拌温度、物料加入状况、化学反应情况、机械传动效率等的影响；7)对于不同叶片结构与数量的新搅拌器，对新搅拌器的结构尺寸进行经验修正。