CN106399621B - 用于机械搅拌脱硫的搅拌器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机械搅拌脱硫的搅拌器，它包括搅拌轴和设置在在搅拌轴上方的连接法兰，搅拌轴下端依次设置有搅拌叶片和稳定器，搅拌轴、搅拌叶片和稳定器的内层均为空心金属管芯，空心金属管芯顶端与连接法兰连接，空心金属管芯下端内壁上设置有金属堵头，空心金属管芯内部***有风冷管，风冷管顶端与连接法兰连接，风冷管下端管口与金属堵头形成出风口。本发明降低了搅拌器底部中心以下的铁水旋转涡流强度、延缓了搅拌器破损进程、改善了搅拌器综合使用性能，可有效缓解大型搅拌器使用寿命短的不足，达到延长搅拌器使用寿命、降低搅拌器消耗、改善大型铁水KR搅拌脱硫技术经济直销等综合目的。

Description

用于机械搅拌脱硫的搅拌器

技术领域

本发明涉及搅拌器，具体地指一种转炉炼钢前铁水炉外用于机械搅拌脱硫的搅拌器。

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结构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。

搅拌器是KR脱硫装置中的重要部件，也是脱硫剂在铁水中搅拌混合分散的唯一动力来源，因而搅拌器的损毁进程与使用寿命将直接影响到搅拌混合特性、铁水脱硫效能与脱硫技术经济指标的改善。随着KR脱硫搅拌器结构的不断优化，搅拌器制备技术、制作材料与制备工艺、在线维护技术的不断发展，搅拌器使用寿命成倍延长，例如：文献“欧阳德刚、刘守堂、李具中，KR脱硫搅拌器长寿命综合技术的研究与应用，炼钢，2009，No6”报道，100吨铁水罐KR脱硫搅拌器使用寿命由早期的平均不到100炉/支提高到730炉/支。然而，实际生产中，随着铁水KR搅拌装置的大型化，搅拌器使用寿命急剧下降，其破损状况也由搅拌器叶片裂纹剥落与磨损演变为搅拌器底部磨损与剥落，尤其是搅拌叶片底部外侧，损毁尤为严重，最终因搅拌叶片金属芯底部或搅拌轴金属芯底部烧蚀而终止使用。针对铁水KR搅拌装置大型化带来的搅拌器使用寿命急剧下降的问题，国内外学者开展了一些有益的研究工作，如：文献“铁水脱硫技术的改进(摘译),太钢译文，1994,(1),20-25.”报道了日本住友金属鹿岛制铁所于上世纪90年代率先研究了搅拌器叶轮直径和搅拌叶形状对机械搅拌脱硫流体动力学条件的影响，提出了搅拌器叶轮扩径和叶外凸弧形搅拌面的动力学改进措施，其中，异形搅拌叶因实际使用中形状维持困难而未推广应用，搅拌器叶轮扩径随在国内外一些钢铁企业得到应用，但因铁水液面上升高度、搅拌强度与振动大，影响了铁水罐的铁水有效装载量，加剧了搅拌器叶片的冲刷磨损，并因搅拌设备振动大而危机安全生产。申请号为200810048900.8的中国发明专利公开了一种铁水脱硫搅拌头，其为一种搅拌叶片边角为圆弧过渡面的新型搅拌器，通过搅拌叶片边角圆弧过渡面结构设计，强化搅拌叶片的抗铁水冲刷磨损能力；申请号为200910060770.4的中国发明专利“一种铁水脱硫用搅拌器，在上述专利的基础上，公开了一种三叶片搅拌器，并进一步优化了搅拌叶片结构，扩展相邻搅拌叶片间夹角与空间，达到降低叶片间粘渣、降低粘渣清理机械损伤、延长搅拌器使用寿命的目的。上述专利技术在实际生产中取得了延长大型搅拌器使用寿命的一定效果，但主要关注搅拌器的搅拌叶片自身的抗破损能力，未能关注大型搅拌器底部平面中心铁水旋转涡流的影响，尤其是搅拌器底部平面中心铁水旋转涡流随搅拌器摆动快速飘动导致的搅拌器底部中心平面的磨损及其与搅拌铁水搅拌旋转周向流动的叠加对搅拌叶片底部平面磨损的加剧问题，遏制了大型搅拌器使用寿命的进一步延长。由此可见，由于搅拌器破损仍表现为搅拌叶片部位的破损，只是搅拌叶片破损部位发生了变化，搅拌器底部磨损大多体现在搅拌叶片底部的损毁加剧，或偶尔出现搅拌器底部先于搅拌叶片，因而目前国内外学者广泛关注的是搅拌叶片结构及其布置方式对搅拌器使用寿命的影响，对设备大型化后出现了搅拌器底部损毁问题未能给予足够的重视，也未开展相关的研究工作，更未见到相关专利与技术文献的资料报道。为此，关于如何遏制大型搅拌器底部损毁问题有必要开展***的研究。

发明内容

本发明的目的是提供了一种结构简单、制作方便、搅拌器底部抗破损能力强、使用寿命长的转炉炼钢前铁水炉外用于机械搅拌脱硫的搅拌器，其解决了铁水KR机械搅拌装置大型化后存在的搅拌器使用寿命急剧下降的问题。

为上述目的，本发明提供的一种用于机械搅拌脱硫的搅拌器，它包括搅拌轴和设置在在搅拌轴上方的连接法兰，所述搅拌轴下端依次设置有搅拌叶片和稳定器，所述搅拌轴、搅拌叶片和稳定器的内层均为空心金属管芯，所述空心金属管芯顶端与连接法兰连接，所述空心金属管芯下端内壁上设置有金属堵头，所述空心金属管芯内部***有风冷管，所述风冷管顶端与连接法兰连接，所述风冷管下端管口与金属堵头形成出风口，所述风冷管、金属堵头和空心金属管芯形成冷却空腔，所述搅拌叶片处的金属管芯外壁上设置有搅拌叶片金属芯，所述空心金属管芯、搅拌叶片金属芯和金属堵头外部面水平均匀焊接有V形锚固件，所述搅拌轴、搅拌叶片和稳定器最外层整体浇筑有耐火材料工作衬。

进一步地，所述稳流器为旋转体结构，所述稳流器直径沿稳流器轴向向下逐渐减小或不变，稳流器底部为平面或球冠面结构。

再进一步地，所述搅拌叶片处的耐火材料工作衬径向长度和搅拌叶片金属芯径向长度沿搅拌轴轴向向下逐渐减小；所述搅拌叶片处的耐火材料工作衬外侧面为斜面或弧形面，所述搅拌叶片处的耐火材料工作衬外侧面与搅拌叶片的耐火材料衬水平底面相交或与稳流器侧面相交；

再进一步地，所述搅拌叶片金属芯外侧面为对应的斜面或弧形面，所述搅拌叶片金属芯外侧面与搅拌叶片金属芯水平底面相交或与稳流器处的空心金属管芯侧面相交。

再进一步地，所述搅拌叶片数量为2～4片。

上述搅拌叶片迎铁面面积与常规KR搅拌器搅拌叶片迎铁面面积相同。

其它与常规KR脱硫搅拌器相同。

本发明的有益效果在于：

本发明针对铁水KR机械搅拌装置大型化后存在的搅拌器使用寿命急剧下降的问题，进行了设备大型化后搅拌器的损毁原因进行了分析。分析认为，由于搅拌设备加工精度的波动、控制过程的信号干扰以及搅拌器破损等难以避免，引起搅拌设备振动、搅拌工作阐述不稳定、搅拌器旋转动平衡的偏离等，从而使搅拌器旋转过程中出现摆动、振动，尤其是大型铁水KR搅拌脱硫***，由于铁水罐尺寸与额定装载量大，相应的搅拌器尺寸、搅拌功率也大，搅拌器相同旋转速度条件下搅拌叶片线速度大幅提高，搅拌叶片承受的铁水压力与铁水冲刷磨损增大，搅拌器底部中心以下的铁水旋转涡流增强，加剧了搅拌叶片与搅拌器底部的铁水冲刷磨损以及搅拌叶片间的不均匀破损，促进了搅拌器的旋转动平衡偏离、旋转摆动与机械振动，进一步恶化了搅拌器的工作条件，同时，搅拌器底部中心以下的铁水旋转涡流跟随搅拌器的摆动与振动而快速飘动，导致旋转涡流中心在搅拌器底部漂移，促进了搅拌器底部中心铁水的旋转涡流冲刷磨损，尤其是搅拌叶片底部外侧区域，承受铁水搅拌旋转周向流与搅拌器底部漂移旋转涡流的叠加作用，铁水冲刷磨损尤其严重，因而大型化搅拌器叶片损毁主要集中在搅拌叶片的底部区域，并时常出现严重的搅拌器底部破损严重，最终导致搅拌器使用寿命随着铁水搅拌脱硫设备的大型化而急剧下降。

本发明基于上述铁水KR搅拌脱硫设备大型化后引起的搅拌器使用寿命急剧下降的原因分析，通过稳流器的设置，遏制搅拌器底部中心以下铁水旋转涡流跟随搅拌器摆动的漂移，降低搅拌器底部中心以下的铁水旋转涡流强度，遏制搅拌器底部中心以下的铁水旋转涡流对搅拌器底部的冲刷磨损；通过稳流器的旋转体结构以及旋转体直径沿稳流器轴向向下逐渐减小或不变、稳流器底部为平面或球冠面结构设计，使搅拌器底部的铁水旋转涡流磨损转变为稳流器的冲刷磨损，避免了搅拌器底部磨损对搅拌器使用寿命的不利影响。通过搅拌叶片外侧面沿搅拌轴轴向向下逐渐向内倾斜以及搅拌叶片外侧面与搅拌叶片水平底面相交或与稳流器旋转体侧面相交的结构设计，缩小了搅拌叶片底部直径，降低了搅拌叶片底部的旋转线速度，减缓了铁水冲刷磨损进程。通过底部开设有出风口的搅拌器风冷管***由稳流器金属芯、搅拌轴金属芯和金属堵头构成的冷却空腔底部的措施，实现对稳流器金属芯、搅拌轴金属芯和金属堵头进行整体风冷，提高了搅拌器工作条件下稳流器金属芯、搅拌轴金属芯和金属堵头的强度与刚度，降低了稳流器金属芯、搅拌轴金属芯和金属堵头表面结合的耐火材料衬平均工作温度，增强了搅拌器各部位耐火材料衬的抗高温破损综合能力。通过搅拌叶片迎铁面面积与常规KR搅拌器搅拌叶片迎铁面面积相同，保证与提高搅拌器的搅拌强度，稳定与改善搅拌器的搅拌混合特性与铁水脱硫效率。

由此可见，本发明的机械搅拌脱硫用新型搅拌器，通过上述技术措施，降低了搅拌器底部中心以下的铁水旋转涡流强度、延缓了搅拌器破损进程、改善了搅拌器综合使用性能，可有效缓解大型搅拌器使用寿命短的不足，达到延长搅拌器使用寿命、降低搅拌器消耗、改善大型铁水KR搅拌脱硫技术经济直销等综合目的。

附图说明

图1为本发明的底部为平面结构的稳流器结构的用于机械搅拌脱硫的搅拌器的B-B剖面图；

图2为本发明的耐火材料工作衬外侧面为斜面的用于机械搅拌脱硫的搅拌器的B-B剖面图；

图3为本发明的底部为球冠面结构的用于机械搅拌脱硫的搅拌器的B-B剖面图；

图4为四片搅拌叶片的机械搅拌脱硫用新型搅拌器的A-A剖面图；

图5为三片搅拌叶片的机械搅拌脱硫用新型搅拌器的A-A剖面图；

图6为两片搅拌叶片的机械搅拌脱硫用新型搅拌器的A-A剖面图；

图中，搅拌轴1、连接法兰2、搅拌叶片3、搅拌叶片金属芯3.1、迎铁面3.2、稳定器4、金属堵头4.1、出风口4.2、空心金属管芯5、风冷管6、冷却空腔7、V形锚固件8、耐火材料工作衬9。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

如图1、4～6所示：一种用于机械搅拌脱硫的搅拌器，它包括搅拌轴1和设置在在搅拌轴1上方的连接法兰2，搅拌轴1下端依次设置有2～4片搅拌叶片3和稳定器4，稳流器4为旋转体结构，稳流器4直径沿稳流器轴向向下不变，稳流器4底部为平面结构。

搅拌轴1、搅拌叶片3和稳定器4的内层均为空心金属管芯5，空心金属管芯5顶端与连接法兰2连接，空心金属管芯5下端内壁上焊接有金属堵头4.1，空心金属管芯5内部***有风冷管6，风冷管6顶端与连接法兰2连接，风冷管6下端管口与金属堵头4.1形成出风口4.2，风冷管6、金属堵头4.1和空心金属管芯5形成冷却空腔7，对稳流器金属芯3.1、搅拌轴金属芯1.1和金属堵头3.3进行风冷；

搅拌叶片3处的金属管芯5外壁上设置有搅拌叶片金属芯3.1，空心金属管芯5、搅拌叶片金属芯3.1和金属堵头4.1外部面水平均匀焊接有V形锚固件8，搅拌轴1、搅拌叶片3和稳定器4最外层整体浇筑有耐火材料工作衬9。

搅拌叶片3处的耐火材料工作衬9径向长度和搅拌叶片3的金属芯径向长度沿搅拌轴轴向向下逐渐减小；搅拌叶片3处的耐火材料工作衬9外侧面为弧形面，搅拌叶片3处的耐火材料工作衬9外侧面与搅拌叶片3的耐火材料衬9水平底面相交或与稳流器4侧面相交；

搅拌叶片金属芯3.1外侧面为对应的弧形面，搅拌叶片金属芯3.1外侧面与与稳流器处的空心金属管芯侧面相交。

的搅拌叶片迎铁面3.2面积与常规KR脱硫搅拌器搅拌叶片的迎铁面面积相同。其它与常规KR脱硫搅拌器相同。

实施例2

如图2、4～6所示：本实施例与实施例1搅拌器的结构基本相同，不同之处在于：

稳流器4直径沿稳流器轴向向下逐渐减小，稳流器底部为平面；搅拌叶片处的耐火材料工作衬9外侧面为斜面。搅拌叶片金属芯3.1外侧面为对应的斜面。

实施例3

如图3～6所示：本实施例与实施例1搅拌器的结构基本相同，不同之处在于：

稳流器4直径沿稳流器轴向向下逐渐减小，稳流器4底部为球冠面结构。

搅拌叶片3的耐火材料衬9外侧面与搅拌叶片3的耐火材料衬9水平底面相交，搅拌叶片金属芯3.1外侧面与搅拌叶片金属芯3.1水平底面相交。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (2)

1.一种用于机械搅拌脱硫的搅拌器，它包括搅拌轴(1)和设置在在搅拌轴(1)上方的连接法兰(2)，其特征在于：所述搅拌轴(1)下端依次设置有搅拌叶片(3)和稳定器(4)，所述搅拌轴(1)、搅拌叶片(3)和稳定器(4)的内层均为空心金属管芯(5)，所述空心金属管芯(5)顶端与连接法兰(2)连接，所述空心金属管芯(5)下端内壁上设置有金属堵头(4.1)，所述空心金属管芯(5)内部***有风冷管(6)，所述风冷管(6)顶端与连接法兰(2)连接，所述风冷管(6)下端管口与金属堵头(4.1)形成出风口(4.2)，所述风冷管(6)、金属堵头(4.1)和空心金属管芯(5)形成冷却空腔(7)，所述搅拌叶片(3)处的金属管芯(5)外壁上设置有搅拌叶片金属芯(3.1)，所述空心金属管芯(5)、搅拌叶片金属芯(3.1)和金属堵头(4.1)外部面水平均匀焊接有V形锚固件(8)，所述搅拌轴(1)、搅拌叶片(3)和稳定器(4)最外层整体浇筑有耐火材料工作衬(9)；所述稳定 器(4)为旋转体结构，所述稳定 器(4)直径沿稳定 器轴向向下逐渐减小或不变，稳定 器底(4)部为平面或球冠面结构；所述搅拌叶片(3)处的耐火材料工作衬(9)径向长度和搅拌叶片金属芯径向长度沿搅拌轴轴向向下逐渐减小；所述搅拌叶片处的耐火材料工作衬(9)外侧面为斜面或弧形面，所述搅拌叶片(3)处的耐火材料工作衬(9)外侧面与搅拌叶片(3)的耐火材料工作 衬(9)水平底面相交或与稳定 器(4)侧面相交；

所述搅拌叶片金属芯(3.1)外侧面为对应的斜面或弧形面，所述搅拌叶片金属芯(3.1)外侧面与搅拌叶片金属芯(3.1)水平底面相交或与稳定 器(4)处的空心金属管芯(5)侧面相交。

2.根据权利要求1所述用于机械搅拌脱硫的搅拌器，其特征在于：所述搅拌叶片(3)数量为2～4片。