本實(shí)用新型涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼前鐵水爐外機(jī)械攪拌脫硫的攪拌器，具體地指一種用于鐵水罐的改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件和葉片間粘渣現(xiàn)象的底部噴氣式鐵水脫硫攪拌器。

背景技術(shù)：

KR(Kambara Reactor)攪拌脫硫法是日本新日鐵于1963年開(kāi)始研究，1965年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種鐵水爐外脫硫技術(shù)，這種脫硫方法是以一個(gè)外襯耐火材料的十字形葉結(jié)構(gòu)攪拌器浸入鐵水罐內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)鐵水，使鐵水產(chǎn)生旋渦，經(jīng)過(guò)稱(chēng)量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，并被旋渦卷入鐵水中，與高溫鐵水混合、反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的。該脫硫方法具有脫硫效率高，脫硫劑消耗少，作業(yè)時(shí)間短，金屬耗損低以及耐火材料消耗低等特點(diǎn)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外有限的KR攪拌脫硫流動(dòng)狀態(tài)研究報(bào)道，KR攪拌脫硫流動(dòng)狀態(tài)分為攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)和該區(qū)以外的自由渦流區(qū)，強(qiáng)制渦流區(qū)由于沒(méi)有液體微元之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為不良混合區(qū)；而自由渦流區(qū)由于循環(huán)運(yùn)動(dòng)引起了液體微元之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，起到了混合分散的作用。在實(shí)際生產(chǎn)的高攪拌Re下，強(qiáng)制渦流區(qū)半徑與攪拌器葉輪半徑之比近似為0.7，攪拌葉有效攪拌面積僅為30％，因而，鐵水KR攪拌脫硫傳輸動(dòng)力學(xué)機(jī)制是局域卷吸混合、徑向剪切分散。由于強(qiáng)制渦流區(qū)的存在，卷入鐵水的脫硫劑(渣)在攪拌器中心的葉片夾角聚積，而常規(guī)KR攪拌器葉片夾角(90°)較小，引起攪拌器該區(qū)域耐火材料工作襯表面粘渣，不僅影響攪拌器重量、攪拌阻力，而且還將影響脫硫劑的攪拌卷吸循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，惡化攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件與脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同時(shí)，由于四葉片夾角空間狹小，清渣操作困難，往往清渣不徹底，導(dǎo)致葉片夾角部粘渣不斷沉積，耐火材料工作襯清渣機(jī)械損傷加劇，進(jìn)一步惡化了鐵水?dāng)嚢杳摿虻募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由此可見(jiàn)，如何擴(kuò)展攪拌自由渦流區(qū)、縮小強(qiáng)制渦流區(qū)的尺度，是進(jìn)一步改善攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件、降低攪拌器葉片粘渣、提高攪拌器使用壽命的有效途徑。

如何有效改善KR攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從攪拌器結(jié)構(gòu)方面開(kāi)展了系列研究工作，如：文獻(xiàn)“鐵水脫硫技術(shù)的改進(jìn)(摘譯)，太鋼譯文，1994，(1)，20-25.”報(bào)道，日本住友金屬鹿島制鐵所于上世紀(jì)90年代率先研究了攪拌器葉輪直徑和攪拌葉片形狀對(duì)脫硫動(dòng)力學(xué)條件的影響，提出了攪拌器葉輪擴(kuò)徑和葉片外凸弧形攪拌面的動(dòng)力學(xué)改進(jìn)措施，其中，異形攪拌葉片因?qū)嶋H使用中形狀維持困難而為推廣應(yīng)用，攪拌器葉輪擴(kuò)徑隨在國(guó)內(nèi)外一些鋼鐵企業(yè)得到應(yīng)用，但因鐵水液面上升高度、攪拌強(qiáng)度與振動(dòng)大，影響了鐵水罐的鐵水有效裝載量、攪拌器使用壽命，并因攪拌設(shè)備振動(dòng)大而危機(jī)安全生產(chǎn)。在攪拌器結(jié)構(gòu)方面，申請(qǐng)?zhí)枮?00910060770.4的中國(guó)專(zhuān)利“一種鐵水脫硫用攪拌器”公開(kāi)了一種攪拌葉迎鐵面與背鐵面均為前傾斜面的三葉攪拌器，通過(guò)三葉片前傾結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)攪拌卷吸空間與卷吸循環(huán)流量，達(dá)到改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件目的，并使葉片之間的夾角增大到120°，降低葉片之間粘渣速度，不僅方便了粘渣的清理，同時(shí)降低了粘渣對(duì)葉片攪拌葉片有效作用面積的影響，提高了攪拌強(qiáng)度的穩(wěn)定性。公開(kāi)號(hào)為CN201406443Y的中國(guó)專(zhuān)利“鐵水脫硫攪拌器”公開(kāi)了一種攪拌葉迎鐵面為前傾凸形弧面、背鐵面為豎直面或前傾面、軸向垂直截面為徑向內(nèi)縮的梯形面的三葉攪拌器，通過(guò)攪拌葉的異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增大了攪拌葉之間的夾角，強(qiáng)化了攪拌器的剪切分散能力和攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件的改善效果。

由此可見(jiàn)，上述攪拌器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要是通過(guò)強(qiáng)化攪拌自由渦流區(qū)的混合分散，達(dá)到改善鐵水機(jī)械攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件的效果，但上述改進(jìn)措施不能遏制攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)的形成與，也不能縮小強(qiáng)制渦流區(qū)的體積大小，制約了鐵水機(jī)械攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件的顯著改善作用。為此，公開(kāi)號(hào)為CN101492753A的專(zhuān)利“鐵水機(jī)械攪拌脫硫方法”公開(kāi)了一種鐵水罐偏心攪拌脫硫方法，通過(guò)攪拌器偏離鐵水罐中心的攪拌，引起攪拌漩渦中心偏離攪拌軸心，遏制了常規(guī)KR攪拌脫硫時(shí)攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)的形成，使漩渦吸入的脫硫劑偏離攪拌軸心非對(duì)稱(chēng)性卷入循環(huán)，并通過(guò)攪拌器葉片的沖擊實(shí)現(xiàn)卷入的脫硫劑在鐵水中的混合分散，從而有效地改善了鐵水機(jī)械攪拌脫硫動(dòng)力學(xué)條件，雖然在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的工業(yè)性試驗(yàn)效果，但由于偏心攪拌較大的偏心推力，促進(jìn)了鐵水罐車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)的磨損，增大了鐵水罐車(chē)的維護(hù)工質(zhì)量，給實(shí)際推廣應(yīng)用帶來(lái)困難。公開(kāi)號(hào)為CN102154533A的專(zhuān)利“鐵水機(jī)械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器”公開(kāi)了一種鐵水機(jī)械攪拌脫硫用噴氣式攪拌器，通過(guò)在攪拌葉之間設(shè)置噴氣通道，在攪拌器使用過(guò)程中將冷卻氣體從噴氣噴口噴入到攪拌中心漩渦，促使攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)內(nèi)脫硫劑與鐵水之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)內(nèi)脫硫劑在鐵水中的混合分散，提高該區(qū)域脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。同時(shí)，也可以遏制相鄰攪拌葉間脫硫渣的滯留粘結(jié)，減輕攪拌器粘渣清理維護(hù)量，但由于該攪拌器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工制作難度較大，目前未見(jiàn)到工業(yè)應(yīng)用報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種攪拌葉片間粘渣少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便的轉(zhuǎn)爐煉鋼前鐵水爐外底部噴氣式鐵水脫硫攪拌器，其顯著改善鐵水罐攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)脫硫劑混合分散狀況并提高該區(qū)域脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。

為上述目的，本實(shí)用新型提供的一種底部噴氣式鐵水脫硫攪拌器，包括攪拌軸，所述攪拌軸上部設(shè)置有連接法蘭，所述攪拌軸下部均勻設(shè)置有攪拌葉片，所述攪拌軸具有空心金屬管芯，所述空心金屬管芯外周整體澆筑有攪拌軸耐火工作襯，所述攪拌葉片具有連接在空心金屬管芯下部的葉片金屬芯，所述葉片金屬芯外層整體澆筑有葉片耐火工作襯，其特殊之處在于：所述空心金屬管芯內(nèi)部垂直穿插設(shè)置有風(fēng)冷管，所述風(fēng)冷管頂端向上延伸與連接法蘭相連，所述風(fēng)冷管底端向下延伸至葉片耐火工作襯底部，所述葉片耐火工作襯底部以風(fēng)冷管為連通中心呈水平徑向放射狀設(shè)置有噴氣通道，從而可使惰性氣體在鐵水?dāng)嚢柽^(guò)程中沿風(fēng)冷管底端進(jìn)入放射狀的噴氣通道，并向四周均勻噴出上浮到攪拌漩渦中心。

作為優(yōu)選方案，所述風(fēng)冷管外壁與空心金屬管芯內(nèi)壁之間形成有環(huán)狀回風(fēng)通道，所述風(fēng)冷管下端管壁上開(kāi)設(shè)有若干回風(fēng)通孔；所述空心金屬管芯下端面設(shè)置有保護(hù)套安裝座，所述保護(hù)套安裝座上面支撐有噴口保護(hù)套，所述噴口保護(hù)套套裝在回風(fēng)通孔下方的風(fēng)冷管管壁上；所述保護(hù)套安裝座的上表面與空心金屬管芯下端面密封緊貼配合。

進(jìn)一步地，所述噴氣通道的截面為矩形、半圓形或半橢圓形，其截面高度為環(huán)狀回風(fēng)通道環(huán)縫寬度的1.5～3倍；優(yōu)選地，所述噴氣通道的截面高度為環(huán)狀回風(fēng)通道環(huán)縫寬度的1.8～2.2倍。

作為優(yōu)選方案，所述攪拌葉片為三片或四片結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方案，所述空心金屬管芯和葉片金屬芯外周均勻焊接有V形錨固件。

作為優(yōu)選方案，所述噴氣通道的中心線與其相鄰的兩個(gè)葉片金屬芯的夾角中心線重合。

進(jìn)一步地，所述回風(fēng)通孔設(shè)置有四個(gè)，沿風(fēng)冷管周向均勻布置。

該機(jī)械攪拌脫硫攪拌器其它結(jié)構(gòu)與常規(guī)KR脫硫攪拌器相同，在此不再贅述。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型通過(guò)在攪拌器攪拌軸及相鄰攪拌葉片間夾角區(qū)域底部設(shè)置噴氣通道，在鐵水機(jī)械攪拌脫硫過(guò)程中，使惰性氣體從攪拌軸的風(fēng)冷管進(jìn)入，在風(fēng)冷管底部分為兩路，一路通過(guò)回風(fēng)通孔進(jìn)入環(huán)狀回風(fēng)通道并向上浮動(dòng)冷卻攪拌軸，另一路沿風(fēng)冷管底部噴出，并在噴氣通道的作用下從攪拌器葉片夾角底部噴出上浮到攪拌中心漩渦，促使攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)內(nèi)脫硫劑與鐵水之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)內(nèi)脫硫劑在鐵水中的混合分散，達(dá)到改善攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)脫硫劑混合分散與提高該區(qū)域脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件的目的；同時(shí)，上浮氣體噴吹作用下，干擾攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)的剛性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，遏制攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)的形成與擴(kuò)張，從而縮小攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)形成體積，擴(kuò)展流體微元相對(duì)運(yùn)動(dòng)劇烈的自由渦流區(qū)容積，遏制攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)對(duì)鐵水?dāng)嚢杳摿騽?dòng)力學(xué)條件的不利影響；此外，攪拌中心強(qiáng)制渦流區(qū)內(nèi)流體微元的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，遏制相鄰攪拌葉間脫硫渣的滯留粘結(jié)，提高攪拌葉的有效作用面積，減輕了攪拌器粘渣清理維護(hù)量以及由此帶來(lái)的攪拌器機(jī)械損傷。通過(guò)上述措施，達(dá)到攪拌葉片間粘渣少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、顯著改善鐵水機(jī)械攪拌脫硫的動(dòng)力學(xué)條件的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的底部噴氣式鐵水脫硫攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1～3中，攪拌軸1(其中：空心金屬管芯1.1、攪拌軸耐火工作襯1.2)；攪拌葉片2(其中：葉片金屬芯2.1、葉片耐火工作襯2.2)；噴氣通道3(其中：環(huán)狀回風(fēng)通道3.1、環(huán)形安裝座3.2、石墨噴口3.3)；連接法蘭4、風(fēng)冷管5(其中：徑向通孔5.1)。

具體實(shí)施方式

為了更好地解釋本實(shí)用新型，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的主要內(nèi)容，但本實(shí)用新型的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1～3所示的底部噴氣式鐵水脫硫攪拌器，包括攪拌軸1，攪拌軸1上部設(shè)置有連接法蘭4，攪拌軸1下部均勻設(shè)置有攪拌葉片2，攪拌葉片2為四片結(jié)構(gòu)，攪拌軸1具有空心金屬管芯1.1，攪拌葉片2具有連接在空心金屬管芯1.1下部的葉片金屬芯2.1，空心金屬管芯1.1和葉片金屬芯2.1外周均勻焊接有V形錨固件；空心金屬管芯1.1外周整體澆筑有攪拌軸耐火工作襯1.2，葉片金屬芯2.1外層整體澆筑有葉片耐火工作襯2.2，空心金屬管芯1.1內(nèi)部垂直穿插設(shè)置有風(fēng)冷管5，風(fēng)冷管5頂端向上延伸與連接法蘭4相連，風(fēng)冷管5底端向下延伸至葉片耐火工作襯2.2底部，葉片耐火工作襯2.2底部以風(fēng)冷管5為連通中心呈水平徑向放射狀設(shè)置有噴氣通道3，從而可使惰性氣體在鐵水?dāng)嚢柽^(guò)程中沿風(fēng)冷管5底端進(jìn)入放射狀的噴氣通道3，并向四周均勻噴出上浮到攪拌漩渦中心。

風(fēng)冷管5外壁與空心金屬管芯1.1內(nèi)壁之間形成有環(huán)狀回風(fēng)通道3.1，風(fēng)冷管5下端管壁上開(kāi)設(shè)有若干回風(fēng)通孔5.1；空心金屬管芯1.1下端面設(shè)置有保護(hù)套安裝座3.2，保護(hù)套安裝座3.2上面支撐有噴口保護(hù)套3.3，噴口保護(hù)套3.3套裝在回風(fēng)通孔5.1下方的風(fēng)冷管5管壁上；保護(hù)套安裝座3.2的上表面與空心金屬管芯1.1下端面密封緊貼配合。噴口保護(hù)套3.3可以防止風(fēng)冷管5底部熔損和風(fēng)冷管5底部噴口堵塞，并方便風(fēng)冷管的更換。

本實(shí)施例中，噴氣通道3的截面為矩形，其截面高度為環(huán)狀回風(fēng)通道3.1環(huán)縫寬度的2.2倍。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1攪拌器的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于：

攪拌軸1下端外表面設(shè)置的攪拌葉片2三片結(jié)構(gòu)，繞旋轉(zhuǎn)軸周向均勻設(shè)置。噴氣通道3的截面為半圓形，其截面高度為環(huán)狀回風(fēng)通道寬度的2倍。

其它未詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做出了詳盡的描述，但它僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。