底部喷气式铁水脱硫搅拌器的制作方法

本实用新型涉及转炉炼钢前铁水炉外机械搅拌脱硫的搅拌器，具体地指一种用于铁水罐的改善脱硫动力学条件和叶片间粘渣现象的底部喷气式铁水脱硫搅拌器。

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。

根据国内外有限的KR搅拌脱硫流动状态研究报道，KR搅拌脱硫流动状态分为搅拌中心强制涡流区和该区以外的自由涡流区，强制涡流区由于没有液体微元之间的相对运动，为不良混合区；而自由涡流区由于循环运动引起了液体微元之间的相对运动，起到了混合分散的作用。在实际生产的高搅拌Re下，强制涡流区半径与搅拌器叶轮半径之比近似为0.7，搅拌叶有效搅拌面积仅为30％，因而，铁水KR搅拌脱硫传输动力学机制是局域卷吸混合、径向剪切分散。由于强制涡流区的存在，卷入铁水的脱硫剂(渣)在搅拌器中心的叶片夹角聚积，而常规KR搅拌器叶片夹角(90°)较小，引起搅拌器该区域耐火材料工作衬表面粘渣，不仅影响搅拌器重量、搅拌阻力，而且还将影响脱硫剂的搅拌卷吸循环流动状态，恶化搅拌脱硫动力学条件与脱硫技术经济指标，同时，由于四叶片夹角空间狭小，清渣操作困难，往往清渣不彻底，导致叶片夹角部粘渣不断沉积，耐火材料工作衬清渣机械损伤加剧，进一步恶化了铁水搅拌脱硫的技术经济指标。由此可见，如何扩展搅拌自由涡流区、缩小强制涡流区的尺度，是进一步改善搅拌脱硫动力学条件、降低搅拌器叶片粘渣、提高搅拌器使用寿命的有效途径。

如何有效改善KR搅拌脱硫动力学条件，国内外学者从搅拌器结构方面开展了系列研究工作，如：文献“铁水脱硫技术的改进(摘译)，太钢译文，1994，(1)，20-25.”报道，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片形状对脱硫动力学条件的影响，提出了搅拌器叶轮扩径和叶片外凸弧形搅拌面的动力学改进措施，其中，异形搅拌叶片因实际使用中形状维持困难而为推广应用，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、搅拌器使用寿命，并因搅拌设备振动大而危机安全生产。在搅拌器结构方面，申请号为200910060770.4的中国专利“一种铁水脱硫用搅拌器”公开了一种搅拌叶迎铁面与背铁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°，降低叶片之间粘渣速度，不仅方便了粘渣的清理，同时降低了粘渣对叶片搅拌叶片有效作用面积的影响，提高了搅拌强度的稳定性。公开号为CN201406443Y的中国专利“铁水脱硫搅拌器”公开了一种搅拌叶迎铁面为前倾凸形弧面、背铁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，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。

由此可见，上述搅拌器结构的改进，主要是通过强化搅拌自由涡流区的混合分散，达到改善铁水机械搅拌脱硫动力学条件的效果，但上述改进措施不能遏制搅拌中心强制涡流区的形成与，也不能缩小强制涡流区的体积大小，制约了铁水机械搅拌脱硫动力学条件的显著改善作用。为此，公开号为CN101492753A的专利“铁水机械搅拌脱硫方法”公开了一种铁水罐偏心搅拌脱硫方法，通过搅拌器偏离铁水罐中心的搅拌，引起搅拌漩涡中心偏离搅拌轴心，遏制了常规KR搅拌脱硫时搅拌中心强制涡流区的形成，使漩涡吸入的脱硫剂偏离搅拌轴心非对称性卷入循环，并通过搅拌器叶片的冲击实现卷入的脱硫剂在铁水中的混合分散，从而有效地改善了铁水机械搅拌脱硫动力学条件，虽然在实际生产中取得了良好的工业性试验效果，但由于偏心搅拌较大的偏心推力，促进了铁水罐车刹车系统的磨损，增大了铁水罐车的维护工质量，给实际推广应用带来困难。公开号为CN102154533A的专利“铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器”公开了一种铁水机械搅拌脱硫用喷气式搅拌器，通过在搅拌叶之间设置喷气通道，在搅拌器使用过程中将冷却气体从喷气喷口喷入到搅拌中心漩涡，促使搅拌中心强制涡流区内脱硫剂与铁水之间的相对运动，实现搅拌中心强制涡流区内脱硫剂在铁水中的混合分散，提高该区域脱硫反应动力学条件。同时，也可以遏制相邻搅拌叶间脱硫渣的滞留粘结，减轻搅拌器粘渣清理维护量，但由于该搅拌器结构较为复杂，加工制作难度较大，目前未见到工业应用报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种搅拌叶片间粘渣少、结构简单、制作方便的转炉炼钢前铁水炉外底部喷气式铁水脱硫搅拌器，其显著改善铁水罐搅拌中心强制涡流区脱硫剂混合分散状况并提高该区域脱硫反应动力学条件。

为上述目的，本实用新型提供的一种底部喷气式铁水脱硫搅拌器，包括搅拌轴，所述搅拌轴上部设置有连接法兰，所述搅拌轴下部均匀设置有搅拌叶片，所述搅拌轴具有空心金属管芯，所述空心金属管芯外周整体浇筑有搅拌轴耐火工作衬，所述搅拌叶片具有连接在空心金属管芯下部的叶片金属芯，所述叶片金属芯外层整体浇筑有叶片耐火工作衬，其特殊之处在于：所述空心金属管芯内部垂直穿插设置有风冷管，所述风冷管顶端向上延伸与连接法兰相连，所述风冷管底端向下延伸至叶片耐火工作衬底部，所述叶片耐火工作衬底部以风冷管为连通中心呈水平径向放射状设置有喷气通道，从而可使惰性气体在铁水搅拌过程中沿风冷管底端进入放射状的喷气通道，并向四周均匀喷出上浮到搅拌漩涡中心。

作为优选方案，所述风冷管外壁与空心金属管芯内壁之间形成有环状回风通道，所述风冷管下端管壁上开设有若干回风通孔；所述空心金属管芯下端面设置有保护套安装座，所述保护套安装座上面支撑有喷口保护套，所述喷口保护套套装在回风通孔下方的风冷管管壁上；所述保护套安装座的上表面与空心金属管芯下端面密封紧贴配合。

进一步地，所述喷气通道的截面为矩形、半圆形或半椭圆形，其截面高度为环状回风通道环缝宽度的1.5～3倍；优选地，所述喷气通道的截面高度为环状回风通道环缝宽度的1.8～2.2倍。

作为优选方案，所述搅拌叶片为三片或四片结构。

作为优选方案，所述空心金属管芯和叶片金属芯外周均匀焊接有V形锚固件。

作为优选方案，所述喷气通道的中心线与其相邻的两个叶片金属芯的夹角中心线重合。

进一步地，所述回风通孔设置有四个，沿风冷管周向均匀布置。

该机械搅拌脱硫搅拌器其它结构与常规KR脱硫搅拌器相同，在此不再赘述。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过在搅拌器搅拌轴及相邻搅拌叶片间夹角区域底部设置喷气通道，在铁水机械搅拌脱硫过程中，使惰性气体从搅拌轴的风冷管进入，在风冷管底部分为两路，一路通过回风通孔进入环状回风通道并向上浮动冷却搅拌轴，另一路沿风冷管底部喷出，并在喷气通道的作用下从搅拌器叶片夹角底部喷出上浮到搅拌中心漩涡，促使搅拌中心强制涡流区内脱硫剂与铁水之间的相对运动，实现搅拌中心强制涡流区内脱硫剂在铁水中的混合分散，达到改善搅拌中心强制涡流区脱硫剂混合分散与提高该区域脱硫反应动力学条件的目的；同时，上浮气体喷吹作用下，干扰搅拌中心强制涡流区的刚性旋转运动，遏制搅拌中心强制涡流区的形成与扩张，从而缩小搅拌中心强制涡流区形成体积，扩展流体微元相对运动剧烈的自由涡流区容积，遏制搅拌中心强制涡流区对铁水搅拌脱硫动力学条件的不利影响；此外，搅拌中心强制涡流区内流体微元的相对运动，遏制相邻搅拌叶间脱硫渣的滞留粘结，提高搅拌叶的有效作用面积，减轻了搅拌器粘渣清理维护量以及由此带来的搅拌器机械损伤。通过上述措施，达到搅拌叶片间粘渣少、结构简单、制作方便、显著改善铁水机械搅拌脱硫的动力学条件的目的。

附图说明

图1为本实用新型的底部喷气式铁水脱硫搅拌器的结构示意图；

图2为图1的仰视结构示意图；

图3为图1的局部放大结构示意图。

图1～3中，搅拌轴1(其中：空心金属管芯1.1、搅拌轴耐火工作衬1.2)；搅拌叶片2(其中：叶片金属芯2.1、叶片耐火工作衬2.2)；喷气通道3(其中：环状回风通道3.1、环形安装座3.2、石墨喷口3.3)；连接法兰4、风冷管5(其中：径向通孔5.1)。

具体实施方式

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

实施例1

如图1～3所示的底部喷气式铁水脱硫搅拌器，包括搅拌轴1，搅拌轴1上部设置有连接法兰4，搅拌轴1下部均匀设置有搅拌叶片2，搅拌叶片2为四片结构，搅拌轴1具有空心金属管芯1.1，搅拌叶片2具有连接在空心金属管芯1.1下部的叶片金属芯2.1，空心金属管芯1.1和叶片金属芯2.1外周均匀焊接有V形锚固件；空心金属管芯1.1外周整体浇筑有搅拌轴耐火工作衬1.2，叶片金属芯2.1外层整体浇筑有叶片耐火工作衬2.2，空心金属管芯1.1内部垂直穿插设置有风冷管5，风冷管5顶端向上延伸与连接法兰4相连，风冷管5底端向下延伸至叶片耐火工作衬2.2底部，叶片耐火工作衬2.2底部以风冷管5为连通中心呈水平径向放射状设置有喷气通道3，从而可使惰性气体在铁水搅拌过程中沿风冷管5底端进入放射状的喷气通道3，并向四周均匀喷出上浮到搅拌漩涡中心。

风冷管5外壁与空心金属管芯1.1内壁之间形成有环状回风通道3.1，风冷管5下端管壁上开设有若干回风通孔5.1；空心金属管芯1.1下端面设置有保护套安装座3.2，保护套安装座3.2上面支撑有喷口保护套3.3，喷口保护套3.3套装在回风通孔5.1下方的风冷管5管壁上；保护套安装座3.2的上表面与空心金属管芯1.1下端面密封紧贴配合。喷口保护套3.3可以防止风冷管5底部熔损和风冷管5底部喷口堵塞，并方便风冷管的更换。

本实施例中，喷气通道3的截面为矩形，其截面高度为环状回风通道3.1环缝宽度的2.2倍。

实施例2

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：

搅拌轴1下端外表面设置的搅拌叶片2三片结构，绕旋转轴周向均匀设置。喷气通道3的截面为半圆形，其截面高度为环状回风通道宽度的2倍。

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实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，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实用新型保护范围。