專利名稱：改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及轉(zhuǎn)爐煉 鋼前鐵水爐外機(jī)械攪拌脫硫攪拌裝置，具體地說是一種適用于大型鐵水KR攪拌脫硫設(shè)備的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器。
背景技術(shù)：
攪拌器是KR(Kambara Reactor)脫硫裝置中的重要部件，也是脫硫劑在鐵水中攪拌混合分散的唯一動力來源，因而攪拌器的結(jié)構(gòu)形式與攪拌葉的結(jié)構(gòu)形狀直接影響到脫硫劑在鐵水中的卷吸混合分散狀況與鐵水脫硫效率，同時也直接影響到鐵水與脫硫劑固液兩相流與攪拌器之間的相互作用、攪拌器的破損狀況及使用壽命，最終影響到鐵水脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前，國內(nèi)外普遍采用的鐵水KR攪拌脫硫的攪拌器是由旋轉(zhuǎn)軸與四片攪拌葉組成。四片攪拌葉沿旋轉(zhuǎn)軸周向呈十字形均勻布置，且攪拌葉金屬芯厚度方向?qū)ΨQ面與旋轉(zhuǎn)軸中心線處于同一平面。常用的攪拌葉迎鐵面為垂直面或由下向上順時針方向前傾2°左右斜面；背鐵面為垂直面；側(cè)面由下向上徑向外傾2°左右的斜面，該種葉片結(jié)構(gòu)攪拌阻力大、動力消耗高、卷吸循環(huán)量少。此外，還存在以下弊端1、由于攪拌葉單位體積換熱面積大，導(dǎo)致攪拌葉耐火材料工作襯熱震溫度變化速度快、范圍大、熱震裂紋與剝落嚴(yán)重，尤其是攪拌渦流強(qiáng)度大的攪拌葉下部徑向外側(cè)部位，時常出現(xiàn)工作襯大塊剝落與攪拌葉金屬芯燒毀，攪拌器使用壽命短；2、由于工作襯耐火材料與金屬芯材質(zhì)熱膨脹性能的差異，尤其是攪拌葉，由于其金屬芯未進(jìn)行風(fēng)冷，工作襯耐火材料與金屬芯材質(zhì)熱膨脹性能的差異更大， 致使結(jié)合面間形成熱脹內(nèi)應(yīng)力和冷縮間隙，引起耐火材料工作襯內(nèi)應(yīng)力破損，通過裂紋滲入的鐵水沿結(jié)合面內(nèi)損縫隙不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致工作襯剝落和金屬芯燒失；3、由于攪拌器的高溫條件下的強(qiáng)烈攪拌、攪拌器葉的外伸結(jié)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)線速度與旋轉(zhuǎn)直徑的線性關(guān)系， 攪拌葉耐火材料工作襯與邊棱凸出部位鐵水沖刷磨損劇烈，尤其是攪拌渦流強(qiáng)度大的攪拌葉下部背鐵面，等攪拌力矩下攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度不斷提高，進(jìn)一步加劇了攪拌葉的磨損速度，從而影響了攪拌器不同使用階段下的攪拌脫硫效果與實(shí)際生產(chǎn)操作控制，導(dǎo)致脫硫效率下降與脫硫劑消耗上升；4、攪拌葉的不均勻磨損與攪拌器旋轉(zhuǎn)速度的提高，影響了攪拌器的動平衡與靜平衡，加劇了攪拌機(jī)械傳動設(shè)備的損傷，給設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來危害。 在攪拌脫硫過程中，由于葉夾角的滯流作用，致使大量的脫硫渣與鐵水混合物在該區(qū)域聚集停留，并在高溫條件下通過對耐火材料工作襯的侵蝕、滲透引起粘渣，并由于該區(qū)域空間狹小，導(dǎo)致清渣難度大，進(jìn)而減少了攪拌葉的有效作用面積和攪拌強(qiáng)度，惡化的鐵水?dāng)嚢杳摿虻膭恿W(xué)條件，同時，葉夾角的粘渣機(jī)械清理，導(dǎo)致攪拌器葉嚴(yán)重的機(jī)械損傷，加劇了攪拌器葉的破損進(jìn)程。因而，攪拌器的破損主要集中在攪拌葉部位，最終因攪拌葉結(jié)構(gòu)完整性的嚴(yán)重破損、攪拌強(qiáng)度的大幅度下降以及動平衡的失穩(wěn)而終止攪拌器的使用。國內(nèi)外學(xué)者從延緩攪拌器耐火材料工作襯破損進(jìn)程與改善KR攪拌脫硫動力學(xué)的角度開展了系列研究工作，例如文獻(xiàn)《鐵水脫硫技術(shù)的改進(jìn)(摘譯)》(太鋼譯文，1994， (1), 20-25)介紹了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脫硫動力學(xué)條件的影響，并提出攪拌器葉輪擴(kuò)徑和葉片外凸弧形攪拌面的動力學(xué)改進(jìn)措施。其中，攪拌器葉輪擴(kuò)徑雖在國內(nèi)外一些鋼鐵企業(yè)得到應(yīng)用，但因攪拌時鐵水液面上升高度、攪拌強(qiáng)度與振動大，影響了鐵水罐的鐵水有效裝載量、降低了攪拌器使用壽命，甚至因攪拌設(shè)備振動大而危及安全生產(chǎn)；以葉片外凸弧形攪拌面為特征的異形攪拌葉片在實(shí)際使用中形狀維持困難而未得到推廣應(yīng)用；授權(quán)公告號為CN^23725Y 的中國專利《新型KR脫硫攪拌器》公開了一種攪拌葉金屬芯棱角邊為圓弧過渡面的攪拌器，降低由于工作襯耐火材料與金屬芯材質(zhì)熱膨脹性能差異引起的內(nèi)應(yīng)力以及攪拌葉邊棱部位的應(yīng)力集中引起的破損；授權(quán)公告號為CN201046975Y的中國專利《鐵水脫硫攪拌頭》公開了一種攪拌葉金屬芯帶風(fēng)冷的攪拌器，降低了使用時攪拌葉金屬芯的綜合溫度， 緩解了攪拌葉金屬芯與耐火材料工作襯的熱膨脹，提高攪拌葉的綜合抗破損能力；公開號為CN101403022A的中國專利《一種鐵水?dāng)嚢桀^》公開了一種攪拌葉工作襯邊棱為圓弧過渡結(jié)構(gòu)的攪拌器，提高攪拌器葉工作襯的抗磨損能力，達(dá)到延長攪拌器使用壽命的目的；公開號為CN101037715A的中國專利《一種鐵水脫硫攪拌頭》公開了一種攪拌葉迎鐵面為前凹弧形面、背鐵面為上凹下凸多段弧形面、側(cè)面為由下而上外傾斜面的鐵水脫硫攪拌器，通過異形結(jié)構(gòu)攪拌葉，達(dá)到提高攪拌頭對脫硫劑的攪拌卷吸強(qiáng)度、改善脫硫動力學(xué)條件的目的。但上述專利和研究技術(shù)的攪拌器均為四葉十字形布置方式，攪拌葉之間夾角為90°， 仍不能解決攪拌葉之間粘渣嚴(yán)重地問題，不利于攪拌脫硫動力學(xué)條件的改善；公開號為 CN101603111A的中國專利《一種鐵水脫硫用攪拌器》公開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，通過三葉前傾結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)攪拌卷吸空間與卷吸循環(huán)流量，達(dá)到改善脫硫動力學(xué)條件目的，并使葉之間的夾角增大到120°，降低葉之間粘渣速度，方便了粘渣的清理，提高了攪拌強(qiáng)度的穩(wěn)定性。此外，授權(quán)公告號為CN201406443Y的中國專利《鐵水脫硫攪拌器》公開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，通過攪拌葉的異形結(jié)構(gòu)設(shè)計，在前述公開號為CN101603111A的中國專利 《一種鐵水脫硫用攪拌器》基礎(chǔ)上，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力學(xué)條件的改善效果；公布號為CN101857912A的中國專利《鐵水機(jī)械攪拌脫硫用渦輪式攪拌器》公開了一種由旋轉(zhuǎn)軸、輪轂和攪拌葉構(gòu)成的三葉攪拌器，增大了攪拌葉周向均勻布置的周長，方便了葉的布置與攪拌器的制備，使攪拌葉迎鐵水面上端線與輪轂交接點(diǎn)切線夾角Φ可達(dá)132 180°的范圍，大幅度提高了攪拌器葉部分工作面的折角，降低了折角對攪拌流體的滯流作用，延緩了折角粘渣速度以及粘渣清理造成的機(jī)械破損，增大了攪拌葉迎鐵面面積與攪拌徑向推力，提高了攪拌的機(jī)械效率與混合分散程度。上述專利技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，并取得了良好的改進(jìn)效果。隨著轉(zhuǎn)爐大型化的不斷發(fā)展，鐵水KR攪拌脫硫設(shè)備也隨之大型化。目前，國內(nèi)最大的KR攪拌脫硫鐵水罐額定容量已達(dá)300t，脫硫攪拌器外形尺寸也大幅擴(kuò)大，葉軸向高度達(dá)lm，攪拌葉周向厚度δ達(dá)490mm，攪拌器旋轉(zhuǎn)直徑Φ達(dá)U45m，葉外側(cè)面至攪拌軸中心線直線長度L達(dá)0. 72m。由于攪拌器外形尺寸的大幅擴(kuò)大，同轉(zhuǎn)速條件下的旋轉(zhuǎn)線速度等比例增大，從而，促進(jìn)了攪拌器葉片的破損進(jìn)程，致使相同結(jié)構(gòu)攪拌器的使用壽命隨著攪拌器大型化而不斷下降。同時，隨著攪拌器的大型化，攪拌器葉片外側(cè)面與流體攪拌流線之間的形狀差異增大，致使攪拌過程中大型攪拌器葉片外側(cè)面形成強(qiáng)烈的渦流，造成葉片外側(cè)面劇烈的渦流磨損，在攪拌葉外側(cè)面周向?qū)ΨQ線區(qū)域的軸向裂紋與剝落凹坑。同時，攪拌器的大型化也使攪拌器下表面積增大，攪拌器下表面對攪拌循環(huán)流場的遏制作用增強(qiáng)，促進(jìn)了流場對攪拌器下表面的磨損與剝落，尤其是葉外側(cè)面下部區(qū)域，由于同時受到葉片側(cè)面渦流磨損、下部背鐵面的渦流磨損以及下表面磨損的多重影響，磨損與剝落更為劇烈，甚至出現(xiàn)剝落凹坑。在攪拌葉外側(cè)面與攪拌器下表面破損的共同作用下， 導(dǎo)致攪拌葉下部以及攪拌葉下表面之間的旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)區(qū)域工作襯剝落與金屬芯燒毀而終止使用，致使大型攪拌器使用壽命較低。同時，鐵水KR攪拌脫硫設(shè)備的大型化使脫硫鐵水溫度升高，進(jìn)一步惡化了攪拌器的工作條件，降低了大型攪拌器使用壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是要提供一種改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，解決大型鐵水KR攪拌脫硫設(shè)備在攪拌葉外側(cè)面周向?qū)ΨQ線區(qū)域出現(xiàn)的軸向裂紋與剝落凹坑，以及在攪拌葉下表面之間的旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)磨損與剝落凹坑的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器包括旋轉(zhuǎn)軸、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸下端并沿其周向均勻布置的三至四片攪拌葉，所述攪拌葉的外側(cè)面為由下而上的外傾斜圓弧面，其外傾角Y =0 3°。進(jìn)一步地，所述攪拌葉的迎鐵水面和背鐵水面為由下而上的前傾斜面，且背鐵水面傾角β與迎鐵水面傾角α滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系β > α，α = 0 8° ；所述攪拌葉的下表面為圓弧面；與所述旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)的攪拌器下表面中心區(qū)域?yàn)榍蚬诿妫以撉蚬诿娓叨扰c攪拌葉的下表面的圓弧面高度相等；所述攪拌葉的邊棱為棱角過渡面或圓弧過渡面。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于所設(shè)計的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器攪拌葉外側(cè)面為由下而上的外傾斜圓弧面，使攪拌葉旋轉(zhuǎn)線速度沿軸向逐漸下降，延緩了攪拌葉下部磨損，改善了攪拌葉外側(cè)面的流線型，可遏制鐵水?dāng)嚢杳摿蜻^程中外側(cè)面區(qū)域渦流的形成，降低該區(qū)域攪拌渦流強(qiáng)度，延緩攪拌葉外側(cè)面的渦流磨損進(jìn)程；攪拌葉的迎鐵水面與背鐵水面為由下而上的前傾斜面，降低了背鐵水面的渦流強(qiáng)度，提高了攪拌葉的攪拌強(qiáng)度；與所述旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)的攪拌器下表面中心區(qū)域?yàn)榍蚬诿?，且該球冠面高度與攪拌葉的下表面的圓弧面高度相等，改善了攪拌器下表面整體結(jié)構(gòu)的流線型，降低了循環(huán)流場對攪拌器下表面的磨損，同時也方便攪拌器的立起放置；攪拌葉邊棱為棱角過渡面或圓弧過渡面，可延緩攪拌葉邊棱的磨損進(jìn)程。本實(shí)用新型通過對攪拌葉葉片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可遏制攪拌器葉外側(cè)面周向?qū)ΨQ線區(qū)域的軸向裂紋與剝落凹坑以及與旋轉(zhuǎn)軸下端對應(yīng)的攪拌器下表面磨損與剝落凹坑破損進(jìn)程，延長攪拌器的使用壽命。

圖1是本實(shí)用新型的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的俯視剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖2中攪拌葉葉片的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖所示，本實(shí)用新型的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器包括旋轉(zhuǎn)軸1、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸1下端并沿其周向均勻布置的攪拌葉2，攪拌葉2可以為三片或者四片。攪拌葉2的外側(cè)面加為由下而上的外傾斜圓弧面，其外傾角Y為0 3°。攪拌葉2的迎鐵水面2b和背鐵水面2c為由下而上的前傾斜面，迎鐵水面傾角α 為0 8°，背鐵水面傾角β不小于迎鐵水面傾角α ；攪拌葉2的下表面加為圓弧面；攪拌葉2的邊棱2d為棱角過渡面或圓弧過渡面。與所述旋轉(zhuǎn)軸1對應(yīng)的攪拌器下表面中心區(qū)域Ia為球冠面，且該球冠面高度與攪拌葉2的下表面加的圓弧面高度相等。
權(quán)利要求1.一種改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，包括旋轉(zhuǎn)軸(1)、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸(1)下端并沿其周向均勻布置的三至四片攪拌葉(2)，其特征在于所述攪拌葉(2)的外側(cè)面(2a)為由下而上的外傾斜圓弧面，其外傾角γ =O 3°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于所述攪拌葉 (2)的迎鐵水面(2b)和背鐵水面(2c)為由下而上的前傾斜面，且背鐵水面傾角β與迎鐵水面傾角α滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系β > α。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于所述α= 0 8°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于所述攪拌葉(2)的下表面(2e)為圓弧面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于與所述旋轉(zhuǎn)軸(1)對應(yīng)的攪拌器下表面中心區(qū)域(Ia)為球冠面，且該球冠面高度與攪拌葉(2)的下表面(2e)的圓弧面高度相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于所述攪拌葉(2)的邊棱(2d)為棱角過渡面或圓弧過渡面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于所述攪拌葉 (2)的邊棱(2d)為棱角過渡面或圓弧過渡面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，其特征在于所述攪拌葉 (2)的邊棱(2d)為棱角過渡面或圓弧過渡面。
專利摘要一種改進(jìn)葉片結(jié)構(gòu)的鐵水脫硫攪拌器，包括旋轉(zhuǎn)軸、設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸下端并沿其周向均勻布置的三至四片攪拌葉，所述攪拌葉的外側(cè)面為由下而上的外傾斜圓弧面，其外傾角γ＝0～3°。攪拌葉的迎鐵水面和背鐵水面為由下而上的前傾斜面，且背鐵水面傾角β與迎鐵水面傾角α滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系β≥α，α＝0～8°；攪拌葉的下表面為圓弧面；與所述旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)的攪拌器下表面中心區(qū)域?yàn)榍蚬诿?，且該球冠面高度與攪拌葉的下表面的圓弧面高度相等；攪拌葉的邊棱為棱角過渡面或圓弧過渡面。本實(shí)用新型可遏制攪拌器葉外側(cè)面周向?qū)ΨQ線區(qū)域的軸向裂紋與剝落凹坑以及攪拌葉下表面之間的旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)區(qū)域磨損與剝落凹坑破損進(jìn)程，延長攪拌器的使用壽命。
文檔編號C21C7/064GK202107717SQ201120173058
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者歐陽德剛, 羅安智 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司