本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼前鐵水爐外脫硫方法，具體地指一種用于鐵水脫硫預處理的機械攪拌脫硫方法。

背景技術(shù)：

鐵水機械攪拌脫硫是通過插入鐵水罐中鐵水內(nèi)部的攪拌器的旋轉(zhuǎn)攪動，使鐵水與脫硫劑混合接觸進行脫硫，主要有萊茵法和KR(Kambara Reactor)法。這兩種鐵水機械攪拌脫硫方法所用的攪拌器都是由旋轉(zhuǎn)軸與攪拌葉組成，四片攪拌葉沿旋轉(zhuǎn)軸周向成十字形均勻布置，攪拌器沿鐵水罐中心線插入鐵水；區(qū)別僅在于攪拌器插入鐵水的深度不同。萊茵法只是將攪拌器的攪拌葉部分地插入鐵水中，通過攪拌使鐵水罐上部的鐵水和鐵水表面上的脫硫劑形成旋渦，互相混合接觸，并通過循環(huán)流動使整個鐵水罐內(nèi)的鐵水抵達上層脫硫區(qū)域?qū)崿F(xiàn)脫硫；KR法則是將攪拌器的攪拌葉沉浸在鐵水中一定的深度，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)攪動，使鐵水表面上的脫硫劑卷入鐵水中進行混合脫硫，擴大了旋渦深度和脫硫反應區(qū)域，增強了鐵水的循環(huán)流動，達到了加快脫硫速度、縮短脫硫時間、提高脫硫效率、降低脫硫劑消耗的綜合效果。由于KR法優(yōu)良的使用性能，使其成為目前國內(nèi)外鐵水機械攪拌脫硫唯一得到推廣應用的方法。

然而，根據(jù)國內(nèi)外有限的KR攪拌脫硫流動狀態(tài)研究報道，KR攪拌脫硫流動狀態(tài)分為攪拌中心強制渦流區(qū)和該區(qū)以外的自由渦流區(qū)，強制渦流區(qū)由于沒有液體微元之間的相對運動，為不良混合區(qū)；而自由渦流區(qū)由于循環(huán)運動引起了液體微元之間的相對運動，起到了混合分散的作用。當攪拌旋轉(zhuǎn)時，強制渦流區(qū)顆粒與流體質(zhì)點均繞軸作同心圓周運動，相對速度很小，不能進行有效的混合分散，僅在強制渦流區(qū)和葉片端部區(qū)域之間，固液湍動較為劇烈，是傳質(zhì)、傳輸與分散混合最強烈的區(qū)域。固體顆粒被卷入液體中的深度大致和液面凹下的深度相當，顆粒卷入液體中后，在強制渦流區(qū)和葉片端部區(qū)域之間，由于湍動而分散，并在離心力作用下沿著半徑方向“吐出”，繼而在浮力作用下而上浮，并在“吐出”區(qū)以上部位進行卷入-分散-卷入的循環(huán)運動。因而，鐵水KR攪拌脫硫傳輸動力學機制是局域卷吸混合、徑向剪切分散；而研究表明，KR攪拌脫硫過程中強制渦流區(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％，如何改善脫硫劑在鐵水中的混合分散狀況是提高KR攪拌脫硫效率的重要途徑。

為此，相關(guān)學者從工藝方法、操作工藝參數(shù)、攪拌器結(jié)構(gòu)等方面，開展了大量研究工作，以期改善機械攪拌脫硫的動力學條件，進一步提高KR法的脫硫使用性能。

(1)工藝方法改進。中國專利“KR法脫硫罐底吹法”(專利申請?zhí)枺?00610124845.7)提供了一種KR法脫硫罐底吹法，是在KR法的基礎(chǔ)上，通過布置在罐底的透氣磚向罐內(nèi)吹入高壓氮氣，促進鐵水中脫硫渣的上浮，達到提高脫硫速度與鐵水純凈度的目的，但縮短了脫硫劑在鐵水中的停留時間，同時，每罐次脫硫消耗一塊透氣磚，增加了鐵水脫硫成本。中國專利“一種鐵水復合脫硫方法”(專利申請?zhí)枺?00510064272.8)提供了一種鐵水復合脫硫方法，采用槍頭帶十字形葉片攪拌器的旋轉(zhuǎn)噴槍，通過噴槍的噴吹與攪拌器的旋轉(zhuǎn)攪拌，實現(xiàn)同時噴吹與攪拌的復合脫硫。噴吹與攪拌的復合脫硫方式雖改善了脫硫動力學條件，但噴吹系統(tǒng)的高壓旋轉(zhuǎn)密封困難，可靠性差，設(shè)備投資大，難以滿足安全穩(wěn)定生產(chǎn)的需要，未能推廣應用。中國專利“鐵水機械攪拌脫硫方法”(公開號CN101492753A)公開了一種鐵水罐偏心攪拌脫硫方法，通過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攪拌脫硫時攪拌中心強制渦流區(qū)的形成，使漩渦吸入的脫硫劑偏離攪拌軸心非對稱性卷入循環(huán)，并通過攪拌器葉片的沖擊實現(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械攪拌脫硫動力學條件，雖然在實際生產(chǎn)中取得了良好的工業(yè)性試驗效果，但由于偏心攪拌較大的偏心推力，促進了鐵水罐車剎車系統(tǒng)的磨損，增大了鐵水罐車的維護工質(zhì)量，給實際推廣應用帶來困難。

(2)操作工藝參數(shù)。國內(nèi)外多家鋼鐵企業(yè)先后采取提高攪拌器轉(zhuǎn)速的方式進行彌補與改善脫硫動力學條件，例如：川威120噸鐵水罐的最高攪拌轉(zhuǎn)速達140轉(zhuǎn)/min，寶鋼集團150噸鐵水罐的最高攪拌轉(zhuǎn)速接近150轉(zhuǎn)/min；據(jù)資料報道，日本多家鋼鐵企業(yè)也采取了提高攪拌器轉(zhuǎn)速的手段改善脫硫動力學條件，設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍為100-150轉(zhuǎn)/min。但由于攪拌設(shè)備性能的限制，攪拌轉(zhuǎn)速提高的范圍有限，達到的脫硫動力學條件改善效果也十分有限，同時，攪拌轉(zhuǎn)速的提高，使攪拌器磨損加劇，鐵水液面上升高，還導致攪拌器使用壽命縮短，鐵水罐裝載量下降。

(3)攪拌器結(jié)構(gòu)優(yōu)化。文獻“鐵水脫硫技術(shù)的改進(摘譯),太鋼譯文，1994,(1),20-25.”報道，日本住友金屬鹿島制鐵所于上世紀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條件的影響，提出了攪拌器葉輪擴徑和葉片外凸弧形攪拌面的動力學改進措施，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用，攪拌器葉輪擴徑隨在國內(nèi)外一些鋼鐵企業(yè)得到應用，但因鐵水液面上升高度、攪拌強度與振動大，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)備振動大而危機安全生產(chǎn)。中國專利“一種鐵水脫硫用攪拌器”(公開號CN101603111A)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，通過三葉片前傾結(jié)構(gòu)，增強攪拌卷吸空間與卷吸循環(huán)流量，達到改善脫硫動力學條件目的，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，同時降低了粘渣對葉片攪拌葉片有效作用面積的影響，提高了攪拌強度的穩(wěn)定性。中國專利“鐵水脫硫攪拌器”(公開號CN201406443Y)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，進一步增大了攪拌葉之間的夾角，強化了攪拌器的剪切分散能力和攪拌脫硫動力學條件的改善效果。由此可見，上述攪拌器結(jié)構(gòu)的改進，主要是通過強化攪拌自由渦流區(qū)的混合分散，達到改善鐵水機械攪拌脫硫動力學條件的效果，但上述改進措施不能遏制攪拌中心強制渦流區(qū)的形成，也不能縮小強制渦流區(qū)的體積大小，制約了鐵水機械攪拌脫硫動力學條件的顯著改善作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供了一種用于鐵水脫硫預處理的機械攪拌脫硫方法，該方法在鐵水中脫硫劑分散區(qū)域廣、操作使用方便，且具有脫硫動力學條件優(yōu)良、脫硫劑利用率高、攪拌能耗低的特點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種用于鐵水脫硫預處理的機械攪拌脫硫方法，該脫硫方法是由5大步驟完成的，其5大步驟分別是取前樣測溫、扒前渣、加脫硫劑攪拌、扒后渣、取后樣測溫，其中，在加脫硫劑攪拌步驟中，將攪拌裝置插入裝有鐵水的鐵水罐中，所述攪拌裝置由攪拌器和導流板組成，所述導流板和攪拌器均垂直插入鐵水中，且導流板底部距攪拌器葉片頂部垂直距離為H。

進一步地，所述導流板底部距攪拌器葉片頂部垂直距離H為50～150mm；

再進一步地，所述導流板寬度W為攪拌器葉片長度L的1/2～1倍；

再進一步地，所述導流板厚度D為攪拌器葉片厚度L的1/3～1倍；

再進一步地，所述攪拌器插入鐵水的深度為鐵水液面高度h的3/5～4/5倍。

再進一步地，所述導流板與攪拌器的攪拌軸之間的距離l為50-500mm；

再進一步地，所述導流板為金屬芯和耐火材料組成的復合體，形狀為矩形或橢圓形。

攪拌器可以是常規(guī)葉片結(jié)構(gòu)形式的攪拌器，也可是其它葉片結(jié)構(gòu)形式或不同葉片數(shù)的攪拌器；其它操作方法與KR法相同。

本發(fā)明的有益效果在于：

常規(guī)KR鐵水機械攪拌脫硫過程中，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)形成漩渦，加入到鐵水液面上密度較輕的脫硫劑在漩渦的卷吸作用下進入鐵水，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)離心力作用進行分散，并在浮升力的作用下進行上浮。通過上述三個過程的循環(huán)進行，實現(xiàn)脫硫劑在鐵水中的循環(huán)卷吸與混合分散，并通過脫硫劑與鐵水的接觸脫硫反應，完成一罐次鐵水的脫硫。相關(guān)研究結(jié)果表明，攪拌形成的渦流深度對熔池顆粒擴散特性有較強的關(guān)聯(lián)性；只有當攪拌漩渦深度大于攪拌器葉片端部，脫硫劑顆粒才可以在鐵水中實現(xiàn)擴散，即必須將脫硫劑通過漩渦卷吸至葉片之間，依靠葉片的作用才能實現(xiàn)脫硫劑的混合分散。因此，為了使得漩渦深度抵達葉片之間，實際生產(chǎn)中就必須依靠較高的轉(zhuǎn)速加大漩渦深度；同時，攪拌器插入深度也不能太深，否則不利于漩渦下行至攪拌器葉片之間。由此可見，常規(guī)KR法中較高的攪拌器轉(zhuǎn)速導致了攪拌能耗高、加劇了攪拌器的磨損；同時，較淺的攪拌器插入深度，也使得脫硫劑上浮行程較短、脫硫劑與鐵水混合區(qū)域小、底部鐵水攪拌混合效果差，影響了脫硫效率。

相比常規(guī)KR法脫硫，本發(fā)明方法的主要有益效果為：

1)通過導流板的設(shè)置，使得鐵水在周向攪拌旋轉(zhuǎn)過程中，強制沿導流板下行，在攪拌旋渦未達到攪拌器葉片時，促進脫硫劑卷入攪拌器葉片之間，有利于脫硫劑在較低的轉(zhuǎn)速下混合分散。

2)導流板區(qū)域流股的下行，使得攪拌剛性回轉(zhuǎn)體區(qū)域出現(xiàn)軸向流動，促進了攪拌器剛性回轉(zhuǎn)體區(qū)域的紊流，減少了剛性回轉(zhuǎn)體半徑，提高了攪拌器葉片的有效作用長度，進步一步加強了脫硫劑顆粒的“排出”分散，也有效減少了剛性回轉(zhuǎn)體引起的攪拌器葉片之間粘渣嚴重引起的攪拌性能下降和攪拌器壽命短等問題。

3)由于不需要像常規(guī)KR法要求攪拌旋渦達到葉片端部，本發(fā)明可以使得攪拌器插入深度更深，增大了脫硫劑的上浮形程，有效擴大了熔池攪拌混合分散區(qū)域，同時，也可以在較低的轉(zhuǎn)速下，實現(xiàn)較好的脫硫劑混合分散，節(jié)約攪拌能耗，降低攪拌器的磨損，增加攪拌器的使用壽命。

4)攪拌器轉(zhuǎn)速較常規(guī)KR法轉(zhuǎn)速降低10～20％；攪拌器插入深度較常規(guī)KR法中插入深度增加10～30％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中攪拌裝置的正視圖；

圖2是本發(fā)明中攪拌裝置的俯視圖；

圖中：攪拌器1、導流板2、鐵水罐3。

具體實施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。

實施例1

如圖1～2所示一種用于鐵水脫硫預處理的機械攪拌脫硫方法，該脫硫方法是由幾大步驟完成的，其幾大步驟分別是取前樣測溫、扒前渣、加脫硫劑攪拌、扒后渣、取后樣測溫，其中，在加脫硫劑攪拌步驟中，將攪拌裝置插入裝有鐵水的鐵水罐3中，所述攪拌裝置由攪拌器1和導流板2組成，所述導流板2和攪拌器1均垂直插入鐵水中，且導流板2底部距攪拌器1葉片頂部垂直距離為H為50mm；導流板2靠近攪拌軸側(cè)面距攪拌軸垂直距離A為100mm；

導流板2寬度W為攪拌器葉片長度L的1/2倍；

導流板2厚度D為攪拌器葉片厚度L的1/2倍；

攪拌器1插入鐵水的深度為鐵水液面高度h的3/5倍。

攪拌器1是常規(guī)四葉攪拌器；導流板2為金屬芯和耐火材料組成的復合體，形狀為矩形。

其它操作方法與KR法相同。攪拌器轉(zhuǎn)速較常規(guī)KR法轉(zhuǎn)速降低20％。

實施例2

本實施例的方法與實施例1基本相同，不同之處在于：

導流板底部距攪拌器葉片頂部垂直距離H為100mm；導攪拌器1插入鐵水的深度為鐵水液面高度h的4/5倍。流板靠近攪拌軸側(cè)面距攪拌軸垂直距離A為50mm；導流板寬度W為攪拌器葉片長度L的1倍；攪拌器轉(zhuǎn)速較常規(guī)KR法轉(zhuǎn)速降低10％。

實施例3

本實施例的方法與實施例1基本相同，不同之處在于：

導流板底部距攪拌器葉片頂部垂直距離H為75mm；導攪拌器1插入鐵水的深度為鐵水液面高度h的3.5/5倍。。導流板靠近攪拌軸側(cè)面距攪拌軸垂直距離A為200mm；導流板寬度W為攪拌器葉片長度L的3/4倍；攪拌器轉(zhuǎn)速較常規(guī)KR法轉(zhuǎn)速降低15％。

實施例4

本實施例與實施例1的區(qū)別在于：攪拌器為三葉攪拌器。

實施例5

本實施例與實施例1的區(qū)別在于：導流板形狀為橢圓形。

其它未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發(fā)明保護范圍。