一种长寿命铁水脱硫搅拌器制造技术

本发明专利技术公开了一种长寿命铁水脱硫搅拌器，包括风冷管、搅拌叶片，搅拌叶片包括组合式搅拌叶芯及搅拌叶芯耐火材料衬；组合式搅拌叶芯由多块耐火锚固砖组成，每块耐火锚固砖的上表面、下表面、前表面及后表面均带有多道均匀分布的凹槽；多块耐火锚固砖沿搅拌轴轴向分层布置，且相邻两块耐火锚固砖凸台面之间的间隔距离为10～50mm；每块耐火锚固砖的内端通过金属连接件与搅拌轴金属芯焊接，每块耐火锚固砖的外端面为带有凹槽的不规则凹凸面，同时，搅拌叶芯耐火材料衬包裹组适合搅拌叶芯，且耐火锚固砖与搅拌叶芯耐火材料衬同材质。结构简单、内应力低、制备简便高效、成本低廉、使用寿命长、搅拌混合特性稳定等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命铁水脱硫搅拌器
本专利技术涉及铁水预处理领域，具体涉及一种长寿命铁水脱硫搅拌器。
技术介绍
众所周知，铁水预处理是现代钢铁冶金流程中的必备工序，其中，铁水机械搅拌脱硫以其优良的反应动力学条件而得到广泛应用，并呈现出铁水喷吹脱硫向铁水机械搅拌脱硫改造的发展趋势。目前国内外广泛应用的铁水机械搅拌脱硫工艺为KR机械搅拌脱硫方法。这种脱硫方法是以一个外衬耐火材料的单层布置十字形叶片结构搅拌器浸入铁水罐内进行旋转搅动铁水，使铁水液面产生旋涡，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，与高温铁水接触混合、反应，达到铁水脱硫的目的。由此可见，铁水KR机械搅拌脱硫具有脱硫反应动力学条件优、脱硫反应充分、脱硫效率高等优点，但作为脱硫反应器中唯一动力来源的旋转搅拌器，不仅需承受铁水的高温加热、铁水渗透、熔渣侵蚀、高低温频繁交替变化等作用，而且还需承受高温铁水的冲刷，工作条件极其恶劣，是脱硫反应器中最易损毁的器件，也是导致反应器搅拌混合特性劣化的关键因素，曾一度因为搅拌器破损速度快而阻碍了铁水KR机械搅拌脱硫技术的推广应用，因而，如何延缓搅拌器损毁进程、延长搅拌器使用寿命、稳定搅拌混合特性成为国内外学者一致关注的焦点。基于搅拌器金属搅拌芯与耐火材料衬复合体结构特点，其中金属搅拌芯由金属搅拌轴芯和搅拌器叶片金属芯焊接组成，耐火材料衬由耐火浇注料整体浇注成型制备，国内外学者先后从搅拌器叶片外形、搅拌器耐火浇注料、修补料及其修补维护工艺等方面开展了大量的工作，取得了大幅度延长搅拌器使用寿命的实际应用效果，极大地推进了铁水KR搅拌脱硫技术的发展，满足了低硫钢种大规模稳定生产的需要。然而，随着钢铁产品质量要求的不断提高，铁水深度脱硫比例不断提高，导致KR脱硫单罐次搅拌时间不断延长，服役条件不断恶化；此外，随着冶炼设备大型化与铁水输送过程的优化，脱硫预处理铁水温度不断提高，最高的铁水脱硫温度已超过1500℃，进一步提高了搅拌器服役条件下的温度水平，同时也是搅拌器叶片旋转线速度提升，加剧了搅拌器叶片耐火材料衬的冲刷磨损，进而导致搅拌器使用寿命大幅降低。分析认为，上述不断恶化的工况参数，不仅加剧了搅拌器耐火材料衬理化性能的劣化、磨损以及渣铁渗透侵蚀，引起搅拌器使用寿命降低，更关键是搅拌过程中搅拌器吸热量增大、温度进一步提高，增大了搅拌与等待工况间的热震温差，导致搅拌器耐火材料衬温差应力急剧上升，促进了搅拌器耐火材料衬的起裂与裂纹发展，加剧了耐火材料衬的渗透与剥落损毁；同时，搅拌器整体温度的上升，扩大了金属芯与耐火材料衬间因热膨胀性能的不同而引起的结合面内应力，导致耐火材料衬结合面内应力损毁，严重削弱了搅拌器金属芯与耐火材料衬复合体结构的整体性，引起耐火材料衬结构性剥落和金属芯外露熔损，大幅度降低了搅拌器的使用寿命。由此可见，铁水脱硫技术要求和生产管理技术的不断进步，有效提升了企业的产品质量和生产经营效益，但同时也严重恶化了铁水KR搅拌脱硫的工况条件，缩短了搅拌器的使用寿命，降低了铁水KR机械搅拌脱硫反应动力学条件的稳定性，制约了铁水KR搅拌脱硫工序的技术经济性。因而，研究适应当今铁水KR机械搅拌脱硫工况条件下的新型搅拌器已成为行业重点关注的焦点。根据国内多家钢铁企业铁水KR脱硫工艺中搅拌器服役过程的损毁历程跟踪记录，搅拌器的损毁均集中在搅拌叶片径向外侧部位，主要破损形式为叶片耐火材料衬的冲蚀磨损、裂纹渗透侵蚀与剥落以及叶片金属芯的烧损熔蚀等。分析认为，在搅拌器的旋转搅拌服役过程中，随着径向距离的增大，搅拌叶片的旋转线速度增大，铁水冲刷与表面换热增强，尤其是搅拌叶片径向外侧面与棱角部位，不仅旋转线速度最大，而且换热比表面积也最大、工作温度最高，是搅拌器最易冲刷磨损、应力开裂与侵蚀熔损的部位；此外，搅拌叶片的耐火材料衬包裹板状金属搅拌叶芯结构，也使金属搅拌叶芯呈现出与搅拌叶片耐火材料衬相似的外高内低的不均匀温度分布，由于耐火材料热膨胀系数低于金属材料，致使金属搅拌叶芯与包裹的耐火材料衬结合界面产生内应力，并随着搅拌叶片径向向外距离的增大，搅拌叶片工作温度不断上升，金属搅拌叶芯与耐火材料衬结合界面的内应力急剧增大，最终导致搅拌叶片的内应力破损与快速剥落。由此可见，在现有的铁水KR搅拌脱硫技术条件下，引起搅拌器损毁的主要因素有铁水温度和搅拌线速度，随着铁水温度的升高，搅拌器损毁加剧，随着铁水罐的大型化，搅拌器结构尺寸不断增大，搅拌线速度增大，搅拌器损毁加剧；因而，研究适应当今铁水KR机械搅拌脱硫工况条件下的新型搅拌器的核心技术是延缓搅拌叶片的损毁进程、延长搅拌器使用寿命、稳定搅拌混合特性。针对上述问题，国内外学者从搅拌器结构与耐火材料方面开展了大量的研究工作，如：中国专利《一种铁水脱硫用搅拌器》专利申请号200910060770.4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，通过三叶前倾结构，增强搅拌卷吸空间与卷吸循环流量，实现相同反应动力学条件下降低搅拌旋转速度与冲刷磨损，减小搅拌叶片表面换热系数，延缓热应力裂纹损毁进程，并在实际生产中推广应用，与常规搅拌器相比使用寿命延长1.5倍。再如授权公告号为CN101857446B的中国专利公开了一种脱硫搅拌器用耐火浇注料，由浇注料基料和适量的添加剂混合而成。通过烧结锆莫来石原材料的利用，提高耐火材料衬抗高温熔损能力和熔渣渗透与侵蚀能力，提高浇注料的高温使用性能；通过板条状大颗粒烧结锆莫来石的选择，扩大骨料与粉料之间的结合面积，提高了骨料堆积骨架的稳定性与浇注料的结合强度，改善浇注料热震稳定性能与抗龟裂破损性能，通过钢纤维增强，进一步提高耐火材料衬的热震稳定性和整体性，并在实际生产中取得了搅拌器平均寿命提高100炉以上的优良效果。申请公布号为CN107141002A的中国专利公开了一种脱硫搅拌器用复合纤维增强耐火浇注料，由浇注料基料和适量的添加剂混合而成。其中，所述浇注料基料的组分重量百分比为：普通电熔莫来石28～33％、纯电熔莫来石22～28％、红柱石15～20％、致密刚玉细粉5～8％、α-Al2O3微粉6～10％、硅微粉4～6％、氧化铝空心球3～6％、纯铝酸钙水泥4.5～6.5％；所述添加剂为耐热钢纤维、短切碳纤维、羧甲基纤维素、有机硅消泡剂、金属硅粉、金属铝粉、聚丙烯纤维、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和三聚氰胺等组成；通过添加碳纤维、氧化铝空心球和降低钢纤维用量，达到浇注料复合增强增韧和提高浇注料使用温度的目的。但钢纤维易高温氧化熔蚀，最高工作温度≤1350℃，远不能稳定满足铁水1350℃以上、甚至达1500℃的机械搅拌脱硫要求。综上所述，目前的研究还未改变搅拌叶片的耐火材料衬包裹单块板状金属搅拌叶芯的叶片结构特征，也未涉及耐火材料衬与金属搅拌叶芯结合界面的内应力损毁问题，更没有搅拌叶片为整体耐火材料材质的相关专利与技术文献的资料报道。此外，随着冶炼设备大型化与铁水输送过程的优化，脱硫预处理铁水温度不断提高，大型铁水罐的铁水脱硫预处理温度基本都超过1350℃，相应的铁水KR机械搅拌脱硫用搅拌器的内应力损毁问题更为突出。因而，就延长搅拌器使用寿命和稳定搅拌混合特性方面仍有较大的研究潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种结构简单、内应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长寿命铁水脱硫搅拌器，包括风冷管(1)、搅拌轴及2～4个沿搅拌轴圆周均匀分布的搅拌叶片(5)，所述搅拌轴包括搅拌轴金属芯(2)、搅拌轴V形锚固件(3)及搅拌轴耐火材料衬(4)；其特征在于：所述搅拌叶片(5)包括组合式搅拌叶芯及搅拌叶芯耐火材料衬(6)；其中，所述组合式搅拌叶芯由多块耐火锚固砖(5.1)组成，每块耐火锚固砖(5.1)的上表面、下表面、前表面及后表面均带有多道均匀分布的凹槽(5.3)；多块耐火锚固砖(5.1)沿搅拌轴轴向分层布置，且相邻两块耐火锚固砖(5.1)凸台面(5.4)之间的间隔距离为10～50mm；每块耐火锚固砖(5.1)的内端通过金属连接件(5.2)与搅拌轴金属芯(2)焊接，每块耐火锚固砖(5.1)的外端面(5.5)为带有凹槽的不规则凹凸面，同时，搅拌叶芯耐火材料衬(6)包裹组适合搅拌叶芯，且耐火锚固砖(5.1)与搅拌叶芯耐火材料衬(6)同材质。

【技术特征摘要】
1.一种长寿命铁水脱硫搅拌器，包括风冷管(1)、搅拌轴及2～4个沿搅拌轴圆周均匀分布的搅拌叶片(5)，所述搅拌轴包括搅拌轴金属芯(2)、搅拌轴V形锚固件(3)及搅拌轴耐火材料衬(4)；其特征在于：所述搅拌叶片(5)包括组合式搅拌叶芯及搅拌叶芯耐火材料衬(6)；其中，所述组合式搅拌叶芯由多块耐火锚固砖(5.1)组成，每块耐火锚固砖(5.1)的上表面、下表面、前表面及后表面均带有多道均匀分布的凹槽(5.3)；多块耐火锚固砖(5.1)沿搅拌轴轴向分层布置，且相邻两块耐火锚固砖(5.1)凸台面(5.4)之间的间隔距离为10～50mm；每块耐火锚固砖(5.1)的内端通过金属连接件(5.2)与搅拌轴金属芯(2)焊接，每块耐火锚固砖(5.1)的外端面(5.5)为带有凹槽的不规则凹凸面，同时，搅拌叶芯耐火材料衬(6)包裹组适合搅拌叶芯，且耐火锚固砖(5.1)与搅拌叶芯耐火材料衬(6)同材质。2.根据权利要求1所述长寿命铁水脱硫搅拌器，其特征在于：每块所述耐火锚固砖(5.1)的外端面(5.5)与搅拌叶芯耐火材料衬(6)的外侧面平齐。3.根据权利要求1或2所述长寿命铁水脱硫搅拌器，其特征在于：最底层所述耐火锚固砖(5.1)的下表面最低端面与所述搅拌轴金属芯(2)底部端面平齐，最上层...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳德刚，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42