[發明專利]鐵水KR攪拌脫硫裝置與攪拌工藝協同優化設計方法

有效

• 申請號: 202010531801.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111748668B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 歐陽德剛;楊新泉;鄧品團;陳超;沈繼勝;朱善合;孫偉;朱萬軍;楊成威;劉婳
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮西;張繼巍

1.一種鐵水KR攪拌脫硫裝置與攪拌工藝協同優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)根據轉爐煉鋼容量，確定鐵水罐鐵水額定裝載量W、鐵水罐平均直徑D、鐵水深度H和鐵水罐自由空間高度h；

2)五個設計參數協同優化計算范圍設定為

(1)攪拌器插入深度F為：F＝(0.4～0.6)×H

(2)攪拌器轉速N為：60～150rpm

(3)攪拌器葉輪直徑d為：d＝(0.34～0.42)×D

(4)攪拌器葉片有效高度b為：b＝(0.55～0.75)×d

(5)攪拌器葉片數量n_p為3～4片；

3)攪拌漩渦深度ΔH₁和漩渦液面涌起高度ΔH₂動力學條件過程參數的計算

具體計算過程如下：

根據的公式(1)～公式(5)，計算不同攪拌裝置結構參數與攪拌工藝參數組合條件下的攪拌漩渦深度ΔH₁和攪拌漩渦面涌起高度ΔH₂；

式中：D為鐵水罐的平均直徑，N為攪拌器轉速，b為攪拌器葉片有效高度，d為攪拌器葉輪直徑，y為剛性回轉體和容器半徑之比，r_c為剛性回轉體半徑，Re為雷諾數，g為重力加速度，μ為液體粘度，n_p為葉片個數，n_p為3個或4個，ρ為液體密度；

4)旋渦面與攪拌器葉片上表面相交圓半徑r_b動力學條件過程參數的計算

具體計算過程如下：

根據攪拌自由渦流區漩渦液面方程(6)，選取Z坐標值為Z₀+b代入方程(6)，獲得旋渦面r坐標值r_b的計算方程(7)，采用公式(7)計算不同攪拌裝置結構參數與攪拌工藝參數組合條件下的r_b；

式中：Z為自由渦流區漩渦液面方程的縱坐標，Z₀為漩渦最低點0點的縱坐標值，ω為攪拌角速度，r為自由渦流區漩渦液面方程的徑向坐標，r_c剛性回轉體半徑；

其中，當Re≥10³～10⁴時，攪拌流動處于第二自模擬區的湍流狀態，r_c與r_s存在公式(8)的近似關系；

式中：r_s為攪拌葉片半徑(m)，即：r_s＝d/2

式中：D為鐵水罐的平均直徑，N為攪拌器轉速，b為攪拌器葉片有效高度，d為攪拌器葉輪直徑，y為剛性回轉體和容器半徑之比，r_c為剛性回轉體半徑，Re為雷諾數，g為重力加速度，μ為液體粘度，n_p為葉片個數，n_p為3個或4個，ρ為液體密度；

5)攪拌混合特性優化準則建立

(1)旋渦面與攪拌器葉片上表面相交圓半徑r_b的優化準則為r_c≤r_b＜r_s；

(2)攪拌漩渦深度ΔH₁和攪拌漩渦面涌起高度△H₂優化準則為：ΔH₁/H比值≤0.9、ΔH₁/F≥1.1和h≮ΔH₂+0.5m；

(3)對于鐵水罐額定轉載量W≤200t的鐵水罐，攪拌器葉片數量n_p為3片，對于鐵水罐額定轉載量W＞200t的鐵水罐，攪拌器葉片數量n_p為4片；

6)攪拌裝置結構參數與工藝參數協同計算

根據步驟3)和步驟4)的計算以及步驟1)中的額定鐵水量和鐵水罐相關結構參數，根據步驟2)中五個設計參數的計算范圍設定，通過其中1個參數變化，其它4個參數固定不變，計算獲得在4個固定參數條件下，單一變化參數對動力學條件過程參數的影響結果，通過變化參數的順序改變以及固定參數數值的變化，獲得步驟2)中5個設計參數設定范圍內任意數值組合下的動力學條件過程參數計算結果；

7)攪拌裝置結構參數與工藝參數協同優化

根據步驟6)中計算結果，按照步驟5)中的優化準則，選取對應的5個設計參數的組合系列；

還包括理論攪拌功率的計算

根據攪拌功率計算公式(9)，根據步驟7)中五個設計參數的協同優化設計結果，計算不同攪拌裝置結構參數與攪拌工藝參數組合條件下的理論攪拌功率；

式中：Ω為理論攪拌功率，N_p為功率準數，ρ為鐵水密度，N為攪拌器轉速，d為攪拌器旋轉直徑；

對于鐵水KR攪拌脫硫常用的3葉或4葉攪拌器，在保持攪拌葉片上端面與液面距離相同的條件下，按照葉片數量n_p與葉片高度b₀的乘積相等則攪拌功率也相等的原則進行功率準數N_p的修正，對于三葉攪拌器，公式中的b＝(3/2)b₀，對于四葉攪拌器，b＝2b₀，其中，b₀為三葉或四葉攪拌器的葉片高度，功率計算時對于3葉與4葉攪拌器的液面高度分別為H+b₀和H+2b₀，相應的攪拌器插入深度為F+0.5b₀和F+b₀；

攪拌電機的選型

根據理論攪拌功率Ω，采用公式(14)進行經驗修正，獲得攪拌電機功率Ω_d

Ω_d＝K×Ω÷η……(14)

Ω_d為攪拌電機功率，K為經驗修正系數，取5.51，η為機械傳動效率，取0.8；根據電機型號，按照電機功率≥Ω_d的原則進行電機選型。