[發(fā)明專利]鐵水KR攪拌脫硫裝置與攪拌工藝協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010531801.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN111748668B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽德剛;楊新泉;鄧品團(tuán);陳超;沈繼勝;朱善合;孫偉;朱萬軍;楊成威;劉婳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西;張繼巍

本發(fā)明公開了一種鐵水KR攪拌脫硫裝置與攪拌工藝協(xié)同優(yōu)化方法，根據(jù)轉(zhuǎn)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?五個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)協(xié)同優(yōu)化計(jì)算范圍設(shè)定?攪拌漩渦深度ΔH₁和漩渦液面涌起高度ΔH₂動(dòng)力學(xué)條件過程參數(shù)的計(jì)算?旋渦面與攪拌器葉片上表面相交圓半徑r_b動(dòng)力學(xué)條件過程參數(shù)的計(jì)算?攪拌混合特性優(yōu)化準(zhǔn)則建立?攪拌裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝參數(shù)協(xié)同計(jì)算?攪拌裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝參數(shù)協(xié)同優(yōu)化。到達(dá)強(qiáng)化脫硫劑攪拌混合分散特性、改善鐵水?dāng)嚢杳摿蚍磻?yīng)動(dòng)力學(xué)條件、穩(wěn)定鐵水脫硫效果、縮短脫硫攪拌時(shí)間、提高鐵水KR攪拌脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等綜合目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鐵水預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵水KR攪拌脫硫裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

鐵水KR機(jī)械攪拌脫硫方法的工藝過程是：將一個(gè)外襯耐火材料的單層葉片攪拌器，沿鐵水罐中心垂直浸沒鐵水中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)，使鐵水液面產(chǎn)生旋渦，經(jīng)過稱量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，漂浮在鐵水液面上的脫硫劑被旋渦下拉卷入鐵水，并在離心力與浮升力的作用下排出和上浮，實(shí)現(xiàn)脫硫劑在鐵水中的卷吸、排出與上浮循環(huán)運(yùn)動(dòng)，通過脫硫劑與高溫鐵水的持續(xù)循環(huán)混合接觸、表面反應(yīng)，穩(wěn)定達(dá)到鐵水脫硫目標(biāo)要求的目的。由于其優(yōu)良的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件和穩(wěn)定可靠的深脫硫特點(diǎn)，得到國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)的廣泛青睞，成為低硫與超低硫鋼生產(chǎn)過程中鐵水深脫硫的首選工藝。

根據(jù)鐵水KR脫硫工藝介紹可見，鐵水KR攪拌脫硫反應(yīng)過程是在敞口鐵水罐和沿罐口中心垂直插入的攪拌器共同組成的高溫冶金反應(yīng)器內(nèi)完成的鐵水與脫硫劑顆粒間攪拌混合冶金反應(yīng)過程，通過攪拌電機(jī)驅(qū)動(dòng)插入鐵水罐中的攪拌器旋轉(zhuǎn)攪拌，實(shí)現(xiàn)脫硫劑顆粒在鐵水中的卷吸循環(huán)及其持續(xù)的接觸反應(yīng)，完成鐵水穩(wěn)定脫硫的任務(wù)。由此可見，對(duì)于鐵水KR攪拌脫硫系統(tǒng)，攪拌的主要目的在于將漂浮在液面上的脫硫劑充分卷入并均勻分散到鐵水中，實(shí)現(xiàn)脫硫劑顆粒與鐵水的高效混合接觸，縮短脫硫反應(yīng)傳質(zhì)距離，顯著提高脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件與反應(yīng)速度，因而，如何以最低的攪拌動(dòng)力消耗達(dá)到最佳的脫硫劑攪拌混合分散效果是鐵水KR攪拌脫硫裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。

由于鐵水KR攪拌脫硫反應(yīng)器內(nèi)高溫、多相、大湍流條件下的冶金反應(yīng)行為十分復(fù)雜，嚴(yán)謹(jǐn)量化的冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論研究還不夠完善，因而目前國內(nèi)外鐵水KR攪拌脫硫裝置的設(shè)計(jì)主要采用半經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。如：文獻(xiàn)“黃云、張凌義、張國棟等，霍邱鐵礦深加工項(xiàng)目煉鋼連鑄系統(tǒng)KR鐵水脫硫工程設(shè)計(jì)，工程與技術(shù)，2014，No1，pp.12-16”報(bào)道了某KR鐵水脫硫工程的設(shè)計(jì)計(jì)算過程，具體為：根據(jù)鐵水罐額定裝載量、結(jié)構(gòu)尺寸以及鐵水KR攪拌裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定相關(guān)工藝、鐵水物性參數(shù)以及攪拌器結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)尺寸；根據(jù)攪拌電機(jī)選型經(jīng)驗(yàn)，初步確定攪拌電機(jī)功率P₀；根據(jù)攪拌功率計(jì)算公式，計(jì)算獲得理論攪拌功率P，再對(duì)理論攪拌功率P進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)修正獲得設(shè)計(jì)功率P_A；根據(jù)P₀與P_A的匹配程度與市場電機(jī)型號(hào)，最終確定攪拌電機(jī)型號(hào)，完成攪拌電機(jī)的設(shè)計(jì)選型。相關(guān)計(jì)算公式如下：

理論攪拌功率計(jì)算公式：P＝N_p·ρ·N³·d⁵

設(shè)計(jì)功率計(jì)算公式：P_A＝P·K

式中：P為攪拌功率(W)，N_p為功率準(zhǔn)數(shù)(量綱為1)，ρ為鐵水密度(kg/m³)，N為攪拌轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/s)，d為攪拌器旋轉(zhuǎn)直徑(m)，P_A為設(shè)計(jì)功率,K為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，是考慮攪拌溫度、物料加入狀況、化學(xué)反應(yīng)情況、機(jī)械傳動(dòng)效率等的影響。

對(duì)于功率準(zhǔn)數(shù)N_p，文獻(xiàn)“陳志平、章序文、林興華等編著，攪拌與混合設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年”報(bào)道了兩種確定方法，一是通過前人總結(jié)的大量不同結(jié)構(gòu)形式的攪拌裝置攪拌混合實(shí)驗(yàn)獲得的Np與Re間的關(guān)系圖查圖獲得；二是計(jì)算獲得，對(duì)于二葉平漿和二葉斜漿，也可以按照永田進(jìn)治提出的攪拌功率準(zhǔn)數(shù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式為：