KR法长寿搅拌器的研究与应用
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摘要：为提高莱钢集团银山型钢炼钢厂kr法铁水炉外脱硫的功效，降低脱硫剂的消耗及操作成本，分析了KR法铁水脱硫的部分工艺参数对脱硫效率的影响，通过对KR搅拌法脱硫设备和技术的研究，采取优化搅拌器外型尺寸和结构，研制应用高性能浇注料和修补料，研究应用长寿高效的施工工艺和使用维护工艺等一系列有效措施，大大提高了KR搅拌器使用寿命，实现KR铁水脱硫预处理工艺低耗、高效运行。
关键词：KR；研究；寿命
中图分类号：TF351.5+3 文献标识码：A
1 概述
KR法具有极好的脱硫动力学条件，脱硫率可达到90%以上，可以实现极深度脱硫，其脱硫效果较稳定，且具有高效、低耗等优点，适用于极低硫品种钢冶炼。莱钢银山型钢炼钢厂KR脱硫工艺投产初期，从搅拌器的使用情况看，寿命只有200次左右，从武钢最早引进新日铁KR脱硫工艺之初的经验教训看，搅拌器的使用寿命问题和对铁水罐安全性要求的提高，可能会成为制约KR工艺运行效率的瓶颈因素，因此有必要开展系列研究，提高KR搅拌器使用寿命，降低KR生产操作成本和劳动强度，保证KR法铁水脱硫工艺低耗、高效运行。
2 新技术开发应用条件
2.1 莱钢KR铁水脱硫工艺分析
莱钢银山型钢炼钢厂为更好满足高级别管线管、压力容器用钢等新品种生产需求，采用KR机械搅拌法脱硫工艺，自投产以来，KR铁水脱硫工艺存在处理周期较长、脱硫率低、脱硫剂消耗高，搅拌器使用寿命低等一系列问题。搅拌器芯为金属材料铸造而成，工作衬为耐火浇注料整体浇注成型。在KR搅拌脱硫时，一般搅拌器转速为120r/min，转矩为8200N.m，因而，铁水获得了良好的脱硫动力学条件， 脱硫剂可以得到充分的利用， 脱硫效率高。然而，搅拌器则需承受高温铁水、熔渣的冲刷、侵蚀与间歇式工作的急冷急热等恶劣的物理与化学作用，强化了搅拌器使用过程中的破损过程，为此，还需对衬体破损部位进行频繁修补，以延长使用寿命。
2.2 莱钢KR铁水脱硫工艺主要问题
参照国内外KR法生产的经验，结合目前莱钢银山型钢公司的铁水条件、产品结构及其他具体情况，初步确定了脱硫剂组成及最佳搅拌速度和插入深度等脱硫工艺参数，但脱硫搅拌器使用寿命偏低一直成为制约KR工艺生产顺行的主要问题。搅拌器使用寿命偏低，不仅造成铁水脱硫成本高，且由于搅拌器更换过程复杂，使得工人劳动强度增加等。搅拌器作为KR脱硫装置中的关键部件，其综合寿命和结构设计对脱硫的效率影响非常大。为此，针对提高银山型钢炼钢厂KR法铁水脱硫搅拌器使用寿命的问题，分析影响搅拌器使用寿命的因素，提高其使用寿命，确保KR法铁水预处理脱硫工艺稳定顺行。
3 KR高效长寿搅拌器浇注料的研制
3.1 原料的选择
浇注料是一种由耐火物料制成的粒状和粉状材料，并加入一定量的结合剂和水共同组成。粒状料以硅酸铝质熟料和刚玉质材料用的最多。试验的主要原料组成为莫来石、焦宝石、刚玉、矾土、红柱石，原料组成中又包括骨料、结合剂、添加剂等。高强度耐火浇注料对其所采用的骨料、粉料和结合剂有较高的要求，骨料必须充分烧结，吸水率低，强度高，体积密度稳定，而且杂质含量低。
3.2 试验试制
选择粒度为8～5、5～3、3～1、≤1和≤0.088mm的普通电熔莫来石为主要原料，≤1mm的焦宝石为组合骨料，≤0.088mm的特级高铝熟料为主要粉料，≤0.108mm的红柱石为高温膨胀材料，纯铝酸钙水泥和SiO2微粉、α—Al2O3微粉为复合结合剂，耐热钢纤维为增强材料。混合料被浇注成40×40×160mm试样。试样分别在110℃×24h，1100℃×3h，1500℃×3h条件下处理。通过对试样的烧结参数，如体积密度、显气孔率，力学性能，如抗折强度、耐压强度，以及热震稳定性，永久线变化进行检测对比，确定各种骨料、基质组成、结合剂、膨胀剂、减水剂、防爆剂等的最优组合和添加比例，经过对比试验，各项性能达到试制要求。
4 KR搅拌器生产制造工艺改进
4.1 浇注施工工艺过程
本次试验的三叶搅拌桨生产施工采用反位打结，也就是把搅拌桨桨轴在下桨叶上反过来打结，先打桨轴再打桨叶。这种打法的优点是打结时模具组装比较简单，支架设计简单，打结时间短，最后打桨叶可以精确控制桨叶部分浇注料的加水量。
4.2 烘烤工艺改进
三叶搅拌桨低温烘烤采用电窑烘烤，300℃—1100℃区间采用天然气烘烤，烘烤工艺成熟，高温，有利于搅拌桨中浇注料基质间的反应，有利于搅拌桨抗冲刷性和高温强度的整体提高。烘烤最高温550℃，属于中高温，烘烤温度对搅拌桨使用条件有限制，烘烤温度越接近铁水温度，搅拌桨使用越稳定，这取决于材质间的相位变换。另外烘烤曲线直接决定浇注料中水分的排除效果，在某一曲线段内，升温和保温曲线很重要。
5 KR搅拌器用修补料及修补工艺改进
KR搅拌头是由金属搅拌芯与耐火材料工作衬组成的复合结构体。根据KR搅拌脱硫过程的现场调研可知，搅拌头破损主要集中在搅拌叶，尤其是搅拌叶的棱角部位；主要破损形式是龟裂，熔渣或铁水沿裂纹渗透引起耐火材料工作衬的结构剥落，以及铁水沿Y形锚固件熔蚀残留的空洞，烧损金属搅拌芯等，最终因搅拌叶大面积破损而终止使用。
日常使用的修补料选择焦宝石与三级高铝熟料为主要原料，其中，焦宝石粒度为3～1mm、≤1mm的骨料，三级高铝熟料为≤1mm的骨料，特级高铝熟料为主要粉料，耐火粘土为增进可塑性材料，蓝晶石为高温膨胀材料，无机高温纤维、有机酸盐、有机纤维为修补料的复合防爆添加剂。选择无机化学结合剂与微粉为复合结合剂，多种有机与无机减水剂为复合分散剂M。
6 KR搅拌器外型结构及尺寸优化
搅拌器结构尤其是搅拌叶片的结构形式对脱硫效率影响较大，通过改善搅拌器叶片对高温铁水的搅拌强度，有效地缩短了搅拌脱硫时间，达到延长搅拌器使用寿命的目的。研究表明：搅拌器结构尤其是搅拌叶片的结构形式对脱硫效率影响较大，通过改善搅拌器叶片对高温铁水的搅拌强度，可有效地缩短搅拌脱硫时间，达到延长搅拌器使用寿命的目的。
本次设计的三叶搅拌桨比四叶搅拌桨在单叶尺寸上要大，三叶搅拌桨尺寸380（上宽）/310（下宽）×850（高）×430（厚），尺寸的改变可以有效的提高单叶抗铁水冲刷的次数，可以提高搅拌桨使用寿命。
7 改善KR脱硫工艺参数
根据搅拌脱硫的工艺过程可知，影响搅拌器使用寿命的因素较多，既有搅拌器自身的因素，也有搅拌器实际使用过程的外部因素。通过采取优化与搅拌器的使用状况紧密相关的脱硫工艺参数等外部影响因素（如单次搅拌时间、搅拌转矩与转速、铁水装载量、脱硫剂种类等等）有效措施，改善KR搅拌器使用条件，提高其使用寿命。
8 总体性能比较和技术创新点
8.1 2011年12月份在莱钢银山型钢公司使用本次研制的搅拌桨，单次寿命在420次以上，脱硫剂单耗达到6.5Kg/t铁，各项指标均达到国内领先水平。
8.2 技术创新点：
（1）优化搅拌器外形结构，改善脱硫动力学条件；（2）研制应用高性能的搅拌器用浇注料及修补料；（3）研究长寿高效的施工工艺和使用维护工艺，实现KR搅拌器长使用寿命。
9 结论
9.1 通过工艺优化，KR脱硫周期由原来的45分钟降到31分钟左右，脱硫率由原来的不到80%提升到95%以上，脱硫剂消耗由10kg/t铁降至6.5kg/t铁，单次搅拌时间由9—10min 缩短到6—7min，明显改善了KR搅拌器使用条件。
9.2 从对影响搅拌器使用寿命的多方面因素出发，进行的延长搅拌器使用寿命的技术研究取得了优良的实际应用效果，使搅拌器的使用寿命由投产初期的200次水平提高到420次以上，不仅改善工作环境和工人劳动强度，且大幅度降低了KR搅拌脱硫成本。
参考文献
[1]刘榴，陈黎明.KR法铁水脱硫主体设备介绍及有关计算[J].2002.
[2]阮艳，周颖.KR法铁水脱硫自动控制系统软件的编制及调试[J].2004.