KR法長(zhǎng)壽攪拌器的研究與應(yīng)用

張百慶 劉 美 寧 偉

（萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271104）

1 概述

KR法具有極好的脫硫動(dòng)力學(xué)條件，脫硫率可達(dá)到90%以上，可以實(shí)現(xiàn)極深度脫硫，其脫硫效果較穩(wěn)定，且具有高效、低耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于極低硫品種鋼冶煉。萊鋼銀山型鋼煉鋼廠KR脫硫工藝投產(chǎn)初期，從攪拌器的使用情況看，壽命只有200次左右，從武鋼最早引進(jìn)新日鐵KR脫硫工藝之初的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)看，攪拌器的使用壽命問(wèn)題和對(duì)鐵水罐安全性要求的提高，可能會(huì)成為制約KR工藝運(yùn)行效率的瓶頸因素，因此有必要開(kāi)展系列研究，提高KR攪拌器使用壽命，降低KR生產(chǎn)操作成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，保證KR法鐵水脫硫工藝低耗、高效運(yùn)行。

2 新技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用條件

2.1 萊鋼KR鐵水脫硫工藝分析

萊鋼銀山型鋼煉鋼廠為更好滿足高級(jí)別管線管、壓力容器用鋼等新品種生產(chǎn)需求，采用KR機(jī)械攪拌法脫硫工藝，自投產(chǎn)以來(lái)，KR鐵水脫硫工藝存在處理周期較長(zhǎng)、脫硫率低、脫硫劑消耗高，攪拌器使用壽命低等一系列問(wèn)題。攪拌器芯為金屬材料鑄造而成，工作襯為耐火澆注料整體澆注成型。在KR攪拌脫硫時(shí)，一般攪拌器轉(zhuǎn)速為120r/min，轉(zhuǎn)矩為8200N.m，因而，鐵水獲得了良好的脫硫動(dòng)力學(xué)條件，脫硫劑可以得到充分的利用，脫硫效率高。然而，攪拌器則需承受高溫鐵水、熔渣的沖刷、侵蝕與間歇式工作的急冷急熱等惡劣的物理與化學(xué)作用，強(qiáng)化了攪拌器使用過(guò)程中的破損過(guò)程，為此，還需對(duì)襯體破損部位進(jìn)行頻繁修補(bǔ)，以延長(zhǎng)使用壽命。

2.2 萊鋼KR鐵水脫硫工藝主要問(wèn)題

參照國(guó)內(nèi)外KR法生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合目前萊鋼銀山型鋼公司的鐵水條件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其他具體情況，初步確定了脫硫劑組成及最佳攪拌速度和插入深度等脫硫工藝參數(shù)，但脫硫攪拌器使用壽命偏低一直成為制約KR工藝生產(chǎn)順行的主要問(wèn)題。攪拌器使用壽命偏低，不僅造成鐵水脫硫成本高，且由于攪拌器更換過(guò)程復(fù)雜，使得工人勞動(dòng)強(qiáng)度增加等。攪拌器作為KR脫硫裝置中的關(guān)鍵部件，其綜合壽命和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)脫硫的效率影響非常大。為此，針對(duì)提高銀山型鋼煉鋼廠KR法鐵水脫硫攪拌器使用壽命的問(wèn)題，分析影響攪拌器使用壽命的因素，提高其使用壽命，確保KR法鐵水預(yù)處理脫硫工藝穩(wěn)定順行。

3 KR高效長(zhǎng)壽攪拌器澆注料的研制

3.1 原料的選擇

澆注料是一種由耐火物料制成的粒狀和粉狀材料，并加入一定量的結(jié)合劑和水共同組成。粒狀料以硅酸鋁質(zhì)熟料和剛玉質(zhì)材料用的最多。試驗(yàn)的主要原料組成為莫來(lái)石、焦寶石、剛玉、礬土、紅柱石，原料組成中又包括骨料、結(jié)合劑、添加劑等。高強(qiáng)度耐火澆注料對(duì)其所采用的骨料、粉料和結(jié)合劑有較高的要求，骨料必須充分燒結(jié)，吸水率低，強(qiáng)度高，體積密度穩(wěn)定，而且雜質(zhì)含量低。

3.2 試驗(yàn)試制

選擇 粒度 為 8～5、5～3、3～1、≤1 和 ≤0.088mm的普通電熔莫來(lái)石為主要原料，≤1mm的焦寶石為組合骨料，≤0.088mm的特級(jí)高鋁熟料為主要粉料，≤0.108mm的紅柱石為高溫膨脹材料，純鋁酸鈣水泥和SiO2微粉、α-Al2O3微粉為復(fù)合結(jié)合劑，耐熱鋼纖維為增強(qiáng)材料?；旌狭媳粷沧⒊?0×40×160mm試樣。試樣分別在 110℃×24h，1100℃×3h，1500℃×3h 條件下處理。通過(guò)對(duì)試樣的燒結(jié)參數(shù)，如體積密度、顯氣孔率，力學(xué)性能，如抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度，以及熱震穩(wěn)定性，永久線變化進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，確定各種骨料、基質(zhì)組成、結(jié)合劑、膨脹劑、減水劑、防爆劑等的最優(yōu)組合和添加比例，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，各項(xiàng)性能達(dá)到試制要求。

4 KR攪拌器生產(chǎn)制造工藝改進(jìn)

4.1 澆注施工工藝過(guò)程

本次試驗(yàn)的三葉攪拌槳生產(chǎn)施工采用反位打結(jié)，也就是把攪拌槳槳軸在下槳葉上反過(guò)來(lái)打結(jié)，先打槳軸再打槳葉。這種打法的優(yōu)點(diǎn)是打結(jié)時(shí)模具組裝比較簡(jiǎn)單，支架設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，打結(jié)時(shí)間短，最后打槳葉可以精確控制槳葉部分澆注料的加水量。

4.2 烘烤工藝改進(jìn)

三葉攪拌槳低溫烘烤采用電窯烘烤，300℃-1100℃區(qū)間采用天然氣烘烤，烘烤工藝成熟，高溫，有利于攪拌槳中澆注料基質(zhì)間的反應(yīng)，有利于攪拌槳抗沖刷性和高溫強(qiáng)度的整體提高。烘烤最高溫550℃，屬于中高溫，烘烤溫度對(duì)攪拌槳使用條件有限制，烘烤溫度越接近鐵水溫度，攪拌槳使用越穩(wěn)定，這取決于材質(zhì)間的相位變換。另外烘烤曲線直接決定澆注料中水分的排除效果，在某一曲線段內(nèi)，升溫和保溫曲線很重要。

5 KR攪拌器用修補(bǔ)料及修補(bǔ)工藝改進(jìn)

KR攪拌頭是由金屬攪拌芯與耐火材料工作襯組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。根據(jù)KR攪拌脫硫過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研可知，攪拌頭破損主要集中在攪拌葉，尤其是攪拌葉的棱角部位；主要破損形式是龜裂，熔渣或鐵水沿裂紋滲透引起耐火材料工作襯的結(jié)構(gòu)剝落，以及鐵水沿Y形錨固件熔蝕殘留的空洞，燒損金屬攪拌芯等，最終因攪拌葉大面積破損而終止使用。

日常使用的修補(bǔ)料選擇焦寶石與三級(jí)高鋁熟料為主要原料，其中，焦寶石粒度為3～1mm、≤1mm的骨料，三級(jí)高鋁熟料為≤1mm的骨料，特級(jí)高鋁熟料為主要粉料，耐火粘土為增進(jìn)可塑性材料，藍(lán)晶石為高溫膨脹材料，無(wú)機(jī)高溫纖維、有機(jī)酸鹽、有機(jī)纖維為修補(bǔ)料的復(fù)合防爆添加劑。選擇無(wú)機(jī)化學(xué)結(jié)合劑與微粉為復(fù)合結(jié)合劑，多種有機(jī)與無(wú)機(jī)減水劑為復(fù)合分散劑M。

6 KR攪拌器外型結(jié)構(gòu)及尺寸優(yōu)化

攪拌器結(jié)構(gòu)尤其是攪拌葉片的結(jié)構(gòu)形式對(duì)脫硫效率影響較大，通過(guò)改善攪拌器葉片對(duì)高溫鐵水的攪拌強(qiáng)度，有效地縮短了攪拌脫硫時(shí)間，達(dá)到延長(zhǎng)攪拌器使用壽命的目的。研究表明：攪拌器結(jié)構(gòu)尤其是攪拌葉片的結(jié)構(gòu)形式對(duì)脫硫效率影響較大，通過(guò)改善攪拌器葉片對(duì)高溫鐵水的攪拌強(qiáng)度，可有效地縮短攪拌脫硫時(shí)間，達(dá)到延長(zhǎng)攪拌器使用壽命的目的。

本次設(shè)計(jì)的三葉攪拌槳比四葉攪拌槳在單葉尺寸上要大，三葉攪拌槳尺寸380（上寬）/310（下寬）×850（高）×430（厚），尺寸的改變可以有效的提高單葉抗鐵水沖刷的次數(shù)，可以提高攪拌槳使用壽命。

7 改善KR脫硫工藝參數(shù)

根據(jù)攪拌脫硫的工藝過(guò)程可知，影響攪拌器使用壽命的因素較多，既有攪拌器自身的因素，也有攪拌器實(shí)際使用過(guò)程的外部因素。通過(guò)采取優(yōu)化與攪拌器的使用狀況緊密相關(guān)的脫硫工藝參數(shù)等外部影響因素（如單次攪拌時(shí)間、攪拌轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速、鐵水裝載量、脫硫劑種類等等）有效措施，改善KR攪拌器使用條件，提高其使用壽命。

8 總體性能比較和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

8.1 2011年12月份在萊鋼銀山型鋼公司使用本次研制的攪拌槳，單次壽命在420次以上，脫硫劑單耗達(dá)到6.5Kg/t鐵，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

8.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）優(yōu)化攪拌器外形結(jié)構(gòu)，改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件；（2）研制應(yīng)用高性能的攪拌器用澆注料及修補(bǔ)料；（3）研究長(zhǎng)壽高效的施工工藝和使用維護(hù)工藝，實(shí)現(xiàn)KR攪拌器長(zhǎng)使用壽命。

9 結(jié)論

9.1 通過(guò)工藝優(yōu)化，KR脫硫周期由原來(lái)的45分鐘降到31分鐘左右，脫硫率由原來(lái)的不到80%提升到95%以上，脫硫劑消耗由10kg/t鐵降至6.5kg/t鐵，單次攪拌時(shí)間由9-10min縮短到6-7min，明顯改善了KR攪拌器使用條件。

9.2 從對(duì)影響攪拌器使用壽命的多方面因素出發(fā)，進(jìn)行的延長(zhǎng)攪拌器使用壽命的技術(shù)研究取得了優(yōu)良的實(shí)際應(yīng)用效果，使攪拌器的使用壽命由投產(chǎn)初期的200次水平提高到420次以上，不僅改善工作環(huán)境和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，且大幅度降低了KR攪拌脫硫成本。

[1]劉榴，陳黎明.KR法鐵水脫硫主體設(shè)備介紹及有關(guān)計(jì)算[J].2002.

[2]阮艷，周穎.KR法鐵水脫硫自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的編制及調(diào)試[J].2004.