KR法長壽攪拌器的研究與應用

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力學條件，脫硫率可達到90%以上，可以實現極深度脫硫，其脫硫效果較穩定，且具有高效、低耗等優點，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，從武鋼最早引進新日鐵KR脫硫工藝之初的經驗教訓看，攪拌器的使用壽命問題和對鐵水罐安全性要求的提高，可能會成為制約KR工藝運行效率的瓶頸因素，因此有必要開展系列研究，提高KR攪拌器使用壽命，降低KR生產操作成本和勞動強度，保證KR法鐵水脫硫工藝低耗、高效運行。

2 新技術開發應用條件

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別管線管、壓力容器用鋼等新品種生產需求，采用KR機械攪拌法脫硫工藝，自投產以來，KR鐵水脫硫工藝存在處理周期較長、脫硫率低、脫硫劑消耗高，攪拌器使用壽命低等一系列問題。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，一般攪拌器轉速為120r/min，轉矩為8200N.m，因而，鐵水獲得了良好的脫硫動力學條件，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作用，強化了攪拌器使用過程中的破損過程，為此，還需對襯體破損部位進行頻繁修補，以延長使用壽命。

2.2 萊鋼KR鐵水脫硫工藝主要問題

參照國內外KR法生產的經驗，結合目前萊鋼銀山型鋼公司的鐵水條件、產品結構及其他具體情況，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，但脫硫攪拌器使用壽命偏低一直成為制約KR工藝生產順行的主要問題。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程復雜，使得工人勞動強度增加等。攪拌器作為KR脫硫裝置中的關鍵部件，其綜合壽命和結構設計對脫硫的效率影響非常大。為此，針對提高銀山型鋼煉鋼廠KR法鐵水脫硫攪拌器使用壽命的問題，分析影響攪拌器使用壽命的因素，提高其使用壽命，確保KR法鐵水預處理脫硫工藝穩定順行。

3 KR高效長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，并加入一定量的結合劑和水共同組成。粒狀料以硅酸鋁質熟料和剛玉質材料用的最多。試驗的主要原料組成為莫來石、焦寶石、剛玉、礬土、紅柱石，原料組成中又包括骨料、結合劑、添加劑等。高強度耐火澆注料對其所采用的骨料、粉料和結合劑有較高的要求，骨料必須充分燒結，吸水率低，強度高，體積密度穩定，而且雜質含量低。

3.2 試驗試制

選擇 粒度 為 8～5、5～3、3～1、≤1 和 ≤0.088mm的普通電熔莫來石為主要原料，≤1mm的焦寶石為組合骨料，≤0.088mm的特級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微粉為復合結合劑，耐熱鋼纖維為增強材料。混合料被澆注成40×40×160mm試樣。試樣分別在 110℃×24h，1100℃×3h，1500℃×3h 條件下處理。通過對試樣的燒結參數，如體積密度、顯氣孔率，力學性能，如抗折強度、耐壓強度，以及熱震穩定性，永久線變化進行檢測對比，確定各種骨料、基質組成、結合劑、膨脹劑、減水劑、防爆劑等的最優組合和添加比例，經過對比試驗，各項性能達到試制要求。

4 KR攪拌器生產制造工藝改進

4.1 澆注施工工藝過程

本次試驗的三葉攪拌槳生產施工采用反位打結，也就是把攪拌槳槳軸在下槳葉上反過來打結，先打槳軸再打槳葉。這種打法的優點是打結時模具組裝比較簡單，支架設計簡單，打結時間短，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

三葉攪拌槳低溫烘烤采用電窯烘烤，300℃-1100℃區間采用天然氣烘烤，烘烤工藝成熟，高溫，有利于攪拌槳中澆注料基質間的反應，有利于攪拌槳抗沖刷性和高溫強度的整體提高。烘烤最高溫550℃，屬于中高溫，烘烤溫度對攪拌槳使用條件有限制，烘烤溫度越接近鐵水溫度，攪拌槳使用越穩定，這取決于材質間的相位變換。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，升溫和保溫曲線很重要。

5 KR攪拌器用修補料及修補工藝改進

KR攪拌頭是由金屬攪拌芯與耐火材料工作襯組成的復合結構體。根據KR攪拌脫硫過程的現場調研可知，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構剝落，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。

日常使用的修補料選擇焦寶石與三級高鋁熟料為主要原料，其中，焦寶石粒度為3～1mm、≤1mm的骨料，三級高鋁熟料為≤1mm的骨料，特級高鋁熟料為主要粉料，耐火粘土為增進可塑性材料，藍晶石為高溫膨脹材料，無機高溫纖維、有機酸鹽、有機纖維為修補料的復合防爆添加劑。選擇無機化學結合劑與微粉為復合結合劑，多種有機與無機減水劑為復合分散劑M。

6 KR攪拌器外型結構及尺寸優化

攪拌器結構尤其是攪拌葉片的結構形式對脫硫效率影響較大，通過改善攪拌器葉片對高溫鐵水的攪拌強度，有效地縮短了攪拌脫硫時間，達到延長攪拌器使用壽命的目的。研究表明：攪拌器結構尤其是攪拌葉片的結構形式對脫硫效率影響較大，通過改善攪拌器葉片對高溫鐵水的攪拌強度，可有效地縮短攪拌脫硫時間，達到延長攪拌器使用壽命的目的。

本次設計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，可以提高攪拌槳使用壽命。

7 改善KR脫硫工藝參數

根據攪拌脫硫的工藝過程可知，影響攪拌器使用壽命的因素較多，既有攪拌器自身的因素，也有攪拌器實際使用過程的外部因素。通過采取優化與攪拌器的使用狀況緊密相關的脫硫工藝參數等外部影響因素（如單次攪拌時間、攪拌轉矩與轉速、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創新點

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，脫硫劑單耗達到6.5Kg/t鐵，各項指標均達到國內領先水平。

8.2 技術創新點：

（1）優化攪拌器外形結構，改善脫硫動力學條件；（2）研制應用高性能的攪拌器用澆注料及修補料；（3）研究長壽高效的施工工藝和使用維護工藝，實現KR攪拌器長使用壽命。

9 結論

9.1 通過工藝優化，KR脫硫周期由原來的45分鐘降到31分鐘左右，脫硫率由原來的不到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 從對影響攪拌器使用壽命的多方面因素出發，進行的延長攪拌器使用壽命的技術研究取得了優良的實際應用效果，使攪拌器的使用壽命由投產初期的200次水平提高到420次以上，不僅改善工作環境和工人勞動強度，且大幅度降低了KR攪拌脫硫成本。

[1]劉榴，陳黎明.KR法鐵水脫硫主體設備介紹及有關計算[J].2002.

[2]阮艷，周穎.KR法鐵水脫硫自動控制系統軟件的編制及調試[J].2004.