铁水KR搅拌混合特性量化表征方法及智能脱硫方法技术

本发明专利技术公开了一种铁水KR搅拌混合特性量化表征方法及智能脱硫方法，通过铁水扒渣位激光物位计的安装与距离测量，实现了铁水渣面高度与铁水液面高度的准确测量以及扒渣量的准确计算，从而，保证了搅拌器插入深度的精准控制，同时也弥补了现有技术中扒渣量空缺的不足，为降低铁水脱硫扒渣引起的铁损计量提供了可靠的原始数据。通过铁水脱硫位高清视频摄像机安装与图像识别软件的应用，保证了视频图像质量和表征准参数的快速识别获取，并基于建立的脱硫剂投加阶段与搅拌脱硫阶段表征参数控制范围要求的不同，按照5～10转/min的调节速率，从而达到搅拌转速的精准快捷智能控制的目的。

【技术实现步骤摘要】
铁水KR搅拌混合特性量化表征方法及智能脱硫方法
本专利技术涉及铁水预处理
，具体涉及一种铁水KR搅拌混合特性量化表征方法及智能脱硫方法。
技术介绍
铁水KR机械搅拌脱硫的工艺过程是：将一个外衬耐火材料的单层叶片搅拌器，沿铁水罐中心垂直浸没铁水中进行旋转搅动，使铁水液面产生旋涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，漂浮在铁水液面上的脱硫剂被旋涡下拉卷入铁水，并在离心力与浮升力的作用下排出和上浮，实现脱硫剂在铁水中的卷吸、排出与上浮循环运动，通过脱硫剂与高温铁水的持续循环混合接触、表面反应，稳定达到铁水脱硫目标要求的目的。由于其优良的反应动力学条件和稳定可靠的深脱硫特点，得到国内外钢铁企业的广泛青睐，成为低硫与超低硫钢生产过程中铁水深脱硫的首选工艺。根据铁水KR脱硫工艺介绍可见，铁水KR搅拌脱硫反应过程是在敞口铁水罐和沿罐口中心垂直插入的搅拌器共同组成的高温冶金反应器内完成的铁水与脱硫剂颗粒间搅拌混合冶金反应过程，通过搅拌电机驱动插入铁水罐中的搅拌器旋转搅拌，实现脱硫剂颗粒在铁水中的卷吸循环及其持续的接触反应，完成铁水稳定脱硫的任务。由此可见，对于铁水KR搅拌脱硫系统，搅拌的主要目的在于将漂浮在液面上的脱硫剂充分卷入并均匀分散到铁水中，实现脱硫剂颗粒与铁水的高效混合接触，缩短脱硫反应传质距离，显著提高脱硫反应动力学条件与反应速度，因而，如何以最低的搅拌动力消耗达到最佳的脱硫剂搅拌混合分散效果是铁水KR脱硫强制搅拌的主要目的。由于铁水KR搅拌脱硫反应器内高温、多相、大湍流条件下的冶金反应行为十分复杂，为了探明铁水KR搅拌脱硫过程脱硫剂在铁水中的卷吸混合分散行为，文献“YoshieNAKAI,IkuhiroSUMI,HidetoshiMATSUNO等，EffectofFluxDispersionBehavioronDesulfurizationofHotMetal，ISIJInternational,Vol.50(2010),No.3,pp.403–410”通过1/8水模和70kg级铁水试验，研究了搅拌工艺参数对脱硫剂在铁水中的混合分散特性的影响规律，发现随着搅拌工艺参数的变化，脱硫剂混合分散特性可划分为三个阶段，即：“无扩散”阶段、“过渡扩散”阶段和“完全扩散”阶段，即：随着搅拌转速的增大，搅拌旋涡深度增大，当搅拌旋涡抵达搅拌器叶片顶面之前时，铁水中无脱硫剂颗粒卷入，为“无扩散”阶段，当搅拌旋涡深度位于叶片顶面和叶片底面之间时，脱硫剂卷入铁水，并随着旋涡深度增加，卷入分散的脱硫剂数量急剧增加，为“过渡扩散”阶段，当搅拌旋涡深度超出搅拌器叶片底面时，铁水中卷入分散的脱硫剂数量继续增加，但增加幅度随着旋涡深度增大而逐步减小，为“完全扩散”阶段；并定义涡流深度与搅拌器液面底面深度之比为扩散指数I，进行脱硫剂卷吸混合特性的评价指标，当扩散指数大于1，水模试验中发生完全扩散，而且在铁水脱硫热态中试试验中，脱硫反应表观速率常数明显提高；随着搅拌器插入深度的增加，脱硫剂颗粒的起始卷入分散搅拌转速和完全扩散转速增加，与搅拌器插入深度为铁水液面深度一半相比，搅拌器插入深度为3/4铁水液面深度时，起始扩散转速与完全扩散转速分别提高1/2和1/3，铁水罐液面下半部区域脱硫剂颗粒扩散数量明显增加，因而随着搅拌器插入深度的增加有利于脱硫剂颗粒在铁水中混合分散区域的扩展。虽然文中均给出了涡流深度与搅拌器液面底面深度之比的扩散指数I，但在铁水KR搅拌脱硫实际生产中，由于旋涡涡底聚集大量脱硫剂，导致旋涡深度无法测量，由于铁水中脱硫剂的卷吸分散过程的非可视性，导致脱硫剂混合分散状况无法判断，从而影响了研究成果的实际应用价值，此外，文中未能提出最佳的扩散指数I的最佳范围，从而影响了研究成果的技术完整性。基于上述研究结果，中国专利“欧阳德刚，李明晖，罗安智，铁水KR脱硫搅拌器设计方法，申请公布号：CN109918834A”，通过大量的水模与数模试验发现，当搅拌旋涡涡底抵达搅拌器叶片底面时，脱硫剂搅拌卷吸分散效果适当、搅拌过程稳定、搅拌功率合理；为此，以搅拌旋涡深度等于搅拌器叶片底面深度为量化准则，采用旋涡结构参数与搅拌装置结构参数、搅拌工艺参数之间的理论关联公式，首次计算确定了不同铁水KR搅拌脱硫设备条件下相应的工艺参数控制值，基于部分工艺参数变化范围的限定条件，进一步优化铁水罐与搅拌器的结构参数，完成铁水KR搅拌装置的量化设计，从而保证了不同产线KR搅拌脱硫装置设计的一致性与科学性，达到稳定脱硫反应动力学条件、提高脱硫技术经济指标的目的。虽然解决了搅拌装置经验设计的不足，但由于搅拌旋涡深度无法在线监测、铁水液面高度测量精度差等因素，导致工艺参数的优化结果无法在实际生产中进行应用，指导铁水KR搅拌脱硫生产操作的作用难以发挥。此外，由于以合适的脱硫剂搅拌卷吸分散效果的量化设计目标，导致最佳搅拌混合效果无法实现，也不能给出相应的工艺参数控制范围，因而还需进一步研究脱硫剂搅拌卷吸混合分散效果的量化判据，完善铁水KR脱硫搅拌器设计方法。针对上述问题，中国专利“欧阳德刚，王楷，李明晖等，铁水机械搅拌高效低耗脱硫方法，授权公告号：CN108588318B”公开了一种包括八个步骤的搅拌脱硫方法，主要包括：脱硫剂投加量与搅拌时间的常规模型计算与修正；铁水液面标高测量以及基于搅拌漩涡面形状方程的搅拌器插入深度计算与修正；铁花飞溅状况监控和最高搅拌转速限定条件下的搅拌转速控制等。由此可见，该专利技术专利是基于搅拌漩涡面形状方程的搅拌器插入深度计算与搅拌转速控制为特征，更多地关注了搅拌脱硫反应动力学条件的改善，并在实际生产中取得了较好的应用效果，但操作人员通过经验分析与判断在线观察监控搅拌旋涡形态与铁花飞溅状况进行相关操作工艺参数的修正与调节，仍离不开操作人员的经验积累与判断水平，此外，由于搅拌脱硫过程中铁水罐的晃动、搅拌旋涡液面的震荡、搅拌转速的波动等因素，导致相关搅拌现象稍纵即逝，给搅拌旋涡与铁花特征的人工捕获与判断带来困难，影响了该专利技术的推广应用效果。针对上述专利中存在的搅拌旋涡形态与铁花飞溅状况人工监察实施困难、监控精度低的不足，中国专利“欧阳德刚，李明晖，饶江平等，基于图像识别的铁水KR搅拌脱硫方法，申请公布号CN109666772A”公开了一种包括如下四个步骤的脱硫方法，具体步骤有：1)采集铁水重量和铁水测温取样分析结果，计算搅拌时间τ、脱硫剂投加量W、铁水液面标高H、搅拌器插入深度h0和搅拌器底面标高h＝H-h0。2)通过高清视频系统监控画面调节搅拌转速；3)脱硫剂投加完毕后，通过高清视频系统监控画面调节搅拌转速，控制搅拌漩涡液面与搅拌器叶片上表面相交点距离搅拌轴中心轴线长度L0为:r0+50mm＜L0≤0.7r时，其中r0为搅拌轴沿搅拌器叶片上表面的截面圆半径，r为搅拌器叶片原始旋转半径；4)随着搅拌器服役时间的推进，不断调节搅拌转速，直至搅拌器服役终止。该专利技术通过高清视频对搅拌漩涡液面形状及其与搅拌器叶片间相互位置关系的特征参数在线监控，实现了铁水脱硫搅拌全过程的反应动力学条件的实时掌控，为实际生产操作提供了全程可视化监控手段，解决了人工监控与经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁水KR搅拌混合特性量化表征方法，其特征在于：包括确定搅拌混合特性量化表征参数和设定量化表征参数控制范围；/n搅拌混合特性量化表征参数包括：搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径R、铁水液面脱硫剂覆盖率η、搅拌器插入深度L、脱硫剂投加时搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径Rt、脱硫剂投加时脱硫剂落入点离搅拌轴中心线的径向距离L1、搅拌脱硫时搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径Rj；/n量化表征参数控制范围：搅拌器插入深度L为铁水深度h的一半、Rt的范围为r0+50mm＜Rt≤0.624r、L1的范围为Rt＜L1≤0.80r、Rj的范围为0.624r≤Rj≤0.85r、铁水液面脱硫剂覆盖率η≤10％；/n其中：r0为搅拌轴沿搅拌器叶片上表面的截面圆半径，r为搅拌器叶片旋转半径。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁水KR搅拌混合特性量化表征方法，其特征在于：包括确定搅拌混合特性量化表征参数和设定量化表征参数控制范围；
搅拌混合特性量化表征参数包括：搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径R、铁水液面脱硫剂覆盖率η、搅拌器插入深度L、脱硫剂投加时搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径Rt、脱硫剂投加时脱硫剂落入点离搅拌轴中心线的径向距离L1、搅拌脱硫时搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径Rj；
量化表征参数控制范围：搅拌器插入深度L为铁水深度h的一半、Rt的范围为r0+50mm＜Rt≤0.624r、L1的范围为Rt＜L1≤0.80r、Rj的范围为0.624r≤Rj≤0.85r、铁水液面脱硫剂覆盖率η≤10％；
其中：r0为搅拌轴沿搅拌器叶片上表面的截面圆半径，r为搅拌器叶片旋转半径。


2.一种如权利要求1所述基于铁水KR搅拌混合特性量化表征的智能脱硫方法，其特征在于：脱硫方法包括如下步骤：
1)根据铁水罐受铁前后称重的重量差，获取铁水罐装入量W；铁水罐运抵扒渣位后，进行铁水测温和取样成分分析，获取铁水前温Tq和铁水成分；并计算扒前渣后铁水量Wt、铁水液面标高Ht和铁水深度h保存；
2)将铁水罐由扒渣位运抵脱硫位，根据步骤1)中保存的铁水前温Tq、铁水成分和铁水量Wt数据，计算脱硫搅拌时间τ和脱硫剂投加量Wj；根据步骤1)中的的铁水液面高度Ht和铁水深度h，按照插入搅拌器插入深度L为铁水深度h的一半控制要求，计算搅拌器叶片底面标高Hd＝Ht-1/2h；
3)计算获得不同搅拌转速下相交旋涡圆半径R数据，并按照5～10转/min的调节速率；当相交旋涡圆半径R处于投料相交旋涡圆半径Rt要求的控制范围时，即r0+50mm＜Rt≤0.624r，控制搅拌转速不变，并伸长投料槽或投料喷管脱硫剂投加，控制脱硫剂投料落点离搅拌轴中心线的径向距离L1为Rt＜L1≤0.80r，直至完成计算确定的脱硫剂投加完成；
4)计算铁水液面脱硫剂覆盖率η，并按照5～10转/min的调节速率；当搅拌器叶片上表面相交旋涡圆半径R处于搅拌脱硫相交旋涡半径Rj要求的控制范围时和铁水液面脱硫剂覆盖率η≤10％时，保持搅拌转速不变，直至脱硫搅拌结束，此后，提升搅拌器至正常等待工位；其中，Rj要求的控制范围为0.624r≤Rj≤0.85r；
5)将完成铁水搅拌脱硫的铁水罐运抵扒渣位，进行铁水测温和取样成分分析，获取脱硫后温度Th和脱硫后铁水成分；达到铁水脱硫要求后，并计算铁水后渣扒出重量Wh；根据铁水后渣扒出量Wh和步骤1)计算获得的铁水量Wt、脱硫剂投加量Wj，计算获得铁水脱硫温降△T和铁水脱硫扒渣后上交转炉铁水量Wg，其中，△T＝Tq-Th、Wg＝Wt+Wj-Wh；
6)将步骤5)获得的铁水测温取样结果和计算获得的铁水脱硫温降△T、脱硫后铁水成分、铁水脱硫扒渣后上交转炉铁水量Wg数据保存。


3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳德刚，刘洋，杨新泉，朱善合，邓品团，孙伟，邓攀，朱万军，杨成威，沈继胜，李华，刘婳，刘占增，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42