随着现代工业生产和科学技术的迅速发展,对钢材质量的要求日益提高,迫使铁水脱硫设备不断升级改进,提高脱硫效率已经成为钢铁行业及相关研究者所关注的问题。本文也从三个方面展开研究:基于KR法脱硫剂颗粒的加入方式研究、挡板改善KR法脱硫的搅拌效果研究和基于KR法新型搅拌器的流场数值研究。首先,以KR机械搅拌中常用的十字型搅拌头为研究对象,对脱硫剂颗粒的分散及自由液面旋涡进行分析,明确了影响脱硫效率主要发生的区域:强制涡流区和铁水罐底部低流速区。并对基于KR法的几种脱硫剂加入方式的颗粒流动特性进行了研究,分析出喷吹加料可减小铁水罐底部低流速区域,不同脱硫剂加入方式在流体中的分散效果会有不同,表现为:喷吹加料>连续投放加料>一次投放加料>均匀平铺加料。接着,为减小KR脱硫过程中出现的强制涡流区,改善脱硫剂的中心团聚现象,在铁水罐内添加控流装置来提升铁水脱硫搅拌效果。从气液分布、流线分布、流场平均速度和平均湍动能等角度分析挡板的有无、挡板的布置方式、挡板的数量与宽度不同时的流场特性。总结出铁水罐内设置挡板能够抑制中心漩涡的形成,扩大脱硫剂颗粒在罐内的分散情况,但对铁水罐底部低流速区影响不大;布置4块高度为铁水罐高度1/2、宽度为铁水罐直径1/10的短挡板时,罐内的强制涡流区基本消除,铁水罐底部仍保留有较大的流场速度,搅拌效果最佳。最后,为整体提高脱硫效率,参考传统KR脱硫法,将搅拌器与喷枪的优点结合,形成了一种既搅又喷的新型搅拌器。通过数值仿真计算,从流场速度和气体分布两方面研究了搅拌器不同的偏心度、搅拌转速、通气流量对铁水罐内脱硫效果的影响。采用新型搅拌器可增强流场的流动,由搅拌器底部喷嘴喷出的脱硫气体作螺旋上升运动,会使脱硫气体在铁水罐中分布范围更广且更加均匀;新型搅拌器在搅拌转速为150 r/min、通气流量为5.0 m3/h和偏心度为0.3时,气体的分布和密集程度最佳,流场具有较大的平均流速,有利于铁水与脱硫剂的反应。本文研究结果有助于系统性地了解KR法铁水脱硫的流体流动特性,为KR机械搅拌优化设计提供理论依据,对优化铁水预处理工艺和设备提供参考。