底吹炼铅熔炼炉内多相流动数值模拟与优化

发布时间：2019-11-09 23:09

【摘要】：摘要：底吹炼铅熔池熔炼工艺为我国自主知识产权的新一代先进炼铅工艺,底吹熔炼炉为该工艺的关键设备,炉内高温熔体与富氧空气间的多相流动行为对于底吹炼铅熔池熔炼过程至关重要。因此,对炉内高温熔体与富氧空气间多相流动行为进行系统研究与优化,对于提高工艺冶金反应强度及能源利用效率,具有重要的理论及实际意义。本文以底吹炼铅熔炼炉为原型,经过合理的简化与假设建立熔炼炉物理模型,选择VOF多相流模型和Realizable k-ε模型,构建了熔炼炉内气-液两相流动的数学模型,实现了底吹炼铅熔炼炉内多相流动行为的非稳态数值模拟。通过单因素分析的方法,得到了氧枪倾角、熔池深度、氧枪直径及氧枪间距等熔炼炉关键结构及操作参数的最优化影响区间,进而使用正交实验方法以及矩阵分析方法对熔炼炉进行多因素、多目标的优化分析,得到了各参数影响权重及最优化组合。本文的主要结论有： (1)通过合理的简化与假设完成了底吹炼铅熔炼炉的物理模型及数学模型的建立,完成了网格无关性检查并选择了合适的网格尺寸,且采用水模型实验的方法验证了数学模型的可靠性； (2)基准工况的数值模拟研究表明：富氧空气在熔池中的平均停留时间为0.35s；熔池区域的流体平均运动速度为0.18m/s,平均湍动能为0.092m2/s2,气相的平均上浮速度为4m/s左右,熔池搅拌效果较好；熔炼炉中反应活性区为氧枪区域靠近熔池液位的区域,最终熔池反应区的气含率为5.02%；熔炼炉内熔体喷溅严重,喷溅现象主要集中在氧枪区域上部； (3)采用正交实验方法以及矩阵分析方法的多因素、多目标优化分析结果表明：底吹炼铅熔炼炉的最优化方案的优化参数组合为：氧枪倾角150、熔池深度1420mm、氧枪直径25mm、氧枪间距1300mm；各优化参数的影响的主次顺序为：氧枪直径影响最大(41.12%)、熔池深度次之(28.46%)、氧枪间距影响相对较弱(22.29%)、氧枪倾角最弱(8.13%)。
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TF812;TF351

【参考文献】