阳极炉底侧复吹精炼过程熔池行为模拟研究

发布时间：2020-09-03 21:07

　　阳极炉底、侧复吹工艺对阳极炉的精炼效果、产能以及铜水的质量有较大影响。为了改善炉内传热效果、更好地排渣及提高经济效益,应把握熔池内流体的流动行为。近年来,学者们用水模拟实验和数值模拟的方法研究了熔炼炉内熔体的流动特性,结果显示喷吹气量和喷枪分布参数的控制是影响精炼效果的主要因素。根据相似定理,以云铜冶炼厂的阳极精炼炉为原型,建立几何尺寸为1：10的模型探索研究喷吹条件对喷吹过程中流体流动行为的影响,采用数值模拟和水模拟结合的方法,通过改变底、侧喷吹气量、底吹喷枪分布位置和侧吹喷枪插入深度,研究不同参数变量对喷吹过程中炉内气泡的行为、搅拌混匀时间和流体流动行为的影响。利用粒子图像测速系统和高速摄像机记录气泡的生成方式、流场的结构和运动形式,测量出单个气孔的有效搅拌区域范围,找出熔池内的搅拌死区,避免“结瘤”,提高搅拌效率。利用数值模拟的方法,对水模型实验中水、氮气两相流过程进行同条件数值模拟,将两组结果进行对比分析,以此来指导现场工艺参数的优化。实验结果表明,数值模拟结果与水模型实验结果的最大误差为7.7%,能够模拟阳极精炼炉内的多相流动行为。底吹氮气进入熔池之后形成气泡的时间是108ms,在熔池内的平均停留时间为504ms,喷枪口处气泡的生成频率是9Hz；侧吹气泡的形成时间270ms,气泡在熔池内的平均停留时间是324ms,侧吹喷枪口处气团的生成频率为4 Hz；最佳的喷枪参数和排布方式组合为：喷枪与中心线的夹角是20°,喷枪之间的距离是95mm,喷枪呈双排交叉排布。各个影响因素对底吹熔池精炼过程影响程度主次是：喷枪排布方式喷枪之间距离喷枪倾角。侧吹气量为1000L/h,喷枪插入熔体的深度5cm时,熔池上部大气团破裂后产生的小气泡量最多,破碎后产生的小气泡体积最小。熔池内的气体主要分布在喷枪区域,精炼炉中反应活性区为侧吹喷枪区域靠近熔池液位的区域。实际生产工况下精炼炉内熔体喷溅情况严重,主要集中在底吹喷枪区域上部的炉壁和侧吹喷枪对面的炉壁,可以减小喷吹气量和合理的喷枪排布方式来减缓熔体的喷溅。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF811
【部分图文】：

底坎,生成过程,气泡

图１．２底坎单个气泡生成过程逡逑从图中可看出，底吹气泡的形成经历两个阶段①生长阶段：送一阶段分相前端进入连续相并膨胀；②分离阶段：气泡后端面向连续相移动，气泡的预和分散相主流变得越来越薄，直到在喷口分离形成完整液滴。Ｌｅｉｂｓｏｎ等人对气一水体系中的气泡直径和雷诺数的关系进行过研巧雷诺数Ｒｅ＜５00时，气的直径取决于表面张力和浮力的平衡，气泡直径与喷嘴内径的１／３次方成正比，逡逑与气体流量无关；雷诺数５００＜Ｒｅ＜２１００时，气泡张力忽略不计，气泡的生成主逡逑要受浮力和惯性力的影响，此时有；由于，可化为逡逑—气泡体积逡逑气泡排开液体体积比例系数逡逑Ｓ—气泡中屯、到喷嘴的距离逡逑分别为液体和气体的密度逡逑＞

底吹,实物,模型

Ｖｅｌｏｃｍｅｔｒｙ，简称ＰＩＶ）测量模型内流场的结构和运动形式。测量出单个气孔的有逡逑效揽拌区域范围，找出烙池内的揽拌死区，避免＂结瘤＂，提高揽拌效率。水模型逡逑实验平台如图２－１所示。逡逑图２－３底吹炉模型实物图逡逑气泡参数逦直径逦频率逦上浮速度（ｍ／ｓ）逡逑实验结果逦１０．３逦９逦０．４３５逡逑模拟结果逦１１．１逦８．５逦０．４２３逡逑误差逦７．８％逦－５．５逦－２．８％逡逑表２－２数值模拟结果与实验结果比较逡逑对底吹阳极精炼炉内流场进行分析对掌握炉内流体的流动特性能有很好的逡逑帮助的，从而指导生产过程中的参数控制和阳极精炼炉的设计。逡逑２６逡逑

水模型,主要设备,试验装置

图３．１水模型试验装置图逡逑实验主要设备：逡逑１、压缩氮气钢瓶和流量计；逡逑２、电导率仪：型号：ＤＤＳＪ－３０８Ａ，测量范围０￣２ｘｌ0５，电导电极型号；ＤＪＳ－１，逡逑电极常数１．０；逡逑３、高速摄影机：德国Ｐｃｏ．公司制造最大拍摄顿数１４５０张每秒；’逡逑４、王维粒子成像测速系统：美国Ｔｓｉ公司生产，包括控制台、激光器、导逡逑光臂及ＰＩＶ专用跨侦ＣＣＤ相机。测速范围０到超音速，最大激光束能量２００ｍＪ，逡逑最大工作区域２0ｘ２０ｃｍ；逡逑本实验中采用的１０：邋１模型，用１０ｍｍ厚的有机玻璃德铸而成，曲面光滑无逡逑起伏，具有很好的透光性，内径％２ｍｍ，长１１９０ｍｍ成筒状，常温水模拟铜液，逡逑烙池液面高度１６１０ｍｍ，空气模巧氮气，进行底吹模拟实验。逡逑

【参考文献】