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闪速熔炼过程是一个非线性、多变量、强耦合的复杂反应过程。伴随着铜闪速炉产能与熔炼强度的不断提高,闪速炉反应塔内温度场、浓度场等物理场的微观信息分布特点发生了明显的变化,其反应配风之间的参数配比关系对炉内熔炼过程的影响作用更为突出。全面解析高熔炼强度条件下闪速炉反应塔内气、粒两相多场信息分布有助于掌握高强度闪速熔炼过程的变化特征,对优化闪速炉操作制度,进一步挖掘闪速炉生产潜能具有重要指导意义。
本文以Fluent6.3为计算平台,以182t/h高投料量条件为闪速炉生产基准工况,对闪速熔炼过程中气、粒两相流场、温度场、浓度场与燃烧释热场进行了多场耦合仿真计算,并就闪速炉生产操作的三个主要配风参数(工艺风、分散风、中央氧)对炉内气、粒混合反应过程的影响关系进行了系统仿真研究。
本文主要研究内容与结论如下:
(1)深入分析了高强度闪速熔炼过程多物理场信息分布特点,得出了高投料量条件下反应塔内气、粒混合欠佳是导致精矿颗粒着火延迟,稳定高温区与激烈反应区位置显著下移的主要原因。经与相同工况条件下气相温度的现场测试数据比较,数值计算和测量结果之间的相对误差小于7%,验证了数值模型的可靠性与准确性。
(2)以闪速炉操作三大配风参数(工艺风、分散风、中央氧)为主要研究对象,详细研究了工艺风-分散风动量比以及三风速度配比对闪速熔炼过程的影响,得出了现有设备条件下工艺风-分散风动量比的适宜操作范围为0.083<K<0.166;以及“大分散风-工艺风动量比优先”、“小工艺风速操作优先”、以及“低中央氧速度优先”的操作参数配比原则。
(3)采用正交设计的方法,研究了工艺风、分散风与中央氧的速度对熔炼过程影响程度的主次关系,得到了基准工况条件下的操作参数优化配比方案。在优化工况条件下,炉内熔炼过程效率得到进一步提高,其烟尘发生率可控制在3.2%左右,炉内氧气基本消耗完全。