臥式精煉爐爐料熔化與側吹過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、浸入式熔池側吹技術在有色金屬、鋼鐵等冶煉領域應用十分廣泛。研究側吹爐內熔體、氣流或混合流的流體力學行為、溫度及壓力場分布情況,對側吹爐結構設計、側吹過程工藝條件的優(yōu)化具有重要的指導意義。
　　NGL爐是中國瑞林工程技術有限公司自主研究設計的大型銅精煉浸入式側吹爐。本研究采用FLUENT6.3仿真平臺,針對250噸NGL爐的預混燃燒熔化作業(yè)、氧化還原側吹作業(yè)過程開展仿真研究工作,為NGL爐的進一步優(yōu)化設計提供依據(jù)和指導。
　　

2、本研究采用Eulerian多相流模型、RNGΚ-ε湍流模型以及能量模型對氧化還原側吹過程進行數(shù)值模擬;采用預混燃燒模型(Premixed Combustion)、RNGΚ-ε湍流模型、能量模型、P1輻射模型,在非穩(wěn)態(tài)(Unsteady)方式下,對預混燃燒熔化過程進行了數(shù)值模擬計算。
　　通過分析數(shù)值模擬計算結果,得出以下主要結論:
　　1)在側吹總氣流量為1500Nm3/h條件下,氣流對熔體(Cu)的穿透力很弱,氣流在風口附

3、近急速轉向,形成大致為垂直向上的流股,混合流股峰高約0.38m。熔體在流股中的體積分數(shù)沿流股中心向外逐漸增大,偏離流股區(qū)后,則迅速減小。這表明氣-液間的相互接觸以及化學反應主要是在流股區(qū)進行(風口區(qū)上方);
　　2)側吹8-9s后,流場基本充分發(fā)展,流股左右周期性擺動,熔體液面呈周期性小波浪起伏;
　　3)NGL爐熔體流動情況良好。在風口區(qū)爐體徑向截面上的呈大旋渦狀,熔體上層(液面附近)向背離風口的方向流動,熔體下層則向風口

4、區(qū)加速流動,最低流速約在0.01m/s以上。爐體兩端的熔體同樣具有向風口區(qū)流動的趨勢,且速度也在0.01m/s以上。
　　4)在最大燃料用量及最大裝入料量條件下,熔化作業(yè)時間約需11-12h,此時,最低熔體溫度為1366k,最高熔體溫度為1608k,出口煙氣溫度為1445k;
　　5)爐內氣體溫度沿燃氣噴嘴到煙氣出口逐漸降低;在爐徑方向上,從中心到爐壁逐步降低。最高熔體溫度位于火焰區(qū)下方,煙氣出口端的熔體溫度最低,爐內熔體溫