發(fā)布時間：2020-05-22 18:45

【摘要】：為了對頂吹浸沒攪拌進(jìn)行直觀可視化的測量,本文通過無干擾、可視化的流場測試技術(shù)——平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)技術(shù)對頂吹浸沒攪拌下的液相的混合及反應(yīng)過程進(jìn)行二維可視化檢測。在液相混合過程的研究中通過熒光示蹤劑(熒光素鈉)的熒光強度與濃度呈正比的關(guān)系,并結(jié)合平面混合均勻度U(t)和混合時間t_(95(m))定量評價了液相二維混合過程和混合效果。在液相反應(yīng)過程的研究中通過熒光示蹤劑(熒光素鈉)的熒光強度與熒光猝滅劑(Fe~(3+))濃度的線性關(guān)系,并結(jié)合反應(yīng)度θ(t)和反應(yīng)時間t_(95(r))定量評價了液相二維反應(yīng)過程和反應(yīng)效果。研究結(jié)果表明:(1)液相的混合過程分為三個時期:混合初期(0.9U1)、混合中期(0.1U0.9)和混合末期(0U0.1)。在實驗中增加空氣流量Q、增加噴槍浸沒深度L可加快液相混合,縮短混合時間。液相存在局部混合差異性,在實驗中增加空氣流量可使液相的局部混合差異性從8.2%縮小為3.7%,增加噴槍浸沒深度可使液相的局部混合差異性從8.2%縮小為1.9%。當(dāng)L=3cm時,水平線越低,其反應(yīng)時間越長。當(dāng)L=3cm時,熒光示蹤在底部注射時混合時間(26.08s)遠(yuǎn)大于在頂部注射的混合時間(15.36s),在L=11cm時,熒光示蹤劑在底部注射的混合時間(9.52s)與在頂部注射的混合時間(9.44s)接近一致。此外,熒光劑在底部注射時水平線混合時間變化趨勢與在頂部注射時一致。(2)在實驗中增加空氣流量、增加噴槍浸沒深度,可加快Fe~(3+)的擴散速度,加快液相反應(yīng),縮短反應(yīng)時間。液相也存在局部反應(yīng)差異性,在L=3cm,Q=0.2L·min~(-1)時監(jiān)測點反應(yīng)時間最大值(26.02s)比最小值(20.34s)超出27.9%,而水平線反應(yīng)時間的變化無明顯趨勢。噴槍浸沒深度較淺時,反應(yīng)器底部流動性差,Fe~(3+)在底部注射后難以擴散,使得反應(yīng)時間遠(yuǎn)大于頂部注射,在L=3cm,Q=0.2L·min~(-1)時,底部注射的反應(yīng)時間(29.32s)比在頂部注射的反應(yīng)時間(23.04s)超出27.3%。在L=3cm,Q=0.6L·min~(-1)時,底部注射的反應(yīng)時間比在頂部注射的反應(yīng)時間超出19.7%。當(dāng)L=9、11cm時,兩個注射點的反應(yīng)時間接近一致。Fe~(3+)的初始體積的變化對反應(yīng)時間無明顯影響。增加Fe~(3+)的初始濃度可以縮短反應(yīng)時間。本文的研究內(nèi)容對實際生產(chǎn)過程中的頂吹浸沒攪拌工藝如何提高混合反應(yīng)速率,縮短生產(chǎn)時間,具有理論指導(dǎo)意義。
【圖文】：

第一章緒論3爐底鋼水的對流換熱對底吹噴嘴燒蝕的影響。通過模擬的結(jié)果給出了降低底吹噴嘴燒蝕的方法，這對提高浸沒噴槍噴嘴壽命提供了理論指導(dǎo)依據(jù)。Huda等[17]開發(fā)了一種計算流體動力學(xué)模型，以研究直接還原煉鋅法頂吹爐內(nèi)的流體流動和傳熱的細(xì)節(jié)。用于研究頂部浸沒式噴槍爐中的冶煉爐（ISF）爐渣的鋅渣的發(fā)煙過程，并研究爐內(nèi)流體流動行為�；�3維歐拉多相流方法，模擬了熔渣爐的液相流場和溫度場，產(chǎn)生的湍流以及噴槍尖端的渦流和羽流形狀，發(fā)現(xiàn)在一定噴吹條件下熔池內(nèi)存在液相流動循環(huán)區(qū)（圖1.1），且液相流動循環(huán)區(qū)對液相的混合效果有直接的影響。模擬的結(jié)果與實際生產(chǎn)結(jié)果對比一致，驗證了所開發(fā)的計算模型的準(zhǔn)確性。Zhang等[18]采用歐拉-拉格朗日方法建立了爐內(nèi)熔體流動和溫度場的數(shù)值模型，模擬了氣體噴吹流量對熔體速度以及熔體溫度場分布特性的影響，，發(fā)現(xiàn)在一定范圍，適當(dāng)提高氣體噴吹流量可以增加熔體的流動速度，使熔體溫度場分布更為均勻，模擬結(jié)果為實際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。Wang等[19]在銅頂吹艾薩爐的模擬研究中通過考慮表面張力和壁面函數(shù)對VOF理論框架的影響，實現(xiàn)了單個自由氣泡撞擊液面，多氣泡向上浮動和融合的三維數(shù)值模型。并在此基礎(chǔ)上，提出了用于模擬ISA爐頂吹浴的三維熱態(tài)數(shù)值模型。研究了注入流量和浸入深度對混合行為和溫度分布的影響。相關(guān)的研究結(jié)果為艾薩爐優(yōu)化運行的理論計算提供了非常好參考。圖1.1頂吹煉鋅中的液相流動循環(huán)區(qū)模擬圖Figure1.1Simulationdiagramofliquidphaseflowcirculationzoneintopsubmergedlancedirectzincsmelting

鈧嶄媚Ｐ涂捎糜詡?控和優(yōu)化該冶煉廠的冶煉過程。Huda等[21,22]采用數(shù)值模擬將直接還原煉鋅法頂吹爐內(nèi)復(fù)雜的燃燒現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)與系統(tǒng)中存在的相間傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞相互作用結(jié)合起來，模擬了爐內(nèi)爐渣和氣態(tài)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究發(fā)現(xiàn)了煤粉在還原爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)過程以及煤粉、燃燒產(chǎn)物對鋅渣中氧化鋅還原成鋅單質(zhì)的影響。模擬結(jié)果顯示煤粉浸沒燃燒條件下，燃燒產(chǎn)物中的還原性氣體對礦渣中的氧化鋅起到很好地還原效果，同時未完全燃燒的煤粉上升到熔體表面也有利于熔體表面氧化鋅的還原，并發(fā)現(xiàn)鋅發(fā)煙率隨溫度升高而增加（圖1.2），模擬的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)大致一致，這對直接還原煉鋅法工藝提供了理論指導(dǎo)依據(jù)。圖1.2頂吹煉鋅中鋅的分布模擬圖（a:液相,b:氣相）Figure1.2Simulationdiagramofzincdistributionintopsubmergedlancedirectzincsmelting
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TF11

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李

本文編號：2676433