底吹熔池熔煉是銅冶煉環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù),作為中國(guó)自主開發(fā)的熔煉技術(shù)針對(duì)國(guó)內(nèi)礦資源品位低、雜質(zhì)多的特點(diǎn)具有很好的適應(yīng)性。本文結(jié)合底吹熔池熔煉工藝特性及設(shè)計(jì)參數(shù),合理的簡(jiǎn)化模型,設(shè)定假設(shè)條件,利用基本控制方程、RNGk-ε湍流模型及VOF模型,建立底吹爐二維平面模型及三維立體模型,最終獲得二維模型速度場(chǎng)及三維多相流混合流動(dòng)過程的模擬結(jié)果。并設(shè)計(jì)制作底吹爐實(shí)驗(yàn)平臺(tái),拍攝氣體射流在熔池中的流動(dòng)過程,借用圖像處理方法計(jì)算出Betti數(shù)值表征水模型實(shí)驗(yàn)過程氣體射流氣泡數(shù)量及穩(wěn)定性,再通過對(duì)比數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的可靠性。結(jié)合底吹熔煉噴吹操作特點(diǎn),優(yōu)化氧槍排布方式,為提高底吹熔煉效率、延長(zhǎng)爐體及氧槍壽命等都具有重要意義。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)建立二維數(shù)學(xué)模型,液面深度為0.3m、長(zhǎng)1.005m的熔池中,氧槍直徑為0.005m噴吹氣體射流的熔池速度變化直徑范圍在0.2m左右,當(dāng)超出該范圍時(shí)速度變化將急劇減弱,因此噴吹氣體射流流場(chǎng)攪拌區(qū)域約為氧槍直徑的40～50倍。對(duì)比本次研究中所獲得的水模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果最大誤差為5.7%,說明本文建立的數(shù)學(xué)模型具有可靠性。(2)單排氧槍排布方式下,設(shè)定氧槍傾角變化范圍為0～14°,單個(gè)氧槍噴吹傾角越大,射流產(chǎn)生的氣泡數(shù)量越多,分布更為均勻,對(duì)于熔池?cái)嚢杓叭蹮捀鼮橛欣?雙排氧槍排布方式下,非對(duì)稱噴吹相較于對(duì)稱噴吹方式對(duì)熔池強(qiáng)化攪拌效果明顯更好。雙排氧槍排布時(shí)氧槍傾角在14°時(shí)射流穩(wěn)定性較高。(3)因熔池壓力較大,氣泡進(jìn)入熔池后首先沿曲面壁面向上流動(dòng),在氣泡形成后攪動(dòng)熔池后附著在壁面的氣泡脫離壁面向上流動(dòng),且之后不再有氣泡沿壁面流動(dòng)。(4)氣-液-渣三相的混合過程主要包括:熔池液面波動(dòng)、锍-渣界面內(nèi)陷、熔池液面突起、突破渣層、渣層破碎、氣-锍-渣混合六個(gè)步驟。在表觀速度為50m/s和100m/s噴吹下,攪拌半徑分別為1.2m和1.5m,“泉涌”達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)刻為2.12s和1.86s。在爐膛底部氧槍兩側(cè)爐壁承受較大的壓力,在該位置容易受損。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF811
【部分圖文】：

??１．２．３底吹熔煉爐爐體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)??底吹熔煉爐的結(jié)構(gòu)如圖１－１所示，該爐型主體結(jié)構(gòu)是一座可以轉(zhuǎn)動(dòng)的臥式圓??筒，礦料顆粒從爐頂加入，以自由落地墜入熔池中，氧氣及空氣由底部氧槍鼓入??熔池內(nèi)部帶動(dòng)熔體向上流動(dòng)，氧氣與礦料顆粒中硫化物在高溫條件下發(fā)生化學(xué)反??應(yīng)完成氧化、造渣和造锍反應(yīng)，產(chǎn)出銅锍、爐渣和煙氣。三種產(chǎn)物分別從放锍口、??放渣口及煙道排出。??Ｈ?／ｌ＼?５Ｎ６＼??１?ｎ?＾?ｎ?ｎ??１－爐體，２－輔助燒嘴，３－加料口，４－氧槍，５－測(cè)溫測(cè)壓口，６－探測(cè)口，７－放锍□，?８－煙道，９－??開爐主燒嘴，１０－放渣口??圖１－１底吹熔煉爐爐體結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｂｏｔｔｏｍ?ｂｌｏｗｉｎｇ?ｆｕｒｎａｃｅ?ｂｏｄｙ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ??底吹熔池熔煉技術(shù)是一種新型高效的強(qiáng)化銅冶煉技術(shù)。其工藝最大的特點(diǎn)是：??采用氣體強(qiáng)化攪拌的方式，氣流自下而上的從熔池底部鼓入，能夠帶動(dòng)底部熔體??向上流動(dòng)，而礦物從上向下加入，使得兩相流顆粒間的接觸機(jī)率增加，氧化反應(yīng)??進(jìn)行的較為徹底

態(tài)變化過程。依據(jù)底吹熔煉爐的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及張振揚(yáng)等［４８＾］有關(guān)氧槍排布對(duì)底??吹熔池流場(chǎng)影響的研究?jī)?nèi)容。制作與真實(shí)底吹爐大小為１?：?１０相似水模型，其結(jié)??構(gòu)如圖２－１所示，水模型直徑為０．３６ｍ，長(zhǎng)１．２ｍ，底部均勻分布７排氧槍口，每排??之間槍口中心線夾角約７°，每排為１０個(gè)槍口，槍口直徑均為０．０４ｍ。在實(shí)際生產(chǎn)??過程中，從熔煉爐頂部加料口加入爐料，通過底部氧槍將富氧空氣噴入熔池內(nèi)攪??動(dòng)溶池并參與反應(yīng)，入爐物料在溶池中完成加熱、融化、氧化、造渣和造琉等過??程，產(chǎn)出的冰銅、爐渣和煙氣分別從放锍口、放渣口和排煙道排出。??Ｉｒｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｍｉ?Ｉ■??圖２－１底吹熔池水模型實(shí)物圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｂｏｔｔｏｍ?ｂｌｏｗｉｎｇ?ｍｏｌｔｅｎ?ｐｏｏｌ?ｍｏｄｅｌ?ｆｉｇｕｒｅ??水模型內(nèi)部液體為水，液面深度為０．１８ｍ，噴嘴距液面處的垂直距離為??０．１０？０．１８ｍ。電磁式小型空氣壓縮機(jī)通過透明膠管與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)及底部氧槍??連接。玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的型號(hào)為ＬＺＢ－１５，測(cè)量范圍是０．２５ｍ３／ｈ？２．５ｍ３／ｈ；電磁式??小型空氣壓縮機(jī)的型號(hào)為ＡＣＯ－２０８，其額定功率為２５Ｗ，額定壓強(qiáng)為＞０．０１５ＭＰａ

第二章底吹熔池?cái)?shù)學(xué)模型及水模型流量為２．７?ｍ３／ｈ。將高速攝像儀放置在底吹水模型的橫截面進(jìn)行拍攝，有黑紙可以最大限度地減少外部光線的影響，有助于提高所拍攝照片，如圖２－２所示為水模型實(shí)驗(yàn)拍攝示意圖。高速攝像儀的型號(hào)為ＰＣＯ．ｄ在其全分辨率１９２０ｘ１０８０像素下，最高攝像速度為２１２８幀／秒捕獲超高，最短曝光時(shí)間是１．５＃。??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2845184