铜闪速吹炼过程仿真研究

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铜闪速熔炼-闪速吹炼技术是美国肯尼柯特公司和芬兰奥托昆普公司合作开发的清洁炼铜工艺(以下简称“双闪”工艺)。1995年,“双闪”工艺在美国Utah冶炼厂正式投入工业生产。生产实践表明,“双闪”工艺与传统的闪速熔炼-PS转炉吹炼工艺相比,具有清洁、高效、投资小、生产费用低等优点。同时国内最近新建的炼铜企业大多选用“双闪”工艺,因此进行闪速吹炼过程仿真研究进行模拟对于研究闪速吹炼工艺有一定的现实意义。随着科技的发展,计算机仿真技术逐渐引入到冶金工艺过程的模拟,它被认为是研究冶金工艺的第3种手段。冶金研究引入CFD技术,为传统工业试验起到了节约成本,减少试验用时的作用。因此,采用CFD技术进行闪速吹炼过程的研究较好的解决了传统研究无法进行闪速吹炼炉内部区域监测的问题,为闪速吹炼过程的研究提供了一个有效手段,通过CFD技术我们可以研究影响铜闪速吹炼过程的各种限制因素。本研究是在Fluent中使用UDF函数添加燃烧模型建立闪速吹炼仿真模型,进行了不同颗粒直径,不同工艺风量,不同中央氧量,有无燃烧风等情况的模拟。在上述条件下,本研究通过对闪速吹炼炉各场及颗粒的模拟,给出了颗粒的温度,氧化程度、颗粒运动速度、存活时间和沉淀池分布情况。本研究详细介绍了模拟过程的方式方法,这为闪速吹炼工艺仿真提供了一套较好的解决方案。主要进行的研究内容和研究成果有如下几点:(1)颗粒行为及颗粒氧化程度研究,在相同工况下进行多种单独颗粒条件的模拟发现,150um颗粒较20um颗粒温度上升慢,氧化程度低,但是150um的颗粒受分布风作用偏移反应塔中心的程度较20um的高。同时研究发现,在没有颗粒破碎和碰撞模拟的情况下大于70um的部分颗粒约有20-30%的Cu2S仍然未反应。(2)不同风量对闪速吹炼过程的影响研究。在不同的分布风条件下,反应塔内的高温区域也不相同,分布风量为1059Nm3/h较风量为765Nm3/h的高温区域更大,而且中央区域的Cu2S氧化程度较高。同时通过对1294Nm3/h与1059Nm3/h的分布风对比中可以看出,过高的分布风导致颗粒过度偏移反应塔中心,造成中央喷嘴下方O2浓度过高。颗粒束中心区域Cu2O生成较多,而颗粒束外侧区域由于氧气不足,导致其氧化不完全。因此在研究的模拟条件下,建议分布风控制在1059Nm3/h附近。(3)通过对不同中央氧量的比较发现,中央氧为166Nm3/h较498Nm3/h的工况颗粒温度高温区域较小,而且较少的中央氧容易导致颗粒束中心区域更容易存在未反应的Cu2S。从有无燃烧风模拟的比较发现,在没有燃烧风的工艺条件下,颗粒反应较慢,氧化程度不及有燃烧风的情况。
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