DOC《高效铜侧吹熔炼反应器内均混时间的物理模拟》

d为喷嘴直径;

H为熔池深度;

Q为喷气量;

下标g、l分别代表气体和液体,p、m分别代表原型和模型. 1.1.3 均混时间的测量方法 混合均匀时间(均混时间)是衡量反应器好坏的重要指标之一,通常采用在水溶液反应器中加入示踪剂(本文为KCl),通过测定反应器中某一特定位置溶液的pH或电导率等来确定示踪剂的浓度(图1),并确定均混时间,允许有5%以内的不均匀性[10-12]. 图1 均混时间趋势图 Fig.1 Trend of mixing time 1.2 试验装置 试验装置是以某企业的反应器为模型,根据生产实际情况,确定模型与实际设备之间的比例为1U8设计了物理模拟装置.同时也根据比例设计了不同尺寸的喷嘴结构.图2为实验室模型和不同直径的喷嘴. 图2 实验室铜侧吹熔炼模型(a)和不同直径的喷嘴(b) Fig.2 Laboratory model (a) of copper side blown smelting and nozzles (b) with different diameter 1.3 试验方法 利用DDSJ-308A型电导率仪实时测定溶液电导率,对得到的数据进行计算、做图分析,即可得到流体混匀的均混时间.

2 试验结果与讨论 2.1 喷嘴排布方式对均混时间的影响 本试验以空气―水为模拟体系,在喷嘴倾角为7°、气体流量20 m3/h、直径3.7 mm的情况下,测量图3所示不同的喷嘴排布方式时反应器内的均混时间. 图3 不同喷嘴排布方案图 Fig.3 Different nozzle arrangement scheme 结果表明,1#、2#、3#排布方式的均混时间分别为

329、

464、429 s.可以看出,喷嘴的排布方式对熔池内均混时间的长短有很大影响.其中1#的排布更加紧凑,有两个相邻排布和一个并列排布情况,而2#全为单个排布,3#仅有两个并列排布.喷嘴排布越紧凑,则相邻的气流所拥有的动能就越大,克服与液相摩擦的能力也越大,对熔池的搅动效果就越好.因此,1#排布下,熔池内流体的混合时间最短.工业上应尽可能选取喷嘴排布紧凑的方式来进行实际生产. 2.2 不同喷嘴直径时的均混时间 在喷嘴倾角为12°、1#喷嘴排布、气体流量20 m3/h的条件下,测量不同喷嘴直径情况下反应器内的均混时间,结果如图4所示. 图4 均混时间随喷嘴直径的变化曲线 Fig.4 Variation of mixing time with nozzle diameter 从图4可看出,随着喷嘴直径的增加,熔池内的均混时间变长,这意味着熔池内流体的混合时间变长,喷入的气流对流体的搅动效果变差,随着喷嘴直径的增加,在相同喷入气体流量的前提下,气体流速变慢,对上面渣层的搅动范围与混匀效果都有所降低.与此同时,我们还应该考虑上层渣层与下层冰铜层的界面稳定性,不能让气流速度过大,携带能量过多,穿透界面将渣带入冰铜层中,降低冰铜品位. 2.3 不同气体流量下的均混时间 在喷嘴倾角为7°、喷嘴直径3.7 mm、1#喷嘴排布的条件下,考察气体流量对反应器内均混时间的影响,结果如图5所示. 图5 不同气体流量下的均混时间 Fig.5 Mixing time under different gas flow rate 由图5可见,在气体流量为17 m3/h时,反应器内溶液的均混时间为508 s,随着气体流量的增大,均混时间不断减小.但随着气体流量的增加,均混时间减小的幅度越来越小.表明在实际操作过程中,在满足搅拌效果的情况下,为减小鼓风动能,降低能耗,可以在较小的气量下实行操作.

3 结论 1)在喷嘴排布紧凑的1#排布下,熔池内流体的混合时间相对较短,工业上应尽可能选取该方式安排生产. 2)随着喷嘴直径的增加,气体流速减小,熔池内的均混时间变长. 3)随着气体流量的增大,均混时间不断减小,但减小的幅度变小. 参考文献 [1] 杨晋国. 瓦纽科夫熔池熔炼技术综述[J]. 新疆有色金属,2009(4):42-44. [2] 王贺平,袁俊智,贺瑞萍,等. 铜富氧底吹熔池熔炼的生产实践[J]. 有色金属(冶炼部分),2013(10):15-19. [3] 罗银华,王志超. 富邦富氧侧吹熔池炼铜炉生产实践[J]. 有色金属(冶炼部分),2013(7):19-22. [4] 肖兴国,谢国. 冶金反应工程学基础[M]. 北京:冶金工业出版社,1997:28-269. [5] 沈颐身,李保卫. 冶金传输原理基础[M]. 北京:冶金工业出版社,2000:133-147. [6] 王东兴. 氧气底吹造锍过程中气泡冶金行为的水模试验研究[D]. 沈阳:东北大学,2010. [7] 周建鹏. 钙化渣碳化反应器的物理模拟[D]. 沈阳:东北大学,2010. [8] Themelis N J,Tarassoff P,Szekely J. Gas-liquid momentum transfer in a copper converter[J]. Transactions of the Metallurgical Society of AIME,1969,245:2425-2433. [9] 谭天恩,窦梅,周明华,等. 化工原理:上册[M]. 北京:化学工业出版社,2006:45-50. [10] 李建伟,赵成林,邹宗树. CAS-OB喷粉精炼熔池内均混时间的水模研究[J]. 材料与冶金学报,2006,5(3):173-178. [11] 刘燕,张廷安,王强,等. 气泡微细化试验中均混时间的研究[J]. 冶金标准化与质量,2007,45(6):6-9. [12] 宋巍. 喷吹还原渣中铜机理及流场数值模拟初步研究[D]. 昆明:昆明理工大学,2008.