DOC《高效铜侧吹熔炼反应器内均混时间的物理模拟》

高效铜侧吹熔炼反应器内均混时间的物理模拟 冯亚平1,章俊1,李小龙2,刘燕2 (1.

北京矿冶研究总院,北京 100160;

2.东北大学,沈阳 110819) 摘要:采用相似原理指导下的物理模拟试验,通过实时测定溶液电导率研究高效铜侧吹熔炼反应器内均混时间.结果表明,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;

随着喷嘴直径的增加,气体流速减小,均混时间变长;

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. 关键词:铜;

侧吹熔炼;

物理模拟;

均混时间 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2015)06-0000-00 Physical Simulation on Mixing Time in High Efficient Copper Side-blown Smelting Reactor FENG Ya-ping1, ZHANG Jun1, LI Xiao-long2, LIU Yan2 (1. Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100160, China;

2. Northeastern University, Shenyang 110819, China) Abstract: Physical model experiments were carried out based on similitude principle to study mixing time in high efficient copper side-blown smelting reactor by measuring conductivity of solution. The results show that the mixing time is relatively short with No.1 compact nozzle arrangement. Gas velocity drops and mixing time rises with increase of diameter of nozzles. Mixing time drops continuously with smaller amplitude with increase of gas flow. Key words: copper;

side-blown smelting;

physical simulation;

mixing time 富氧双侧吹熔池熔炼工艺是一种高效、节能、环保的铜熔炼新工艺.它与现代强化熔炼工艺对比,有以下主要优势[1-3]: 1)投资省,建设工期短.该炉虽为竖炉,但高度与鼓风炉相当,因而厂房高度较低,且上料、送风、渣贫化等配套设施简单,烟气量小,余热锅炉体积小.10万t规模比顶吹熔池熔炼炉型节省投资2~3亿元. 2)原料适应性强.原辅料水分要求在8%~10%,粒度在30 mm以下即可;

与闪速炉和三菱法相比,可节省大量的备料设施投资和运行费用. 3)弃渣含铜低.弃渣平均含铜0.55%,贫化后可达到0.45%.比其他现代熔炼工艺的全国平均水平0.85%低近50%. 4)能耗低.吨粗铜综合能耗低于260 kgce,优于国家规定的先进指标(550 kgce). 5)环保好.由于炉体密封性好和烟气SO2浓度高,可采用不泄漏烟气的负压操作,生产操作环境好. 6)炉寿命长.由于炉体关键部位采用铜水套,既节省了耐火材料,又延长了炉体寿命,大修周期可达3年以上. 但是,也存在下述问题:工业上还无法确定熔池内部流体的流动规律,不明确熔池内部是否有死区存在,这在工业实际生产中还是一个盲区. 熔池内的混合行为反映了富氧双侧吹熔池熔炼传输过程的动力学条件,直接决定了熔炼效果,本文采用物理模拟的方法,研究工艺参数对均混时间的影响,为优化工艺提供理论依据.

1 试验 本试验以某企业铜熔炼炉为原型,采取相似比1U8的比例建造了一个试验室模型,然后考察不同工艺(喷嘴排布方式、喷嘴直径及喷吹气体流量)对模型内均混时间的影响. 1.1 物理模拟原理 1.1.1 几何相似 模型与原型主要尺寸的相似[4-5]即几何相似.物理模型为有机玻璃制成的富氧双侧吹熔炼反应器,用自来水模拟反应器中的流体.在选定模型与原型的尺寸时,一般研究过程的水模型尺寸Dm小于原型尺寸Dp,本文选定DmUDp=1U8. 收稿日期:2015-01-12 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA064002) 作者简介:冯亚平(1973-),女,内蒙古宁城人,硕士,高级工程师. 1.1.2 动力相似 对于物理模拟来说,能够找到与熔体物理性质相近的试验室用的流体很困难,因此前人所做的试验基本都是用自来水来模拟流体[6-8],用空气模拟富氧空气来进行模拟试验.对富氧双侧吹熔池熔炼反应体系来说,从反应器侧面倾斜吹入的气流所带来的冲击力与产生的气泡带来的浮力是引起体系内流动的动力,只要确保模型与原型的修正弗洛德准数相等,就能基本上保证它们的动力相似[9-10].因此模型中的吹气量可用下式表达: (1) 式中,ρ为密度;