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卧式精炼炉炉料熔化与侧吹过程数值模拟研究

作　者: 刘爱平
导　师: 童长仁
学　校: 江西理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 卧式侧吹炉浸入式侧吹数值模拟过程仿真非预混燃烧
分类号: TF811
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

浸入式熔池侧吹技术在有色金属、钢铁等冶炼领域应用十分广泛。研究侧吹炉内熔体、气流或混合流的流体力学行为、温度及压力场分布情况,对侧吹炉结构设计、侧吹过程工艺条件的优化具有重要的指导意义。NGL炉是中国瑞林工程技术有限公司自主研究设计的大型铜精炼浸入式侧吹炉。本研究采用FLUENT 6.3仿真平台,针对250吨NGL炉的预混燃烧熔化作业、氧化还原侧吹作业过程开展仿真研究工作,为NGL炉的进一步优化设计提供依据和指导。本研究采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型以及能量模型对氧化还原侧吹过程进行数值模拟;采用预混燃烧模型(Premixed Combustion)、RNG k-ε湍流模型、能量模型、P1辐射模型,在非稳态(Unsteady)方式下,对预混燃烧熔化过程进行了数值模拟计算。通过分析数值模拟计算结果,得出以下主要结论:1)在侧吹总气流量为1500Nm3/h条件下,气流对熔体(Cu)的穿透力很弱,气流在风口附近急速转向,形成大致为垂直向上的流股,混合流股峰高约0.38m。熔体在流股中的体积分数沿流股中心向外逐渐增大,偏离流股区后,则迅速减小。这表明气-液间的相互接触以及化学反应主要是在流股区进行(风口区上方);2)侧吹8-9s后,流场基本充分发展,流股左右周期性摆动,熔体液面呈周期性小波浪起伏;3) NGL炉熔体流动情况良好。在风口区炉体径向截面上的呈大旋涡状,熔体上层(液面附近)向背离风口的方向流动,熔体下层则向风口区加速流动,最低流速约在0.01m/s以上。炉体两端的熔体同样具有向风口区流动的趋势,且速度也在0.01m/s以上。4)在最大燃料用量及最大装入料量条件下,熔化作业时间约需11-12h,此时,最低熔体温度为1366k,最高熔体温度为1608k,出口烟气温度为1445k;5)炉内气体温度沿燃气喷嘴到烟气出口逐渐降低;在炉径方向上,从中心到炉壁逐步降低。最高熔体温度位于火焰区下方,烟气出口端的熔体温度最低,炉内熔体温差约242℃。6) NGL炉外壁温度在375-415k之间,炉下部比炉上部略低,在炉体两端角处低于375k。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 火法炼铜技术概述  9-15
    1.1.1 铜闪速熔炼技术  9-10
    1.1.2 现代铜吹炼技术  10-15
  1.2 CFD 技术在铜冶金中的应用  15-16
  1.3 商用CFD 软件fluent 简介  16-17
  1.4 研究内容与意义  17-18
    1.4.1 研究内容  17
    1.4.2 研究意义  17-18
第二章卧式侧吹炉仿真数学模型  18-27
  2.1 湍流模型  18-20
    2.1.1 N-S（Navier-Stokes）方程  18
    2.1.2 单方程模型  18-19
    2.1.3 标准k-ε模型  19-20
    2.1.3 RNG k-ε模型  20
  2.2 多相流模型  20-23
    2.2.1 欧拉模型  20-22
    2.2.2 混合模型  22-23
  2.3 能量模型  23
  2.4 预混燃烧模型  23-25
    2.4.1 火焰前锋的传播  23
    2.4.2 湍流火焰速度  23-24
    2.4.3 火焰拉伸效应  24
    2.4.4 优先扩散  24-25
    2.4.5 梯度扩散  25
  2.5 辐射模型  25-27
    2.5.1 DTRM 辐射模型  26
    2.5.2 P-1 辐射模型  26-27
第三章侧吹过程数值模拟研究  27-48
  3.1 侧吹过程模型选择  27
  3.2 几何造型与网格划分  27-30
    3.2.1 炉体几何造型  27-29
    3.2.2 炉体网格划分  29-30
  3.3 侧吹过程数值模拟计算  30-33
    3.3.1 参数设置  30-32
    3.3.2 数值求解  32-33
  3.4 模拟结果与讨论分析  33-48
    3.4.1 侧吹流股的形成  34-39
    3.4.2 速度矢量场  39-45
    3.4.3 温度场与压力场  45-48
第四章熔化过程数值模拟研究  48-62
  4.1 熔化过程模型选择  48
  4.2 几何造型与网格划分  48-50
    4.2.1 炉体几何造型  48
    4.2.2 炉体网格划分  48-50
  4.3 熔化过程数值模拟计算  50-53
    4.3.1 参数设置  50-51
    4.3.2 数值求解  51-53
  4.4 仿真结果与讨论分析  53-62
    4.4.1 温度场  53-61
    4.4.2 压力场与速度场  61-62
第五章结论  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
个人简历在校期间发表的学术论文  67

卧式精炼炉炉料熔化与侧吹过程数值模拟研究

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