基夫赛特炉铅熔炼过程数值仿真研究

摘要

日益严厉的行业环保条件，促使我国铅冶炼企业不断实现技术改造并从国外引进吸收新型清洁炼铅技术，其中以基夫赛特直接炼铅工艺的优点最为突出。本文以Fluent6.3为计算平台，基于基夫赛特炉设计结构与铅冶炼过程特点，开展了基夫赛特炉铅熔炼过程的多场耦合数值仿真计算;通过对该过程的数值仿真研究，系统分析了炉内速度场、温度场、气相浓度场以及颗粒轨迹分布特点，以为企业引进基夫赛特炉后的运行维护以及参数优化提供指导与技术支持。本论文主要内容与结论如下:
　　(1)根据基夫赛特炉炉体设计参数，建立了基夫赛特炉仿真物理模型;根据基夫赛特铅冶炼过程特点，建立了基夫赛特炉反应塔内气、粒两相（工业氧-铅精矿）传递过程以及化学反应的数值模型;根据焦滤层焦炭还原反应过程特点，建立了熔池表面焦滤层反应模型。工业测试结果表明，建立的数值仿真熔炼模型基本可靠，能准确反映基夫赛特炉内熔炼过程中相关场分布特征信息。
　　(2)基于建立的数值仿真熔炼模型，对基夫赛特炉基准工况熔炼过程进行多场耦合仿真计算。仿真结果表明:工业氧经精矿喷嘴喷入反应塔后，形成明显的圆柱形高速气流柱;反应主要集中在精矿喷嘴正下方约1米处进行，高温区域位置集中在喷嘴至下方约2米处;炉内精矿颗粒受气流影响显著，约10％的颗粒随烟气流动进入竖直烟道成为烟尘。
　　(3)研究了基准工况下焦炭粒径对炼铅过程的影响，研究发现，采用细焦炭粒径时，焦炭在反应塔内完全燃烧，不利于的焦滤层形成。
　　(4)针对不同喷嘴操作方案（基准工况、三喷嘴方案以及两喷嘴方案）下开展仿真计算，研究不同喷嘴操作方案下炉内气、粒混合与反应过程的特点。仿真结果表明:基准工况（即使用四喷嘴操作方案时)下，四个喷嘴下方的主体气流柱之间相互制约，气流柱偏移较小，回流较弱;使用三喷嘴操作方案时，三股主体气流柱之间有相互扰动，停用的喷嘴下方的空间内回流较强烈;使用两喷嘴操作方案时，两个喷嘴下方高速气流间相互扰动较弱，但是炉内回流强烈，其范围可占据整个炉膛。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 铅的产量与消费量

1．2 铅冶金技术发展概述

1．2．1 直接炼铅技术发展

1．2．2 基夫赛特工艺流程

1．3 炼铅过程及气粒两相流数学模型研究

1．4 论文研究意义及内容

2 基夫赛特炉铅熔炼过程数值仿真模型

2．1 物理模型

2．1．1 几何结构

2．1．2 网格划分

2．2 气粒两相数学模型

2．2．1 气粒两相流动、传热与组分传输模型

2．2．2 气粒两相化学反应模型

2．2．3 焦滤层反应模型

2．3 边界条件确定

2．4 数值仿真模型的验证

2．5 本章小结

3 基夫赛特炉基准工况仿真计算与分析

3．1 基准工况仿真参数

3．2 基准工况仿真计算结果与分析

3．2．1 反应塔内流场仿真结果

3．2．2 反应塔温度场仿真结果

3．2．3 反应塔内气相浓度场仿真结果

3．2．4 精矿颗粒轨迹仿真结果

3．3 本章小结

4 焦炭粒径对炼铅过程的影响

4．1 细粒径工况仿真参数

4．2 细粒径工况仿真结果分析

4．2．1 反应塔流场仿真结果对比

4．2．2 反应塔温度场仿真结果对比

4．2．3 反应塔内浓度场仿真结果

4．3 本章小结

5 基夫赛特炉三喷嘴操作方案仿真计算与分析

5．1 仿真工况参数

5．2 仿真计算结果与分析

5．2．1 反应塔气相流场仿真结果

5．2．2 反应塔气相温度场仿真结果

5．2．3 反应塔内气相浓度场仿真结果

5．2．4 精矿颗粒轨迹仿真结果

5．3 本章小结

6 基夫赛特炉两喷嘴操作方案仿真计算与分析

6．1 仿真工况参数

6．2 仿真计算结果与分析

6．2．1 反应塔气相流场仿真结果

6．2．2 反应塔气相温度场仿真结果

6．2．3 反应塔内气相浓度场仿真结果

6．2．4 精矿颗粒轨迹及温度分布仿真结果

6．3 本章小结

7 全文总结

7．1 仿真研究主要结论

7．2 仿真研究主要建议

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢