铜闪速炉下料偏析模型实验研究

摘要

闪速熔炼技术是现代铜冶炼的一种先进技术，越来越受到世界炼铜行业的关注。物料在反应塔中分布的均匀程度对其冶金传递过程有着重要影响，下料均匀是保证闪速炉生产稳定、高效的前提条件。为此，本研究以某企业铜闪速炉下料系统为实验原型，对下料系统物料分布的均匀性进行了模型实验研究。
　　 为了便于对下料系统的偏析规律进行定量分析与比较，对物料偏析现象进行了定义与分类，确定了定量描述偏析程度的偏析函数（质量偏析函数与粒径偏析函数）的计算方法。基于拟流体运动的假设，通过对物料在下料溜管以及分布器通道中运动规律的分析，了解了影响下料偏析的主要影响因素。
　　 基于几何相似原理，按1∶4的比例制作了下料系统的冷态模型装置，建立了相应的测试系统。选用河沙、白沙、精矿粉三种物料模拟下料系统中的物料，应用Matlab和Excel软件对实验数据进行处理。切向进料方式的实验结果表明：下料系统存在明显的局部偏析、周向偏析和径向偏析；随着投料量的逐渐增大，周向偏析和局部偏析增大，径向偏析变化不明显；偏离侧的偏析程度大于偏向侧；使用精矿粉时，周向偏析程度比选用另外两种物料更严重；粒径偏析现象不存在。
　　 为了提高物料分布的均匀性，从物料的进料方向、流通面积、流动方向三个方面探寻下料系统结构的优化方案。在实验过程中采取了安装局部挡板、下料溜管中加导流片、中间隔板上加导流片、改变进料方式（十字进料）四种方案，下料模型实验的定性分析表明加装两块导流片和十字进料都可以较好地改善偏析情况，但加导流片方式不易在现场操作和改造，因此十字进料方案较优。十字进料方式的系列模型实验结果表明：与切向进料方式相比较，当投料量增大时，局部偏析和周向偏析得到明显改善。
　　 为探讨下料偏析影响因素的重要性，运用灰色关联法对下料周向偏析影响因素的关联度进行了分析。结果显示，关联度从大到小的排列顺序为：溜管与分布器中间隔板夹角、投料量、模型装置高度、密度、下料溜管进口角度、下料溜管横截面变化率、分布器环缝宽度、下料溜管进口宽度。