鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐內(nèi)熔煉過程與氣粒兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐是鉛、鋅冶煉的重要設(shè)備，但由于存在爐內(nèi)易長(zhǎng)爐結(jié)、清掃周期短、爐內(nèi)耐火材料使用壽命低等問題，使其應(yīng)用受到了很大的限制。本文采用數(shù)值模擬方法，對(duì)爐內(nèi)熔煉過程以及多相流動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，為結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。 通過對(duì)鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐熔煉過程中氧化鉛、氧化鋅還原反應(yīng)以及焦炭燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理的研究，確定了主要反應(yīng)過程。通過對(duì)微元體內(nèi)氣相，粒相以及兩相之間的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的分析，確定了相應(yīng)的計(jì)算

2、方法，建立了描述爐內(nèi)熔煉過程的一維數(shù)學(xué)模型。 基于常微分方程的Euler求解方法，應(yīng)甩VB程序語言開發(fā)了數(shù)值求解爐內(nèi)熔煉過程的程序，實(shí)現(xiàn)了鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐內(nèi)溫度和各物質(zhì)流量的一維數(shù)值模擬。計(jì)算得到的料面位置爐氣溫度和濃度與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)相吻合，驗(yàn)證了模型的有效性。根據(jù)爐內(nèi)氣體和物料沿爐高方向上的溫度和流量分布，把爐內(nèi)劃分為物料加熱帶、PbO還原帶、ZnO還原帶、焦炭氣化帶、焦炭燃燒帶五帶，為定性分析爐內(nèi)生產(chǎn)狀況提供了理論依據(jù)。

3、 應(yīng)用上述模型，研究了操作參數(shù)對(duì)熔煉過程的影響。結(jié)果表明：一次風(fēng)風(fēng)量增加5.9﹪，爐氣和物料最高溫度分別上升10.5﹪和14.0﹪，爐內(nèi)焦點(diǎn)區(qū)和物料還原帶的位置分別上移0.42m和0.8m，物料還原速度加快；一次風(fēng)溫度升高6.8﹪，爐內(nèi)氣體和物料的最高溫度分別提高了7.2﹪和10.0﹪，物料還原帶位置上移了0.5m；入爐焦炭量增加2.9﹪，爐內(nèi)氣體和物料的最高溫度分別降低了3.4﹪和6.1﹪，同時(shí)各物質(zhì)還原帶位置下移0.4m。

4、 以商業(yè)軟件Fluent6.2為平臺(tái)，采用雙流體模型，完成了爐內(nèi)冷態(tài)氣粒兩相流動(dòng)三維數(shù)值模擬，并對(duì)不同操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)下風(fēng)口區(qū)冷態(tài)氣粒兩相流流場(chǎng)進(jìn)行了研究。其結(jié)果表明：對(duì)于所研究的對(duì)象，一次風(fēng)風(fēng)速的增加，風(fēng)口回旋區(qū)增大，但過大的風(fēng)速會(huì)使相對(duì)風(fēng)口之間氣流吹通，最佳一次風(fēng)風(fēng)速在265m/s左右；增加一次風(fēng)風(fēng)口的插入深度，可增加爐身下部料層中央的氣流速度；減小一次風(fēng)風(fēng)嘴向下傾斜的角度，可以加大爐身下部料層中央的氣流速度，但過小的傾斜角度，會(huì)