重有色金属
李春林,林语宸,张其炀,王梦梦,王仕博,李建福
摘要:
搅拌是湿法工艺中的重要操作单元,直接关系到浸出净化效率及产品综合能耗。反应器内浸出、净化过程包括固液气多相传热传质和复杂化学反应的强非线性过程,内部流场特性的定量信息难以直接测量,且强化搅拌技术的研发缺乏系统的理论指导。从搅拌方式、搅拌效果的衡量指标以及搅拌在现代工程中的应用三个角度出发,梳理了强化搅拌这一重要研究方向的最新进展,并概述了数字化、智能化技术在强化搅拌理论及技术研发过程中的广泛应用与广阔前景。
陈卓,谭文科,宋彦坡,周俊,祝振宇
摘要:
数值模拟具有实施代价低、结果表达直观等优势,已成为铜闪速熔炼等工业过程的重要研究手段。基于近30年来公开发表的文献资料,对国内外学者在闪速熔炼过程数值模拟方面所做研究工作进行了分类介绍,重点讨论了这些研究工作的技术特色、应用价值以及适用性,进而分析和探讨了该领域的发展现状、存在的问题及发展方向。
蒙彤,田仪娟,赵思思,陈恩之,苗迎彬,赵风轩,陶长元,刘作华
摘要:
通过CFD软件对以SO2气体为还原剂的锰矿浸出过程进行数值模拟,对比刚性单桨、刚性双桨及刚柔组合桨对于气-固-液三相混合强化作用。通过对固相及气相浓度云图分析,比较三种不同结构配置的搅拌反应器对固体颗粒悬浮和气体分散的作用大小,并对搅拌反应器内宏观、介观及其微观混合性能通过轴向和纵向的速度、湍动能及湍动能耗散率进行对比分析。结果表明:刚柔组合桨流场内并未出现颗粒团聚、气体分散不均等现象,并在流场上部对于颗粒悬浮及气体分散作用明显要强于单轴单桨及单轴双桨;刚柔组合桨的宏观、介观及其微观混合性能的表现均优于单轴单桨及单轴双桨。
姜保成,郭学益,王亲猛
摘要:
在大型铜熔炼底吹炉冶炼过程中,气动搅拌对熔体混合和反应速率起着重要作用。为研究高温、密闭的大型底吹炉内熔体搅拌现象,采用计算流体力学(CFD)方法,建立了与实际装备相对应的等效几何模型,并通过数值模拟计算分析了大型底吹炉内气动搅拌机理。结果表明:气泡是大型底吹炉气动搅拌的基本单元,气泡周期性的生长脱离、上升形变、熔体表面破裂过程,将自身动能传递给熔体,促进熔池内成分均一化。持续产生的气泡对熔体做功,为熔池和入炉物料提供了充足的搅拌能。熔池内部形成核心搅拌区和澄清区,为铜冶炼过程的反应和分离提供了良好条件。研究得出的气动搅拌机理对今后大型底吹炉优化设计和工程应用起到了指导作用。
苏新涛,王仕博,王子成,吴旭东,李文杰,毕巧灵
摘要:
利用VOF耦合Realizable k–ε湍流模型对双侧吹多相流流型演化进行了数值模拟研究。分析了双侧吹多相流的流型演化过程,气-渣-锍三相间混合最终达到“动态平衡”。确定了平均湍动能和平均气含率方差在表征熔体混合均匀度上具有一致性,同时以平均湍动能和气含率方差为指标,研究了侧吹氧枪直径和倾角对熔体流型演化的影响。结果表明,在一定气量下,氧枪直径决定气流速度,当直径为30 mm时熔池内部搅拌效果较好。氧枪倾斜向下10°和15°时,相较于0°的平均气含率方差和平均湍动能分别降低了24%和提高了8%。
黄旷,张晓龙,胡建杭,徐建新,宋进,武龙飞,刘杰
摘要:
铜锍品位是富氧底吹铜熔炼过程中的一个关键工艺参数,针对铜锍品位实时检测困难、检测结果滞后时间长、指导生产工艺参数优化滞后等问题,基于生产数据深入挖掘及处理,提出了一种基于FA-PSO-RBF神经网络的铜锍品位预测模型。首先为了降低模型的预测误差,利用FA分析方法对原始生产数据进行降维处理,确定主要因子数量为6个,并计算因子得分,然后针对RBF神经网络模型对关键参数依赖性较大的不足,利用改进PSO算法对网络结构中的关键参数进行寻优,最后,以因子得分为输入,铜锍品位值为输出,通过实际生产数据验证模型的准确性,并与RBF、标准PSO-RBF预测模型进行对比,结果表明,本文构建的铜锍品位预测模型预测精度更高,与标准PSO-RBF预测模型相比,RMSE和MAE的值分别降低了17.2%和21.2%,该预测模型对富氧底吹铜熔炼生产过程参数优化控制提供了一种方法借鉴。
杜善周,黄涌波,韩硕,张红亮
摘要:
以某420 kA铝电解槽为研究对象,建立了氧化铝浓度场的瞬态计算模型,结果表明,电流强化增大了氧化铝浓度分布的不均匀性,仅通过同时改变下料频率无法有效改善氧化铝浓度分布的均匀性。针对该问题,提出了电流强化过程中氧化铝下料方式优化策略:分组交替下料和单点频率控制下料,并对电流强化时的下料优化策略进行仿真计算。结果表明:分组交替下料时,氧化铝高浓度区域面积的波动幅度降低,减小了整个电解质中氧化铝浓度的波动;单点频率控制下料时,局部浓度过高的区域大幅度减小,氧化铝浓度分布的均匀性得到有效改善。
刘喆,黄杰,陈江善,黄艳芬,项学丰,薛青普,曾强,喻冲
摘要:
磁控溅射法是制备金属涂层的优选方法,在对小颗粒微球进行镀膜时需要微球保持较高的流化状态。微球的流化状态受沉积室的结构参数和操作参数的影响。使用离散元软件DEMSLab对沉积室的内部结构、振动间隔、表面粗糙度、转动速度、搅拌球配比等因素进行了数值模拟计算。结果表明:三角板拼接的沉积室的搅拌效果优于圆筒沉积室;大球数量的增加有助于燃料微球的均匀分布;存在合理的转速和粗糙度,使得燃料微球的分布情况最佳。后续可进行设备参数和操作参数的多变量耦合研究,使沉积室内的颗粒分布均匀。
张翠勋,李晓光,杨锋苓,吴静,史勇春
摘要:
为了提高固液悬浮性能,设计了一种半圆管挡板搅拌槽。采用数值模拟和试验测试相结合的方法,研究了半圆管挡板Rushton桨搅拌槽内石英砂—水的混合特性,分析了固液悬浮特征、固相浓度分布和功率消耗情况,并与标准平直挡板搅拌槽内的悬浮性能进行了对比。结果表明,同一搅拌转速时,半圆管挡板能改善悬浮性能,低固含率(5%)时效果更好。整体而言,半圆管挡板搅拌时石英砂的浓度分布比标准平直挡板搅拌时均匀,而且功率准数低13%左右,节能效应明显。研究结果为半圆管挡板的工业应用奠定了基础。
陈全坤,张体富,杨应宝,余小吕,孔德颂,王冲,毕巧灵,王仕博
摘要:
建立了三维底吹熔炼炉数学模型,对熔池气相分布和动量分布规律进行了研究,为底吹炉炉体的升级改造提供了基准和重要参数。根据数值模拟研究结果,提出易门铜业底吹炉设备本体改造方案及现场施工方案的细化。底吹炉本体采用三托辊支撑,并在厂房内进行现场切割加长改造;底吹炉加长段现场施工空间狭小,创新现场改造方案,采用特殊设备折壁吊在原有厂房内实施炉体吊装,实现了41天完成现场改造。
林荔,何峰
摘要:
富氧侧吹熔池熔炼-多枪顶吹吹炼技术成熟可靠。基于该工艺铜冶炼生产过程的反应机理,采用冶金计算软件建立功能模块,模拟侧吹熔炼—顶吹吹炼—阳极炉精炼全流程,不仅为冶炼厂设计提供了依据,同时也为开发数模专家系统打下了基础。
穆亮照,袁朝新,郭持皓,梁东东,李大江
摘要:
利用过氧化物进行烟气脱硫是降低冶金尾气中SO2含量的有效手段,对一种实验室小型过氧化物在线制备装置内的气液两相流动过程进行三维数值解析,发现底部吹入的气体和液体催动形成稳定的环形流动是保证过氧化物合成效率和设备有效运行的基础。对极板间距和喷吹速率两个关键参数进行优化,以制备装置内流体平均运动速度、平均湍动能、喷吹流体利用率及极板剪应力等多项因素为判据,得出最佳极板间距为30 mm,最佳喷吹速率为0.94 m/s。
李鹏,王仕博,徐建新,裴利清
摘要:
以国内某厂铜电解槽为对象,基于ANSYS Workbench协同仿真平台,构建Maxwell和Fluent仿真模块的多场耦合仿真环境,探究槽内电场和流场的分布情况。结果表明:铜电解槽内高密度电流及电损耗功率主要集中在极板间区域;阴阳极板可以视作等势面,阳极板端部电流矢量方向由端部向外扩散,电场梯度均匀;根据流场分布特征可将铜电解槽内流体区域分为四个区域,其中阴阳极板之间区域的电解质流量仅为9%左右,槽底存在约1%的流动“死区”。
徐鹏,崔平,朱新生
摘要:
闪速炉生产参数优化控制直接影响整个闪速炉生产。针对现有的新型闪速熔炉双旋流预混型精矿喷嘴,随着闪速炉生产能力的进一步提升,出现炉况不稳定现象,为进一步实现提产增效的目标,对高投料量条件下闪速炉生产参数操作方案开展系统仿真研究,以实现190 t/h投料量条件下的稳定生产为主要目标,探寻闪速炉优化操作模式及其操作参数配套方案。
高荣,陈习堂,徐洪傲,舒波,张鑫,徐建新,余彬,王恩志
摘要:
结合当前有色冶金行业智能化转型升级新形势,围绕数字化、智能化在铜冶炼过程中的应用现状,就冶炼终点判断、冶炼过程智能控制及装备寿命预测、智能系统应用等几方面进行简述,对提升铜冶炼企业整体操作水平和铜冶炼企业数字化、智能化水平提供参考借鉴。
牛庆合,何佳彬,王伟,苏学斌,周根茂,赵利信,袁维,常江芳,胡明伟
摘要:
为探明不同影响因素对CO2+O2地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO2+O2地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O2配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品位对CO2+O2地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明:CO2+O2地浸过程中,抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势;矿层渗透率、铀矿石平均品位、O2配加浓度、HCO3-配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系,溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系;CO2+O2地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层,同时应该适当加大O2和HCO3-的配加浓度,并控制好溶浸液注入速率,可实现铀资源的高效开采。本研究对CO2+O2地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。
尚小标,张志浩,肖人友,姚坤,李佳剑
摘要:
为减少高电流密度铜电解过程中阴极积瘤现象、降低残极率以及提高电流效率,本文基于多物理场耦合理论与正交实验方法,研究了进液管半径、阳极板底部圆角半径以及极间距对铜电解精炼效果的影响。单因素分析发现,随着进液管半径的增大或阳极圆角半径的增大,电流效率和阴极铜沉积厚度均匀性均呈现先增大后减小的趋势;随着极间距的增大,电流效率逐渐减小,阴极铜沉积厚度逐渐均匀。进行正交实验分析出使铜电解精炼效果优异的电解槽结构参数为:进液管半径3.5 mm,阳极底部圆角4 mm,极间距110 mm。本文为优化电解槽提高生产效率的研究提供理论指导。
重有色金属
李春林,林语宸,张其炀,王梦梦,王仕博,李建福
摘要:
搅拌是湿法工艺中的重要操作单元,直接关系到浸出净化效率及产品综合能耗。反应器内浸出、净化过程包括固液气多相传热传质和复杂化学反应的强非线性过程,内部流场特性的定量信息难以直接测量,且强化搅拌技术的研发缺乏系统的理论指导。从搅拌方式、搅拌效果的衡量指标以及搅拌在现代工程中的应用三个角度出发,梳理了强化搅拌这一重要研究方向的最新进展,并概述了数字化、智能化技术在强化搅拌理论及技术研发过程中的广泛应用与广阔前景。
陈卓,谭文科,宋彦坡,周俊,祝振宇
摘要:
数值模拟具有实施代价低、结果表达直观等优势,已成为铜闪速熔炼等工业过程的重要研究手段。基于近30年来公开发表的文献资料,对国内外学者在闪速熔炼过程数值模拟方面所做研究工作进行了分类介绍,重点讨论了这些研究工作的技术特色、应用价值以及适用性,进而分析和探讨了该领域的发展现状、存在的问题及发展方向。
蒙彤,田仪娟,赵思思,陈恩之,苗迎彬,赵风轩,陶长元,刘作华
摘要:
通过CFD软件对以SO2气体为还原剂的锰矿浸出过程进行数值模拟,对比刚性单桨、刚性双桨及刚柔组合桨对于气-固-液三相混合强化作用。通过对固相及气相浓度云图分析,比较三种不同结构配置的搅拌反应器对固体颗粒悬浮和气体分散的作用大小,并对搅拌反应器内宏观、介观及其微观混合性能通过轴向和纵向的速度、湍动能及湍动能耗散率进行对比分析。结果表明:刚柔组合桨流场内并未出现颗粒团聚、气体分散不均等现象,并在流场上部对于颗粒悬浮及气体分散作用明显要强于单轴单桨及单轴双桨;刚柔组合桨的宏观、介观及其微观混合性能的表现均优于单轴单桨及单轴双桨。
姜保成,郭学益,王亲猛
摘要:
在大型铜熔炼底吹炉冶炼过程中,气动搅拌对熔体混合和反应速率起着重要作用。为研究高温、密闭的大型底吹炉内熔体搅拌现象,采用计算流体力学(CFD)方法,建立了与实际装备相对应的等效几何模型,并通过数值模拟计算分析了大型底吹炉内气动搅拌机理。结果表明:气泡是大型底吹炉气动搅拌的基本单元,气泡周期性的生长脱离、上升形变、熔体表面破裂过程,将自身动能传递给熔体,促进熔池内成分均一化。持续产生的气泡对熔体做功,为熔池和入炉物料提供了充足的搅拌能。熔池内部形成核心搅拌区和澄清区,为铜冶炼过程的反应和分离提供了良好条件。研究得出的气动搅拌机理对今后大型底吹炉优化设计和工程应用起到了指导作用。
苏新涛,王仕博,王子成,吴旭东,李文杰,毕巧灵
摘要:
利用VOF耦合Realizable k–ε湍流模型对双侧吹多相流流型演化进行了数值模拟研究。分析了双侧吹多相流的流型演化过程,气-渣-锍三相间混合最终达到“动态平衡”。确定了平均湍动能和平均气含率方差在表征熔体混合均匀度上具有一致性,同时以平均湍动能和气含率方差为指标,研究了侧吹氧枪直径和倾角对熔体流型演化的影响。结果表明,在一定气量下,氧枪直径决定气流速度,当直径为30 mm时熔池内部搅拌效果较好。氧枪倾斜向下10°和15°时,相较于0°的平均气含率方差和平均湍动能分别降低了24%和提高了8%。
黄旷,张晓龙,胡建杭,徐建新,宋进,武龙飞,刘杰
摘要:
铜锍品位是富氧底吹铜熔炼过程中的一个关键工艺参数,针对铜锍品位实时检测困难、检测结果滞后时间长、指导生产工艺参数优化滞后等问题,基于生产数据深入挖掘及处理,提出了一种基于FA-PSO-RBF神经网络的铜锍品位预测模型。首先为了降低模型的预测误差,利用FA分析方法对原始生产数据进行降维处理,确定主要因子数量为6个,并计算因子得分,然后针对RBF神经网络模型对关键参数依赖性较大的不足,利用改进PSO算法对网络结构中的关键参数进行寻优,最后,以因子得分为输入,铜锍品位值为输出,通过实际生产数据验证模型的准确性,并与RBF、标准PSO-RBF预测模型进行对比,结果表明,本文构建的铜锍品位预测模型预测精度更高,与标准PSO-RBF预测模型相比,RMSE和MAE的值分别降低了17.2%和21.2%,该预测模型对富氧底吹铜熔炼生产过程参数优化控制提供了一种方法借鉴。
杜善周,黄涌波,韩硕,张红亮
摘要:
以某420 kA铝电解槽为研究对象,建立了氧化铝浓度场的瞬态计算模型,结果表明,电流强化增大了氧化铝浓度分布的不均匀性,仅通过同时改变下料频率无法有效改善氧化铝浓度分布的均匀性。针对该问题,提出了电流强化过程中氧化铝下料方式优化策略:分组交替下料和单点频率控制下料,并对电流强化时的下料优化策略进行仿真计算。结果表明:分组交替下料时,氧化铝高浓度区域面积的波动幅度降低,减小了整个电解质中氧化铝浓度的波动;单点频率控制下料时,局部浓度过高的区域大幅度减小,氧化铝浓度分布的均匀性得到有效改善。
刘喆,黄杰,陈江善,黄艳芬,项学丰,薛青普,曾强,喻冲
摘要:
磁控溅射法是制备金属涂层的优选方法,在对小颗粒微球进行镀膜时需要微球保持较高的流化状态。微球的流化状态受沉积室的结构参数和操作参数的影响。使用离散元软件DEMSLab对沉积室的内部结构、振动间隔、表面粗糙度、转动速度、搅拌球配比等因素进行了数值模拟计算。结果表明:三角板拼接的沉积室的搅拌效果优于圆筒沉积室;大球数量的增加有助于燃料微球的均匀分布;存在合理的转速和粗糙度,使得燃料微球的分布情况最佳。后续可进行设备参数和操作参数的多变量耦合研究,使沉积室内的颗粒分布均匀。
张翠勋,李晓光,杨锋苓,吴静,史勇春
摘要:
为了提高固液悬浮性能,设计了一种半圆管挡板搅拌槽。采用数值模拟和试验测试相结合的方法,研究了半圆管挡板Rushton桨搅拌槽内石英砂—水的混合特性,分析了固液悬浮特征、固相浓度分布和功率消耗情况,并与标准平直挡板搅拌槽内的悬浮性能进行了对比。结果表明,同一搅拌转速时,半圆管挡板能改善悬浮性能,低固含率(5%)时效果更好。整体而言,半圆管挡板搅拌时石英砂的浓度分布比标准平直挡板搅拌时均匀,而且功率准数低13%左右,节能效应明显。研究结果为半圆管挡板的工业应用奠定了基础。
陈全坤,张体富,杨应宝,余小吕,孔德颂,王冲,毕巧灵,王仕博
摘要:
建立了三维底吹熔炼炉数学模型,对熔池气相分布和动量分布规律进行了研究,为底吹炉炉体的升级改造提供了基准和重要参数。根据数值模拟研究结果,提出易门铜业底吹炉设备本体改造方案及现场施工方案的细化。底吹炉本体采用三托辊支撑,并在厂房内进行现场切割加长改造;底吹炉加长段现场施工空间狭小,创新现场改造方案,采用特殊设备折壁吊在原有厂房内实施炉体吊装,实现了41天完成现场改造。
林荔,何峰
摘要:
富氧侧吹熔池熔炼-多枪顶吹吹炼技术成熟可靠。基于该工艺铜冶炼生产过程的反应机理,采用冶金计算软件建立功能模块,模拟侧吹熔炼—顶吹吹炼—阳极炉精炼全流程,不仅为冶炼厂设计提供了依据,同时也为开发数模专家系统打下了基础。
穆亮照,袁朝新,郭持皓,梁东东,李大江
摘要:
利用过氧化物进行烟气脱硫是降低冶金尾气中SO2含量的有效手段,对一种实验室小型过氧化物在线制备装置内的气液两相流动过程进行三维数值解析,发现底部吹入的气体和液体催动形成稳定的环形流动是保证过氧化物合成效率和设备有效运行的基础。对极板间距和喷吹速率两个关键参数进行优化,以制备装置内流体平均运动速度、平均湍动能、喷吹流体利用率及极板剪应力等多项因素为判据,得出最佳极板间距为30 mm,最佳喷吹速率为0.94 m/s。
李鹏,王仕博,徐建新,裴利清
摘要:
以国内某厂铜电解槽为对象,基于ANSYS Workbench协同仿真平台,构建Maxwell和Fluent仿真模块的多场耦合仿真环境,探究槽内电场和流场的分布情况。结果表明:铜电解槽内高密度电流及电损耗功率主要集中在极板间区域;阴阳极板可以视作等势面,阳极板端部电流矢量方向由端部向外扩散,电场梯度均匀;根据流场分布特征可将铜电解槽内流体区域分为四个区域,其中阴阳极板之间区域的电解质流量仅为9%左右,槽底存在约1%的流动“死区”。
徐鹏,崔平,朱新生
摘要:
闪速炉生产参数优化控制直接影响整个闪速炉生产。针对现有的新型闪速熔炉双旋流预混型精矿喷嘴,随着闪速炉生产能力的进一步提升,出现炉况不稳定现象,为进一步实现提产增效的目标,对高投料量条件下闪速炉生产参数操作方案开展系统仿真研究,以实现190 t/h投料量条件下的稳定生产为主要目标,探寻闪速炉优化操作模式及其操作参数配套方案。
高荣,陈习堂,徐洪傲,舒波,张鑫,徐建新,余彬,王恩志
摘要:
结合当前有色冶金行业智能化转型升级新形势,围绕数字化、智能化在铜冶炼过程中的应用现状,就冶炼终点判断、冶炼过程智能控制及装备寿命预测、智能系统应用等几方面进行简述,对提升铜冶炼企业整体操作水平和铜冶炼企业数字化、智能化水平提供参考借鉴。
牛庆合,何佳彬,王伟,苏学斌,周根茂,赵利信,袁维,常江芳,胡明伟
摘要:
为探明不同影响因素对CO2+O2地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO2+O2地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O2配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品位对CO2+O2地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明:CO2+O2地浸过程中,抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势;矿层渗透率、铀矿石平均品位、O2配加浓度、HCO3-配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系,溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系;CO2+O2地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层,同时应该适当加大O2和HCO3-的配加浓度,并控制好溶浸液注入速率,可实现铀资源的高效开采。本研究对CO2+O2地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。
尚小标,张志浩,肖人友,姚坤,李佳剑
摘要:
为减少高电流密度铜电解过程中阴极积瘤现象、降低残极率以及提高电流效率,本文基于多物理场耦合理论与正交实验方法,研究了进液管半径、阳极板底部圆角半径以及极间距对铜电解精炼效果的影响。单因素分析发现,随着进液管半径的增大或阳极圆角半径的增大,电流效率和阴极铜沉积厚度均匀性均呈现先增大后减小的趋势;随着极间距的增大,电流效率逐渐减小,阴极铜沉积厚度逐渐均匀。进行正交实验分析出使铜电解精炼效果优异的电解槽结构参数为:进液管半径3.5 mm,阳极底部圆角4 mm,极间距110 mm。本文为优化电解槽提高生产效率的研究提供理论指导。
重有色金属
李春林,林语宸,张其炀,王梦梦,王仕博,李建福
摘要:
搅拌是湿法工艺中的重要操作单元,直接关系到浸出净化效率及产品综合能耗。反应器内浸出、净化过程包括固液气多相传热传质和复杂化学反应的强非线性过程,内部流场特性的定量信息难以直接测量,且强化搅拌技术的研发缺乏系统的理论指导。从搅拌方式、搅拌效果的衡量指标以及搅拌在现代工程中的应用三个角度出发,梳理了强化搅拌这一重要研究方向的最新进展,并概述了数字化、智能化技术在强化搅拌理论及技术研发过程中的广泛应用与广阔前景。
陈卓,谭文科,宋彦坡,周俊,祝振宇
摘要:
数值模拟具有实施代价低、结果表达直观等优势,已成为铜闪速熔炼等工业过程的重要研究手段。基于近30年来公开发表的文献资料,对国内外学者在闪速熔炼过程数值模拟方面所做研究工作进行了分类介绍,重点讨论了这些研究工作的技术特色、应用价值以及适用性,进而分析和探讨了该领域的发展现状、存在的问题及发展方向。
蒙彤,田仪娟,赵思思,陈恩之,苗迎彬,赵风轩,陶长元,刘作华
摘要:
通过CFD软件对以SO2气体为还原剂的锰矿浸出过程进行数值模拟,对比刚性单桨、刚性双桨及刚柔组合桨对于气-固-液三相混合强化作用。通过对固相及气相浓度云图分析,比较三种不同结构配置的搅拌反应器对固体颗粒悬浮和气体分散的作用大小,并对搅拌反应器内宏观、介观及其微观混合性能通过轴向和纵向的速度、湍动能及湍动能耗散率进行对比分析。结果表明:刚柔组合桨流场内并未出现颗粒团聚、气体分散不均等现象,并在流场上部对于颗粒悬浮及气体分散作用明显要强于单轴单桨及单轴双桨;刚柔组合桨的宏观、介观及其微观混合性能的表现均优于单轴单桨及单轴双桨。
姜保成,郭学益,王亲猛
摘要:
在大型铜熔炼底吹炉冶炼过程中,气动搅拌对熔体混合和反应速率起着重要作用。为研究高温、密闭的大型底吹炉内熔体搅拌现象,采用计算流体力学(CFD)方法,建立了与实际装备相对应的等效几何模型,并通过数值模拟计算分析了大型底吹炉内气动搅拌机理。结果表明:气泡是大型底吹炉气动搅拌的基本单元,气泡周期性的生长脱离、上升形变、熔体表面破裂过程,将自身动能传递给熔体,促进熔池内成分均一化。持续产生的气泡对熔体做功,为熔池和入炉物料提供了充足的搅拌能。熔池内部形成核心搅拌区和澄清区,为铜冶炼过程的反应和分离提供了良好条件。研究得出的气动搅拌机理对今后大型底吹炉优化设计和工程应用起到了指导作用。
苏新涛,王仕博,王子成,吴旭东,李文杰,毕巧灵
摘要:
利用VOF耦合Realizable k–ε湍流模型对双侧吹多相流流型演化进行了数值模拟研究。分析了双侧吹多相流的流型演化过程,气-渣-锍三相间混合最终达到“动态平衡”。确定了平均湍动能和平均气含率方差在表征熔体混合均匀度上具有一致性,同时以平均湍动能和气含率方差为指标,研究了侧吹氧枪直径和倾角对熔体流型演化的影响。结果表明,在一定气量下,氧枪直径决定气流速度,当直径为30 mm时熔池内部搅拌效果较好。氧枪倾斜向下10°和15°时,相较于0°的平均气含率方差和平均湍动能分别降低了24%和提高了8%。
黄旷,张晓龙,胡建杭,徐建新,宋进,武龙飞,刘杰
摘要:
铜锍品位是富氧底吹铜熔炼过程中的一个关键工艺参数,针对铜锍品位实时检测困难、检测结果滞后时间长、指导生产工艺参数优化滞后等问题,基于生产数据深入挖掘及处理,提出了一种基于FA-PSO-RBF神经网络的铜锍品位预测模型。首先为了降低模型的预测误差,利用FA分析方法对原始生产数据进行降维处理,确定主要因子数量为6个,并计算因子得分,然后针对RBF神经网络模型对关键参数依赖性较大的不足,利用改进PSO算法对网络结构中的关键参数进行寻优,最后,以因子得分为输入,铜锍品位值为输出,通过实际生产数据验证模型的准确性,并与RBF、标准PSO-RBF预测模型进行对比,结果表明,本文构建的铜锍品位预测模型预测精度更高,与标准PSO-RBF预测模型相比,RMSE和MAE的值分别降低了17.2%和21.2%,该预测模型对富氧底吹铜熔炼生产过程参数优化控制提供了一种方法借鉴。
杜善周,黄涌波,韩硕,张红亮
摘要:
以某420 kA铝电解槽为研究对象,建立了氧化铝浓度场的瞬态计算模型,结果表明,电流强化增大了氧化铝浓度分布的不均匀性,仅通过同时改变下料频率无法有效改善氧化铝浓度分布的均匀性。针对该问题,提出了电流强化过程中氧化铝下料方式优化策略:分组交替下料和单点频率控制下料,并对电流强化时的下料优化策略进行仿真计算。结果表明:分组交替下料时,氧化铝高浓度区域面积的波动幅度降低,减小了整个电解质中氧化铝浓度的波动;单点频率控制下料时,局部浓度过高的区域大幅度减小,氧化铝浓度分布的均匀性得到有效改善。
刘喆,黄杰,陈江善,黄艳芬,项学丰,薛青普,曾强,喻冲
摘要:
磁控溅射法是制备金属涂层的优选方法,在对小颗粒微球进行镀膜时需要微球保持较高的流化状态。微球的流化状态受沉积室的结构参数和操作参数的影响。使用离散元软件DEMSLab对沉积室的内部结构、振动间隔、表面粗糙度、转动速度、搅拌球配比等因素进行了数值模拟计算。结果表明:三角板拼接的沉积室的搅拌效果优于圆筒沉积室;大球数量的增加有助于燃料微球的均匀分布;存在合理的转速和粗糙度,使得燃料微球的分布情况最佳。后续可进行设备参数和操作参数的多变量耦合研究,使沉积室内的颗粒分布均匀。
张翠勋,李晓光,杨锋苓,吴静,史勇春
摘要:
为了提高固液悬浮性能,设计了一种半圆管挡板搅拌槽。采用数值模拟和试验测试相结合的方法,研究了半圆管挡板Rushton桨搅拌槽内石英砂—水的混合特性,分析了固液悬浮特征、固相浓度分布和功率消耗情况,并与标准平直挡板搅拌槽内的悬浮性能进行了对比。结果表明,同一搅拌转速时,半圆管挡板能改善悬浮性能,低固含率(5%)时效果更好。整体而言,半圆管挡板搅拌时石英砂的浓度分布比标准平直挡板搅拌时均匀,而且功率准数低13%左右,节能效应明显。研究结果为半圆管挡板的工业应用奠定了基础。
陈全坤,张体富,杨应宝,余小吕,孔德颂,王冲,毕巧灵,王仕博
摘要:
建立了三维底吹熔炼炉数学模型,对熔池气相分布和动量分布规律进行了研究,为底吹炉炉体的升级改造提供了基准和重要参数。根据数值模拟研究结果,提出易门铜业底吹炉设备本体改造方案及现场施工方案的细化。底吹炉本体采用三托辊支撑,并在厂房内进行现场切割加长改造;底吹炉加长段现场施工空间狭小,创新现场改造方案,采用特殊设备折壁吊在原有厂房内实施炉体吊装,实现了41天完成现场改造。
林荔,何峰
摘要:
富氧侧吹熔池熔炼-多枪顶吹吹炼技术成熟可靠。基于该工艺铜冶炼生产过程的反应机理,采用冶金计算软件建立功能模块,模拟侧吹熔炼—顶吹吹炼—阳极炉精炼全流程,不仅为冶炼厂设计提供了依据,同时也为开发数模专家系统打下了基础。
穆亮照,袁朝新,郭持皓,梁东东,李大江
摘要:
利用过氧化物进行烟气脱硫是降低冶金尾气中SO2含量的有效手段,对一种实验室小型过氧化物在线制备装置内的气液两相流动过程进行三维数值解析,发现底部吹入的气体和液体催动形成稳定的环形流动是保证过氧化物合成效率和设备有效运行的基础。对极板间距和喷吹速率两个关键参数进行优化,以制备装置内流体平均运动速度、平均湍动能、喷吹流体利用率及极板剪应力等多项因素为判据,得出最佳极板间距为30 mm,最佳喷吹速率为0.94 m/s。
李鹏,王仕博,徐建新,裴利清
摘要:
以国内某厂铜电解槽为对象,基于ANSYS Workbench协同仿真平台,构建Maxwell和Fluent仿真模块的多场耦合仿真环境,探究槽内电场和流场的分布情况。结果表明:铜电解槽内高密度电流及电损耗功率主要集中在极板间区域;阴阳极板可以视作等势面,阳极板端部电流矢量方向由端部向外扩散,电场梯度均匀;根据流场分布特征可将铜电解槽内流体区域分为四个区域,其中阴阳极板之间区域的电解质流量仅为9%左右,槽底存在约1%的流动“死区”。
徐鹏,崔平,朱新生
摘要:
闪速炉生产参数优化控制直接影响整个闪速炉生产。针对现有的新型闪速熔炉双旋流预混型精矿喷嘴,随着闪速炉生产能力的进一步提升,出现炉况不稳定现象,为进一步实现提产增效的目标,对高投料量条件下闪速炉生产参数操作方案开展系统仿真研究,以实现190 t/h投料量条件下的稳定生产为主要目标,探寻闪速炉优化操作模式及其操作参数配套方案。
高荣,陈习堂,徐洪傲,舒波,张鑫,徐建新,余彬,王恩志
摘要:
结合当前有色冶金行业智能化转型升级新形势,围绕数字化、智能化在铜冶炼过程中的应用现状,就冶炼终点判断、冶炼过程智能控制及装备寿命预测、智能系统应用等几方面进行简述,对提升铜冶炼企业整体操作水平和铜冶炼企业数字化、智能化水平提供参考借鉴。
牛庆合,何佳彬,王伟,苏学斌,周根茂,赵利信,袁维,常江芳,胡明伟
摘要:
为探明不同影响因素对CO2+O2地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO2+O2地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O2配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品位对CO2+O2地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明:CO2+O2地浸过程中,抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势;矿层渗透率、铀矿石平均品位、O2配加浓度、HCO3-配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系,溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系;CO2+O2地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层,同时应该适当加大O2和HCO3-的配加浓度,并控制好溶浸液注入速率,可实现铀资源的高效开采。本研究对CO2+O2地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。
尚小标,张志浩,肖人友,姚坤,李佳剑
摘要:
为减少高电流密度铜电解过程中阴极积瘤现象、降低残极率以及提高电流效率,本文基于多物理场耦合理论与正交实验方法,研究了进液管半径、阳极板底部圆角半径以及极间距对铜电解精炼效果的影响。单因素分析发现,随着进液管半径的增大或阳极圆角半径的增大,电流效率和阴极铜沉积厚度均匀性均呈现先增大后减小的趋势;随着极间距的增大,电流效率逐渐减小,阴极铜沉积厚度逐渐均匀。进行正交实验分析出使铜电解精炼效果优异的电解槽结构参数为:进液管半径3.5 mm,阳极底部圆角4 mm,极间距110 mm。本文为优化电解槽提高生产效率的研究提供理论指导。