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

1、鉛鋅密閉鼓風爐是鉛、鋅冶煉的重要設(shè)備，但由于存在爐內(nèi)易長爐結(jié)、清掃周期短、爐內(nèi)耐火材料使用壽命低等問題，使其應用受到了很大的限制。本文采用數(shù)值模擬方法，對爐內(nèi)熔煉過程以及多相流動進行系統(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。 通過對鉛鋅密閉鼓風爐熔煉過程中氧化鉛、氧化鋅還原反應以及焦炭燃燒反應的熱力學和動力學機理的研究，確定了主要反應過程。通過對微元體內(nèi)氣相，粒相以及兩相之間的傳熱、傳質(zhì)和化學反應的分析，確定了相應的計算

2、方法，建立了描述爐內(nèi)熔煉過程的一維數(shù)學模型。 基于常微分方程的Euler求解方法，應甩VB程序語言開發(fā)了數(shù)值求解爐內(nèi)熔煉過程的程序，實現(xiàn)了鉛鋅密閉鼓風爐內(nèi)溫度和各物質(zhì)流量的一維數(shù)值模擬。計算得到的料面位置爐氣溫度和濃度與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)相吻合，驗證了模型的有效性。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、 應用上述模型，研究了操作參數(shù)對熔煉過程的影響。結(jié)果表明：一次風風量增加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，采用雙流體模型，完成了爐內(nèi)冷態(tài)氣粒兩相流動三維數(shù)值模擬，并對不同操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)下風口區(qū)冷態(tài)氣粒兩相流流場進行了研究。其結(jié)果表明：對于所研究的對象，一次風風速的增加，風口回旋區(qū)增大，但過大的風速會使相對風口之間氣流吹通，最佳一次風風速在265m/s左右；增加一次風風口的插入深度，可增加爐身下部料層中央的氣流速度；減小一次風風嘴向下傾斜的角度，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