一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法技术

本发明专利技术公开一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，包括设计新的熔炼炉或根据熔炼炉炉型设计参数，建立富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台；通过富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台根据实时熔炼过程建立熔炼炉的动力学

【技术实现步骤摘要】
一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法


[0001]本专利技术涉及冶金与能源
，特别是涉及一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法。

技术介绍

[0002]我国自主研发的喷枪底吹熔炼技术是熔池熔炼的一种关键强化技术，对品位低、杂质多的矿产资源具有很好适应性，经过20年来的迅猛发展，现已广泛应用于铜、锡、铅等有色金属的冶炼过程。
[0003]底吹氧枪是底吹熔炼炉的核心部件之一，在熔炼过程中，气体通过喷枪射入炉内，为反应提供氧化剂和熔体搅拌所需动力，直接影响底吹炉负荷率、作业率、炉寿、炉况及附属设备的能耗。精矿、熔剂等炉料从炉顶给料口加入，在喷枪喷出的高速气流作用下，熔池处于剧烈的搅动状态，物料在高温、高湍动下迅速熔化并进行强烈的硫化物的氧化造渣和脱硫等物理化学反应。良好的熔炼炉熔池的搅拌能够增大炉渣层和金属相与炉气的接触，强化有色金属氧化生成金属氧化物进入炉渣以及炉渣中金属氧化物挥发的动力学条件。
[0004]综上可知，底吹熔池熔炼炉内的反应动力学过程极其复杂，炉膛内的温度场、流场波动大，影响因素多，过程不易控制。要实现熔炼过程高效连续地进行，以最小的能耗代价实现最佳的熔池搅拌效果，最关键的技术问题就是如何强化炉内传热传质过程，优化底吹熔池熔炼炉的各项操作参数。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现将冶金计算流体力学模拟与强化传热技术相结合，为提高富氧底吹熔池熔炼炉的生产效率、强化传热并优化熔池搅拌效果，避免泡沫渣等重大工艺事故的发生；并促进有色冶炼行业的节能减排提供切实可行的优化型技术方案。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：设计新的熔炼炉或根据熔炼炉炉型设计参数，建立富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台；
[0008]步骤二：通过所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台根据实时熔炼过程建立熔炼炉的动力学
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热力学瞬态形貌；
[0009]步骤三：将所述动力学
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热力学瞬态形貌传递显示于DCS系统，所述DCS系统根据实时熔炼过程对变频微机控制器进行变频控制，实现对所述熔炼炉强化传热；
[0010]步骤四：所述DCS系统通过所述变频微机控制器控制底吹氧喷枪出富氧的频率。
[0011]所述步骤一中设计新的熔炼炉需根据设计参数和安装现场尺寸条件，通过所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台计算出包括但不限于所述熔炼炉的炉型尺寸，所述底吹氧枪的口径及相邻所述底吹喷枪的间距。
[0012]优选的，根据设计参数及熔炼炉安装现场的尺寸条件，利用模拟平台计算出最佳炉型尺寸、喷枪口径、烟道倾斜角度等关键参数，为新炉型的设计定型提供最优施工方案参考；但设计参数还包括炉内吹氧喷枪个数间距和最佳尺寸，熔池液面变化规律，波动系数，安装形式等辅助参数。
[0013]所述步骤二中所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台通过RNGκ
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ε湍流扩散模型，VOF(体积分数函数)多相流模型，增强壁面函数模型和P1辐射模型得出流体力学传热传质控制方程组，并通过CFD软件进行求解；
[0014]采用压力隐式分裂算子(Pressure Implicit Split Operator，PISO)耦合压力
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速度场，计算出剧烈搅动的所述熔炼炉熔池内的动力学
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热力学瞬态形貌。
[0015]所述压力隐式分裂算子耦合压力
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速度场的压力离散格式采用PRESTO！格式；所述动力离散格式由二阶迎风格式实现，用于保证体积分数的瞬态几何重构(Geo
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reconstruct)。
[0016]优选的，RNGκ
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ε湍流扩散模型经过重整规划群统计学技术(ReNormalization Group theory，简称RNG)优化过；
[0017]所述步骤二还包括根据所述熔炼炉内熔炼过程参数，建立动态数据库；所述动态数据库用于对所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台得到的参数进行实时迭代式对比与智能化修正，将修正后的所述动力学
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热力学瞬态形貌传递给所述DCS系统。
[0018]所述动态数据库是以所述熔炼炉内运行过程中的空气量，氧气量，给料速度，富氧浓度以及熔炼各阶段的熔池液面位置的基本变化规律、熔池波动的运行参数为基础建立的。
[0019]所述实时熔炼过程由所述熔炼炉不同熔炼阶段所需要的工艺环境，熔池液面和金属锍层的位置变化以及工艺风含氧量的波动决定。
[0020]所述吹氧喷枪包括枪身和与所述枪身法兰连接的喷头；所述喷头内安装有芯体；所述芯体为三层同心圆结构；所述芯体中心层固定安装有旋流器；所述旋流器扇叶的宽度与所述喷头内壁适配；所述旋流器与所述变频微机控制器电性连接；所述芯体的边缘层开设有富氧孔道；所述芯体的次边缘层开设有保护气孔道；所述富氧孔道和保护气孔道均为等间距开设的扇形孔道。
[0021]所述保护气孔道内气体为氮气。
[0022]优选的，稳定生成“蘑菇头”的射流喷出，是工业生产中理想的喷出状态，可优化喷出参数，得到最佳的熔池搅拌效果，延缓吹氧喷枪及周围耐火砖的腐蚀速度，延长使用寿命。
[0023]更进一步的，吹氧喷枪通过旋流器与变频微机控制器的结合，保证了强化换热效果的同时大大减小了流体在喷枪内的流动阻力；旋转气流与熔池相互作用后形成更为均匀的气泡群射流，冲击深度更大，更易形成稳定的“蘑菇头”射流；
[0024]且通过旋流使搅拌效果得到强化促进了富氧空气和物料反应，熔池自热更加充分，熔炼过程中泡沫渣显著下降。同时，烟气中SO2浓度明显提高，为制酸工艺创造了良好条件。
[0025]更进一步的，通过增加富氧不但不会对炉体耐火材料和喷枪寿命造成不良影响，且会使喷枪的喷溅明显减弱。因此通过优化操作参数提高氧气的加入量，可充分激发熔池
内的自热反应，使熔炼过程更加彻底，炉膛的负压也更容易控制。
[0026]本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术针对不同熔炼阶段所需要的工艺环境、熔池液面和金属锍层的位置变化以及工艺风含氧量的波动，将富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台提供的最优工艺风量及压力参数赋予DCS系统，结合控制二次风量、稳定进料等手段，将冶金计算流体力学模拟与强化传热技术相结合，提高了富氧底吹熔池熔炼炉的生产效率、强化传热并以最小的能耗得到最佳的熔池搅拌效果。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：设计新的熔炼炉或根据熔炼炉炉型设计参数，建立富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台；步骤二：通过所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台根据实时熔炼过程建立熔炼炉的动力学
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热力学瞬态形貌；步骤三：将所述动力学
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热力学瞬态形貌传递显示于DCS系统，所述DCS系统根据实时熔炼过程对变频微机控制器进行变频控制，实现对所述熔炼炉强化传热；步骤四：所述DCS系统通过所述变频微机控制器控制底吹氧喷枪出富氧的频率。2.根据权利要求1所述的一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，其特征在于：所述步骤一中设计新的熔炼炉需根据设计参数和安装现场尺寸条件，通过所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台计算出包括但不限于所述熔炼炉的炉型尺寸，所述底吹氧枪的口径，相邻所述底吹喷枪的间距及烟道倾斜角度。3.根据权利要求1所述的一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，其特征在于：所述步骤二中所述富氧底吹熔池熔炼炉炉膛热过程数值模拟平台通过RNGκ
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ε湍流扩散模型，VOF多相流模型，增强壁面函数模型和P1辐射模型得出流体力学传热传质控制方程组，并通过CFD软件进行求解；采用压力隐式分裂算子耦合压力
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速度场，计算出剧烈搅动的所述熔炼炉熔池内的动力学
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热力学瞬态形貌。4.根据权利要求3所述的一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，其特征在于：所述压力隐式分裂算子耦合压力
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速度场的压力离散格式采用PRESTO！格式；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕博，王华，李世旺，徐建新，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：