[发明专利]一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法

说明书

本发明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‑热力学瞬态形貌；将动力学‑热力学瞬态形貌传递显示于DCS系统，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，实现对熔炼炉强化传热；DCS系统通过变频微机控制器控制底吹氧喷枪出富氧的频率；本发明实现了提高了熔炼炉的生产效率，强化传热并以最小的能耗得到最佳的熔池搅拌效果。

技术领域

本发明涉及冶金与能源技术领域，特别是涉及一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于底吹氧枪的熔炼炉熔炼方法，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-热力学瞬态形貌；

步骤三：将所述动力学-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。

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。

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。

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-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；

采用压力隐式分裂算子(Pressure Implicit Split Operator，PISO)耦合压力-速度场，计算出剧烈搅动的所述熔炼炉熔池内的动力学-热力学瞬态形貌。