瞿桂科

（江西銅業(yè)集團(tuán)（貴溪）冶金化工工程有限公司，江西 貴溪 335424）

硫化銅礦的煉制工藝中，閃速熔煉則是較為先進(jìn)和主流的方法。而閃速熔煉精礦噴嘴是閃速熔煉系統(tǒng)中的重要組成部分，主要作用是將銅精礦、熔劑、燃料甚至空氣噴入閃速熔煉反應(yīng)爐中進(jìn)行快速反應(yīng)，閃速熔煉法正常高效進(jìn)行的前提條件是將進(jìn)入閃速爐內(nèi)的顆粒分散均勻。傳統(tǒng)奧拓昆普中央擴(kuò)散型的精礦噴嘴在實(shí)際應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)物料偏析問題，同時(shí)容易導(dǎo)致反應(yīng)爐使用壽命縮短及氧利用率降低等諸多問題[1]。并且傳統(tǒng)噴嘴由于其技術(shù)保密性，對于噴嘴的技術(shù)指標(biāo)、內(nèi)部細(xì)節(jié)等諸多問題的理解均不透徹，因此使用者在參數(shù)調(diào)節(jié)上只能趨于保守，從而無法將其參數(shù)調(diào)到最優(yōu)，以優(yōu)化噴嘴性能[2]。

對于傳統(tǒng)精礦噴嘴的研究主要還是以對現(xiàn)有精礦噴嘴的優(yōu)化為主，湯才鑠等人通過研究噴嘴氣-粒的均勻混合動力學(xué)來給出對中央擴(kuò)散型精礦噴嘴的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[3]。但參數(shù)的優(yōu)化無法從根本上來解決傳統(tǒng)噴嘴的結(jié)構(gòu)缺陷問題，也并未很好的解決物料偏析的問題。本文在前人研究的基礎(chǔ)上通過數(shù)值模擬對傳統(tǒng)型奧拓昆普精礦噴嘴進(jìn)行模擬分析。并且對現(xiàn)有精礦噴嘴進(jìn)行了改進(jìn)研究，提出了一種預(yù)分散的全新噴嘴，并且通過仿真模擬驗(yàn)證了其改進(jìn)先進(jìn)性。

1 中央噴射擴(kuò)散噴嘴

目前，國內(nèi)應(yīng)用較多的閃速熔煉精礦噴嘴類型多為中央噴射擴(kuò)散型噴嘴，中央噴射擴(kuò)散型精礦噴嘴能夠得到廣泛的使用，原因在于其具有精礦處理效率高、煙塵率低、可高富氧環(huán)境冶煉[4]。主要存在的問題是存在必然的物料偏析問題。

圖1 中央噴射擴(kuò)散型精礦噴嘴

2 噴嘴下料管仿真

2.1 模型構(gòu)建

通過有限元軟件ANSYS構(gòu)建了下料管的三維模型。

表1 仿真邊界條件參數(shù)表

圖2 下料管網(wǎng)格圖

2.2 數(shù)學(xué)模型

閃速熔煉的過程是連續(xù)的，因此對于氣相與顆粒相的運(yùn)動過程是相互影響的，所以相互的計(jì)算需要進(jìn)行耦合。為了對問題進(jìn)行簡化，假設(shè)如下：

（1）流場氣體為定常流。

（2）對顆粒附近的流場進(jìn)行忽略。

2.3 中央噴射擴(kuò)散噴嘴顆粒運(yùn)動仿真結(jié)果

將傳統(tǒng)的中央式噴嘴風(fēng)溜槽風(fēng)量設(shè)置為300Nm3/h。1區(qū)的運(yùn)動模擬結(jié)果如圖3所示：

圖3 傳統(tǒng)噴嘴下料出口顆粒分布

從圖中可知，1區(qū)域?yàn)槌隽系闹饕袇^(qū)域，物料的偏析現(xiàn)象很明顯。并且出口顆粒粒度越小，則相對的分散均勻性也要更好[5,6]。同時(shí)通過對粒子流動速度進(jìn)行分析，近外圓周和垂直隔板相交的處顆粒流動速度大，出越靠近壁面顆粒速度越低。

2.4 預(yù)分散精礦噴嘴顆粒運(yùn)動仿真分析

通過流體或者機(jī)械的方式來對顆粒流體進(jìn)行預(yù)先分散干預(yù)。

在模型中引入預(yù)分散風(fēng)量，設(shè)置參數(shù)如表2所示：

表2 預(yù)分散風(fēng)參數(shù)表

圖4 預(yù)分散噴嘴下料口顆粒分布

由圖中可知，顆粒集中從第1區(qū)域進(jìn)入時(shí)，顆粒在下料管出口的分布非常均勻，粒度分布均勻，無明顯的物料偏析現(xiàn)象出現(xiàn)。整體顆粒速度均勻。

3 精礦噴醉的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及改進(jìn)

通過在傳統(tǒng)噴嘴的基礎(chǔ)上增加一集風(fēng)器，結(jié)構(gòu)如圖5所示：

圖5 集風(fēng)器

集風(fēng)器置于噴嘴底部密封，中央氧管頂部配置用于鼓入空氣的壓縮空氣管道，用于補(bǔ)充中央氧壓力偏低問題，精礦噴嘴中央氧管內(nèi)的富氧空氣就由原來的垂直射出改為通過集風(fēng)器水平旋流而出，從而實(shí)現(xiàn)對初次風(fēng)未打散的銅精礦進(jìn)行二次分散。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的中央噴射擴(kuò)散型精礦噴嘴容易產(chǎn)生物料偏析問題，通過本文對精礦噴嘴進(jìn)行了改進(jìn)，增加預(yù)分散裝置能夠有效解決物料偏析問題。