閃速熔煉精礦噴嘴的改進研究

瞿桂科

（江西銅業集團（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和主流的方法。而閃速熔煉精礦噴嘴是閃速熔煉系統中的重要組成部分，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爐中進行快速反應，閃速熔煉法正常高效進行的前提條件是將進入閃速爐內的顆粒分散均勻。傳統奧拓昆普中央擴散型的精礦噴嘴在實際應用過程中容易出現物料偏析問題，同時容易導致反應爐使用壽命縮短及氧利用率降低等諸多問題[1]。并且傳統噴嘴由于其技術保密性，對于噴嘴的技術指標、內部細節等諸多問題的理解均不透徹，因此使用者在參數調節上只能趨于保守，從而無法將其參數調到最優，以優化噴嘴性能[2]。

對于傳統精礦噴嘴的研究主要還是以對現有精礦噴嘴的優化為主，湯才鑠等人通過研究噴嘴氣-粒的均勻混合動力學來給出對中央擴散型精礦噴嘴的參數進行優化[3]。但參數的優化無法從根本上來解決傳統噴嘴的結構缺陷問題，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上通過數值模擬對傳統型奧拓昆普精礦噴嘴進行模擬分析。并且對現有精礦噴嘴進行了改進研究，提出了一種預分散的全新噴嘴，并且通過仿真模擬驗證了其改進先進性。

1 中央噴射擴散噴嘴

目前，國內應用較多的閃速熔煉精礦噴嘴類型多為中央噴射擴散型噴嘴，中央噴射擴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 中央噴射擴散型精礦噴嘴

2 噴嘴下料管仿真

2.1 模型構建

通過有限元軟件ANSYS構建了下料管的三維模型。

表1 仿真邊界條件參數表

圖2 下料管網格圖

2.2 數學模型

閃速熔煉的過程是連續的，因此對于氣相與顆粒相的運動過程是相互影響的，所以相互的計算需要進行耦合。為了對問題進行簡化，假設如下：

（1）流場氣體為定常流。

（2）對顆粒附近的流場進行忽略。

2.3 中央噴射擴散噴嘴顆粒運動仿真結果

將傳統的中央式噴嘴風溜槽風量設置為300Nm3/h。1區的運動模擬結果如圖3所示：

圖3 傳統噴嘴下料出口顆粒分布

從圖中可知，1區域為出料的主要集中區域，物料的偏析現象很明顯。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]。同時通過對粒子流動速度進行分析，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 預分散精礦噴嘴顆粒運動仿真分析

通過流體或者機械的方式來對顆粒流體進行預先分散干預。

在模型中引入預分散風量，設置參數如表2所示：

表2 預分散風參數表

圖4 預分散噴嘴下料口顆粒分布

由圖中可知，顆粒集中從第1區域進入時，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象出現。整體顆粒速度均勻。

3 精礦噴醉的結構優化及改進

通過在傳統噴嘴的基礎上增加一集風器，結構如圖5所示：

圖5 集風器

集風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，用于補充中央氧壓力偏低問題，精礦噴嘴中央氧管內的富氧空氣就由原來的垂直射出改為通過集風器水平旋流而出，從而實現對初次風未打散的銅精礦進行二次分散。

4 結語

傳統的中央噴射擴散型精礦噴嘴容易產生物料偏析問題，通過本文對精礦噴嘴進行了改進，增加預分散裝置能夠有效解決物料偏析問題。