铜阳极泥立式釜搅拌过程仿真及正交优化

基于计算流体力学（CFD）技术, 采用欧拉-欧拉多相流模型、多重参考系（MRF）模型及标准的k-ε湍流模型建立了25 m3铜阳极泥立式釜内固液两相搅拌过程的仿真模型, 研究不同转速下的搅拌功率数值模拟结果, 并与经验公式对比验证; 同时以立式釜截面固相体积浓度为评判指标, 以搅拌转速、桨叶安装角度、桨叶间距及阻尼挡板高度为考察因素, 采用正交试验设计方法进行搅拌条件优化研究.结果表明, 数学模型计算结果与永田进治经验公式较为吻合, 表明模型可用于搅拌模拟; 在给定条件下, 最优组合为搅拌转速100 r/min, 桨叶安装角度45°, 桨叶间距1.615 m, 阻尼挡板高度2 m.此条件下立式釜截面固相体积浓度较实际生产工况仿真增幅达13%.      

湿法提钒搅拌反应釜的流场分布

为提高湿法提钒浸出率、掌握机械搅拌反应釜内液相流动和固相分布的规律,使用Fluent软件,基于计算流体力学理论,利用多重参考系法对浸钒搅拌釜内计算区域进行处理,建立多相流欧拉-欧拉模型和标准k-ε湍流模型,研究了搅拌速度v、桨叶离底高度L和带孔挡板对搅拌釜内流场分布的影响。结果表明:随着搅拌速度v的增大,搅拌釜内液相速度先逐渐增大,然后基本保持不变;根据桨叶离底高度L高低对搅拌釜内液相速度分布的影响,将最适宜离底高度选作L=0.4D1;安装带孔挡板有助于消除流场的漩涡现象,改善流场分布。     

机械搅拌反应器内气体分布的数值模拟

机械搅拌反应器内通常包含气、液、固等多相体系,利用计算流体力学方法针对其内部复杂物料运动的模拟近年来取得了很大进展。欧拉双流体模型被用来模拟一种装配Rushton型叶轮机械搅拌反应器内包含气泡的气液两相流,并通过不同的相间力模型及自定义湍流子模型描述槽内气泡复杂运动。分析了不同曳力、气泡诱导湍流、升力、湍流分散力等模型在模拟气泡分布时的效果,并将模拟结果与Barigou和Greaves的试验结果进行比较。结果表明,提出的模拟方法在机械搅拌反应器模拟中能够得到准确的气体分布结果。     

加压釜搅拌槽气液两相流动的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对某冶炼厂现有搅拌器和优化后搅拌器搅拌槽内的气液两相流动和混合进行了数值模拟,对比了两种搅拌器搅拌槽内的速度分布、局部气含率和搅拌功率。计算结果表明,优化后的搅拌器搅拌混合效果和气体分散优于现有搅拌器,且搅拌功率基本不变。     

氟钽酸钾钠还原搅拌釜中的搅拌流场数值模拟

采用标准k-ε湍流模型、Eluer-Eluer双流体模型,结合滑移网格法,对氟钽酸钾钠还原搅拌釜中搅拌流场进行数值模拟,研究不同转速、搅拌桨叶类型对液钠-熔盐分散特性、流场的影响。结果表明,在两种桨叶模型下,液钠仅局部分布在混合熔盐表面;平直叶桨、折叶桨搅拌均在搅拌釜内形成四个循环流区域,且在搅拌轴附近区域存在搅拌死区;液钠在液面的分散面积均随着转速的增加而减小,沿搅拌轴进入熔盐的深度随转速的增加而增大;在折叶桨模型下,随着搅拌转速的增加,近液面处流场速度增大,速度沿X轴方向呈对称分布。     

电磁搅拌条件下结晶器内钢液多相流动和卷渣现象的大涡模拟

针对大方坯连铸结晶器内的流动和卷渣行为进行了三维数值模拟仿真,应用大涡模拟模型模拟湍流、应用VOF模型模拟渣相?钢液和空气?渣相?钢液的多相流。研究对比了钢液单相流动、渣相?钢液两相流动和空气?渣相?钢液三相流动3种模型下结晶器内的流动、钢?渣界面液位形状和波动及卷渣行为,并通过工业用计算机断层成像技术（工业CT）检测了连铸坯中大颗粒卷渣类夹杂物数量随着电磁搅拌电流强度的变化。结果表明,在150 A、2 Hz结晶器电磁搅拌下,3种模型得到的结晶器内钢液流场差别较小,但在钢?渣界面处差别较大。钢液单相模型下钢液表面流动速度比其他两种模型钢?渣界面处的速度更大。渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为0.00118和0.00040 kg?s?1。渣相?钢液两相模型条件下,由于上表面即渣的顶面不能弯曲,所以钢?渣界面处的湍动能没有得到耗散,所以比三相模型的湍动能更大,因此其预测的卷渣速率偏大。当搅拌电流强度增大到300 A,渣相?钢液两相模型和空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率分别为150 A条件下的5倍和15倍;当电流频率增大到4 Hz,渣相?钢液两相模型的卷渣速率变化很小,空气?渣相?钢液三相模型的卷渣速率降低为2 Hz条件下的1/3。因此,为了正确的模拟和预测结晶器钢?渣界面处的卷渣行为,必须使用空气?渣相?钢液三相瞬态模型进行模拟仿真。      

钨矿强化碱煮搅拌釜的放大设计研究

以钨矿机械活化碱煮搅拌釜试验模型为对象,建立了几何相似放大的搅拌釜模型,并基于Fluent软件对模型进行模拟分析。结果表明,放大的搅拌釜在顶部两端区域易形成流动死区,不利于固液混合。优化该放大模型的搅拌釜结构和搅拌桨安装方式后能避免产生流动死区。改变搅拌釜模型的容积和搅拌桨转速,对比分析优化前后搅拌釜内流体的混合特性和搅拌功率,建立了混合特性评价体系,同等条件下,优化后的搅拌釜能缩短混合时间,提高混合效率。     

碳酸铈反应结晶过程数值模拟

为深入了解反应结晶过程中碳酸铈颗粒的分散特性,采用CFD软件模拟DTB结晶器内固-液两相和液-液两相混合过程。考察固-液两相混合过程中,碳酸铈颗粒的剪切速率分布和浓度分布,对反应结晶器进行优化,最终选取了两个进料口位置在桨叶上方附近、桨叶距离底面高度为H/3、离底悬浮搅拌转速为425 r/min的最佳操作条件。进而分析液-液两相混合反应生成碳酸铈的过程,模拟结果表明,适当增加搅拌速度可以增大反应区域、增加颗粒粒度的均匀性;反应物料CeCl_3质量分数为0.3,NH_3HCO_3质量分数为0.4时,生成的碳酸铈颗粒粒度分布较均匀。     

提高硫化铜精矿氧压浸出过程中氧气利用率的策略分析

火法炼铜工艺因环保问题受到制约,发展湿法炼铜氧压直接浸出工艺成为关注焦点.本文对氧压浸出过程中氧气利用率的影响因素进行了分析,采用计算流体力学技术对其气液两相流动过程进行了数值模拟,明晰了浸出过程中搅拌桨形状、转速以及液固比对高压釜内氧气浓度分布的影响规律,并通过改变投料速度、液固比以及排气时间等参数,在30 L四隔室...     

贫化电炉气液混合顶吹的气泡群形态及搅拌效果

针对贫化电炉还原油枪中气、油混合顶吹对渣层搅拌效果的研究,等比例制作贫化电炉水模型,进行气液混合喷吹实验。实验结果表明：顶吹气液两相混合射流在熔池中形成大小不一的气泡或气泡群,气泡本身的形变、破裂以及气泡间的团聚运动决定了油枪对熔池的搅拌效果。通过测量不同流量下气泡群尺寸的变化,分析气液流量混合比对熔池搅拌效果的影响。     

A two-phase flow model of the stirring of Al-SiC composite melt

A two-phase flow, three-dimensional, steady-state model is developed to study the flow field and volume fraction distribution in a stirred tank used in the processing of silicon carbide-reinforced aluminum composites in the melt state. The aim is to optimize the stirring to obtain a good mixing of SiC particles. The model is based on the general-purpose code PHOENICS. In addition to the liquid-aluminum phase, the SiC particles are treated as a nonviscous second phase. Interphase momentum transfer occurs through a drag force. Sedimentation is simulated by assigning a high viscosity to the second phase and removing the gravity force when particle concentration reaches a critical value. The stirrers' blades impart a momentum on both phases, proportional to their respective volume fractions. A water model is simulated first, followed by the real Al-SiC melt. The study reveals the importance of particle size that affects the drag force applied on the particles and hence their motion and distribution. The model can be used to study the effect on mixing of tank geometry and the stirrers' operation.     

Study on Desulphurization in Molten Iron Pretreatment Process Based on a New Stirring Method

In this work, numerical simulations for the flow characteristics in a tank of KR mechanical stirring or/and gas injection are performed using the Fluent software. The Eulerian multi-fluid model is employed along with the standard k-ε turbulence model to simulate the gas-liquid flow in the stirring tank. A multiple reference frame approach is used to model the impeller rotation. Combined the KR mechanical stirring method and gas injection method, a new gas injection plus mechanical stirring method is proposed. The present results show that the gas phase distributes widely in the eccentric gas injection plus mechanical stirring tank. Therefore, the gas holdup would be increased and the better gas-liquid mixing effect can be obtained in the gas injection plus mechanical stirring case.     

搅拌方式对多级钒页岩浸出槽内多相流行为的影响

钒页岩湿法提钒是一个多级浸出过程,现有的研究多将浸出槽视为单一的封闭容器,与现实情况不符,且作为新工艺的吹气搅拌机理和效果未有详细报道。采用数值模拟的方法,对比分析有无进出料口搅拌槽内流场与相分布,并研究搅拌方式对有进出料口搅拌槽内的多相流动行为的影响。结果表明：有无进出料口的搅拌浸出槽内流场有明显区别,同等机械搅拌条件下,有进出料口的近自由液面区域的死区由3.3%降低至1.8%,底部的死区则由1.07%降低至0.46%。当搅拌方式由仅吹气搅拌改变至仅机械搅拌时,顶层搅拌桨上部的区域流速由0.16 m/s增大至0.28 m/s,近自由液面的死区由8.5%降低至1.8%,底部死区的比例由2.68%降低至0.46%。而采用机械和吹气联合搅拌时,反而可能会削弱钒页岩的悬浮效果。     

Rheology of A356 Alloy During Solidification Under Stirring

This work presents an experimental investigation on the rheology of A356 alloy in semisolid state using a high temperature Couette type viscometer. The molten liquid, resides in the annular space between the cylinders, is stirred and cooled continuously during experiments. The stirring results in fragmentation of dendrites which are transported into bulk liquid and form a semisolid slurry. The viscosity of the slurry is distinct in nature, which depends on microstructure of the suspended dendrites after coarsening. Hence, in the work, the variation of viscosity and microstructure is captured during cooling under different process parameters such as shear rate and cooling rate. Angular velocity of the inner cylinder and torque applied to stir the slurry are recorded to determine the apparent viscosity of the slurry. Temperature of the slurry is recorded to calculate the fraction of solids present in the slurry. For micrograph analysis, a vacuum quartz tube is used to remove the slurry-samples during experiments and they are quenched them in water.     

含钒页岩浸出槽搅拌速度优化的数值模拟

含钒页岩浸出槽是钒页岩湿法提钒浸出段的主要操作单元,存在固相分布不均、槽底矿物易沉积等问题。通过数值模拟研究来对比分析搅拌桨叶双层同速以及异速方案下对搅拌浸出槽内固液两相流搅拌功率和效率的影响。结果表明,当搅拌桨叶双层同速由1.3 r/s改变至1.7 r/s时,死区由5.02 m³减少至2.03 m³,混匀时间由1 501 s降低至1 116 s,近自由液面平均速度也由0.32 m/s增大至0.56 m/s,因此搅拌桨转速选择1.7 r/s更为合适;搅拌桨叶双层异速可以得到与双层同速情况下基本一致的搅拌效果,当上层桨叶转速由1.5 r/s改变至1.7 r/s时,死区由2.95 m³减少至2.33 m³,混匀时间由1 261 s降低至1 146 s,近自由液面平均速度也由0.44 m/s增大至0.54 m/s。因此搅拌桨转速选择上层1.7 r/s、下层1.5 r/s能在保持较低的搅拌功率同时能得到较好的搅拌效率。     

矿浆电解槽内固液搅拌对隔膜变形的影响

矿浆电解作为一种短流程湿法冶金工艺,隔膜袋在搅拌桨搅动及矿石的磨损下会产生变形,甚至出现破裂,严重制约了生产效率.针对该问题,基于单向流固耦合原理,采用计算流体力学与固体有限元相结合的方法对矿浆电解搅拌槽内隔膜变形规律进行了全三维解析.研究发现隔膜袋两侧压差是导致变形的根本原因,最大变形量出现在垂直高度y=1.2 m位置处,且搅拌转速越大,隔膜变形所需的最佳液位差越小.当阴极区压力不足时,隔膜袋向内挤压变形;压力增加后,则向两侧鼓包.隔膜最大变形量随流体域固体体积含量（SL）的增加先减小后增加,在SL=15%时,隔膜变形达到最小值226.7 mm;越靠近槽下部,SL对绝对压力的影响越大.添加框架约束后,隔膜最大变形量减小到0.664 mm.通过可视化的解析,可以为矿浆电解工业控制提供参照.     

表面曝气反应器中气泡尺寸分布测量

合理处置矿山开采过程中产生的废水是绿色矿山建设中必要且重要环节,表面曝气处理废水有助于节约能耗。本研究开展了表面曝气反应器内气泡局部性质分布的测量,将为反应器准确设计奠定基础。采用新研制的侵入式远心照相多相测量仪,对表面曝气反应器内气泡直径分布进行了系统测量,进一步获得了相界面积和气含率分布,重点考察了轴向位置和搅拌转速2个因素。研究结果表明:与相同转速下分布器供气的气液搅拌反应器相比,表面曝气反应器中气泡尺寸更小;沿轴向逐渐远离液面,气泡尺寸逐渐减小,同时气泡数量也逐渐变少;随着转速增大,吸入气泡增多,平均气泡尺寸变大。为了强化表面曝气反应器内气液分散过程,采用浅层床设计,同时在功率允许范围内可适当提高转速。本研究将为绿色矿山废水高效处理提供一种新的选择。     

高剪切搅拌调浆对细粒级黄铁矿的浮选强化研究

结合微细粒浮选过程强化理论,以江西铜业股份有限公司武山铜矿选铜尾矿中细粒级黄铁矿为研究对象,使用计算流体力学仿真方法对常规搅拌桶和高剪切改质机内部流场特征进行对比分析,同时开展半工业尺度的搅拌调浆浮选试验,研究了不同调浆方式和强度对细粒级黄铁矿浮选的影响规律。研究结果表明：高剪切改质机内湍动能的耗散率高且分布更为均匀,对武山铜矿细粒级黄铁矿起到了良好的活化改性效果,同常规搅拌桶相比硫回收率提高了9.76个百分点,且随着搅拌强度的提高,硫的回收率明显提高,尤其是细粒级硫可得到有效回收。