鉛鋅冶煉爐數(shù)值模擬研究*

王振威，盧文鵬，李瑞冰

（1.沈陽化工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142；2.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655011）

鉛和鋅都是極為重要的有色金屬，廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、船舶、機(jī)械、輕工、電子、醫(yī)藥等行業(yè)，在現(xiàn)代工業(yè)所消耗的有色金屬中鋅居第三位，鉛居第四位。我國是鉛鋅生產(chǎn)大國也是消費(fèi)大國，有許多鉛鋅冶煉企業(yè)，但工藝技術(shù)水平參差不齊，鉛鋅冶煉工藝逐漸向著低能耗、低污染、高生產(chǎn)效率的方向發(fā)展。鉛鋅冶煉工藝的核心設(shè)備是冶煉爐，優(yōu)化冶煉爐有利于提高冶煉工藝的整體水平。但由于現(xiàn)場條件的制約，很難實(shí)地的對(duì)冶煉爐內(nèi)部工況進(jìn)行測量，所以數(shù)值模擬的方法顯得尤為重要，通過對(duì)冶煉爐內(nèi)工況、流場、溫度場等進(jìn)行研究，對(duì)于優(yōu)化冶煉爐、提升冶金生產(chǎn)效率、提高能源利用效率具有重要意義。

目前數(shù)值模擬已經(jīng)被廣泛用于各種冶金化工設(shè)備的過程模擬。對(duì)冶煉爐進(jìn)行數(shù)值模擬，可以較好的研究爐內(nèi)多相流、溫度場，可以節(jié)省人力物力、便于觀察結(jié)果、模擬冶煉過程的內(nèi)部工況。本文介紹了國內(nèi)外學(xué)者通過數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)鉛鋅冶煉工藝中各種冶煉爐進(jìn)行的研究以及取得的成果。

1 鉛鋅冶煉工藝與數(shù)值模擬

1.1 鉛冶煉工藝

鉛冶煉的方法主要有兩類：即濕法煉鉛和火法煉鉛?；鸱掋U技術(shù)成熟，理論相對(duì)完善、設(shè)備豐富齊全，己被世界上絕大多數(shù)鉛冶煉企業(yè)采納。目前主流的火法煉鉛工藝主要有傳統(tǒng)煉鉛法和直接煉鉛法。

傳統(tǒng)煉鉛法是直接燒結(jié)焙燒硫化鉛精礦，經(jīng)過脫硫處理，利用鑄渣機(jī)鑄塊，再用鼓風(fēng)爐加熱熔化和焦炭還原，最終產(chǎn)出粗鉛的工藝。燒結(jié)-鼓風(fēng)爐還原法和鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐熔煉法是兩種典型的傳統(tǒng)煉鉛工藝，其中燒結(jié)-鼓風(fēng)爐還原法具有精礦處理能力大、原料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在一些明顯的缺點(diǎn)，比如燒結(jié)過程中產(chǎn)出的煙氣二氧化硫濃度偏低，制酸能力差，污染環(huán)境，工作環(huán)境差等。隨著國家對(duì)環(huán)保、能耗要求的不斷提高，傳統(tǒng)的燒結(jié)-鼓風(fēng)爐法煉鉛工藝在國內(nèi)已經(jīng)接近淘汰，現(xiàn)代多采用直接煉鉛工藝，而直接煉鉛工藝又分為閃速熔煉和熔池熔煉。

閃速熔煉法的主要工藝有基夫賽特法和卡爾多法。基夫賽特法是由于其具有能耗低、生產(chǎn)成本低、原料適應(yīng)性強(qiáng)、煙氣中二氧化硫濃度高、便于制酸、污染小等優(yōu)勢，所以基夫賽特法也被稱作世界上最先進(jìn)的煉鉛法之一?；蛸愄胤ㄔ趪鴥?nèi)首次由江銅集團(tuán)引進(jìn)并投產(chǎn)，在生產(chǎn)運(yùn)行期間，充分證明了基夫賽特工藝的優(yōu)勢，產(chǎn)鉛容易，運(yùn)行可靠[1]。但基夫賽特法對(duì)生產(chǎn)規(guī)模要求大，不適用于小規(guī)模生產(chǎn)，且投資高?；蛸愄貭t在實(shí)際生產(chǎn)過程中會(huì)遇到不同的工況，比如需要進(jìn)一步降低成本、不需要滿負(fù)荷運(yùn)行、投入物料狀態(tài)改變時(shí)，此時(shí)爐內(nèi)工況會(huì)發(fā)生較大變化，數(shù)值模擬技術(shù)可以提前進(jìn)行不同工況的模擬，來為生產(chǎn)操作提供技術(shù)參考。采用數(shù)值模擬技術(shù)也可以用于強(qiáng)化基夫賽特爐熔煉過程的研究?？柖喾ㄔ趪鴥?nèi)由西部礦業(yè)集團(tuán)首次引進(jìn)并投產(chǎn)，但由于產(chǎn)能未達(dá)標(biāo)和虧損過多等原因，一直處于停產(chǎn)狀態(tài)[2]。國內(nèi)對(duì)卡爾多爐煉鉛的研究也較少。卡爾多爐煉鉛的問題主要集中在卡爾多爐上，如噴槍及噴頭、卡爾多爐部件、爐體耐火磚等，現(xiàn)均已部件國產(chǎn)化，但還有一個(gè)重要原因就是文丘里風(fēng)機(jī)存在問題，風(fēng)量達(dá)不到設(shè)計(jì)值，為維持生產(chǎn)，只能調(diào)大可調(diào)文丘里喉管開度，導(dǎo)致煙氣凈化效果差，影響生產(chǎn)[3]。文丘里風(fēng)機(jī)需要改進(jìn)，可使用數(shù)值模擬技術(shù)模擬文丘里風(fēng)機(jī)流場進(jìn)行研究。

熔池熔煉的主要工藝有艾薩法、奧斯麥特法、QSL法、水口山法（SKS法）、富氧側(cè)吹法。艾薩法和奧斯麥特法，使用富氧頂吹技術(shù)，即使用噴槍插入熔池中，直接充入空氣或富氧空氣、燃料、粉狀物料和溶劑或還原性氣體，在熔體中形成攪動(dòng)，加快傳熱，依靠爐料中碳質(zhì)還原劑使?fàn)t料發(fā)生一系列物理化學(xué)過程。但艾薩爐噴槍采用的燃料為柴油，存在成本高、燃燒區(qū)域不均勻等問題[4]。煉鉛奧斯麥特爐存在的問題有噴槍壽命短、煙氣溫度高和冶煉溫度高[5]。針對(duì)上述問題可以使用數(shù)值模擬技術(shù)，優(yōu)化噴槍結(jié)構(gòu)和爐內(nèi)結(jié)構(gòu)，改善冶煉爐所存在的問題。

QSL法、SKS法，使用氧氣底吹技術(shù)，其中SKS法是我國應(yīng)用范圍最廣的一種采用氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原煉鉛、煙化爐吹煉揮發(fā)爐渣中鉛鋅的生產(chǎn)工藝。但鼓風(fēng)爐還原工藝仍存在能耗高、返料量大、成本高、煙氣余熱較難回收、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題[6]。經(jīng)過這些年的發(fā)展，利用數(shù)值模擬技術(shù)，國內(nèi)逐漸開發(fā)出新工藝，較先進(jìn)的鉛冶煉工藝主要是底吹氧化+底吹還原+煙化揮發(fā)工藝、底吹氧化+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)工藝、富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)工藝[7]。即在氧化階段采用富氧底吹爐或富氧頂吹爐，還原階段通過液態(tài)高鉛渣直接還原的工藝，采用富氧底吹爐或是富氧側(cè)吹爐進(jìn)行還原。

QSL法屬于熔池熔煉，使用富氧底吹技術(shù)，熔煉設(shè)備為QSL反應(yīng)器。QSL法在國外應(yīng)用較多，主要有德國Stolberg公司和韓國Onsan公司，國外兩家通過數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)QSL爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重大改進(jìn)，目前鉛生產(chǎn)能力穩(wěn)定且高效，這兩個(gè)工廠采用的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉛鋅互補(bǔ)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且都成為本國處理廢蓄電池等含鉛廢料的中心，也產(chǎn)生了巨大的環(huán)境效益[8]。我國西北鉛鋅冶煉廠引進(jìn)該技術(shù)后，因?yàn)樵O(shè)備問題等原因，未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。富氧側(cè)吹煉鉛法，屬于熔池熔煉，是我國自行研發(fā)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種煉鉛工藝，核心設(shè)備是富氧側(cè)吹氧化爐和富氧側(cè)吹還原爐。

1.2 鋅冶煉工藝

鋅冶煉工藝可分為火法冶煉和濕法冶煉，現(xiàn)在大部分使用的濕法冶煉，其產(chǎn)量占國內(nèi)鋅總產(chǎn)量的85%以上?；鸱掍\工藝有平罐和豎罐煉鋅、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅和電熱爐法煉鋅。平罐煉鋅法現(xiàn)已基本淘汰，豎罐煉鋅也僅有少數(shù)中小煉鋅企業(yè)采用。密閉鼓風(fēng)爐煉鋅法，簡稱為ISP法，是一種可以同時(shí)冶煉鉛、鋅的方法，具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、工藝流程簡化、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)也存在爐內(nèi)易長爐結(jié)、爐頂以及耐火磚的使用壽命短、噴淋爐殼燒穿跑渣等問題。電爐煉鋅工藝，是利用電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行還原揮發(fā)冶煉氧化鋅物料，得到鋅蒸汽經(jīng)冷凝獲得粗鋅的一種火法煉鋅方法[9]。冷凝器是電爐煉鋅的關(guān)鍵設(shè)備，冷凝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)乎生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，可以通過數(shù)值模擬來模擬冷凝器流場，直流電爐有可能成為下一步電爐煉鋅的主體設(shè)備，需要數(shù)值模擬技術(shù)來研究電爐內(nèi)部的運(yùn)行工況。

2 鉛鋅冶煉爐數(shù)值模擬研究

近年來，數(shù)值模擬技術(shù)在鋼鐵、鐵合金、有色金屬冶煉等領(lǐng)域大放光彩。張振揚(yáng)等[10]針對(duì)富氧底吹熔煉爐，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法，選擇VOF模型，對(duì)爐內(nèi)氧氣-銅锍兩相流動(dòng)進(jìn)行三維瞬態(tài)模擬，研究了爐內(nèi)氣泡主要參數(shù)、氣含率分布規(guī)律、氧槍出口附近壓力變化以及液面波動(dòng)情況；王重君等[11]針對(duì)含碳球團(tuán)氣基豎爐，對(duì)影響鐵冶煉豎爐內(nèi)流場分布的可能的因素進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，得出了最優(yōu)參數(shù)；Zhao Hong-liang等[12]針對(duì)銅冶煉的伊薩爐、奧斯麥特爐，采用數(shù)值模擬的方法，研究噴槍失效對(duì)流場、濺渣、噴槍壁面以及爐體的影響，分析出限制噴槍使用壽命的因素；Nadir Ali Khan等[13]利用CFD軟件ANSYS Fluent，針對(duì)工業(yè)規(guī)模銅閃速熔煉爐沉降器中的流場和熱場以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，以此改進(jìn)生產(chǎn)工藝。下面將主要介紹鉛鋅冶煉領(lǐng)域冶煉爐的數(shù)值模擬研究。

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

謝德成[14]在對(duì)基夫賽特爐煉鉛熔煉過程的數(shù)值模擬研究中，采用的方法為，在數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)上，考慮了氣、粒兩相流動(dòng)，傳熱與組分傳輸，氣、粒兩相化學(xué)反應(yīng)以及焦濾層反應(yīng)等，建立了數(shù)學(xué)方程來得到需要的值，并結(jié)合物理幾何模型，建成了數(shù)值仿真模型，最后通過實(shí)際工業(yè)測試結(jié)果比對(duì)該模型數(shù)值仿真結(jié)果以確保模型準(zhǔn)確性。解決了爐內(nèi)的基本工況分析問題，如流場、溫度場、氣相濃度場以及顆粒軌跡分布特點(diǎn)。并利用數(shù)值模擬結(jié)果，模擬了焦炭粒徑對(duì)煉鉛過程的影響，對(duì)不同噴嘴操作方案進(jìn)行比較、分析，發(fā)現(xiàn)不同噴嘴操作方案對(duì)爐內(nèi)物理場分布影響很大，以此可以根據(jù)工況需求來選擇合適的噴嘴操作方案，對(duì)相關(guān)企業(yè)和從業(yè)人員提供指導(dǎo)和技術(shù)支持。該數(shù)值模擬還需進(jìn)一步研究精礦噴嘴的結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)，探索噴嘴操作參數(shù)的優(yōu)化配套方案，以強(qiáng)化熔煉反應(yīng)。

LI Jia-dong等[15]研究了供氧方式對(duì)基夫賽特爐熔煉過程的影響問題。采用合理的供氧方式有助于實(shí)現(xiàn)顆粒與氧氣的均勻混合和完全反應(yīng)，并能抑制高溫顆粒流對(duì)水冷壁的吸附和腐蝕。在方法上考慮氣粒兩相的傳熱和傳質(zhì)行為后提出了合適的數(shù)學(xué)模型，在多相問題上以Euler法描述氣相，以Lagrange法描述粒相。通過ANSYS FLUENT模擬熔煉過程，結(jié)果表明：對(duì)于熔煉能力為50 000 kg/h的基夫賽特爐，其最優(yōu)的供氧方式為中央氧與側(cè)向氧的質(zhì)量比率取0.31，在該工況下，爐料的化學(xué)反應(yīng)可以充分進(jìn)行，同時(shí)也保證較低的煙塵率。

表1 基夫賽特爐熔煉過程主要數(shù)學(xué)模型方程Tab.1 Main mathematical model equation of smelting process of Kivcet furnace

劉方侃[16]針對(duì)富氧底吹煉鉛熔煉爐進(jìn)行數(shù)值模擬研究，方法上采用VOF多相流模型和Realizable k-ε模型構(gòu)成數(shù)學(xué)模型，通過水模型驗(yàn)證數(shù)值模型精確性，以此模擬熔煉過程中的多相流體流動(dòng)、熱量傳遞等行為。解決了底吹爐內(nèi)基本工況的模擬問題，并釆用正交實(shí)驗(yàn)方法以及矩陣分析方法，來研究底吹爐內(nèi)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)的最優(yōu)化方案組合，結(jié)果表明：氧槍傾角15°、熔池深度1 420 mm、氧槍直徑25 mm、氧槍間距1 300 mm，各優(yōu)化參數(shù)的影響的主次順序?yàn)椋貉鯓屩睆接绊懀救鄢厣疃龋狙鯓岄g距＞氧槍傾角，根據(jù)模擬結(jié)果可改進(jìn)此富氧底吹爐可以提高其冶煉能力。該研究后續(xù)還應(yīng)考慮到爐內(nèi)冶金反應(yīng)等因素對(duì)熔煉過程的影響，在優(yōu)化目標(biāo)上還應(yīng)考慮更多的操作參數(shù)如噴氣壓力及流量等。

張紅亮等[17]對(duì)底吹煉鉛爐內(nèi)的多相流模擬以及爐內(nèi)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了更深一步的研究。用耦合VOF三相流模型和標(biāo)準(zhǔn) κ-ε湍流模型的方法，對(duì)底吹煉鉛爐內(nèi)氣-渣-金屬三相流動(dòng)過程進(jìn)行模擬，建立與工業(yè)實(shí)踐的底吹煉鉛爐大小尺寸一致的物理模型，并通過對(duì)比文獻(xiàn)中水模型來驗(yàn)證模型合理性。模擬結(jié)果表明：增大入口流速對(duì)熔煉效果有利，且最佳的氧槍傾角為5°～7°。該模擬雖只研究與優(yōu)化了兩個(gè)因素對(duì)底吹爐工況的影響，但其優(yōu)勢在于所建立的模型在研究其他參數(shù)對(duì)底吹爐工況的影響時(shí)依然適用，比如改變氧槍數(shù)目、噴氣角度等，是一種研究爐體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件的好方法。

李衛(wèi)鋒等[18]解決了采用液態(tài)高鉛渣直接還原工藝的底吹爐熱場分布問題，方法上將臥式底吹還原爐沿軸向簡要?jiǎng)澐譃槲鍌€(gè)區(qū)間，并通過對(duì)出鉛口和排渣口的熱力學(xué)數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，得到了還原過程爐內(nèi)的熱場分布以及各區(qū)域所發(fā)生的熔煉反應(yīng)。該研究可為今后分析還原過程熱場分布的影響參數(shù)打下基礎(chǔ)，通過數(shù)值模擬繼續(xù)研究天然氣用量、氧氣用量、還原溫度、液態(tài)高鉛渣的成分及潛熱等參數(shù)，并得到最優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)液態(tài)高鉛渣直接還原工藝過程中的熱能高效利用，強(qiáng)化熔煉過程。

LIU Yan-ting等[19]針對(duì)根據(jù)富氧側(cè)吹爐原型建立的水模型進(jìn)行研究。采用水力實(shí)驗(yàn)的方法研究噴槍內(nèi)氣體流速、噴槍浸沒深度以及噴槍傾斜角度對(duì)氣液兩相流動(dòng)的影響，采用數(shù)值模擬的方法，選取了不同的湍流模型進(jìn)行模擬，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)比對(duì)。結(jié)果表明，使用realizable k-ε湍流模型的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最為相近，氣流速度對(duì)液體內(nèi)部流動(dòng)情況影響較大，而噴槍浸沒深度影響相對(duì)較小。通過該研究可得知realizable k-ε湍流模型適用于富氧側(cè)吹爐多相流動(dòng)模擬，但該研究僅是數(shù)值模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，具體上，噴槍內(nèi)流速如何對(duì)爐內(nèi)熔煉工況影響以及應(yīng)如何優(yōu)化噴槍內(nèi)氣體流速，適應(yīng)各種工況，強(qiáng)化熔煉過程，是后續(xù)數(shù)值模擬的需要。

劉朝東[20]針對(duì)鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐，研究了爐內(nèi)熔煉過程以及多相流動(dòng)問題，將其分為一維問題和三維問題分開模擬。實(shí)現(xiàn)一維數(shù)值模擬的方法為，通過爐內(nèi)主要反應(yīng)過程建立了描述爐內(nèi)熔煉過程的一維數(shù)學(xué)模型，基于Euler求解方法和VB程序語言開發(fā)了數(shù)值模擬程序，實(shí)現(xiàn)了一維數(shù)值模擬。結(jié)果表明，爐內(nèi)區(qū)域可分為物料加熱帶、PbO還原帶、ZnO還原帶、焦炭氣化帶、焦炭燃燒帶五帶，通過此模型，研究了操作參數(shù)對(duì)熔煉過程的影響，如一次風(fēng)量增加，爐氣和物料最高溫度會(huì)上升，爐內(nèi)焦點(diǎn)區(qū)和物料還原帶的位置會(huì)上移，使物料還原速度加快。劉朝東通過商業(yè)軟件FLUENT，采用雙流體模型，對(duì)爐內(nèi)冷態(tài)氣粒兩相流動(dòng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，模擬爐內(nèi)多相流動(dòng)。并對(duì)不同一次風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)管插入深度以及噴入角度等多組工況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明：一次風(fēng)的風(fēng)速增加，風(fēng)口回旋區(qū)增大，確定了最佳一次風(fēng)風(fēng)速應(yīng)在265 m/s左右；一次風(fēng)風(fēng)口的插入深度與爐身下部料層中央的氣流速度成正比；一次風(fēng)嘴向下傾斜的角度與爐身下部料層中央的氣流速度成反比，最佳一次風(fēng)噴入角度在10°～20°之間。在今后可繼續(xù)結(jié)合該研究中兩個(gè)模型的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的多相多場耦合的數(shù)值模擬研究。

屠世杰等[21]針對(duì)有底電極的直流煉鋅埋弧電爐的熔體部分，研究恒功率下不同的電極插入深度對(duì)熔體的焦耳熱場和溫度場的影響，得到了熔體內(nèi)焦耳熱和溫度的分布情況。結(jié)合以上研究成果，屠世杰[22]又以單陽極電爐和三陽極直流埋弧電爐為數(shù)值模擬對(duì)象，模擬其內(nèi)部的熱工過程，分析二者工況的異同。在對(duì)單陽極電爐的流場、溫度場數(shù)值模擬時(shí)，結(jié)合熔體內(nèi)流動(dòng)特征以及工業(yè)電爐內(nèi)實(shí)際溫度分布情況，發(fā)現(xiàn)RNG k-ε模型更適用于爐內(nèi)熔體湍流流動(dòng)。對(duì)三陽極直流埋弧電爐的數(shù)值模擬結(jié)果表明：焦耳熱密度、電流密度、電壓降、熔體內(nèi)高溫區(qū)主要集中在電極之間的區(qū)域；熔體與陽極接觸區(qū)域之間的垂直區(qū)域有利于擴(kuò)散；與單陽極電路相比，三陽極直流埋弧電爐的溫度、速度分布的更加均勻，有利于擴(kuò)大電爐內(nèi)的有效容積。為節(jié)省資源，該研究所使用的模型僅為實(shí)體的四分之一模型，為了充分了解爐內(nèi)工況，需使用全域模型進(jìn)行模擬，爐內(nèi)流場、溫度場等可能會(huì)發(fā)生變化。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

在富氧頂吹煉鉛工藝中，使用頂部浸入式噴槍（TSL）技術(shù)將富氧空氣注入熔池，該技術(shù)在立式圓筒爐內(nèi)使用浸入式垂直噴槍。通過噴槍，富氧空氣被注入熔池，對(duì)熔池產(chǎn)生了強(qiáng)烈的混合攪拌作用和相之間的良好接觸。NAZMUL HUDA等[21]用CFD方法模擬了冶金容器自由表面的飛濺、破碎和再凝固等流動(dòng)現(xiàn)象。作者首先根據(jù)Morsi等人先前水模型實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了熔池中速度場和湍流產(chǎn)生的模擬結(jié)果，再應(yīng)用該模型測量了自由表面上方特定高度處不同液體密度的飛濺產(chǎn)生程度。作者還使用一種通常用于加熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)模擬的方法（HVAC）研究對(duì)流混合現(xiàn)象，氣液兩相的模擬。最后根據(jù)目前的模擬結(jié)果，提出了一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，用于測量通過噴槍環(huán)形空間注入的空氣射流在模型圓柱形容器中的垂直穿透距離。

Robert Straka等[24]針對(duì)鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐不同鼓風(fēng)參數(shù)下鋅高爐回旋區(qū)空腔形狀進(jìn)行了研究。方法上使用開源軟件MFIX，模擬回旋區(qū)內(nèi)的煙氣流動(dòng)、焦炭顆粒的燃燒和氣化，使用FORTRAN語言來編譯其化學(xué)反應(yīng)的求解器，建立了基于兩相數(shù)學(xué)模型的回旋區(qū)數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，回旋區(qū)空腔深度的變化與鼓風(fēng)量有關(guān)，與富氧量無關(guān)；回旋區(qū)空腔的高度與鼓風(fēng)量和富氧量有關(guān)；死區(qū)的形狀在很大程度上取決于鼓風(fēng)量，而富氧對(duì)其深度或?qū)挾葲]有任何影響。在ISP法中，回轉(zhuǎn)區(qū)空腔的形狀對(duì)鋅的生產(chǎn)起著重要的作用；死區(qū)的變化也會(huì)強(qiáng)化ISP的熔煉過程，研究此有助于進(jìn)一步加強(qiáng)ISP技術(shù)。

3 結(jié)語

1）綜述了基夫賽特爐、氧氣底吹爐、鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐、富氧側(cè)吹爐、直流埋弧電爐、富氧頂吹爐的數(shù)值模擬研究，基本方法可總結(jié)為：①建立數(shù)學(xué)模型；②建立物理模型，包括幾何模型，網(wǎng)格劃分，確定邊界條件等；③模型驗(yàn)證，包括水模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、文獻(xiàn)對(duì)比、實(shí)際工況對(duì)比等；④冶煉爐基本工況數(shù)值模擬；⑤輸出結(jié)果，云圖、折線圖，數(shù)據(jù)分析；

2）通過合適的物理模型與數(shù)學(xué)模型的結(jié)合，加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或真實(shí)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的比對(duì)，可以有效、低成本、方便的了解冶煉爐內(nèi)熔體的流動(dòng)特性，把握壓力分布與流場的關(guān)系以及利用模擬結(jié)果，改變結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)，觀察冶煉爐內(nèi)流場、溫度場等的變化，可為熔煉爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)方向提供一定的理論指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)冶煉爐的生產(chǎn)高效，最大限度的提升冶煉爐的熔煉水平。隨著科技不斷發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)必然會(huì)對(duì)冶煉爐的優(yōu)化起到越來越重要的作用，各種冶煉爐的未來優(yōu)化方向也一定是更進(jìn)一步的降低能源消耗和環(huán)境污染。