艾萨炉冶炼过程仿真实验

艾萨熔炼全名为顶吹浸没式熔池熔炼技术,其核心技术为Top Submerged Lance(TSL),喷枪在整个生产过程中起到了核心作用。喷枪的外形、内部结构、材质、焊接工艺要求、维修质量等多方面影响着喷枪的性能。通过艾萨炉吹炼虚拟仿真实验力求从维修、操作各个方面最大化的提高喷枪的使用寿命,有效提高艾萨炉的生产作业率,为艾萨冶炼工艺的不断完善提供最新的支持。

目前,艾萨燃油喷枪的旋流器由6片旋流片构成,旋流器结构对工艺空气的旋流效果和对喷枪端部管壁的均匀、高强度冷却及熔体搅动起着致关重要的作用。喷枪旋流器的旋流片数首先取决于工艺空气对喷枪端部管壁冷却效果及搅动的需要,并与工艺空气流量的大小有关。关于旋流片形状和长度的设计是一个综合计算的结果,计算的参数与空气的流量、旋流器片的空气导入角、空气导出角、旋流器的内径、旋流器的外径、气流的封闭情况、旋流器的旋向有关。

作为目前国际先进的无接触光学测速方法之一的数字粒子图像测速技术(Digital Particle Image Velocimetry,DPIV),是科研和工程技术人员解决关于速度场和浓度场等一系列问题的重要手段。利用美国TSI公司的3D-PIV三维激光测速仪和德国PCO公司的PCO.dimax HD高速摄像机,以艾萨炉炼铜工艺为研究对象,通过运用数字粒子图像测速技术来研究艾萨炉冶炼水力学模拟方面的实际问题。

艾萨炉的进一步研究及优化,特别是喷枪旋流器的设计原理、空气动力学特性等方面非常重要,取得以下效果:观察模拟艾萨炉内液体流动的全过程(见图2),加深学生的感性认识;让学生了解数字粒子图像测速(DPIV)系统组成和基本的实验原理,并掌握DPIV的使用方法;让学生掌握测定艾萨炉内流速的实验方法,测量出不同处的瞬时流速,并绘制出速度矢量图和等流线图; 验证数字图像粒子测速(DPIV)系统的测速理论,加深学生对光学测速方法及原理的理解。


艾萨炉中熔体的模拟流场