1.前言
铜富氧双侧吹熔池熔炼是一种高效、节能、环保的铜熔炼工艺[1-3]，其过程是通过两侧风口鼓入的富氧空气对熔体进行强烈搅拌，使该处的熔体进行紊流运动，促使物料迅速并且均匀地分散到熔体当中，熔体与炉料以及富氧空气之间完成传质传热过程。该技术利用侧吹到炉内渣层的富氧空气搅动渣层运动，强化熔体的传质﹑传热过程，减少了铜锍在炉渣中的溶解，改善了熔体反应的动力学条件。
但目前，对于该项技术基础研究较少，工业上熔池内熔体的流动状态不明确，致使工业上采取的氧枪的操作参数变化幅度大，在其中的一些操作中并没有完全利用富氧，致使冶炼周期变长，造成多余的能耗，制约着技术的优化。
近些年来，数值模拟技术快速发展，CFD(Computational Fluid Dynamics)已成为一种能够真实揭示流体流动特性的有效方法[4-6]，在冶金行业中的应用也逐渐增多[7-10]。本文通过数值模拟的手段，运用商业软件Ansys/Fluent13.0对熔池内多相流的流动特性进行了模拟，揭示了熔池内流体的流动规律，得到了适宜的氧枪操作条件，为进一步优化熔炼过程中的流场，传热、传质等过程条件，提供了科学的理论研究依据。
2.模型的建立与验证
2.1几何模型的建立
运用gambit 2.4.6建立与某铜冶炼厂熔炼炉比例为1:8的几何模型，忽略熔炼区域上部的炉体，模型长度887mm, 高度450mm, 最大宽度324mm，反应器两侧各分部5个进气口，对该模型进行网格划分，对进气口附近网格进行加密处理，网格数量30万。网格模型示意图如图2.1所示。
图2.1 网格划分示意图
Fig 2.1 Mesh generation
2.2数学模型
本文运用欧拉模型模拟气液间相互作用。只考虑反应器内流体流动，不考虑能量传输。数学方程如下：
熔池内的湍流流动选用标准湍流模型(Standard Turbulence Model)进行模拟。气液间的作用力主要考虑相间曳力，相间曳力模型选用Schiller and Naumann[11]模型。
2.3物性参数和边界条件
本文中流体均视为不可压缩流体;忽略能量方程，即不考虑传热;壁
声明：
“铜双侧吹熔炼过程的数值模拟” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：东北大学
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2025年06月06日 ~ 08日 
