一、炼铜熔池传质过程的研究（论文文献综述）
王东兴[1]（2017）在《氧气底吹熔炼炉内流体流动行为的模拟研究》文中研究说明氧气底吹炼铜法是我国具有自主知识产权的一项新的铜冶炼技术,具有投资少、工艺流程短、原料适应性强和能耗低等诸多优点,近年来在我国得到越来越广泛的应用。然而,作为一项新技术,底吹炼铜法不可避免的存在一些缺点和不足,如氧枪结构和布局的设计缺乏理论依据,部分入炉矿料难以被迅速卷入熔体,熔池喷溅导致加料口堵塞等,这些缺点阻碍了氧气底吹炼铜工艺的推广。总的来看,这些问题都与炉内流体流动现象密切相关。为了完善底吹炼铜技术,本文以工业氧气底吹熔炼炉为原型,用物理模拟和数值模拟等方法,对底吹炉熔池内流场、气液传质特性和物料卷吸等机理问题进行了系统的研究,并设计制作了加料口顶吹气幕装置,考察了该装置对熔池喷溅的抑制效果。主要结论如下:（1）在底吹炉切片模型中进行了物理模拟实验,观察发现底吹炉内流体流动具有以下基本特征:射流在液相中形成气柱,携带液体从液面上方喷出,形成凸出液面的“泉涌”现象;射流气柱存在不稳定性,射流在接近氧枪喷嘴出口的位置常出现膨胀-收缩,膨胀发生时,射流气柱会撞击喷嘴处壁面,并形成大量小气泡组成的气泡环。应用PIV技术测量了底吹炉切片模型中的流场,发现熔池内部区域形成两个大的环流,熔池喷溅主要出现在静止液面上方的泉涌区;增加熔池深度有利于提高熔池搅拌效果并减少喷溅;喷气流量增大能够促进熔池搅拌,但也会增加喷溅。（2）在建立的整体水模型实验装置中,利用CO2-NaOH溶液体系模拟底吹炉内的气液传质现象。实验考察了不同CO2体积分数、气体喷吹速度和熔池深度对容积传质系数和气体利用率的影响规律。结果表明:随着CO2体积分数的增加,容积传质系数增大,气体利用率减小;气体喷吹速度加快,容积传质系数和气体利用率都随之增大,因此通过增加空气用量来提高喷吹速度,能够加快气液传质速率并提高气体利用率;随着熔池深度的增加,容积传质系数和气体利用率都增大,表明增加熔池深度有利于增强底吹炉的搅拌效果、加快反应并提高气体利用率。（3）对底吹炉容积传质系数的影响因素进行因次分析,得出容积传质系数AK与底吹相关参数的经验公式为:对底吹炉气体利用率的影响因素进行因次分析,得到利用率与底吹相关参数的经验公式为:两个公式的计算值和实验值吻合良好,以上两个公式适用于长径比为4.3:1的底吹炉,且炉底部氧枪数量、排布需与方圆公司一期底吹熔炼炉一致。（4）通过水模实验,考察了加料口顶吹气幕装置的喷气流量、喷孔直径和喷孔个数对喷溅量的影响,实验发现:在相同气幕喷气流量下,气幕喷孔直径增大,到达加料口的喷溅量随之增加;气幕喷气流量增加,能够到达加料口的喷溅量减少;顶吹喷孔个数减少,喷溅量也减少;改变气幕的喷气量、喷孔直径和喷孔个数的实质都是改变喷孔出口气速,气速增大,喷溅量减少。（5）通过水模实验,考察了底吹气体流量、底吹氧枪喷嘴直径和氧枪安装角度对底吹炉物料卷吸效果的影响,结果表明:底吹气量增加,物料的卷吸效果变好;底吹喷气流量相同时,氧枪喷嘴直径增大能够增强物料卷吸效果;采用2.5 mm氧枪喷嘴时,喷嘴安装角度增大,物料卷吸效果变好,5.92 mm喷嘴的规律则与之相反。（6）用经过水模实验验证的数学模型对工业底吹炉的部分喷吹条件进行了数值模拟研究,得到以下结论:考察单一氧枪对熔池的搅拌效果,发现随着与氧枪中心距离的增大,熔池内流体速度迅速衰减,单一氧枪在底吹炉轴向的有效搅拌半径不超过1m;考察了间距为0.65 m的两个氧枪同时喷吹对熔池的搅拌效果,发现两个氧枪之间的熔池都能够形成稳定的环流,且相比单个氧枪喷吹,熔池整体流速也有很大提升。
袁志昌,彭济时[2]（1992）在《炼铜熔池传质过程的研究》文中指出本文是在 NaoH-CO2体系模拟铜熔池熔炼传质过程的基础上,对影响熔池传质过程的主要因素进行了试验研究,通过试验确定了各主要因素对传质过程影响的程度,根据大量数据的统计分析,求出了传质过程的数学模型及不同条件下的容量传质系数,并就风量对传质过程的影响进行了分析.
郑贺[3]（2019）在《CO喷吹还原铜转炉渣及其动力学研究》文中研究表明铜渣作为重要的二次资源,我国铜转炉渣每年新增1500万t以上,当中铜含量达到75万t以上。因此,对铜渣进行深度贫化,降低渣中铜含量,提高渣中铜的回收率,对促进我国二次资源的回收利用是极其重要的。在铜渣的火法还原贫化工艺中,生物柴油、地沟油以及橡胶籽油等生物质燃料常被作为还原剂来参与铜渣的贫化中。由于生物质燃料在高温下的裂解产物主要是一氧化碳和氢气,故采用生物质燃料贫化铜渣时,一氧化碳的还原起到了一定的作用。因此,研究一氧化碳还原铜转炉渣并分析还原过程动力学,确定一氧化碳与铁氧化物反应的反应类型、反应机理以及限速环节,对研究碳质还原剂、生物质油、天然气等作为还原剂的铜渣贫化机理具有重要作用。首先,研究了CO-CO2混合气体喷吹还原铜转炉渣过程中的热力学。研究发现,CO-CO2混合气体喷吹还原铜转炉渣过程中发生的反应有:CO的分解产生CO2和C的反应;C还原Fe3O4生成FeO和CO2的反应;CO还原Fe3O4生成FeO和CO2的反应。从反应的标准生成自由能?G?角度来说,升高温度对CO-CO2混合气体喷吹还原铜转炉渣在提高反应速率上的影响不大。其次,利用磁性分析仪和SEM-EDS对CO-CO2混合气体还原后的铜转炉渣进行分析。结果发现,还原后转炉渣的磁性铁含量,随着还原温度的升高和还原时间的延长而逐渐降低;在1250℃1325℃温度范围内,同一温度下的CO的利用率变化不大,在1350℃时,初始CO利用率较高,随着反应的进行CO利用率逐渐降低;还原温度高时,对铜转炉渣中铜的沉降有利;喷吹更高CO比例的气体,对铜转炉渣的还原效果较好,使更多地铜微粒长大聚集。最后,通过铜渣喷吹还原的结果,研究了在1250℃1350℃条件下,CO还原铜渣的动力学过程。研究发现,CO与铜渣中磁性铁的反应是在磁性铁相表面进行的区域化学反应且处于区域化学反应的第二个阶段加速期;[-ln（1-X）]2/3=kt符合CO喷吹还原铜渣的动力学反应方程;CO喷吹还原铜渣的表观活化能E为313.263kJ/mol;CO喷吹还原铜渣的反应在1250℃1350℃之间的反应速率受到化学过程和传质过程的双重规律控制,提高温度或者增加气体流速都可以提高反应的速率。
郭学益,王亲猛,田庆华,张永柱[4]（2015）在《基于区位氧势硫势梯度变化下铜富氧底吹熔池熔炼非稳态多相平衡过程》文中认为结合富氧底吹熔池熔炼机理模型和Cu-Fe-S-O-Si O2系氧势-硫势热力学优势图,研究底吹熔炼过程中的多相平衡状态及炉内不同空间位点的氧势-硫势分布规律。结果表明:铜富氧底吹熔池熔炼是烟气-炉渣-铜锍三相共存体系,随着连续加料、连续鼓氧及放渣和放锍操作的进行,体系远未达到平衡,而是处于动态的非稳态近似多相平衡状态,炉内不同空间位点的氧势-硫势不同,存在着梯度变化。反应区、分离过渡区及液相澄清区由下到上氧势逐渐降低,而硫势逐渐升高,其中反应区的氧势-硫势差梯度较大,氧和硫的传质较快。通过调节熔炼过程工艺参数,使炉内不同空间位点的氧势-硫势控制在更为合理的范围,可提高底吹熔炼能力。
王仕博[5]（2013）在《艾萨炉顶吹熔池流动与传热过程数值模拟研究》文中进行了进一步梳理随着现代冶金工艺的发展,大们迫切需要了解和描述冶金过程中存在的各种流体流动现象。但冶金工业的高温环境使得直接测量存在很大困难,难以获得足够可靠的流场信息和数据。计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）是近代流体力学、数值数学和计算机科学相结合的产物,数值模拟和计算机实验是其基本特征。随着计算机技术和相关软件的飞速发展,CFD技术为深入研究冶金过程中流体流动现象提供了一种新的方法和可能。富氧顶吹强化熔炼技术的核心是通过顶吹喷枪的浸没式搅拌实现熔池内三相间的快速传热传质过程,从而取得显着的节能减排成效。但一味强调高强化熔炼将导致熔炉炉衬寿命低、喷枪等关键设备磨损严重,不当的吹喷操作甚至会引起泡沫渣等严重事故。因此利用CFD技术对熔池熔炼喷吹搅拌的传热传质过程进行数值模拟研究,探讨喷吹速度、深度对熔池内流型的影响以及熔池喷溅对炉壁的破坏作用是十分必要的。本文以云南省A公司铜艾萨炉顶吹熔池热态搅拌过程为研究对象,主要从计算流体力学模拟仿真以及水模型实验两个方面进行了以下几方面的研究工作：首先通过在VOF理论框架中综合考虑了两相表面张力和壁而函数的影响,实现了单气泡在粘性流体中的自由上浮、单液滴自由下落冲击自由液面、多气泡在液面下的上浮及融合等非稳态三维数值模拟和水模型实验；在此基础上,利用RNG型κ-ε双方程模型和Geo-Reconstruct几何重构法实现了两相界面上的非稳态流动与传热的耦合,建立起二维顶吹熔池的多相流流动一传热耦合模型,得到顶吹气泡长大、上浮及破裂等行为对搅拌效果的影响规律；最后将以上二维顶吹模型拓展至三维空间,结合高质量的三维艾萨炉炉体网格,建立等比例艾萨炉浸没式顶吹熔池的热态数学模型,得到艾萨炉三维顶吹热态熔池的温度场、流场等计算结果,对比了流量及喷枪插入深度对熔池搅拌效果以及炉内温度场分布影响,得到对实际生产具有理论指导意义的优化操作参数。通过以上模拟及实验研究,从多相流流态角度完成水下气泡自由上升的形变机理分析,认为气泡上下表面压力差与气泡边界共同作用下产生的向上的射流是导致气泡发生底部凹陷形变并最终分裂的主要因素,从仿真模拟和水模型实验两个方面得出单气泡自由上浮的速度变化和形变规律。将本文的各工况的边界条件及计算结果进行无量纲处理,经归纳总结发现：在中等的雷诺数范围（5<Re<100）和比较高的邦德数（20<Bo<50）下,气泡底部基本是凹陷形态的;观察气泡的底部,发现雷诺数越低,底部边缘越圆,而随着雷诺数的增加,边缘变得尖锐起来。在艾萨炉堂内,顶吹气流量对熔池搅拌效果以及炉内温度场分布影响的敏感度要大于喷枪插入深度的影响。大流量对熔池的搅拌更剧烈,炉膛内温度上升得比较均匀。而喷枪插入深度加大会引起靠近壁面的温升加快,炉膛内中心与近壁面区域的温度分布相差较大,不利于延长炉衬寿命,因此大流量、较浅的插入深度有利于取得最佳的搅拌效果。考虑到本文的计算过程没有包含气泡在高温下的瞬间膨胀现象所带来的巨大搅动能,综合生产实际和理论计算结果,艾萨炉喷枪最佳气体流速应控制在12-15m/s,插入渣层深度与熔池深度的比应控制在0.03～0.08之间。对于本文所得到的三维非稳态的流动、传热耦合计算结果说,关键截而物理量的加权平均值及标准方差值同三维立体物理场结合分析的方法仃助于更准确地描述模拟过程所反映的规律性。等值面与特定截面物理量加权平均法可作为判定三维瞬态多相流混合程度的评价方法。
肖清泰,王仕博,李鹏,高勤,徐建新,王华[6]（2017）在《基于图像分析的底吹搅拌反应器混合特性》文中进行了进一步梳理以富氧底吹熔池熔炼过程为研究对象,基于气泡扰动形成流场图像测算灰度级强度,测算与比较底吹搅拌反应器内的局部混合特性。参照某企业底吹炼铜炉实际尺寸,搭建气体喷吹水模型试验平台;利用高速摄像机拍摄不同设计参数下的试验过程,捕获并存储水模型中喷口上方流场的彩色图像;截取未受装置干扰的研究区域,测算其绿色成分的灰度级强度均值与标准差。研究发现:气泡扰动流场RGB图像的绿色成分在本试验条件下对于真实图像气泡轮廓特征提取更为准确;绿色成分图像的水平剖线针对单排喷口与双排喷口分别呈现单峰与双峰,验证了以灰度级强度表征混合特性的准确性;测算研究区域的灰度级强度均值时间序列和标准差时间序列,最终发现:在熔池动态平衡阶段,大部分时间序列在统计学意义上服从正态分布。本研究为推进图像分析技术在底吹搅拌反应器流动与混合特性研究方面提供了参考依据。
汪雨慧[7]（2021）在《顶吹强化气液动量传递的数值模拟及实验研究》文中认为富氧熔池熔炼技术的核心是通过顶吹喷枪的浸没式搅拌实现熔池内三相间的快速传热传质过程,从而取得显着的节能减排成效。但高强度熔炼将导致熔炉炉衬寿命低、喷枪等关键设备磨损的问题。顶吹熔炼过程受热不均、搅拌不足导致的自热性差影响了炉内反应速率。而贫化电炉作为艾萨炉的后续沉降工艺,电炉内的渣金分离过程易受到磁性铁的影响在熔体内形成横膈膜影响冰铜沉降。因此如何改进顶吹喷枪结构、强化液态还原剂在电炉熔池内的扩散是十分必要的,尤以后者的气液两相顶吹强化过程更为复杂。故本文利用数值模拟的方法研究了小口径贫化电炉内柴油-氮气混合顶吹喷枪及大口径纯气顶吹加装旋流器喷枪管内流动过程、熔池内部搅拌形态及强化动量传递过程。主要研究内容及结论如下:（1）通过对小口径气液混合顶吹在喷枪内混合过程及熔池内搅拌过程进行数值模拟,研究分析了不同油气比的情况下管内混合形态及流型特征对熔池内搅拌效果的强化作用,并通过水模型实验验证了数值模拟结果的合理性。结果得出在油气比为1:2左右时,从Y型喷枪喷出的气液混合液在熔池内部横向搅拌宽度最大,对熔池上半部的搅拌效果更好,且此时对熔池下半部的影响较小,有利于磁性铁还原反应进行以及冰铜从渣中分离沉淀过程,从而降低渣中铜含量。（2）通过对贫化电炉小口径单根喷枪气液混合顶吹过程进行数值模拟,应用求解得出的最优油气比,得出最优油气比适用于实际熔炼条件的结论。并构建了双根喷枪贫化电炉模型,通过比对验证了湍流强度及湍流耗散率为顶吹气液混合效果的有效评价方法。（3）通过对大口径艾萨炉纯气顶吹多片旋流器的强化熔炼过程进行数值模拟,讨论旋流器强化熔池搅拌效果的规律。结果表明旋流器提升了熔池熔炼强度的同时减少了喷溅,在熔池内部熔体粘度较小、旋流器叶片数从6片提升至8片、旋流器长度加长一倍、旋流器枪径加宽一倍时,熔池内搅拌效果更好,体现在液面动量扩散范围增大,从而强化了熔池内的动量传递。
崔配配[8]（2017）在《耦合化学反应的冶金反应器内气液两相流行为研究》文中指出富氧底吹熔炼技术是火法炼铜新工艺的重要环节,它的工业应用前景广阔,但目前尚无完整的理论支持。富氧底吹技术是一个复杂的物理、化学熔炼过程,其中包括气液两相流动,传热传质,化学反应等。该熔炼过程处于高温环境中,现场测量困难,这就需要建立数学模型,对富氧底吹熔炼过程进行模拟计算,研究气液两相间相互作用及气相在液相间的弥散情况;研究多相湍流、脉动传递过程以及相间化学反应与流动状态之间的关系。本文以富氧底吹熔炼炉为原型,建立物理模型,根据富氧底吹熔炼炉的实际工业特点,运用k-ε湍流模型和VOF多相流模型,研究不同相间的相互作用,探索流体的流动对耐火材料的侵蚀作用等；利用界面跟踪法对熔池内气体的弥散、破碎合并过程进行详细分析。根据实际熔炼过程中的物质运动多相界面原理,运用组分输运方程,考虑熔炼炉内的基本反应,研究反应过程中反应物和生成物的浓度变化,并对底吹炉内的传质传热情况进行研究。本文的主要结论如下:气泡上升过程中存在长大、合并、破碎现象,该模型中第一个气泡到达液面所用的时间在1.2s左右,其后的气泡到达界面所用的时间减少,最后上浮时间稳定在一个范围之内,平均时间大约是0.9s左右。在气-液-渣三相流体流动中,底部吹入氧气时,氧气通过溶液上升到渣层,由于渣层粘度增加,气泡所受阻力增大,运动速度减缓,被气体冲击的渣层会形成渣眼,并且渣眼会出现时开时合现象。在底部吹气进口速度由0.04m/s到0.08m/s时,渣眼形成的最大尺寸由0.024m增加到0.052m,开始形成渣眼的时间分别为1.25s和1.02s。当底部吹气量大时,渣眼周围流速较大,会产生较大的剪切力,使得部分渣滴进入溶液中,形成卷渣现象。多相流耦合化学反应模型模拟的结果表明:在熔池内,混合体模型的化学反应主要发生在氧气出口处,而多相组分反应模型的化学反应主要发生在上部。反应进行的过程中,反应物的浓度逐渐减少,生成物的浓度逐渐增加,说明反应在不断朝着理想的方向进行。并且,在氧枪出口处,压力不断波动,会引起气泡后坐现象。
李世旺,王仕博,王华,汪雨慧,陈全坤[9]（2020）在《多孔道底吹喷枪搅拌的数值模拟与强化机理分析》文中研究表明底吹富氧搅拌是熔池熔炼的一种关键强化技术,对品位低、杂质多的矿产资源具有很好适应性,底吹喷枪是其关键工艺设备。本文将数值模拟与数理统计相结合,建立了多孔道底吹喷枪强化搅拌的三维数学模型,并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。针对模型计算结果,以气泡上升时间、液体的气含率方差和平均湍流强度等为评价标准,对直管及多孔道底吹喷枪搅拌过程的混合均匀度进行对比研究。结果表明:多孔道喷枪喷吹方式在提高熔体搅动能的同时能使中上部熔体的混合更为充分,并在生产实践中取得了良好的应用效果。
宋巍[10]（2008）在《喷吹还原渣中铜机理及流场数值模拟初步研究》文中提出为了强化冶炼过程,控制环境污染,在铜冶炼工艺中大都采用富氧空气或工业氧气,由于冶炼体系中氧势高,导致渣含铜量升高。目前含铜0.4%-0.5%的铜矿已被开采,而产出的弃渣含铜却仍高达0.4%-0.8%,造成对开采资源的浪费。在环保要求日益严格和矿产资源日趋贫乏的今天,铜渣的综合回收利用逐渐引起了人们的关注。论文结合A公司贫化电炉的实际情况,针对现有贫化电炉所使用的还原喷枪存在的严重积碳以及还原率低等问题进行计算和模拟实验。通过热力学计算,找出喷枪所使用还原剂G的还原机理及积碳原因；通过优化贫化电炉所使用的喷枪枪型,改变还原过程的气泡动力学条件,有利于铜锍的分离、沉降,达到提高还原率,降低渣中含铜量的目的。采用物理模拟和数值模拟相结合的研究方法,优化贫化电炉使用还原喷枪枪型及气泡流场方案。根据相似理论及原型的对称性,利用局部实验模型进行水模拟实验,观察7种不同枪型所形成的气泡及循环流行为；同时根据连续性方程、动量传输方程和能量传输方程建立描述喷枪喷吹过程中贫化电炉内流体流动的流场显示,采用商业软件FLUENT进行数值模拟。通过热力学计算表明,还原剂G喷入枪内后在距离枪口0.83m处就已经达到碳化温度；通过水力学模型实验和数值模拟,发现喷枪枪型对贫化电炉内流场具有重要影响。在所进行实验的7种枪型结构中,以水模拟实验中5#枪型能较好满足生产条件对气泡动力学的要求。实验中用到的数学模型得到的结果能较好的解释喷吹过程中熔池内流场显示和低速喷吹大气泡动力学现象,与水力学模型模拟实验结果基本一致。实验结果将对于提高贫化电炉还原效率,降低渣含铜量等方面有较大改善,为今后进一步对流场进行数学模拟提供先决条件,对强化A公司贫化电炉还原过程、优化工艺过程也提供了一定的理论依据。
二、炼铜熔池传质过程的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、炼铜熔池传质过程的研究（论文提纲范文）
（1）氧气底吹熔炼炉内流体流动行为的模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 概述 |
| 1.1.1 我国铜产业概况 |
| 1.1.2 铜冶金概况 |
| 1.2 铜的熔炼工艺 |
| 1.2.1 闪速熔炼 |
| 1.2.2 澳斯麦特/艾萨熔炼 |
| 1.2.3 诺兰达熔炼 |
| 1.2.4 瓦纽科夫熔炼 |
| 1.2.5 白银法熔炼 |
| 1.3 铜的吹炼工艺 |
| 1.3.1 P-S转炉吹炼 |
| 1.3.2 闪速吹炼 |
| 1.3.3 澳斯麦特/艾萨吹炼 |
| 1.3.4 三菱法 |
| 1.4 底吹炼铜新工艺 |
| 1.4.1 工艺介绍 |
| 1.4.2 优点 |
| 1.4.3 缺点 |
| 1.5 底吹炉及相关反应器研究现状 |
| 1.5.1 底吹炼铜炉的研究 |
| 1.5.2 其他熔池反应器的研究 |
| 1.5.3 反应器搅拌及传质的研究 |
| 1.5.4 颗粒卷吸的研究 |
| 1.5.5 研究状况的总结 |
| 1.6 本文的研究内容及创新点 |
| 1.6.1 本文的研究内容 |
| 1.6.2 本文的研究意义与创新性 |
| 第2章 物理模拟的原理及方法 |
| 2.1 物理模拟实验原理 |
| 2.2 实验装置 |
| 2.2.1 水模型装置 |
| 2.2.2 喷气元件 |
| 2.2.3 实验装置系统 |
| 2.3 测量原理 |
| 2.3.1 高速摄像与图像分析 |
| 2.3.2 PIV流场测量 |
| 2.3.3 气液传质速率 |
| 2.3.4 液体喷溅量的测量 |
| 2.4 因次分析法 |
| 第3章 底吹炉内流场的PIV测量 |
| 3.1 PIV流场测量预备实验 |
| 3.1.1 底吹炉内多相流的基本特征 |
| 3.1.2 底吹浸没式射流的特征 |
| 3.2 底吹炉内流场的基本特征 |
| 3.2.1 底吹炉内流体循环流动特点 |
| 3.2.2 底吹炉内流体流型及特性 |
| 3.3 熔池深度对流场的影响 |
| 3.4 氧枪角度对流场的影响 |
| 3.5 喷气流量对流场的影响 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 底吹炉气液传质速率的研究 |
| 4.1 CO_2体积分数对底吹炉传质的影响 |
| 4.2 气体速度对底吹炉传质的影响 |
| 4.3 熔池深度对传质的影响 |
| 4.4 容积传质系数的因次分析和经验公式推导 |
| 4.4.1 容积传质系数的因次分析 |
| 4.4.2 吸收速率的经验公式推导 |
| 4.5 CO_2利用率的因次分析和经验公式推导 |
| 4.5.1 CO_2利用率的因次分析 |
| 4.5.2 CO_2利用率的经验公式推导 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 顶吹气幕抑制喷溅的实验研究 |
| 5.1 顶吹气幕机理分析 |
| 5.2 原始喷溅量的测定 |
| 5.3 气幕喷孔直径对喷溅量的影响 |
| 5.4 气幕喷气流量对喷溅量的影响 |
| 5.5 气幕喷孔个数对喷溅量的影响 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 物料卷吸现象的实验研究 |
| 6.1 氧枪喷嘴直径对物料卷吸的影响 |
| 6.2 底吹气量对物料卷吸的影响 |
| 6.3 氧枪喷嘴安装角度对物料卷吸的影响 |
| 6.3.1 直径2.5 mm喷嘴安装角度对物料卷吸的影响 |
| 6.3.2 直径5.92mm喷嘴安装角度对物料卷吸的影响 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 底吹炉的数值模拟研究 |
| 7.1 数值模拟方法 |
| 7.1.1 计算模型的选择 |
| 7.1.2 网格划分和边界条件 |
| 7.1.3 方程求解和收敛条件 |
| 7.1.4 网格独立性分析 |
| 7.2 底吹炉水模型的数值模拟 |
| 7.2.1 速度场分析 |
| 7.2.2 流动状态及两相分布 |
| 7.3 工业条件底吹炉的数值模拟 |
| 7.3.1 单一氧枪喷吹时的炉内速度场 |
| 7.3.2 两支氧枪喷吹时的炉内速度场 |
| 7.4 小结 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果 |
（3）CO喷吹还原铜转炉渣及其动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 铜的火法冶炼 |
| 1.2.1 闪速熔炼 |
| 1.2.2 熔池熔炼 |
| 1.3 铜渣资源及利用现状 |
| 1.3.1 铜渣的来源和成分 |
| 1.3.2 铜渣的资源利用现状 |
| 1.4 铜渣的处理工艺 |
| 1.4.1 火法贫化 |
| 1.4.2 选矿法贫化 |
| 1.4.3 湿法浸出 |
| 1.5 铜渣贫化及还原动力学研究现状 |
| 1.5.1 铜渣贫化的研究现状 |
| 1.5.2 还原动力学研究现状 |
| 1.6 本文的主要研究内容及意义 |
| 1.6.1 课题研究的意义 |
| 1.6.2 主要研究内容 |
| 第二章 实验原料、设备及实验方法 |
| 2.1 实验原料 |
| 2.1.1 转炉渣 |
| 2.1.2 实验所用气体 |
| 2.2 实验设备 |
| 2.3 实验方法 |
| 第三章 CO喷吹还原铜转炉渣的实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CO还原铜转炉渣的热力学分析 |
| 3.3 实验结果与分析 |
| 3.3.1 还原时间和温度对铜转炉渣中磁性铁含量的影响 |
| 3.3.2 还原时间和温度对CO利用率的影响 |
| 3.3.3 不同气体配比对CO利用率和铜转炉渣磁性铁含量的影响 |
| 3.3.4 温度和不同气体配比对铜沉降的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 CO还原铜转炉渣的动力学研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 还原过程动力学基础理论 |
| 4.2.1 成核限制的界面化学反应及其动力学方程 |
| 4.2.2 反应机理及其限速环节的确定 |
| 4.3 实验结果与分析 |
| 4.3.1 还原时间和温度对铜转炉渣还原度的影响 |
| 4.3.2 反应类型及其动力学方程的确定 |
| 4.3.3 表观活化能及其限速环节的确定 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况 |
| 附录B 攻读硕士期间参与项目情况 |
（4）基于区位氧势硫势梯度变化下铜富氧底吹熔池熔炼非稳态多相平衡过程（论文提纲范文）
| 1铜富氧底吹熔池熔炼技术特性 |
| 1.1工艺概况 |
| 1.2炉体结构及特点 |
| 2氧气底吹熔炼过程非稳态多相平衡 |
| 2.1铜富氧底吹熔池熔炼机理 |
| 2.2铜富氧底吹熔炼过程热力学 |
| 2.3底吹熔炼非稳态多相平衡过程中氧势-硫势梯度变化分析 |
| 3结论 |
（5）艾萨炉顶吹熔池流动与传热过程数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 艾萨炼铜工艺简介 |
| 1.2.1 现代铜冶炼工艺 |
| 1.2.2 富氧顶吹熔池熔炼 |
| 1.3 计算流体力学及其在冶金行业的应用 |
| 1.3.1 计算流体力学技术的发展 |
| 1.3.2 冶金工业常用的CFD模型 |
| 1.3.3 CFD软件介绍 |
| 1.4 气泡搅拌在强化冶炼中的作用 |
| 1.5 本论文的工作内容和意义 |
| 第二章 艾萨炉炉膛顶吹熔池数学模型的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 流动与传热耦合计算模型的建立 |
| 2.3 多相流模型理论及其在熔池顶吹模拟中的应用 |
| 2.3.1 多相流模型的分类 |
| 2.3.2 相界面跟踪模型的发展 |
| 2.3.3 多相流模型的选择 |
| 2.3.4 顶吹熔池多相流流动传热模型的建立 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 气泡在粘性流体中的运动过程模拟及实验验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 气泡上升的二/三维模拟及验证 |
| 3.2.1 单气泡上升物理模型的简化 |
| 3.2.2 控制方程及离散计算 |
| 3.2.3 多工况计算结果比较 |
| 3.2.4 气泡上升运动、形变机理分析与验证 |
| 3.2.5 多气泡上升破裂及合并仿真 |
| 3.3 液滴自由下落冲击自由液面三维模拟及验证 |
| 3.3.1 液滴自由下落冲击自由液面的水模型实验设计 |
| 3.3.2 液滴自由下落冲击自由液面的实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 艾萨炉二维模拟仿真研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维模型的建立及水模型实验设计 |
| 4.2.1 物理模型的简化 |
| 4.2.2 顶吹搅拌过程的水模型实验设计 |
| 4.3 二维冷态计算结果及实验验证 |
| 4.4 二维热态计算结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 艾萨炉炉膛三维流动传热模拟仿真 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 艾萨炉炉膛建模 |
| 5.2.1 几何模型的构建及其网格划分 |
| 5.2.2 顶吹熔池流动传热模型的解算 |
| 5.3 模拟计算结果的分析 |
| 5.3.1 三维冷态计算结果及实验验证 |
| 5.3.2 三维热态计算结果分析 |
| 5.3.3 三维多工况计算结果对比分析 |
| 5.4 VOF模型收敛策略以及后处理体系 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 全文总结和研究展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
（6）基于图像分析的底吹搅拌反应器混合特性（论文提纲范文）
| 1 实验部分 |
| 1.1 实验装置 |
| 1.2 图像预处理 |
| 1.3 实验方法 |
| 2 结果与讨论 |
| 2.1 剖线分析 |
| 2.2 波动演化特性 |
| 3 结论 |
（7）顶吹强化气液动量传递的数值模拟及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 铜冶炼生产现状 |
| 1.1.2 铜火法冶炼工艺 |
| 1.1.3 顶吹熔池熔炼技术现状 |
| 1.1.4 铜冶炼艾萨炉旋流器技术 |
| 1.1.5 铜冶炼电炉贫化技术 |
| 1.2 不同顶吹技术的发展现状 |
| 1.2.1 气液混合顶吹研究现状 |
| 1.2.2 艾萨炉顶吹研究现状 |
| 1.2.3 超音速顶吹研究现状 |
| 1.3 计算流体力学在冶金行业中的应用 |
| 1.4 本论文的研究目的和研究内容 |
| 第二章 单根气液混合顶吹喷枪强化搅拌的数值模拟及实验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 VOF模型和K-e湍流模型 |
| 2.2.1 质量方程 |
| 2.2.2 动量方程 |
| 2.2.3 输运方程 |
| 2.3 垂直管内气液两相流及流型 |
| 2.4 计算模型及网格划分 |
| 2.4.1 计算模型 |
| 2.4.2 网格划分 |
| 2.5 气液混合顶吹强化动量扩散的研究 |
| 2.6 数值模拟结果与实验结果比对 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 双根气液混合顶吹喷枪应用于贫化电炉的数值模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 固定油气比对单根Y型喷枪强化顶吹的模拟研究 |
| 3.2.1 模型建立 |
| 3.2.2 参数设定 |
| 3.2.3 计算结果分析 |
| 3.3 固定油气比对双根Y型喷枪强化顶吹的模拟研究 |
| 3.3.1 模型建立 |
| 3.3.2 参数设定 |
| 3.3.3 计算结果分析 |
| 3.4 湍流耗散率在气液混合顶吹过程的运用 |
| 3.4.1 单根喷枪模型湍动能及湍流耗散率 |
| 3.4.2 双根喷枪模型湍动能及湍流耗散率 |
| 3.4.3 面平均湍动能、面平均湍流耗散率随时间变化规律 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 大口径艾萨炉纯气顶吹旋流强化搅拌效果的数值模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型建立 |
| 4.3 旋流器强化熔池内搅拌效果的研究 |
| 4.4 改变旋流器在熔池内浸没深度对熔池搅拌效果的影响 |
| 4.5 改变旋流器叶片数对熔池搅拌效果的影响 |
| 4.6 改变熔池内熔体粘度对熔池搅拌效果的影响 |
| 4.7 改变旋流器长度对熔池搅拌效果的影响 |
| 4.8 改变顶吹喷枪枪径对熔池搅拌效果的影响 |
| 4.9 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况 |
| 附录B 攻读硕士学位期间所获荣誉 |
（8）耦合化学反应的冶金反应器内气液两相流行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 铜的熔炼技术方法 |
| 1.3 富氧底吹炼铜技术 |
| 1.3.1 富氧底吹炼铜的工艺流程 |
| 1.3.2 富氧底吹熔炼炉的结构原理 |
| 1.3.3 底吹熔炼炉内部物质分层流动机理 |
| 1.3.4 富氧底吹熔炼炉熔炼过程热力学过程 |
| 1.4 富氧底吹炼铜技术发展现状 |
| 1.5 底吹多相流数值模拟的发展现状 |
| 1.6 本课题研究的内容、意义与目的 |
| 第2章 多相流和组分输运数学模型及方案 |
| 2.1 基本控制方程 |
| 2.2 两相流数学模型 |
| 2.2.1 界面追踪方法 |
| 2.2.2 VOF模型 |
| 2.2.3 湍流模型及压力速度耦合方法 |
| 2.3 物质输送和有限速率化学反应模型 |
| 2.3.1 体积反应 |
| 2.3.2 壁面反应 |
| 2.4 多相流耦合化学反应方程 |
| 2.5 模型研究方案 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 富氧底吹熔炼过程气液两相流动特性研究 |
| 3.1 富氧底吹熔炼炉模型建立 |
| 3.1.1 几何结构及网格的划分 |
| 3.1.2 模型假设 |
| 3.1.3 数学模型 |
| 3.2 富氧底吹炉两相流结果与分析 |
| 3.2.1 模型验证 |
| 3.2.2 熔池内气泡运动行为 |
| 3.2.3 搅拌对气泡上升时间影响结果分析 |
| 3.3 富氧底吹炉各区域流动特性结果分析 |
| 3.3.1 网格的划分及边界条件 |
| 3.3.2 氧枪附近气泡运动行为结果分析 |
| 3.3.3 内部流动特性结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 底吹熔炼炉渣层行为及多相化学反应行为研究 |
| 4.1 气-液-渣三流体模型 |
| 4.1.1 几何模型 |
| 4.1.2 假设条件 |
| 4.2 底吹熔炼炉渣层行为结果分析 |
| 4.2.1 渣眼的形成过程 |
| 4.2.2 流量对渣眼影响 |
| 4.2.3 卷渣现象研究 |
| 4.3 三维模型三流体计算以及结果分析 |
| 4.3.1 数学模型 |
| 4.3.2 条件假设 |
| 4.3.3 底吹炉内多相流流动边界条件 |
| 4.3.4 底吹炉内溶液流动的基本特征 |
| 4.4 耦合化学反应熔炼炉数值模拟 |
| 4.4.1 熔炼过程化学反应过程行为分析 |
| 4.4.2 几何模型及边界条件 |
| 4.4.3 条件假设 |
| 4.4.4 耦合化学反应结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
| A 作者在攻读学位期间发表的学术论文 |
（9）多孔道底吹喷枪搅拌的数值模拟与强化机理分析（论文提纲范文）
| 1 物理模型 |
| 1.1 水模型实验台的建立 |
| 1.2 模型简化与假设 |
| 2 数学模型及网格无关性检验 |
| 2.1 数学模型 |
| 2.1.1 多相流模型 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.2 边界条件和网格无关性检验 |
| 3 模型验证 |
| 4 多孔道底吹喷枪强化搅拌机理分析 |
| 5 结果分析与实际应用 |
| 5.1 对气泡上升过程连续性的分析 |
| 5.2 对熔池熔液气含率方差及混匀时间的分析 |
| 5.3 对熔池熔体平均湍流强度及湍动能的分析 |
| 5.4 多孔道喷枪生产实践中的应用 |
| 6 结论 |
（10）喷吹还原渣中铜机理及流场数值模拟初步研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 世界自然资源现状 |
| 1.2 我国铜渣的现状 |
| 1.3 铜冶炼工艺概况 |
| 1.3.1 闪速熔炼 |
| 1.3.2 诺兰达熔炼 |
| 1.3.3 白银法熔炼 |
| 1.3.4 水口山炼铜法 |
| 1.3.5 其它炼铜方法 |
| 1.3.6 澳斯麦特熔炼与艾萨熔炼 |
| 1.3.6.1 澳斯麦特/艾萨炉概况 |
| 1.3.6.2 艾萨炉熔炼的工艺流程 |
| 1.4 铜渣贫化处理的意义 |
| 1.4.1 铜渣的综合利用 |
| 1.4.2 铜渣的综合利用前景 |
| 1.5 铜渣贫化处理技术现状 |
| 1.5.1 电炉贫化 |
| 1.5.2 特尼恩特转炉贫化法 |
| 1.5.3 浮选法贫化 |
| 1.5.4 其它铜渣贫化方法 |
| 1.5.4.1 反射炉贫化炼铜渣 |
| 1.5.4.2 真空贫化法 |
| 1.5.4.3 渣桶法 |
| 1.5.4.4 熔盐提取 |
| 1.5.4.5 铜渣的选择性析出处理 |
| 1.5.4.6 铜锍提取 |
| 1.5.4.7 HLE法 |
| 1.6 艾萨熔炼及贫化电炉炉渣现状 |
| 1.6.1 艾萨熔炼渣现状 |
| 1.6.2 贫化电炉渣现状 |
| 1.7 本课题的来源、研究目的、意义、方法及主要内容 |
| 1.7.1 本课题的来源 |
| 1.7.2 本课题研究目的和意义 |
| 1.7.3 本课题研究的方法及主要内容 |
| 第二章 铜在渣中的损失与贫化电炉水力模型实验原理 |
| 2.1 渣在铜中的损失形式 |
| 2.2 艾萨熔炼过程中Fe_3O_4的产生及其影响 |
| 2.2.1 艾萨熔炼过程中Fe_3O_4的产生 |
| 2.2.2 铜渣的粘度及其影响因素 |
| 2.3 贫化过程喷吹还原剂的选择 |
| 2.3.1 不同形态还原剂还原效果比较 |
| 2.3.2 A公司贫化还原剂的选择 |
| 2.4 贫化电炉概况 |
| 2.4.1 贫化电炉炉型与结构 |
| 2.4.2 电炉贫化的原理及工艺流程 |
| 2.4.2.1 电炉贫化的基本原理 |
| 2.4.2.2 电炉贫化过程 |
| 2.4.3 贫化电炉还原喷枪特点与结构 |
| 2.4.4 贫化电炉喷枪使用现状及热平衡计算 |
| 2.4.4.1 贫化电炉喷枪使用现状 |
| 2.4.4.2 贫化电炉喷枪碳化原因计算 |
| 2.4.4.3 贫化电炉喷枪热平衡计算 |
| 2.5 贫化过程的理论基础 |
| 2.5.1 贫化过程反应的热力学分析 |
| 2.5.1.1 渣中Fe_3O_4被高温碳雾滴还原 |
| 2.5.1.2 渣中Fe_3O_4被CO还原 |
| 2.5.1.3 渣中Fe_3O_4被裂解及燃烧产物H_2还原 |
| 2.5.2 Fe_3O_4还原反应的动力学分析 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 物理模型实验过程与数据采集 |
| 3.1 物理模拟实验的作用 |
| 3.2 物理实验模型的建立方法 |
| 3.2.1 相似三定理 |
| 3.2.2 几何相似及动力学相似 |
| 3.3 物理模型实验的目的 |
| 3.4 熔池内流体的流动现象 |
| 3.5 实验设备及实验装置图 |
| 3.5.1 实验设备 |
| 3.5.2 实验装置图 |
| 3.6 实验方案 |
| 3.7 实验研究方法 |
| 3.7.1 两相区气泡的特性及流场显示 |
| 3.7.2 熔池搅拌混合均匀时间的测定 |
| 3.7.3 冲击深度的测定 |
| 3.7.4 气泡在熔池中的停留时间 |
| 3.8 实验步骤 |
| 3.9 小结 |
| 第四章 实验结果与讨论 |
| 4.1 不同枪型对冲击深度的影响 |
| 4.1.1 1#～7#枪喷嘴面积计算 |
| 4.1.2 冲击深度数据统计 |
| 4.2 不同枪型在两相区的气泡特性及流场显示 |
| 4.3 不同枪型对熔池混匀时间的影响 |
| 4.3.1 不同枪型混合均匀时间测定数据记录 |
| 4.3.2 混合均匀时间测定实验结果分析 |
| 4.4 不同枪型对气泡群特征的影响 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 喷枪喷嘴出口气泡流场的数值模拟初探 |
| 5.1 Fluent软件简要介绍 |
| 5.2 流体力学控制方程理论基础 |
| 5.2.1 以矢量表示流体力学控制方程 |
| 5.2.2 以直角坐标表示流体力学控制方程 |
| 5.3 数学模型的基本假设 |
| 5.4 数学模型的建立 |
| 5.4.1 VOF模型(Volume of Fluid Model) |
| 5.4.1.1 容积比率方程(The Volume Fraction Equation) |
| 5.4.1.2 属性(Properties) |
| 5.4.1.3 动量方程(The Momentum Equation) |
| 5.4.1.4 能量方程(The Energy Equation) |
| 5.4.2 基本方程 |
| 5.4.2.1 连续性方程 |
| 5.4.2.2 运动方程 |
| 5.4.3 边界条件 |
| 5.5 数值模拟方案 |
| 5.6 数值模拟结果分析 |
| 5.6.1 流场分布 |
| 5.6.2 气泡行为 |
| 5.6.3 改变喷枪位置 |
| 5.7 小结 |
| 第六章 结论、建议及后续工作 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 建议 |
| 6.3 后续工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
四、炼铜熔池传质过程的研究（论文参考文献）
- [1]氧气底吹熔炼炉内流体流动行为的模拟研究[D]. 王东兴. 东北大学, 2017(06)
- [2]炼铜熔池传质过程的研究[J]. 袁志昌,彭济时. 化工冶金, 1992(04)
- [3]CO喷吹还原铜转炉渣及其动力学研究[D]. 郑贺. 昆明理工大学, 2019(04)
- [4]基于区位氧势硫势梯度变化下铜富氧底吹熔池熔炼非稳态多相平衡过程[J]. 郭学益,王亲猛,田庆华,张永柱. 中国有色金属学报, 2015(04)
- [5]艾萨炉顶吹熔池流动与传热过程数值模拟研究[D]. 王仕博. 昆明理工大学, 2013(07)
- [6]基于图像分析的底吹搅拌反应器混合特性[J]. 肖清泰,王仕博,李鹏,高勤,徐建新,王华. 化工进展, 2017(09)
- [7]顶吹强化气液动量传递的数值模拟及实验研究[D]. 汪雨慧. 昆明理工大学, 2021(01)
- [8]耦合化学反应的冶金反应器内气液两相流行为研究[D]. 崔配配. 东北大学, 2017(06)
- [9]多孔道底吹喷枪搅拌的数值模拟与强化机理分析[J]. 李世旺,王仕博,王华,汪雨慧,陈全坤. 化工进展, 2020(09)
- [10]喷吹还原渣中铜机理及流场数值模拟初步研究[D]. 宋巍. 昆明理工大学, 2008(02)