氣體噴吹技術在有色金屬生產過程中有著廣泛應用，如冰銅吹煉、氧化精煉、熔池熔煉等過程[1, 2]。氧氣底吹連續煉銅法就是氣體噴吹技術在銅冶煉行業中的一個典型應用。該法是相對于傳統煉銅間斷操作而產生的一種煉銅新技術，又稱SKS法，是從水口山煉鉛法的基礎上發展而來的[3, 4]。是我國具有自主知識產權的一種銅冶煉的新方式。該技術所采用的氧氣底吹爐結構如圖1.1所示。相比于原有的頂吹法和側吹法，底吹法具有原料的適應性強、熔煉強度高、熔池攪拌強度高、勞動強度低、工藝流程短，配置簡單等一系列優點[5-7]。
圖1銅冶煉氧氣底吹爐結構示意圖
Fig.1 Bottom blown technique used in copper smelting process
該工藝由我國自主研發設計，是世界先進的銅冶煉技術之一。同時，由于其設備簡單易操作，運行成本低，規?？纱罂尚?，非常適用于中小型有色金屬熔煉企業的工藝技術升級和改造，因此獲得了國內外銅冶煉界的廣泛重視。但是，由于其問世時間短，理論積累不足，故而在爐體設計，操作參數等方面缺乏相應的科學指導，從而限制了該法的擴大生產。
目前，關于底吹煉銅爐內氣泡行為的研究尚少，對于底吹技術的研究報道主要應用在轉爐、鋼包等反應器中。蔡志鵬等為底吹氧氣連續煉鉛熔煉爐做了冷態模擬試驗[8]，并通過測量熔池中示蹤劑混合均勻時間來優化底部槍距與隔墻的布置。王東興、張廷安等人[9]采用水模型研究了底吹煉銅熔池內混合效率，然而上述研究尚不夠充分，對于熔池中氣液兩相流行為的研究僅靠水模型是無法全部實現的。通過建立合適的數學模型來描述底吹熔煉爐的流動特性，不僅可以節省大量時間和成本，而且不受物理模型和實驗模型的限制，能夠給出熔池中詳細的流體流動信息。
本文針對現有氧氣底吹煉銅過程中的射流體系，采用數學模擬技術，結合水模型實驗驗證的方法來研究底吹煉銅過程中各個噴吹操作參數變化對熔池內氣液兩相流行為、混合行為的影響規律，為工業實際生產提供理論指導。
1 模型的建立
1.1 水模型實驗裝置的建立和測量
為了驗證數值模擬的準確性，本文首先根據相似原理，以方圓公司底吹爐為原型，按橫截面尺寸1:9.3比例縮小制成建立物理模型，用有機玻璃代替耐火材料制作反應器，用水代
聲明：
“銅底吹過程中氣液兩相流的數值模擬” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：東北大學
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2025年08月07日 ~ 09日 
