cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2021-3-15-23cvmet-1259Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsИсследование физических явлений в барботажной зоне плавильного агрегата «Победа» методом холодного моделирования. Сообщение 1. Исследование гидрогазодинамических закономерностей продувки жидкости газом с помощью боковой фурмы в защитной газовой оболочкеInvestigation of Pobeda furnace bubbling zone physics using cold modeling method. Message 1. Investigation of fluid and gas dynamics of bubbling using a side-blowing gas-protected lanceБулатовК. В.BulatovK. V.

Кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «Уралмеханобр».

620063, Екатеринбург, ул. Хохрякова, 87.

Cand. Sci. (Eng.), general director of the JSC «Ural Research and Design Institute of Mining Processing, Metallurgy, Chemistry, Standartization» (JSC «Uralmekhanobr»).

620063, Ekaterinburg, Khokhryakova str., 87.

Bulatov_KV@umbr.ruЖуковВ. П.ZhukovV. P.

Доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории окускования и физико-механических испытаний (ОиФМИ), ОАО «Уралмеханобр».

620063, Екатеринбург, ул. Хохрякова, 87.

Dr. Sci. (Eng.), prof., leading researcher of the Laboratory of sintering and physical and mechanical tests (LSPMT), JSC «Uralmekhanobr».

620063, Ekaterinburg, Khokhryakova str., 87.

zhukov.v.p@mail.ruБратыгинЕ. В.BratyginE. V.

Кандидат технических наук, заведующий лабораторией ОиФМИ, ОАО «Уралмеханобр».

620063, Екатеринбург, ул. Хохрякова, 87.

Cand. Sci. (Eng.), chief of Laboratory LSPMT, JSC «Uralmekhanobr».

620063, Ekaterinburg, Khokhryakova str., 87.

bev@umbr.ruТомиловН. A.TomilovN. A.

Инженер лаборатории ОиФМИ, ОАО «Уралмеханобр».

620063, Екатеринбург, ул. Хохрякова, 87.

Engineer of Laboratory LSPMT, JSC «Uralmekhanobr».

620063, Ekaterinburg, Khokhryakova str., 87.

tomilov.n@yahoo.comМеньшиковВ. А.MenshikovV. A.

Кандидат технических наук, инженер кафедры металлургии цветных металлов УрФУ.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19. 

Cand. Sci. (Eng.), engineer of the Department of non-ferrous metallurgy, Ural Federal University n.a. the first president B.N. Eltsin of the Russia.

620002, Ekaterinburg, Mira str., 19.

kvadron@yandex.ruОАО «Уральский научно-исследовательский и проектный институт горного дела, обогащения, металлургии, химии, стандартизации» (ОАО «Уралмеханообр»)РоссияJSC «Ural Research and Design Institute of Mining Processing, Metallurgy, Chemistry, Standartization» (JSC «Uralmekhanobr»)Russian FederationУральский федеральный университет (УрФУ)РоссияUral Federal University n.a. the first president B.N. Eltsin of the RussiaRussian Federation202113062021031523Copyright © Булатов К.В., Жуков В.П., Братыгин Е.В., Томилов Н.A., Меньшиков В.А., 20212021Булатов К.В., Жуков В.П., Братыгин Е.В., Томилов Н.A., Меньшиков В.А.Bulatov K.V., Zhukov V.P., Bratygin E.V., Tomilov N.A., Menshikov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1259

В интервале значений критерия Архимеда 5—60 применительно к условиям работы барботажного агрегата «Победа» методом холодного моделирования исследованы гидрогазодинамические закономерности продувки жидкости газом с помощью боковой фурмы в защитной газовой оболочке. Прозрачный реактор лабораторной установки изготовлен в масштабе 1 : 10. Диаметр цилиндрического сопла фурмы составил 5 мм, толщина кольцевого зазора — 1 мм, угол наклона к горизонту в рабочем положении реактора — 12°. Показано, что взаимодействие воздуха с водой при его избыточном давлении 105 Н/м2 протекает в режиме пульсирующей струи и носит циклический характер с разной амплитудой максимального размера факела и разным временем его достижения. На участке прямолинейного развития струи lmin ≤ l ≥ lmax, в зависимости от значений критерия Архимеда для раздельного и совместного течения газа в оболочке и центральном канале, выявлены динамические границы первичной зоны вблизи сопел. Динамический напор пульсации факела в точках экстремума изменяется в интервале 6,00 • 10-58,26 • 10-4 Па. Получены эмпирические уравнения длин прямолинейного и полного участков развития струи и высоты выбросов жидкости в зависимости от величин критерия Архимеда. Обнаружен промежуточный между кольцевой и цилиндрической погруженными струями слой эжектированной жидкости. При равенстве критериев Архимеда подачи воздуха в оболочку и центральный канал для величин Аrоб = Аrц = 25 на расстоянии 0,0094—0,0116 м от среза сопел сохраняется совместное осевое течение газов. В результате выполненных исследований следует предполагать, что на участке 9—11 см от кладки плавильного агрегата «Победа» взаимодействие кислорода дутья центрального канала двухпроводной фурмы с окружающим расплавом не происходит.

Pobeda furnace operation was studied in the Archimedes criteria range from 5 to 60 using the cold modeling method to determine fluid and gas dynamics of bubbling using a side-blowing gas-protected lance. A transparent reactor of the laboratory setup was made on a scale of 1 : 10. Cylindrical lance nozzle diameter was 5 mm, annular space was 1 mm and angle to the horizontal in the reactor working position was 12°. It is shown that air interaction with water at its excessive pressure of 105 N/m2 occurs in the form of a pulsating stream in a cyclical pattern with the different maximum torch size amplitude and the time required to achieve it. Dynamic borders of the primary near-nozzle zone were determined depending on the Archimedes criterion value for separate and cooperative gas flow through the lance shell and central channel in the stream straight-line development area (lmin ≤ I ≥ lmax). Dynamic head of torch pulsation at extremum points varies in the range of 6,00 • 10-5÷8,26 • 10-4 Pa. Empirical equations for stream length in straight-line and full stream development areas and liquid release height were obtained depending on the Archimedes criterion value. An intermediate layer of ejected liquid was found between circular and cylindrical submerged streams. Cooperative axial gas flow is maintained at identical Archimedes criteria of air supply to the shell and central channel for the values Arsh = Arc = 25 at a distance of 0.0094—0.0116 m from the nozzle edge. As a result of research conducted it should be assumed that there is no interaction of blast oxygen from the central channel of the double -flow lance with surrounding melt at a distance of 9—11 cm from the Pobeda furnace lining.

защитная оболочкакольцевой зазорбоковая фурмакритерий Архемедакритерий Рейнольдсаплавильный агрегат «Победа»цилиндрическое соплокольцевое соплодлина струибрызгообразованиеprotective shellannular spaceside-blowing lanceArchimedes criterionReynolds criterionPobeda furnacecylindrical nozzleannular nozzlestream lengthsplash formationReferencesJiang X., Cui Z., Chen M., Zhao B. Mixing behaviors in the horizontal bath smelting furnaces. Metall. Mater. Trans. B. 2019. Vol. 50 (1). P. 173—180.Jiang X., Cui Z., Chen M., Zhao B. Mixing behaviors in the horizontal bath smelting furnaces. Metall. Mater. Trans. B. 2019. Vol. 50 (1). P. 173—180.Chen L., Hao Z.D., Yang T.Z., Liu W.F., Zhang D.C., Zhang L., Bin S., Bin W.D. А comparison study of the oxygen-rich side blow furnace and the oxygen-rich bottom blow furnace for liquid high lead slag reduction. JOM. 2015. Vol. 67. P. 1123—1129.Chen L., Hao Z.D., Yang T.Z., Liu W.F., Zhang D.C., Zhang L., Bin S., Bin W.D. А comparison study of the oxygen-rich side blow furnace and the oxygen-rich bottom blow furnace for liquid high lead slag reduction. JOM. 2015. Vol. 67. P. 1123—1129.Cui Z., Shen D., Wang Z. New process of copper smelting with oxygen enriched bottom blowing technology. Youse Jinshu, 2010.Cui Z., Shen D., Wang Z. New process of copper smelting with oxygen enriched bottom blowing technology. Youse Jinshu, 2010.Wang Q.M., Guo X.Y., Wang S.S., Liao L.L., Tian Q.H. Multiphase equilibrium modeling of oxygen bottom-blown copper smelting process. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2017 Vol. 27. P. 2503—2511.Wang Q.M., Guo X.Y., Wang S.S., Liao L.L., Tian Q.H. Multiphase equilibrium modeling of oxygen bottom-blown copper smelting process. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2017 Vol. 27. P. 2503—2511.Zhao B., Cui. Z., Wang Z.A. New copper smelting technology bottom blown oxygen furnace developed at dongying fangyuan nonferrous metals. In: Mater. 4-th Intern. Symp. on high temperature. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons. Inc., 2013. P. 1—10.Zhao B., Cui. Z., Wang Z.A. New copper smelting technology bottom blown oxygen furnace developed at dongying fangyuan nonferrous metals. In: Mater. 4-th Intern. Symp. on high temperature. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons. Inc., 2013. P. 1—10.Yan H.J., Liu F.K., Zhang Z.Y., Gao Q., Liu L., Cui Z.X., Shen D.B. Influence of lance arrangement on bottomblowing bath smelting process. Chin. J. Nonferr. Met. 2012. Vol. 22. P. 2393—2400.Yan H.J., Liu F.K., Zhang Z.Y., Gao Q., Liu L., Cui Z.X., Shen D.B. Influence of lance arrangement on bottomblowing bath smelting process. Chin. J. Nonferr. Met. 2012. Vol. 22. P. 2393—2400.Jiang X., Cui Z., Chen M., Zhao B. Study of plume eye in the copper bottom-blown smelting furnace. Metall. Mater. Trans. B. 2019. P. 765—778.Jiang X., Cui Z., Chen M., Zhao B. Study of plume eye in the copper bottom-blown smelting furnace. Metall. Mater. Trans. B. 2019. P. 765—778.Shui L., Cui Z.X., Ma X.D., Rhamdhani M.A., Nguyen A.V., Zhao B.J. Mixing phenomena in a bottom blown copper smelter: A Water Model Study. Metall. Mater. Trans. B. 2015. Vol. 46 B. P. 1218—1225.Shui L., Cui Z.X., Ma X.D., Rhamdhani M.A., Nguyen A.V., Zhao B.J. Mixing phenomena in a bottom blown copper smelter: A Water Model Study. Metall. Mater. Trans. B. 2015. Vol. 46 B. P. 1218—1225.Shui L., Cui Z.X., Ma X.D., Rhamdhani M.A., Nguyen A.V., Zhao, B.J. Understanding of bath surface wave in bottom blown copper smelting furnace. Metall. Mater. Trans. B. 2016. Vol. 47B. P. 135—143.Shui L., Cui Z.X., Ma X.D., Rhamdhani M.A., Nguyen A.V., Zhao, B.J. Understanding of bath surface wave in bottom blown copper smelting furnace. Metall. Mater. Trans. B. 2016. Vol. 47B. P. 135—143.Shao P., Jiang L. Flow and mixing behavior in a new bottom blown copper smelting furnace. URL: www.mdpi.com/1422-0067/20/22/5757/ (accessed: 11.11. 2019).Shao P., Jiang L. Flow and mixing behavior in a new bottom blown copper smelting furnace. URL: www.mdpi.com/1422-0067/20/22/5757/ (accessed: 11.11. 2019).Shui L., Cui Z., Ma X., Jiang X., Chen M., Xiang Y., Zhao B. A water model study on mixing behavior of the two-layered bath in bottom-blown copper smelting furnace. JOM. 2018. Vol. 70 (10). P. 2065—2070.Shui L., Cui Z., Ma X., Jiang X., Chen M., Xiang Y., Zhao B. A water model study on mixing behavior of the two-layered bath in bottom-blown copper smelting furnace. JOM. 2018. Vol. 70 (10). P. 2065—2070.Булатов К.В., Скопов Г.В., Скопин Д.Ю., Якорнов С.А. Переработка полиметаллических концентратов в плавильном агрегате «Победа» ООО «Медногорский медно-серный комбинат». Цветные металлы. 2014. No. 10. С. 39—45.Bulatov K.V., Skopov G.V., Skopin D.Yu., Yakornov S.A. Processing of polymetallic concentrates in melting facility «Pobeda» (LLC Mednogorsk copper-sulfur combine). Tsvetnye Metally. 2014. No. 10. P. 39—45 (In Russ.).Булатов К.В., Якорнов С.А., Ибрагимов А.Ф., Исхаков И.И. Промышленные испытания технологии плавки сульфидного медного концентрата в плавильном агрегате «Победа» на кислородном дутье с использованием донных фурм. Металлург. 2020. No. 8. С. 36—40.Bulatov K.V., Yakornov S.A., Ibragimov A.F., Iskhakov I.I. Industrial tests of sulphide copper concentrate melting in smelter «Pobeda» on oxygen blow using botton tuyeres. Metallurg. 2020. No. 8. P. 36—40 (In Russ.).Булатов К.В., Харитиди Г.П., Закирничный В.Н., Скопов Г.В. Технологические возможности металлурической переработки промпродуктов обогащения полиметаллических руд. Цветные металлы. 2019. No. 8. С. 85—90.Bulatov K.V., Kharitidi G.P., Zakirnichnyi V.N., Skopov G.V. Capability metallurgical processing of intermediate products for the processing of polymetallic ores. Tsvetnye Metally. 2019. No. 8. P. 85—90 (In Russ.).Король Ю.А., Набойченко С.С. Расчет фурм в защитной оболочке для конвертирования никелевых и медных штейнов: рекомендации по ее применению. Цветные металлы. 2018. No. 5. С. 31—40.Korol Yu.A., Naboichenko S.S. Calculation of tuyeres in a protective shell for converting Nickel and copper matte: recommendations for its use. Tsvetnye Metally. 2014. No. 5. P. 31—40 (In Russ.).Король Ю.А., Набойченко С.С., Гуляев С.В. Практика применения фурмы в защитной оболочке при конвертировании. Цветные металлы. 2018. No. 7. С. 46—50.Korol Yu.A., Naboichenko S.S., Gulyaev S.V. Practice of using the form in a protective shell when converting. Tsvetnye Metally. 2018. No. 7. P. 46—50 (In Russ.).Шалыгин Л.М. Конвертерный передел в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1965.Chalygin L.M. Converter conversion in non-ferrous metallurgy. Moseow: Metallyrgiya, 1965 (In Russ.).Жуков В.П., Скопов Г.В., Холод С.И. Пирометаллургия меди. Екатеринбург: АХУ УрО РАН, 2016.Zhukov V.P., Skopov G.V., Kholod S.I. Pyrometallurgy of copper. Ekaterinburg: AKhU UrO RAN, 2016 (In Russ.).Сурин В.А., Назаров Ю.Н. Массо- и теплообмен, гидрогазодинамика металлургической ванны. М.: Металлургия, 1993.Surin V.A., Nazarov Y.N. Mass and heat transfer, hydrogas dynamics of a metallurgical bath. Moseow: Metallyrgiya, 1993 (In Russ.).Давидсон В.Е. Элементы технологической гидрогазодинамики. Днепропетровск: ДГУ, 1987.Davidson V.E. Elements of technological hydro-gas dynamics. Dnepropetrovsk: DGU, 1987 (In Russ.).Григулецкий В.Г., Савельев Ю.П. Коэффициенты сопротивления при течении турбулентного потока вязкой жидкости в кольцевом зазоре двух соосных цилиндрических труб. Науч.-техн. ведомости СПбГПУ. 2017. Т. 23. No. 1. С. 82—89. DOI: 10.18721.Griguletskii V.G., Savel'ev Yu.P. Resistance coefficients for the flow of a turbulent flow of a viscous liquid in the ring gap of two coaxial cylindrical pipes. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU. 2017. Vol. 23. No. 1. P. 82—89 (In Russ.).Свойства веществ: Справочник. Под. ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. СПб: ГАХТ, 1999.Property of substance: Handbook. Ed. S.N. Bogdanov. Saint-Petersburg: GAKhT, 1999 (In Russ.).Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.: Химия, 1974.Berd R., St'yuart E., Laitfoot E. Transfer phenomenon. Mosсow: Khimiya, 1974 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.