Исследование 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 оболочке

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 l_min ≤ l ≥ l_max, 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 Аr_об = Аr_ц = 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.

1. 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.

2. 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.

3. Cui Z., Shen D., Wang Z. New process of copper smelting with oxygen enriched bottom blowing technology. Youse Jinshu, 2010.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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).

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Шалыгин Л.М. Конвертерный передел в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1965.

18. Жуков В.П., Скопов Г.В., Холод С.И. Пирометаллургия меди. Екатеринбург: АХУ УрО РАН, 2016.

19. Сурин В.А., Назаров Ю.Н. Массо- и теплообмен, гидрогазодинамика металлургической ванны. М.: Металлургия, 1993.

20. Давидсон В.Е. Элементы технологической гидрогазодинамики. Днепропетровск: ДГУ, 1987.

21. 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.

22. Свойства веществ: Справочник. Под. ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. СПб: ГАХТ, 1999.

23. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.: Химия, 1974.