废杂铜冶炼过程温度及压力测量关键技术研究

论文摘要

在经济快速发展的今天,铜的需求日益增长,但是地球上的铜矿资源十分有限,因此废杂铜冶炼技术的发展显得尤为重要。在废杂铜冶炼过程中,炉膛温度场及炉膛压力对环保精炼炉的寿命以及铜品质影响极大,只有知道炉膛的确切温度分布,才能很好的控制铜品质,然而到目前为止,在实际生活中对炉膛温度场进行实时在线检测技术还很不成熟。本文针对这一急需解决的实际问题,尝试利用计算机仿真技术,以二重数值仿真方法解决离线数值仿真结果向在线动态仿真过程的移植问题,实现对炉内温度场的实时动态显示,有效地实现了炉内工况的监测与诊断。通过建立炉膛压力测量回路的信号处理模型,分析和研究了炉膛压力测量信号采集处理时减少系统波动的办法,并用仿真方法验证了该处理模型的优点和合理性。本文的主要工作如下：1)本文对废杂铜冶炼过程中的温度场、压力场、速度场等多场耦合数值方法进行了阐述,应用k-ε双方程气相湍流模型、热通量法辐射换热模型等多种模型建立计算的数学模型以及多块非均匀结构化网格划分技术对环保精炼炉建立物理模型。2)本文对炉膛温度场的二重数值仿真计算方法进行了详细论述与推导,应用二重仿真方法对炉膛内的温度场进行了计算。在运行工况变化不是很大的情况下,通过将炉内温度场分布直接与操作参数相关联,通过将操作参数对炉内温度场的影响进行线性化处理,从而得到温度场与操作参数的线性关系式,实现对炉内温度场的实时动态显示。3)本文提出了炉膛压力测量回路的信号处理模型,对如何进行压力测量信号的采集处理以减少系统波动的方法进行了详细的分析。从仿真结果来看,此模型完全可以满足环保精炼炉炉膛压力控制的工艺要求。本文的研究表明,采用合适的数学模型和计算方法,进行环保精炼炉炉内过程的数值模拟是可行的,对炉膛内温度场、压力场、速度场的分布特性的模拟是合理的,反应了实际的炉内流动、传热过程,本文的研究结果,对优化生产过程操作参数,使环保精炼炉实现高效安全、稳定运行具有重要的理论与实践意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 主要研究内容及论文构成
• 第二章 总体方案
• 2.1 环保精炼炉生产过程分析
• 2.1.1 环保精炼炉生产工艺
• 2.1.2 环保精炼炉炉况的重要性
• 2.1.3 环保精炼炉内的信息关系分析
• 2.2 环保精炼炉温度场建模和压力检测方案
• 2.2.1 温度场仿真
• 2.2.2 压力检测及其信号处理方案
• 2.3 小结
• 第三章 温度场动态仿真
• 3.1 计算机仿真技术
• 3.1.1 仿真技术简介
• 3.1.2 仿真建模方法
• 3.1.3 仿真技术在冶炼中的应用
• 3.2 多场耦合数值计算法的研究与发展
• 3.2.1 模型的研究
• 3.2.2 伪扩散的研究
• 3.2.3 网格体系的研究
• 3.3 炉内温度场二重仿真方法
• 3.3.1 二重仿真方法的基本概念
• 3.3.2 二重仿真方法的基本步骤
• 3.4 炉内过程数值模拟数学模型
• 3.4.1 气相湍流流动模型
• 3.4.2 辐射换热模型
• 3.5 模型建立的基本步骤
• 3.6 物理模型及其网格划分
• 3.7 边界条件
• 3.7.1 炉膛入口边界条件
• 3.7.2 炉膛出口边界条件
• 3.7.3 炉壁边界条件
• 3.7.4 仿真计算工况的确定
• 3.8 仿真结果及分析
• 3.9 温度场动态仿真的数值计算
• 3.10 炉内工况的监测与诊断
• 3.11 小结
• 第四章 压力检测及其信号处理
• 4.1 炉膛压力检测
• 4.1.1 压力测量系统
• 4.1.2 压力测量仪器选型
• 4.1.3 防堵取样装置
• 4.2 炉膛压力测量信号的处理
• 4.2.1 对炉膛压力测量信号的波动进行滤波
• 4.2.2 对输入偏差信号的幅度补偿
• 4.3 仿真结果
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢