铜闪速熔炼多相流模型化研究进展

铜闪速熔炼具有高处理量、高富氧浓度、高冶炼效率和低环境污染的优势,已在世界范围内广泛推广应用,深入研究闪速熔炼过程中的物理化学现象和原理具有重要意义。然而,闪速炉内多相流间相互作用及熔炼动力学行为受到多方面因素的共同影响,仅依靠生产经验、试验观测和理论分析难以全面解析炉内多相流传质传热过程、获取流体流动特性、揭示气固多相流相互作用规律,阻碍了闪速炉冶炼效能的进一步提升。当下计算流体力学数值模拟发展迅速,正为预测和分析闪速炉内多相流问题提供了高效、准确、直观的帮助。本文在介绍铜闪速炉结构、冶炼原理、理论模型的基础上,阐述了近年来铜闪速熔炼动力学反应机理、炉内流动特性方面模型化的研究成果及发展趋势,全面综述了铜闪速炉在喷嘴、沉淀池、上升烟道、锅炉优化方面的研究成果,为闪速炉生产优化及设计改进提供指导。

铜污酸中铼的分离提取研究进展

铼是一种战略性金属,在军工、航天及航空领域具有重要的地位,由于其独特的性质成为了航空航天发动机中不可或缺的材料.铼金属几乎没有独立矿床,其资源主要伴生于铜、钼等金属矿中.铜矿中铼资源经过铜冶炼工序后富集到废弃的污酸当中,从污酸中回收铼成为铼冶金的重要研究内容.本文综述了污酸中铼提取的主要技术难点,对现有的分离提取方法进行了阐述及对比,主要包括化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、吸附法等,分析了各技术现阶段存在的问题,为污酸中铼的分离提取技术发展提供参考.最后展望未来,污酸中铼的分离提取应向绿色环保、短流程、高选择性的方向发展.

砷铅高杂铜锍富氧强化吹炼机理研究及工艺优化

砷铜锍(Cu_(3)As)、铅铜锍(Cu_(2)S、PbS)是粗铅精炼除铜渣熔炼副产物,属于毒性危险废物。本文提出富氧底吹强化吹炼法处理砷铜锍、铅铜锍,富集回收Cu和分离脱除Pb、As。通过热力学计算,阐明了Cu、Pb、As吹炼反应机理及元素物相演变规律,确定吹炼优化条件,并开展工业生产。结果表明:1250℃下,砷铜锍、铅铜锍富氧底吹强化吹炼经氧化、还原两阶段产出粗铜、吹炼渣及烟气。粗铜中Cu、As含量(质量分数)分别为93.94%、3.85%;原料中60.42%Cu富集至粗铜,27.43%Cu损失于吹炼渣;Pb在吹炼渣、烟气的分配率分别达到82.77%、17.22%;As在烟气和吹炼渣的分配率达89.46%。砷铜锍、铅铜锍富氧底吹强化吹炼实现了Cu向粗铜中定向富集,并将Pb、As脱除至吹炼渣和烟气,可用于含砷复杂资源高效处理。

焙砂超浸强化硫脲浸金研究

以焙砂为原料,首先经过酸洗预处理去除砷等有害元素,并减少杂质含量,降低硫脲消耗,考察硫酸质量浓度对砷、铁、铜、锌浸出率的影响,并对酸洗后的矿相转化行为进行了分析;同时,开展超浸与常规酸性硫脲体系浸金效果的对比研究。结果表明:酸洗预处理可有效脱除有害元素砷,最优条件下,砷、铁、铜、锌浸出率分别为96.3%、0.5%、22.7%、7.6%;超浸可降低颗粒粒径,强化反应动力,实现包裹金的深度解离,有效提高金浸出率。常规酸性硫脲体系金浸出率仅为54.6%,采用超浸工艺反应10 min,金浸出率达到84.6%,可实现金的高效浸出。

氧气底吹铜熔炼渣中多组元造渣行为及渣型优化

通过分析氧气底吹铜熔炼过程产生的铁硅型工业铜渣中SiO2、Fe、S、Cu、CaO等组元含量变化趋势,结合冶金过程原理,研究上述各组元造渣行为及组元含量相互间的映射关系,并进行渣型优化。结果表明：SiO2、Fe、S、Cu及CaO等组元的造渣行为具有相互关联性,且各组元与Cu造渣行为的关联性由强到弱的顺序依次为S、m（Fe）/m（SiO2）、SiO2、Fe。同时,SiO2和Fe含量对Cu含量的耦合作用较明显,随SiO2含量升高,Fe含量降低,Cu含量呈降低趋势。通过渣型优化,渣中SiO2含量为26.5%~28%、Fe含量为38.5%~40%（质量分数）,该渣型的流动性较好,理论上底吹熔炼渣含Cu可降低到2.5%（质量分数）以下。

氧气底吹炼铜机理（英文）

氧气底吹炉是一种类似诺兰达炉的卧式旋转反应器,但富氧空气从炉体底部喷入熔体。通过分析底吹熔炼特性,提出了氧气底吹炼铜机理。在机理模型中,底吹炉内由上到下分成7个功能层,分别是烟气层、矿料分解过渡层、渣层、造渣过渡层、造锍过渡层、弱氧化层和强氧化层;沿轴线方向分成3个功能区,分别是反应区、分离过渡区、液相澄清区。模型中所有的层和区分别具有不同的作用。氧气底吹熔炼过程处于非稳态的近似多相平衡状态,且炉内不同空间位点的氧势、硫势呈梯度变化;通过合理控制不同层、区的氧势、硫势,可进一步提高氧气底吹炉的熔炼能力。

氧气底吹炼铜多组元造锍行为及组元含量的映射关系

通过分析氧气底吹炼铜过程产生的高品位铜锍中Cu、Fe、S、Si O2等组元含量变化趋势,结合冶金过程原理,研究上述各组元造锍行为及组元含量间的映射关系。结果表明:Cu、Fe、S、Si O2等组元在铜锍中的造锍行为具有相互关联性,其中Cu、Fe、S相互之间的关联性较强,Cu-Fe、Cu-S、Fe-S含量之间线性相关系数R2分别为0.96、0.89、0.79,但Si O2与Cu、Fe、S之间的关联性较弱。构造了Cu、Fe、S组元含量复合映射模型,该复合模型预测精确度高于单因素模型的预测精确度,可为生产过程中高品位铜锍多组元含量的精细调控,及熔炼-吹炼过程热量精确分配提供指导。

凸肩叶片接触状态的非线性动力学研究

针对航空发动机凸肩叶片系统的运动特点 ,将其简化为单自由度系统进行了分析 ,推导出该系统的李雅谱诺夫指数的计算公式。虽然接触面上的正压力作谐波变化 ,系统的李雅谱诺夫指数均不大于零 ,其稳态响应只有周期或拟周期运动 ,不会出现混沌。同时数值计算也表明 ,系统的稳态响应是周期或拟周期运动 ,而且出现 (v-1 )的次谐波成分 。

单晶硅化学气相沉积反应器流场初探

对单晶硅化学气相沉积（ＣＶＤ）反应器在沉积过程中的流场进行了初步分析．通过数值求解三维层流 Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，研究了反应器内浮力效应所引起的流场对称性破坏．结果表明，由于存在浮力效应，轴对称 几何体中也会发生非轴对称流场分布，从而影响单晶硅的均匀生长．

凸肩接触面光滑滑动时叶盘系统动力学特性分析

利用带罚函数固定界面模态综合技术，结合系统的准循环特点，对航空发动机中带凸肩叶片／轮盘系统在凸肩接触面光滑条件下的振动特性进行了分析和计算．该方法在确保计算精度的前提下显著地降低了求解的规模．

铜富氧底吹熔池熔炼过程机理及多相界面行为

通过深入分析铜富氧底吹熔池熔炼过程,结合铜冶金过程相关理论,构建了底吹熔炼体系机理模型.该模型在反应区沿纵向分为7个功能层,分别为烟气层、矿料分解过渡层、渣层、造渣过渡层、造锍过渡层、弱氧化层和强氧化层;炉内沿横向分为反应区、分离过渡区和液相澄清区3个功能区;各层/区分别承担不同的功能,构成一个有机整体,在熔体流场作用下,体系中多相多组元如CuFeS2、FeS2、Cu2S、FeS、2FeO·SiO2、Cu2O、FeO、Fe3O4、SO2、H2O、N2、S2等因物化性质差异,通过层/区间的界面进行快速传质行为;底吹熔炼体系处于动态的非稳态相平衡状态,氧势-硫势在炉内纵向及横向方向上均有梯度变化,通过合理控制不同层/区的氧势-硫势大小,可强化反应过程,进一步提升底吹炉熔炼能力.

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

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。

带干摩擦阻尼结构叶/盘系统动力学分析

本文对叶轮机等动力机械中带干摩擦阻尼结构的减振机理进行了研究 ,并对带此结构的叶 /盘系统的响应特性作了深入的理论分析与数值计算。采用谐波平衡法对此系统的非线性动力学特性进行线性简化 ,建立此系统的等效刚度及等效阻尼。在有限元数值分析中导出系统的响应特性计算方法 ,并藉助于 ANSYS软件对某型涡轮风扇发动机的带凸肩风扇转子及某型涡轮喷气发动机带拉筋涡轮转子为分析实例。由不同的干摩擦阻尼下系统的幅频特性族曲线可导出阻尼的临界值 ,并导出干摩擦阻尼接触面正压力优化的概念。

高碳铬铁制备氢氧化铬的研究

以高碳铬铁合金粉为原料,经过硫酸高温搅拌浸出,通过草酸除铁法除铁后得到含杂质量低的硫酸铬溶液,然后用碳酸氢铵调节硫酸铬溶液pH得到氢氧化铬沉淀。研究了溶液中铬离子浓度、反应温度、pH以及各种添加剂对铬(Ⅲ)的沉淀回收率及氢氧化铬沉淀过滤性的影响。通过实验得到溶液中铬(Ⅲ)回收的最佳条件:反应温度为85℃、溶液中铬(Ⅲ)质量浓度为10 g/L、pH=6.5、搅拌强度为200 r/min。在此条件下铬(Ⅲ)的回收率高达99%,并且氢氧化铬沉淀具有较好的过滤性,滤液中铬质量浓度达0.001 5 g/L,完全可达到国家排放标准,具有一定的工业实用价值。

氧气底吹炼铜模拟软件SKSSIM开发与应用

基于Gibbs自由能最小原理和氧气底吹炼铜工艺特性建立多相平衡热力学模型,设计针对该模型的改进粒子群求解算法,并对氧气底吹炼铜计算机模拟软件(SKSSIM)进行开发.模拟计算氧气底吹炼铜稳定工况下元素分配行为,并与实际生产数据相对比.结果表明:铜锍中Cu,Fe,S,Si O2含量计算值与生产数据的相对误差分别为0.65%,13.04%,0.79%,39.22%;炉渣中Cu,Fe,S,Si O2含量计算值与生产数据的相对误差分别为7.28%,1.20%,15.12%,0.24%;As在三相(冰铜、炉渣、气相)中的分配系数分别为0.062、0.110、0.828;Sb的分配系数分别为0.125、0.723、0.152;Bi的分配系数分别为0.188、0.113、0.700;Pb的分配系数分别为0.567、0.234、0.199;Zn的分配系数分别为0.173、0.665、0.162,证明了模拟软件的可靠性,并具有一定的实际应用价值.

脊柱侧弯应用PRSS矫正过程中的力学性能研究

[目的]脊柱侧弯时椎体和椎间盘出现凹侧低、凸侧高的楔形变,造成两侧的不对称应力;而在应用PRSS侧推矫形后不对称应力相应减少。本实验用模型实验方法研究PRSS矫正脊柱侧弯过程中的力学行为。[方法]椎体模型选择铝材,椎间盘及韧带模型材料选择聚碳酸脂,建立5个椎体、4个椎间盘的脊柱模型并模拟轻度侧弯情况,分别取纵向载荷为0kg、5kg、10kg、15kg、20kg,横向载荷分别为0kg、3kg、6kg、9kg、12kg。按原型矫正过程的载荷,进行加载试验,利用光弹性法及应变电测法测量了模型应力。利用有限元ANSYS软件模拟并验证实验的可靠性。[结果]脊柱受矫正力后,脊柱处于纵向力和横向力的联合作用状态,界面法向应力分布明显改变,凸侧的法向压应力增加,凹侧的压应力降低并可转变为拉应力。拉应力值与矫正力成正比关系。在一定的矫正力作用下,模型凹侧压应力值逐渐减小,直至出现拉应力,而凸侧依然是压应力,并且应力值比施加矫正力前更大。[结论]脊柱侧弯应用PRSS矫正过程中,随着矫正力的增加,凸侧的压应力增大,同时凹侧的压应力迅速减小并可产生拉应力,这样可促进凹侧骨的生长,抑制凸侧骨的生长,使脊柱生长变直,从而达到矫正脊柱侧弯的目的。

推进剂贮箱金属膜片的变形模拟及参数分析

航天推进剂金属膜片贮箱是航天运载器的重要部件,贮箱膜片能否有效稳定地翻转是影响贮箱性能的关键因素。使用MSC.marc软件,采用大变形弹塑性有限元法对膜片的翻转变形过程进行模拟,并分析其翻转失效状态及翻转失效原因,总结出膜片各参数对翻转效果的影响,为金属膜片的设计及控制膜片的失效提供参考依据。

线性热反馈控制的两变量放热化学模型的非线性分析

研究了具有平方自催化反应机制的两变量放热化学反应模型．在所研究的模型中加入了一个线性热反馈装置，通过这个内部的装置来调节反应物的浓度，控制反应的进行．研究结果表明，线性热反馈装置可以控制化学振荡的产生．浓度和热反馈控制之间的关系对反应历程具有决定作用．ｍ０相同，控制温度θｃ取值不同时，获得相同的化学状态所需要的增益系数ｍ１是不同的．适当的选择控制温度和增益系数，可使化学反应在预定的条件下进行，消除化工生产中不希望出现的极限环现象．

基于神经网络的蜂窝夹芯等效弹性参数的预测

针对Gibson公式计算蜂窝夹芯面内等效弹性参数的不足,通过考虑蜂窝夹芯宏观尺度对等效弹性参数的影响,利用贝叶斯正则化神经网络,并结合正交试验和有限元方法,建立了4个主要影响因素与蜂窝夹芯等效弹性参数之间非线性映射关系的神经网络模型,采用BP神经网络成功实现了对蜂窝夹芯等效弹性参数的预测。对于无限宽度蜂窝夹芯,仿真结果与Gibson公式计算结果一致,而对于有限宽度蜂窝夹芯,通过与铝质蜂窝夹芯压缩实验结果进行比较,采用神经网络方法得到的结果与实测结果吻合更好,证实了该方法的有效性和准确性。

熔渣中金属液滴沉降过程流体力学模拟

建立熔炼渣中金属液滴沉降过程的数学模型,研究不同粘性模型下金属/熔渣界面张力对液滴沉降速度以及拖曳力的影响。结果表明:对于较小直径的液滴,Laminar模型和RNG k-ε湍流模型能够准确预测液滴最终沉降速度;界面张力对液滴沉降速度有影响,且影响作用随着液滴尺寸增大而逐渐增大;“RNG+CSS”模型可以准确描述液滴沉降过程和液滴沉降速度的变化。结合数学模型和实验数据,推导出耦合界面张力作用下拖曳力系数计算公式。该模型揭示熔炼渣中金属液滴沉降过程机理,为实际生产中降低渣中有价金属含量提供理论指导。