数字化与智能化技术在湿法冶金强化搅拌工艺研发中的应用

搅拌是湿法工艺中的重要操作单元,直接关系到浸出净化效率及产品综合能耗。反应器内浸出、净化过程包括固液气多相传热传质和复杂化学反应的强非线性过程,内部流场特性的定量信息难以直接测量,且强化搅拌技术的研发缺乏系统的理论指导。从搅拌方式、搅拌效果的衡量指标以及搅拌在现代工程中的应用三个角度出发,梳理了强化搅拌这一重要研究方向的最新进展,并概述了数字化、智能化技术在强化搅拌理论及技术研发过程中的广泛应用与广阔前景。

铝/钛异种金属超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺试验研究

搅拌摩擦焊在铝/钛异种金属焊接方面具有明显优势,但采用常规搅拌摩擦焊进行铝/钛异种金属焊接时,在焊缝根部仍易产生弱连接缺陷。为此,采用超声振动强化搅拌摩擦焊接新工艺进行了4mm厚的2024铝合金与TC4钛合金的焊接工艺试验,焊后进行了接头微观组织与力学性能分析。通过与常规搅拌摩擦焊接工艺进行对比,发现辅加超声振动能够改善铝/钛异种金属搅拌摩擦焊缝表面成形,降低接头根部弱连接缺陷的高度,减少接头金属间化合物的生成。在搅拌头转速为400r/min,焊接速度为45mm/min时,接头的抗拉强度可达到343.3MPa,相比于常规搅拌摩擦焊提升18.9%,达到铝合金母材强度的76.2%。研究证实了超声振动强化搅拌摩擦焊接新工艺在铝/钛异种金属焊接方面的优势,为提高铝/钛异种金属的焊接质量提供了新的技术手段。

底吹熔池氧枪排布对气体振荡射流强化搅拌效果的定量评价

为阐明底吹熔池气体射流振荡强化搅拌机制,提出了基于Betti数来定量表征底吹气体振荡射流强化搅拌效果的新途径,并以此为评价标准提出底吹炉氧枪排布的优化方案。首先,基于正交试验理论,设计了多水平因子水模型实验方案;其次,运用摄像设备捕捉了19组底吹水模型容器内气液流态演化过程的连续图片,通过图像处理技术得到连续流态图片的Betti数;最后,通过Betti数的分布规律来实现不同工况下气体射流振荡搅拌效果的差异化表征。结果表明:在单排氧枪排布方式下,在0°~14°范围枪倾角越大,射流产生气泡数量越多,分布更为均匀;在双排氧枪排布方式下,非对称喷吹的射流振荡搅拌效果明显更好,且采用0°与7°倾角的特征数值更为理想。

超声振动对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能的影响

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊对第三代2195-T6铝锂合金进行焊接,研究超声振动对接头显微组织与力学性能的影响。研究表明,超声振动强化搅拌摩擦焊能够增强塑性材料流动,进而抑制焊接缺陷,提高无缺陷接头的临界焊接速度。在保证接头抗拉强度达到母材75%的条件下,超声振动强化搅拌摩擦焊的焊接速度和效率均高于常规搅拌摩擦焊。施加超声振动能够大幅提升较高焊接速度条件下的接头力学性能。超声振动强化搅拌摩擦焊接头的极限抗拉强度为449.5 MPa,达到母材的83.1%。超声振动强化搅拌摩擦焊接能够在保证接头质量的前提下提升临界焊接速度和焊接效率。

穿流型搅拌器开孔位置的数值模拟

为进一步降低能耗,确定开孔位置对穿流型搅拌器的搅拌效果的影响,在相同的开孔尺寸及开孔率条件下,对八种不同开孔位置的穿流型搅拌器的搅拌流场和功率特性在液-液相条件下对相应搅拌进行了数值模拟.模拟过程中,开孔位置分为近端、中间和远端三种类型,均匀分布在对应的位置;整个搅拌釜分为动静区域,将搅拌轴、搅拌器及其周边区域都设为动区域,剩余区域为静区域进行模型简化处理,基于四面体网格对模型进行网格划分,选用标准k-ε湍流模型,采用多重参考系模型求解稳态下的搅拌流场.根据模拟结果及相关数据得出,穿流型搅拌器与普通搅拌器比较,可在更低的功耗下获得更大的速度梯度和更明显的涡流效应,有效强化搅拌;开孔位置在远端的穿流型搅拌器在相同转速下扭矩最小,功耗最低;开孔位置离搅拌轴越远,功耗下降越明显,且在一定转速范围内,搅拌转速越高,效果越明显.

某高结合率土质氧化铜矿石强化浸出试验研究

对云南某黏土质氧化铜矿进行了浸出试验研究,试验结合不同粒级矿石的可浸性能差异,对矿石进行分级强化浸出。+0.074mm添加强化浸出剂ED-1搅拌浸出,-0.074mm加温80℃搅拌浸出。通过搅拌浸出条件试验,确定最佳浸出参数,最佳条件下铜综合浸出率81.93%,吨铜综合酸耗13.86t,铜浸出率较现有常温浸出工艺有了大幅提升。

H-M协同强化PVAc乳液合成工艺的研究

利用水力空化与机械搅拌(H-M)协同强化技术,强化聚乙酸乙烯酯乳液合成工艺,提高了乳液固含量,制备了综合性能优良的均聚乙酸乙烯酯乳液,同时根据H-M协同强化技术原理设计了H-M协同强化聚乙酸乙烯酯乳液合成设备示意图。通过单因素试验和响应面试验优化聚合工艺。H-M协同强化聚乙酸乙烯酯乳液合成工艺,优化条件为,m(PVA)=5. 4%VAc、m(10%过硫酸铵)=12%VAc、m(VAc)=100 g、m(H2O)=50%~65%VAc、m(10%碳酸氢钠溶液)=2%VAc、H-M复合强化转速756 r/min、H-M复合强化压力0. 082 MPa、H-M复合强化时间19. 5 min,固含量达到65. 67%。H-M协同强化聚乙酸乙烯酯乳液综合性能优良。

双侧吹气-渣-锍多相流流型演化特性的数值模拟

利用VOF耦合Realizable k-ε湍流模型对双侧吹多相流流型演化进行了数值模拟研究。分析了双侧吹多相流的流型演化过程,气-渣-锍三相间混合最终达到“动态平衡”。确定了平均湍动能和平均气含率方差在表征熔体混合均匀度上具有一致性,同时以平均湍动能和气含率方差为指标,研究了侧吹氧枪直径和倾角对熔体流型演化的影响。结果表明,在一定气量下,氧枪直径决定气流速度,当直径为30 mm时熔池内部搅拌效果较好。氧枪倾斜向下10°和15°时,相较于0°的平均气含率方差和平均湍动能分别降低了24%和提高了8%。

机械搅拌驱动下固液混沌混合特性数值模拟

混沌搅拌对于理解复杂系统行为、改善混合过程的效率和质量以及推动科学和技术的发展具有重要意义。通过数值模拟计算,从搅拌迹线和流场揭示了混沌搅拌的搅拌效果优于普通匀速搅拌。通过流场迹线分析,得出混沌搅拌强化搅拌效果的根本原因是混沌搅拌打破了搅拌的隔离死区。同时混沌搅拌所产生的整个流场的紊乱程度要远远大于普通匀速搅拌。

拉么铜锌多金属矿石快速优先浮选研究及实践

多金属矿石中矿物种类繁多,嵌布关系复杂,矿石品位波动大。采用快速优先浮选直接得出优质铜精矿,有利于降低铜精矿含杂和提高回收率。