《铜闪速熔炼仿真实验》指导书

一、实验目的

(1) 培养学生自主设计实验方案的能力；

(2) 培养学生独立分析解决闪速熔炼过程相关问题的能力；

(3) 通过计算机仿真实验，深入了解铜闪速熔炼过程的基本原理；

(4) 通过仿真实验，了解铜闪速熔炼工艺过程；

(5) 考察铜闪速熔炼工艺参数变化时输出曲线的变化情况，并结合基本原理分析其原因；

(6) 根据仿真实验结果及数据处理，总结闪速熔炼工艺内在规律。

二、实验原理

闪速熔炼是一种强化冶金过程，是将粉状精矿（含水小于0.3 % ) 在喷嘴中与氧气或空气和重油一起混合后，以高速喷入高温的反应塔中，精矿在反应塔中瞬间完成精矿分解、氧化、造锍、造渣反应，反应生成的高温熔体混合相落入沉淀池内，借助锍与渣的密度差异沉降分相，最终形成烟气、炉渣、铜锍（或镍锍）三相共存状态。因此闪速熔炼过程可以近似的看作达到平衡态。

铜闪速熔炼是一个高温、多相反应过程，操作变量多、变量间交互耦合效应复杂，在实验室中无法实现整个过程的实际操作，只能通过仿真实验来描述整个过程。基于最小自由能原理，采用Rand 算法，研究建立了铜闪速熔炼多相平衡数学模型，我校自主研发了OMS 铜闪速熔炼工艺过程动态仿真子系统，并将研究成果应用于教学实验，该仿真软件能够动态、定量地描述铜闪速熔炼过程，改变了过去在实验室无法实现的历史。

三、实验内容

1、依据铜闪速熔炼工艺过程，掌握铜闪速熔炼过程动态仿真系统操作步骤；

2、利用铜闪速熔炼动态仿真系统，考察混合铜精矿投料量、熔剂率、富氧浓度、吨矿氧量和温度等工艺参数与铜锍品位、渣含铜、渣含Fe₃O₄ 和铜锍含Fe₃O₄、烟气体积、烟气SO₂浓度、铁硅比等目标变量的关系。

四、实验工艺参数

1、混合铜精矿投料量：120~160t/h

2、熔剂率：7 ~19 %

3、熔剂SiO₂含量：80~96 %

4、风量：55000~65000 Nm³ / h

5、富氧浓度：30~80%

6、温度：1473 ~1523 K

五、实验步骤

1、将混合铜精矿投料量、熔剂率、富氧浓度、吨矿氧和温度等工艺参数输入仿真系统；

2、不断调整实验工艺参数，考察各调整量对闪速熔炼过程的影响；

3、绘制不同实验工艺参数条件下，闪速熔炼过程铜锍品位、渣含铜、渣含Fe₃O₄、铜锍含Fe₃O₄、烟气体积、烟气SO₂ 浓度、铁硅比等目标变量的变化曲线。

六、实验数据及讨论分析

1、根据铜闪速熔炼基本原理给定仿真系统合理的实验工艺参数条件；

2、利用铜闪速熔炼动态仿真软件，把不同实验工艺参数条件下的仿真结果数据和曲线记录下来；

3、结合实验工艺参数条件、结果和曲线变化，分析讨论变化原因并总结规律。

七、思考题

1、铜闪速熔炼动态仿真对指导工业生产有何意义？

2、闪速熔炼的三大控制参数是什么？它们之间关系如何？

3、降低铜闪速熔炼渣含铜的措施有哪些？

4、Fe₃O₄对闪速熔炼过程有什么影响？