中铝国际工程股份有限公司

中铝国际核心技术巡展——长沙院数值仿真技术

来源：中铝国际工程股份有限公司时间： 2022-08-09

长沙有色冶金设计研究院有限公司（简称长沙院）于1953年成立，我国最早成立的大型综合性设计研究单位之一，国家高新技术企业，有色金属行业全产业链和项目全生命周期的技术和服务提供商，拥有冶金行业、市政行业专业、建筑行业专业、环境工程设计专项、化工石化医药行业专业等甲级资质，业务领域涵盖工程咨询、工程设计、工程总承包、工程监理、工程勘察、工程施工、环境治理、生态修复、科学研究和技术开发等。长沙院现有全国工程勘察设计大师2人，全国有色金属行业设计大师14人。为30多个国家提供了技术服务，完成各类工程咨询设计项目万余项，其中国家大、中型重点建设项目千余项，获国家、省、部级科技进步奖、优秀工程设计咨询奖近700项，拥有有效专利400余件，形成了一批具有自主知识产权的核心技术，在矿山、冶炼和环境保护方面处于国际领先水平，尤其是自主研发的“高、深、难”矿山采选技术，创新研发的氧压浸出、CSCC熔池熔炼和闪速熔炼等新型绿色冶炼技术。

✦

数值仿真技术

✦

通过多年发展与积累，长沙院数值仿真技术形成了针对有色冶炼、矿山等领域复杂物理化学现象进行多物理场强耦合仿真的能力，为重大工程项目决策、研发、设计和建设提供了强有力的技术支持。

数值仿真技术利用OPENFOAM、SU2、CFL3D、LIGGGHTS、LAMMPS等开源软件，对冶金、矿山常用装备的流体流动、燃料燃烧、颗粒搅拌、结构应力等方面进行仿真模拟，通过实验室研究进行模型修正，利用工业化实验数据进行大规模应用研究，确保数值仿真模型的可靠性。

长沙院数值仿真典型案例

01闪速炼铅炉

长沙院建立了闪速炼铅炉核心区域1：1反应塔模型，利用数值仿真技术对闪速炼铅炉内部流场、温度场、颗粒浓度场以及组分浓度场等进行全面分析，从而优化炉内工艺参数控制条件；进行闪速炉焦炭、炉料、空气多相喷吹的冷态实验，利用实验结果验证数值仿真模型，证明仿真结果的可靠性。

中金岭南丹霞冶炼厂炼锌渣绿色化升级改造项目于2022年6月投产，采用闪速熔炼工艺，处理自产锌冶炼渣、社会性危废等物料合计近30万吨/年，并综合回收其中锌、铅、铜、银、镉、钴、硫等有价元素，实现冶炼废渣的无害化处理和资源综合回收利用。

02富氧侧吹炉

长沙院利用相似原理构建富氧侧吹炉水模型并进行数值仿真实验研究，利用验证后的仿真模型对工业生产级富氧侧吹炉进行结构与操作参数优化，实现富氧侧吹炉高产率、高质量、高寿命、低能耗、低污染的目标。

广西南方有色集团 “锑银多金属综合回收循环经济及环境治理产业升级改造工程”以高锑、高锌、低铅物料为原料，采用富氧侧吹炉处理复杂原料，具有示范作用。

长沙院与青海湘和有色金属有限责任公司开发的高硫锌渣富氧侧吹熔炼-烟化吹炼技术及装备，取代常规回转窑工艺，解决处理高硫锌渣时产生的单质硫扬尘及炉顶硫渣结料导致的一系列难题，同时降低能耗，解决环保问题，提高有价金属回收率，降低燃料消耗和生产成本。

03沸腾焙烧炉

流态化焙烧炉（又称沸腾焙烧炉）是硫化锌精矿焙烧的主要设备，其生产的焙砂（氧化锌）是世界绝大部分炼锌方式的主要原料。矿产资源的日益枯竭造成入炉物料的复杂多变，要求通过技术进步最大限度地消化高杂矿从而确保沸腾炉稳定运行、减少能耗、提高劳动生产率，满足系统金属量的投入已成为锌沸腾焙烧的主要课题。设计超大型流态化焙烧炉的关键在于炉体扩大后的应力安全问题，以及炉内流动传热对工艺参数的影响问题。长沙院目前研制了198㎡超大型流态化焙烧炉，利用数值仿真技术对炉体应力、温度分布、气体流动以及悬浮料层形式进行计算，可以保证对超大型流态化焙烧的关键薄弱参数进行精确加固同时兼具最优工艺参数设计，为炉体设计提供有力支撑。

广西南方有色集团119㎡沸腾焙烧系统于2012年投产，单台沸腾炉炉床面积为119㎡，投产时是国内最大锌沸腾炉，产出焙烧矿金属量达12万吨/年。

广西南方有色集团198㎡大型沸腾炉焙烧炉（在建）可满足20万吨/年锌金属量的生产能力，我国锌冶炼技术和装备制造能力将提升新高度。

04顶吹吹炼炉

长沙院利用相似原理构建顶吹炉水模型并进行实验研究，利用高速摄影仪、波高仪等装置对顶吹炉内气液两相流态进行捕捉进而验证数值仿真模型，利用验证后的仿真模型对工业顶吹吹炼炉进行模拟，预测炉内烟气走向、温度分布，进而对吹炼炉结构与操作参数进行优化，计算得出顶吹吹炼炉耐火砖最优温度分布，保证结构稳定性的同时实现气液两相高效反应。