引 言 富氧雙側(cè)吹熔池熔煉工藝是是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的銅熔煉新工藝。它與白銀﹑諾蘭達(dá)﹑艾薩﹑澳斯麥特和底吹煉銅法技術(shù)的比較有以下主要優(yōu)勢[1]：(1)設(shè)備上銅水套噴嘴壽命長，爐膛使用的銅水套和鋼水套使用壽命可達(dá)5年，遠(yuǎn)比其他襯耐火材料使用時間長;爐墻采用銅水套圍成，靠銅水套工作面上形成的冷凝爐渣層來抵御爐渣的沖刷和腐蝕。(2)鼓入熔融渣層的富氧空氣或工業(yè)氧保證了熔體的強(qiáng)烈鼓泡攪拌，攪拌功率大。在此種情況下，液、固、氣反應(yīng)極快，使?fàn)t渣中的金屬或銅锍長大至0.5～5mm的液滴，能迅速地下沉與爐渣分層。(3)床能力高;爐渣含銅量低;出爐煙氣SO2含量高利于制酸。但是，其存在的問題還有：在富氧雙側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)中，對于不同操作條件下，乳化層厚度及其隨時間的變化規(guī)律，及乳化層內(nèi)冰銅與渣兩相的界面面積的確定，目前為止，還尚未有人進(jìn)行研究。在工業(yè)上這層乳化層(乳濁液)不再單純是造渣氧化物的聚合體，而是以爐渣為基體，熔解了一定數(shù)量的液態(tài)硫化物，銅锍粒子，煙塵以及懸浮著一定數(shù)量的難熔物質(zhì)及和氣相產(chǎn)物的混合層。熔渣層中一定數(shù)量的硫化物的存在有效地阻止了鐵的過氧化，而熔池內(nèi)的劇烈鼓泡攪動則大大地改善了Fe3O4還原的動力學(xué)條件。這種吹厚渣層是雙側(cè)吹法和其他熔池熔煉法的區(qū)別[2,3]。本研究目的在于測量不同噴嘴傾角及氣體流量下，熔池內(nèi)乳化層厚度﹑乳化層內(nèi)液滴尺寸分布的變化規(guī)律，計算出傳質(zhì)界面面積A。進(jìn)而為穩(wěn)定，順利的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。 1 實 驗 本實驗以某企業(yè)銅熔煉爐為原型，采取相似比為1：8的比例，建造了一個實驗室比例模型進(jìn)行冷態(tài)物理模擬研究。根據(jù)相似理論，以水-油模擬實際熔煉中的銅锍-渣層，側(cè)吹空氣模擬工業(yè)上噴吹的富氧空氣[4]，考察不同氣量及噴嘴傾角對乳化層厚度，乳化層內(nèi)液滴尺寸分布及兩相之間的界面面積的影響，實驗中通過單反相機(jī)進(jìn)行拍攝，并通過IPP圖像處理軟件處理，得到相關(guān)實驗數(shù)據(jù)。 1.1 物理模擬原理 1.1.1 幾何相似 幾何相似考慮的是模型與原型主要尺寸的相似[5,6]。研究側(cè)吹熔池熔煉過程的物理模型是水模型，即用有機(jī)玻璃制成模擬富氧雙側(cè)吹爐，用自來水模擬反應(yīng)器中的流體。在選定模型與原型的尺寸時，可以根據(jù)研究對象和實驗條件考慮，一般研究過程的水模型尺寸小于原型尺寸，即 Dm小