HWAHAK KONGHAK, Vol.27, No.4, 531-547, August, 1989
Turbulent Gas Jet 내에서의 유화동광물 미립자의 연소
The Combustion of Copper Sulfide Conecntrate Particles in a Turbulent Gas Jet
초록
구리의 건식제련법에 널리 이용되는 flash smelting의 모사를 위하여 Outokumpu공정에 사용되고 있는 것과 같은 축대칭성 관형모델에 관한 수치모델을 개발하였다. 이 모델에서는 미세고체입자가 포함되는 난류유동학(turbulent fluid dynamics)현상, 반응공학적 현상, 열ㆍ물질ㆍ운동량 전탈현상 및 열역학적 평형관계, 화학공학적 현상들을 포함시켰다.
모델의 적합성을 검토하기 위하여 실험실규모의 용융로를 제작하여 용융로 내의 가스온도, 고체입자 중 황의 잔류량, SO2 농도 및 고체입자수 평균분포 등을 측정한 후 실험값들을 수치모델의 모사치와 비교ㆍ검토하였으며, Outokumpu Pilot 실험치에 대해서도 동일조건의 모사치와 비교ㆍ검토하였다 또한 이 모델을 바탕으로 Outkumpu의 상용로에서 일어나는 현상을 모사형 해석하였다. 전반적으로 모델에 의한 모사치와 실험치들을 비교한 결과, 본 연구실의 수치모델은 상대적으로 타당성이 있으며 믿을 만한 결과를 보였다.
모델의 적합성을 검토하기 위하여 실험실규모의 용융로를 제작하여 용융로 내의 가스온도, 고체입자 중 황의 잔류량, SO2 농도 및 고체입자수 평균분포 등을 측정한 후 실험값들을 수치모델의 모사치와 비교ㆍ검토하였으며, Outokumpu Pilot 실험치에 대해서도 동일조건의 모사치와 비교ㆍ검토하였다 또한 이 모델을 바탕으로 Outkumpu의 상용로에서 일어나는 현상을 모사형 해석하였다. 전반적으로 모델에 의한 모사치와 실험치들을 비교한 결과, 본 연구실의 수치모델은 상대적으로 타당성이 있으며 믿을 만한 결과를 보였다.
Experimental measurements and mathematical model predictions for flash combustion of copper sulfide particles in a turbulent gas jet are described. A mathematical model has been developed to describe the process taking place in an axisymmetric flash-furnace shaft. The model incorporates turbulent fluid dynamics, chemical reaction kinetics, and heat and mass transfer. The key features include the use of the k-ε turbulence model, incorporating the effect of particles on turbulence, and the four flux-model for radiative heat transfer. The experiments were carried out in a laboratory flash furnace. Gas temperature, sulfur content in the particles, SO2 concentration in the gas phase, and particle dispersion during flash-smelting at different locations were measured for various matte grades. Reasonable agreement was obtained between the measured and predicted values. The predicted results are compared with experimental data obtained from Outokumpu pilot and comercial flash furnaces. Satisfactory agreement is obtained between the predicted and measured data in terms of the gas-phase tem-perature and the SO2 and O2 concentrations along the centerline. The model predictions show that the reaction of sul-fide particles is almost completed in the upper zone of the furnace within about 1m of the burner and the double-entry burner system with radial feeding of the concentrate-laden distribution air gives better performance than the single-entry burner system.