摘 要

由于锌锭在浇铸过程中会产生氧化物锌皮（锌液表面熔融状态的锌液与空气中氧气直接接触发生氧化反应形成的锌渣 ZnO，其密度比锌液小，因此会浮在锌液表面聚集形成氧化锌渣皮），必需要在液体状态下进行扒渣处理，否则不仅会影响锌锭的表面质量，降低锌锭的纯度，而且还会由于质量问题产生废品。但是现在国内铅锌行业的浇铸环节的扒渣主要采用人工形式，效率不高。所以有必要对扒渣铲与锌液相会作用进行分析，从流体的角度分析其相互运动的状态，为去除锌锭在浇铸中产生的氧化锌渣皮提供改进的方案。

本文主要是针对扒渣铲扒渣过程进行分析，通过改变扒渣铲的厚度、运行速度、浸入深度、倾斜角度、表面粗糙度，来分析改变后的扒渣铲的运动对扒渣效果的影响以及对锌锭槽内流体运动的影响，从而为扒渣铲的设计提供参考方案。

关键词：扒渣铲；锌液；流体仿真；FLUENT

Abstract

Because the zinc ingot will produce zinc oxide skin during the casting process (zinc ZnO formed by the direct contact between the zinc liquid and the oxygen in the air, the density is lower than that of the zinc liquid, so it will float on the surface of the zinc liquid. Aggregation to form zinc oxide slag), it is necessary to carry out slag treatment in a liquid state, otherwise it will not only affect the surface quality of the zinc ingot, reduce the purity of the zinc ingot, but also produce waste products due to quality problems. However, the slag in the casting process of the domestic lead and zinc industry is mainly in the form of artificial, and the efficiency is not high. Therefore, it is necessary to analyze the action of the slag shovel and the zinc liquid phase, and analyze the state of mutual movement from the perspective of the fluid, and provide an improved solution for removing the zinc oxide slag produced by the zinc ingot during casting.

This paper mainly analyzes the slag slag slag process, and changes the thickness, running speed, immersion depth, inclination angle and surface roughness of the slag shovel to analyze the effect of the changed slag shovel on the slag effect. And the impact on the fluid movement in the zinc ingot tank, thus providing a reference solution for the design of the skid shovel.

Keywords: skimming shovel; zinc liquid; fluid simulation; FLUENT

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 本文工作 3

1.4.1 工作目的 3

1.4.2 工作内容 4

第二章 数值模拟基本原理 5

2.1 计算流体力学基础 5

2.1.1 计算流体力学的发展 5

2.1.2 数值模拟方法 5

2.1.3 常用的CFD商用软件 6

2.2流体的控制方程 6

2.2.1连续性方程 6

2.2.2动量方程 7

2.2.3湍流方程 7

2.2.4 体积分数方程 7

2.3 Fluent中常用计算公式 8

2.4 本章小结 10

第三章 数值模拟基本步骤 11

3.1物理几何模型 11

3.2网格划分 11

3.3模型中参数的设置 12

3.4 模拟结果分析 17

3.5 本章小结 20

第四章 不同因素对扒渣的影响 21

4.1 厚度对扒渣的影响 22

4.2 浸入深度对扒渣的影响 23

4.3 运行速度对扒渣的影响 25

4.4 倾斜角度对扒渣的影响 27

4.5 表面粗糙度对扒渣的影响 29

4.6 本章小结 31

第五章 经济性和环保性分析 32

5.1 经济性分析 32

5.2 环保性分析 32

第六章 总结与展望 33

5.1 总结 33

5.2 展望 33

参考文献 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着近30年来经济的高速增长，中国的铅锌冶炼行业也得到了迅速发展，中国铅锌消费也在迅速增加，成为世界第一大锌消费国，第二大铅消费国，铅消费量仅次于美国。据统计，2004年中国锌消费量大于产量，首次成为进口量大于出口量的国家，这些都体现出锌在生活中的巨大作用。如今锌这种金属材料在人们日常生活中随处可见，成为第四“常见”金属，仅次于铁、铝、铜。不过近年来随着我国对金属锌的大量需求以及进出口贸易，又由于国内精锌矿的发现，使我国目前成为了锌的生产大国。

由于其广泛的用途和巨大的消费量使得工业上对于锌锭的生产率以及纯度要求更加严格。但由于锌锭在浇铸过程中会产生氧化物锌皮（锌液表面熔融状态锌液与空气中氧气直接接触发生氧化反应形成的锌渣 ZnO，其密度比锌液小，因此会浮在锌液表面聚集形成氧化锌渣皮），必需要在液体状态下进行扒渣处理，否则不仅会影响锌锭的表面质量，降低锌锭的纯度，而且还会由于质量问题产生废品，让企业损失巨大。然而目前国内铅锌行业的浇铸环节的扒渣主要采用人工形式，不仅效率不高，而且由于工作时间长，劳动强度大，扒渣现场环境恶劣，严重影响工人的身心健康，使得愿意从事此行业的工人极为短缺，而且不正确的除渣动作还会在捞渣时不可避免地带走大量的锌，降低锌锭的生产率^[1]。截止2016年11月调研结束时为止，国内尚无自动扒铅锌渣皮装置。因此，从流体的角度研究扒渣铲与锌液的相互运动的状态对设计扒渣铲有很重要的意义。图1-1为近年来出现的与锌锭模类似的铝锭模的自动扒渣装置简图^[2]。

图1-1 自动扒渣装置简图

1.2 研究意义

（1）可以减少工作人员的劳动强度