بهبود شرايط كاركرد كوره دوار ذوب آلومينيوم با استفاده از شبيه سازي عددي

Improving the Performance of an Aluminum Rotary Furnace using Numerical Simulation

كوره دوار ذوب آلومينيوم براي بازيافت آلومينيوم از قطعات قراضه به كار مي رود. كاركرد اين كوره فرآيندي پيچيده و شامل پديده هاي گوناگوني است كه مهمترين آنها ذوب و اكسايش آلومينيوم، احتراق مغشوش سوخت گازي و تشعشع در يك بدنه دوار هستند. در تحقيق حاضر مدلي براي كوره دوار ذوب آلومينيوم ارائه شده است كه كوره را به سه ناحيه لايه ديرگداز، ناحيه احتراق و ناحيه ذوب تقسيم مي كند. بين اين نواحي امكان تبادل جرم وجود نداشته و تنها انتقال حرارت ممكن است. حل عددي مساله نشان داد تهيه آلومينيوم مذاب كاملا تحت تاثير دوران بدنه بوده و القاي حركت در آلومينيوم مذاب، باعث تسريع فرآيند ذوب مي شود. همچنين در كنار اهميت نقش دوران بدنه بر سرعت بخشيدن به فرآيند ذوب آلومينيوم، سرعت دوراني 1.2 دوربردقيقه بدنه كوره منجر به حداقل شدن زمان تهيه مذاب مي شود. سپس نقش غالب تشعشع در انتقال حرارت درون كوره در مقابل جابه جايي حرارت تحقيق و مشاهده شد 84% از انتقال حرارت درون فضاي كوره از طريق مكانيزم تشعشع انجام مي شود. با افزايش ضريب صدور لايه ديرگداز از 0.7 به 0.85 اين مقدار به 88.5% افزايش و دماي گازهاي درون كوره كاهش مي يابد كه در نتيجه كارايي كوره بهبود يافته و فرآيند ذوب 20 دقيقه زودتر پايان مي يابد.

Rotary aluminum furnace is used to recycle aluminum from scrap. This is a complex process and consists of many different phenomena such as aluminum smelting and burn-off, gas phase turbulent combustion and radiation in a rotary drum. In this research, a model is presented which divides the furnace into three zones, according to the distinct phenomenon happening in each zone. Thethreezones are refractory lining, combustion zone and melting zone. Only heat can be transferred through zones’ interfaces and no mass transfer is allowed. Numerical results indicated that molten aluminum is highly affected by furnace rotation and rotation has a significant effect on aluminum melting time. In addition, the rotational speed of 1.2rpm leads to the minimum melting time. The results also showed that radiation is the dominant heat transfer mechanism inside the furnace and 84% of the total heat flux received by melting zone is due to radiation. This portion of radiation heat transfer increases to 88.5% by increasing radiation emissivity of refractory lining from 0.7 to 0.85. As a result, the temperature of exhaust gases decreases which means better performance of the furnace.Therefore, the furnace operation time decreases by 20 minutes.