مطالعه عددي اثر تغيير زاويه مشعل بر نرخ تهيه مذاب در كوره دوار ذوب آلومينيوم

Numerical Study of the Effect of Burner Angle on Melting Rate in an Aluminum Rotary Furnace

در كار حاضر، با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي اثرتغييرزاويه مشعل بر كاركرد كوره دوار ذوب آلومينيوم بررسي شده است. مدل عددي ارايه‌شده از اين كوره فرآيندهاي احتراق مغشوش و غيرپيش‏آميخته گاز طبيعي و اكسيژن، تشعشع، دوران بدنه، ذوب آلومينيوم و اكسايش آلومينيوم را در نظر مي‏گيرد. در اين مدل با توجه به پديده‏هايي كه در قسمت‌هاي مختلف كوره دوار ذوب آلومينيوم رخ مي‏دهد،كوره به سه ناحيه لايه ديرگداز، ناحيه احتراق و ناحيه ذوب تقسيم شده است. بين اين نواحي امكان تبادل جرم وجود نداشته و تنها انتقال حرارت ممكن است. نتايج حل عددي نشان داد با افزايش زاويه مشعل از ?0 تا?15 به دليل اختلاط بيشتر سوخت و اكسنده و افزايش زمان اقامت گازهاي داغ در ناحيه احتراق، كارايي كوره بهبوديافته و نرخ تهيه آلومينيوم مذاب مرتبا افزايش مي‎يابد. اما نزديك شدن شعله به لايه ديرگداز و گرم شدن بيش از حد آن باعث مي‏شود استفاده از زاويه‏هاي مشعل بيشتر از ?10 عملي نباشد. به اين ترتيب با تغيير زاويه مشعل از ?0 به?10، زمان كاركرد كوره 35دقيقه كاهش و بازده حرارتي كوره از 65% به 7/74% افزايش مي‏يابد.

Using CFD, the effect of burner angle on an aluminum rotary furnace performance is investigated in the present study. Turbulent non-premixed combustion of natural gas and oxygen, radiation, furnace rotation, aluminum smelting and aluminum burn-off are considered in the proposed numerical model. According to the distinct phenomena occurring in an aluminum rotary furnace, the model divides the furnace into three zones: refractory lining, combustion zone and melt zone. Only heat can be transferred through interfaces of zones and mass transfer through them is not considered in such furnace modeling. Numerical simulations regarding burner angles from 0? to 15? revealed that the higher burner angles enhance the fuel and oxygen mixing and increase the resident time of combustion gases in the furnace atmosphere, which consequently improves the furnace performance and lowers the aluminum melting rate. However, the simulation results also showed that burner angles more than 10? are not applicable due to refractory lining overheat. It was shown that eventually, changing burner angle from 0? to 10? decreases furnace operation time by 35 minutes and increases furnace thermal efficiency from 65% to 74.7%.