在有色金属冶炼领域，每一次工艺革新都关乎行业的低碳转型与效能提升。近日，在矿冶集团与新疆有色、新矿集团联合主办的“数据驱动下的智能矿冶国际科技交流会”上，昆明理工大学冶金节能减排创新团队杨世亮教授/于洪石博士分享了团队在有色金属熔池熔炼低碳节能减碳技术方面的最新成果。该团队在王华教授的带领下，长期致力于冶金炉窑热过程强化与节能的理论研究和工程技术应用，聚焦服务行业需求，形成了冶金炉窑热工、冶金过程数字化、低碳冶金三个特色鲜明的研究方向。近年来，团队以数字化为核心，涵盖核心装备喷枪研制、炉窑大型化及多炉型协同优化等成套技术体系，正为破解有色金属冶炼领域高能耗、高排放的难题提供全新路径。

大型连续炼铜三连炉工艺及非线性强化

团队与云南铜业旗下的西南铜业紧密合作，研发大型连续炼铜三连炉非线性强化技术。该工艺采用“富氧侧吹熔炼+多枪顶吹连续吹炼+回转式阳极炉精炼”短流程配置，即：侧吹熔炼炉产出高温冰铜通过溜槽流入多枪顶吹炉进行吹炼，最后将粗铜送入回转阳极炉精炼，全程保持熔体热态连续传递，依靠气体搅拌熔池实现高效反应。在研发设计过程中，开展数值模拟研究：通过对比单侧吹与双侧吹炼效果，建立了侧吹熔池气泡流动模型，精准模拟高速喷吹时的气泡运动轨迹，解决了高速喷吹过程中的流场不稳定等难题。研究发现，尽管喷吹速度很高，气流动量衰减迅速且受浮力影响显著，导致靠近喷枪一侧的炉壁容易受到侵蚀。基于这一发现，团队优化了喷枪布局方案，降低炉壁磨损。针对侧吹过程中气泡喷吹引发的周期性“回击”现象（类似于气泡爆裂产生反作用力冲击喷枪），通过数值仿真揭示其产生机制，并提出喷枪结构改进方案。在顶吹熔池吹炼环节，聚焦于非线性强化熔池搅拌特性，从炉型结构入手进行了优化。分别对比了椭圆形、方形、圆形三种炉型条件下熔池表面流速场、涡量分布及搅拌死区比例等参数，优化了顶吹喷嘴的安装位置与直径尺寸，使炉内温度场均匀性提升，避免了局部过热和应力过度集中的现象。通过这一系列协同优化，大型三连炉系统实现了连续、高效、稳定的炼铜流程，实现了绿色高效生产。

顶吹熔池熔炼干粉喷吹新技术

传统有色金属顶吹熔池熔炼采用皮带运输机顶部加料方式，入炉物料水分偏高、金属直收率低、单位能耗大。针对这一行业痛点，团队与云锡集团锡业股份有限公司合作研发了顶吹炉干粉喷吹强化熔池熔炼新技术，取得了颠覆性的突破。该技术采用气力输送，将干燥粉状物料通过特制多通道喷枪直接喷入熔池熔体中。喷枪的独特多层通道设计内置导流叶片，可将高速轴向气流部分转化为切向旋转动能，从而强化熔池圆周方向的搅拌效果，显著减少熔体飞溅。借助强烈的旋流效应，在流量不变的情况下实现了压力能向动能的高效转化，熔池内切向流速大幅提升，搅拌和传质能力显著增强。同时，为了保证干粉喷吹的长期稳定运行，团队通过构建深度学习模型，对喷枪浸没深度、气流流量等关键参数进行了智能优化，成功解决了高温熔体中颗粒物料穿透困难以及喷吹过程周期性压力脉动易导致喷枪堵塞的技术难题。经工业化应用验证，该干粉喷吹技术使锡熔炼技术的金属直收率显著提高，熔炼能耗降低了15%以上，节能减碳效果突出。

底吹熔池熔炼非线性强化技术

底吹熔炼因其连续作业、高效强烈的吹炼能力，在铜、铅等冶炼中扮演着越来越重要的角色。针对底吹炉在实际应用中瓶颈问题，团队展开了系统的研究攻关，对底吹熔池内的宏观流场分区和搅拌特性进行了分析，研究了气泡在自由表面的聚并过程以及气泡群上升破裂的动态规律，揭示了气泡尾涡形成的机制。基于这些理论，通过调整喷枪结构、优化气体流量分配等措施，攻克了底吹冶炼中长期存在的喷枪堵塞和“蘑菇头”成型难题，成功解决了某底吹吹炼炉喷枪长期堵塞问题并实现稳定喷吹，大幅提高了底吹炉连续作业的稳定性和喷枪使用寿命。

面向未来，该团队将继续以数字化和自主创新为驱动，不断深化冶金炉窑热过程强化与节能减排技术研发，为冶炼行业的绿色转型升级贡献力量，助力构建清洁低碳、安全高效的有色金属冶炼新格局。