Simulation transitoire 3D d’un four de cuisson d’anodes
Au cours des 20 dernières années, RioTinto s’est appuyé sur la simulation numérique en mécanique des fluides pour améliorer le fonctionnement des fours de cuisson d’anodes. Pour répondre aux exigences croissantes de rendement et de performance des fours, il a été décidé de construire un modèle numérique transitoire 3D d’une ligne de feu complète.
Le modèle qui comporte 30 millions de cellules environ comprend toutes les chambres avec les zones de préchauffage, chauffage et refroidissement. Dans chaque chambre, les différents réfractaires et les blocs anode sont identifiées (cloison, poussier, béton et anodes) permettant ainsi de connaître la répartition de température au cours du temps et dans le volume 3D.
Cette modélisation tient compte des écoulements d’air dans l’ensemble du domaine (soufflage et aspiration) avec équilibrage des pressions sur toute la ligne de feu et ajustement des niveaux de fuites. La combustion du gaz injecté aux brûleurs et des volatiles issus de la cuisson des anodes est modélisée pour restituer au mieux les niveaux d’énergie introduite dans le procédé. Enfin les échanges de chaleurs par convection, conduction et rayonnement avec les gaz et entre les différents matériaux sont décrits.
On présente ci-dessous des vues du champ de température et de vitesse dans le plan de symétrie du four.
Les simulations permettent de décrire les 260 heures physiques du procédé avec un temps de réponse d’une semaine sur 128 cœurs. Le modèle final a pu être comparé à des relevés de pressions, de débits et de températures réalisés sur site pour deux types de four et deux configurations de cloisons.
On présente sur la figure ci-dessous une comparaison des températures issues des simulations et d’essais pour une cloison en fin de cuisson permettant l’évaluation de l’homogénéité de cuisson.
On présente sur la figure ci-dessous une comparaison des températures issues des simulations et d’essais pour une cloison en fin de cuisson permettant l’évaluation de l’homogénéité de cuisson.
Cette méthodologie de simulation permet d’analyser et d’expliquer les dysfonctionnements constatés en production. Elle permet aussi d’évaluer avant arrêt et travaux l’influence de modifications et de justifier leurs investissements aussi bien pour la structure (design des cloisons) que pour les équipements (système de soufflage, brûleurs…).
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