新型豎置鎂還原罐的設計

1、新型豎置鎂還原罐的設計新型豎置鎂還原罐的設計任玲，夏德宏，畢寒冰（北京科技大學熱能工程系，北京100083）摘要摘要：提出了外罐加內(nèi)罐的豎置套罐結(jié)構(gòu)。應用FLUENT軟件對罐體及內(nèi)部物料的傳熱過程進行模擬分析。結(jié)果表明，新型豎置還原罐的加熱速率較傳統(tǒng)還原罐快。經(jīng)實際工程應用驗證，還原罐的使用壽命延長到5個月以上，且實現(xiàn)了機械裝出料，提高了球團料加熱速率，縮短了還原周期。關鍵詞關鍵詞：鎂；豎置還原罐；機械裝出料；加熱速率中圖分類號：中圖分

2、類號：TF822文獻標識碼：文獻標識碼：A文章編號：文章編號：10077545（2012）02000000DesignofNewTypeofVerticalMagnesiumReductionJarRENLingXIADehongBIHanbing（DepartmentofThermalEngineeringUniversityofScienceTechnologyBeijingBeijing100083China）Abstract:A

3、newverticalreductionjarstructurewasdevelopedwhichcontainsaninnerjaranouterjarnamedajarset.TheheattransferofthejarsetpelletswassimulatedbyFLUENTsoftware.Theresultsshowthattheheatingrateofthenewjarishigherthanthatofthetrad

4、itionalone.Inadditiontheverticaljarisputintothepracticalproductionffurtherverification.Itisshownthattheservicelifeofthereductionjarisextendedtoatleast5monthsthemechanizedgingdisgingfthereductionprocessisachievedtheheatin

5、grateofthepelletsisincreasedthereductioncycleisshtened.Keywds:magnesiumverticalreductionjarmechanizedgingdisgingheatingrate我國鎂產(chǎn)量占世界鎂總產(chǎn)量的85%左右，而我國98%以上的鎂廠則都采用硅熱法生產(chǎn)金屬鎂[1]。熱還原工序是硅熱法煉鎂的核心工序，需要在真空熱還原罐中完成。還原罐以橫置形式居多，還原罐平臥固定在爐膛

6、中。由于罐內(nèi)高溫、罐體氧化變形的影響，難以對罐內(nèi)球團料實現(xiàn)機械裝出料，目前還原罐的裝出料主要采用人工方式。一般一次裝出料的時間約為2h，工人勞動強度大，且生產(chǎn)過程難以連續(xù)，嚴重影響了生產(chǎn)效率[2]。此外，還原罐造價高[3]、內(nèi)部球團料加熱速率低且使用壽命短，一般連續(xù)使用1~2個月左右即失效[4]。傳統(tǒng)的豎置鎂還原罐采用上裝料、下出料方式，操作方便、勞動強度小[56]。但是下出料部位密封不完全時，由于真空生產(chǎn)工藝的影響，可能會有高溫煙氣被

7、吸入罐內(nèi)，導致罐內(nèi)鎂蒸氣極易被氧化，嚴重影響鎂的產(chǎn)出率。針對傳統(tǒng)橫置還原罐和豎置還原罐的不足，本文擬對還原罐的結(jié)構(gòu)進行改進，設計新型豎置還原罐，延長其使用壽命，保證其球團料加熱速率相應地提高，并實現(xiàn)機械裝出料。因此考慮應用FLUENT軟件對新型豎置還原罐的傳熱效果進行模擬分析，并進行工程實際應用的驗證。1新型豎置還原罐的設計新型豎置還原罐的設計由于傳統(tǒng)豎置還原罐上裝料、下出料方式受到真空工藝的嚴格限制，所以本文考慮采用上出料、上裝料方式

8、。由于需要機械裝出料，還原罐在每個還原周期都需要被取出和送入還原爐，如果只是簡單的單體罐形式，將引起爐體密封不嚴的問題。此外，傳統(tǒng)的豎置還原罐本身重力大，增大了機械裝置所需功率，進而增大了生產(chǎn)成本?；诖?，新型的豎置還原罐初步定為外罐固定、內(nèi)罐用于裝出料的套罐形式，并盡量減輕罐體重量，如圖1所示?；痦椖炕痦椖浚褐醒敫咝；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目(FRFAS10005B)作者簡介作者簡介：任玲（1977），女，內(nèi)蒙古赤峰市人，講師

9、，博士.DOI：10.3969j.issn.10077545.2012.02.007圖2套罐橫截面的網(wǎng)格劃分套罐橫截面的網(wǎng)格劃分Fig.2Meshesofcrosssectionfverticaljarset2.2材料參數(shù)材料參數(shù)計算中，各DO模型所需參數(shù)涉及到罐體材料、罐內(nèi)球團料及內(nèi)外罐間氣體3種材料的參數(shù)。對罐體材料，其熱容量為Cp(steel)=502J(kg?K)，導熱系數(shù)為?steel=16.27W(mg?K)。對罐內(nèi)球團料，

10、其熱容量為Cp(filler)=373J(kg?K)，有效導熱系數(shù)為?filler=1.3W(mg?K)。對內(nèi)外罐間的氣體間隙，其熱容量Cp(space)、導熱系數(shù)?space、吸收率、和散射率均為0，折射率為1。2.3邊界條件邊界條件本文忽略氣體流動，只考慮輻射傳熱。在外罐壁面選取定壁溫邊界條件，溫度Tm=1473K。罐內(nèi)球團料為吸熱熱源，吸熱量根據(jù)球團料升溫吸熱及反應吸熱總量確定?？紤]到單罐球團料總重為：（1）230.273140.

11、2732.631000159.2kg4238??????????????球團料中煅白、硅鐵和螢石的質(zhì)量比為80:17:3，且煅白中Mg與Ca摩爾比為1:1，故單罐球團料含Mg和Ca均為：（2）38024159.2108017356401327mol24???????故單位時間的反應熱為：（3）411327223.2913272.96310kJh1010reactQQ??????球團料升溫所需吸熱量為：（4）4159.2373(12002