【摘要】：我國是原鎂生產(chǎn)大國,90%以上都是通過傳統(tǒng)硅熱法(皮江法)生產(chǎn)。然而,皮江法煉鎂工藝仍然存在能耗高、還原時間長等缺點。新型復(fù)式豎罐技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀。由于復(fù)式豎罐的大型化,傳統(tǒng)的鎂結(jié)晶器的尺寸和性能已經(jīng)無法滿足需要,急需重新設(shè)計和改進。目前,國內(nèi)外對鎂結(jié)晶器內(nèi)真空狀態(tài)下高溫鎂蒸氣傳熱傳質(zhì)理論鮮有研究,導(dǎo)致結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏依據(jù)。所以,研究鎂結(jié)晶器的設(shè)計計算方法具有重要意義。本文在研究鎂蒸氣冷凝的基礎(chǔ)上,通過數(shù)學(xué)計算給出了結(jié)晶鎂的起始高度、終止高度及鎂層厚度等參數(shù)的表達式,并根據(jù)工業(yè)情況,推導(dǎo)出用于設(shè)計計算鎂結(jié)晶器結(jié)構(gòu)尺寸的最小容積方程和最小熱阻方程。采用此設(shè)計方法設(shè)計出適合豎罐技術(shù)的新型鎂結(jié)晶器,并使用商用軟件FLUENT對新型鎂結(jié)晶器內(nèi)部的傳熱進行了數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明:1)結(jié)晶鎂的起始高度和終止高度隨著輻射傳熱面積和材料黑度的變小而增大,且與鎂還原率的變化率成正比。結(jié)晶鎂的厚度是結(jié)晶器結(jié)構(gòu)參數(shù)和還原時間的關(guān)系,與還原率及其變化率無關(guān)。2)最小容積方程和最小熱阻方程綜合了還原罐的容積,產(chǎn)生鎂的反應(yīng)速率和生成鎂的量等因素,可計算出結(jié)晶器的尺寸。通過此方法設(shè)計得出的結(jié)晶器,不會出現(xiàn)鎂蒸氣溢出和結(jié)晶膽堵塞的情況。3)裝料量為830 kg的復(fù)式豎罐的結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)為:結(jié)晶膽外徑為380 mm,高度為2.1 m,且結(jié)晶膽外壁面上含輻射傳熱擴展面積約8 m~2。當(dāng)冷卻水套的內(nèi)徑為576 mm時,其內(nèi)壁面上輻射傳熱擴展面積約為4 m~2。4)理論計算顯示:標(biāo)準(zhǔn)工況下,在新型鎂結(jié)晶器中,結(jié)晶鎂凝結(jié)的最大高度為2.1 m,結(jié)晶鎂的最大厚度為161 mm。5)當(dāng)水套進口的初溫為100°C,流速為0.1 m/s時,數(shù)值計算結(jié)果顯示:在1200°C的反應(yīng)條件下,隨著鎂還原時間的變化,水套出口水溫的平均值為157.8°C。6)在1200°C的還原條件下,水套進口的水溫為100°C,流速為0.1 m/s時,數(shù)值計算結(jié)果顯示:當(dāng)輻射材料黑度的范圍為0.6~1,輻射傳熱擴展面積為10~15 m~2時,結(jié)晶器內(nèi)部的軸向界面的溫度分布類似,溫差不大。7)在1200°C的還原條件下,水套進口的水溫為100°C,流速為0.1 m/s時,數(shù)值計算結(jié)果顯示:在最大瞬時還原速率時,輻射材料黑度每增加0.2,結(jié)晶鎂的溫度降低30°C;當(dāng)輻射傳熱擴展面積每增大約3 m~2,鎂結(jié)晶層的溫度降低20~30°C。
【圖文】：

1 緒論）皮江法.1 是皮江法煉鎂工藝流程。皮江法[25]通常用 75#硅鐵做還原劑 71.2 %的單質(zhì) Si 和 28.8 %的 FeSi2，并用氟化鈣含量不低于活性劑，這兩種原料與煅燒白云石（煅白）均勻混合后，在球并還原。實際工業(yè)生產(chǎn)中，其主要還原設(shè)備如圖 1.2 所示。別為反應(yīng)區(qū)和結(jié)晶區(qū)。反應(yīng)區(qū)的設(shè)備為還原罐，還原罐鑄造 ZG35Cr26Ni8NRE[26]。還原罐內(nèi)的壓力在真空泵的不斷抽取0 Pa 左右，反應(yīng)溫度為 1100~1200 °C。罐內(nèi)料球發(fā)生如下化學(xué) s s 2 4s gs 2 s 2 4s g s2CaO MgO +Si Ca SiO +2Mg4CaO MgO +FeSi 2Ca SiO +4Mg +Fe

1-封蓋 2-真空泵接口 3-冷卻水套 4-還原罐 5-填充球團 6-球形端圖 1.2 皮江法煉鎂水平還原罐（橫罐）（2）馬格尼特法20 世紀(jì) 60 年代由法國研究發(fā)明的一種新的硅熱法煉鎂工藝，，為馬格尼特，也稱為熔渣導(dǎo)電半連續(xù)硅熱法，并用于工業(yè)生產(chǎn)，其工藝流程如圖 1.3
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF822

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊成博;田陽;曲濤;楊斌;徐寶強;戴永年;;真空條件下鎂蒸氣相變形核及冷凝(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年02期

2 郭云春;李國學(xué);蔣鮮明;袁海軍;陳琳;陳泳齊;;煉鎂還原罐材質(zhì)及服役壽命研究進展[J];材料導(dǎo)報;2012年S2期

3 劉勇;游國強;黃彥彥;;豎罐煉鎂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J];輕金屬;2011年06期

4 陳穎林;呂丹桂;陳洪江;;青海鹽湖鎂資源的綜合利用[J];浙江化工;2011年06期

5 唐祁峰;高家誠;陳小華;;熱法制鎂工藝的發(fā)展概況[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2011年01期

6 丁文江;吳玉娟;彭立明;曾小勤;林棟j;陳彬;;高性能鎂合金研究及應(yīng)用的新進展[J];中國材料進展;2010年08期

7 王洪福;;我國皮江法煉鎂技術(shù)創(chuàng)新實踐現(xiàn)狀[J];世界有色金屬;2010年02期

8 高楓;馮乃祥;彭建平;任寶軼;;熱還原法煉鎂理論分析[J];有色礦冶;2009年06期

9 申明亮;;電解法與皮江法煉鎂的效益比較及分析[J];有色冶金節(jié)能;2009年05期

10 韓繼龍;孫慶國;;金屬鎂生產(chǎn)工藝進展[J];鹽湖研究;2008年04期

相關(guān)會議論文 前1條

1 武小雷;馮乃祥;張顯鵬;程恩慶;施春輝;;熱法煉鎂過程中鎂結(jié)晶位置的計算(英文)[A];真空技術(shù)與表面工程——第九屆真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 張少軍;;復(fù)式豎罐免精煉兩步法實現(xiàn)綠色煉鎂[N];中國有色金屬報;2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 朱兆金;骨科新型醫(yī)用可降解植入材料JDBM鎂合金的生物毒性、髓內(nèi)針及植入物感染細菌生物膜的基礎(chǔ)研究[D];蘇州大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 張飛麟;幾種常用鋼材的光譜發(fā)射率特性研究[D];河南師范大學(xué);2017年

2 楊智;硅熱法煉鎂還原爐及其設(shè)備的設(shè)計[D];重慶大學(xué);2013年

3 張元源;硅熱法煉鎂動力學(xué)分析及工藝優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2013年

4 白羽;新型蓄熱立式鎂還原爐設(shè)計開發(fā)及關(guān)鍵問題研究[D];東北大學(xué);2012年

5 李一夫;真空碳熱還原菱鎂礦制取金屬鎂的實驗研究[D];昆明理工大學(xué);2008年

6 劉紅湘;真空碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂實驗裝置的研發(fā)及實驗研究[D];昆明理工大學(xué);2008年

7 李志華;氧化鎂真空碳熱還原反應(yīng)實驗研究[D];昆明理工大學(xué);2002年

本文編號：2606791