【摘要】：當(dāng)前海內(nèi)外稀土氟化物制備火法工藝中,HF氣體法直接采用氟化氫氣體與氧化稀土混合后,在高溫下氟化反應(yīng)制備。實(shí)驗(yàn)表明,這是工業(yè)制備稀土氟化物的最好方法。在干法冶煉的設(shè)備中,主要使用氟化爐制取稀土氟化物。HF氣體法目前通用的裝備為臥式氟化爐,但臥式爐由于結(jié)構(gòu)原因,爐內(nèi)上下層間的HF氣流濃度不均勻性較為明顯,從而使氧化稀土轉(zhuǎn)化為氟化稀土的轉(zhuǎn)化率不一致,造成氟化氫氣體的利用率不高。本文運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)原理,通過(guò)借用ANSYS WORBENCH FLUENT軟件,對(duì)臥式爐和優(yōu)化后的立式氟化爐內(nèi)爐的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。觀察氟化爐內(nèi)流場(chǎng)的分布,以氟化氫氣體的速度和壓力分布均勻性為依據(jù),通過(guò)對(duì)比分析,得到更優(yōu)越的爐型。具體工作如下:首先闡述了流體動(dòng)力學(xué)基本原理,依次建立了氟化爐的幾何、數(shù)學(xué)模型,然后使用FLUENT求解模型并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。分析結(jié)果表明:(1)立式氟化爐的速度和壓力分布皆比臥式氟化爐更加均勻;(2)兩氟化爐均存在氣體滯留區(qū)現(xiàn)象,而對(duì)立式爐型還有待進(jìn)一步優(yōu)化。針對(duì)分析結(jié)果中立式氟化爐呈現(xiàn)的問(wèn)題,對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行如下改進(jìn):(1)進(jìn)氣管內(nèi)伸至每層料盤(pán)反應(yīng)區(qū)入口處;(2)對(duì)爐膽底部邊角結(jié)構(gòu)采用圓底形式;(3)對(duì)料盤(pán)采用圓滑邊角結(jié)構(gòu);(4)集氣罩設(shè)置成圓弧頂結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定后,對(duì)各改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)比分析模擬結(jié)果顯示:(1)兩改進(jìn)氟化爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行氟化反應(yīng)時(shí),氣體分布更加均勻;(2)兩改進(jìn)氟化爐結(jié)構(gòu)均消除了氟化反應(yīng)區(qū)域周圍的渦流中心。最后介紹了結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的氟化爐的制造過(guò)程,并就氟化率曲線進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,兩結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的氟化爐,每層氟化氫氣體的分布更均勻,氟化率曲線波動(dòng)較小,驗(yàn)證了仿真結(jié)果及分析的正確性,均達(dá)到了預(yù)期的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化效果。運(yùn)用ANSYS軟件模擬氟化爐內(nèi)流場(chǎng)的分布,明確了存在的氣體滯留區(qū)域,并對(duì)滯留區(qū)域進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化模擬。但是軟件模擬和現(xiàn)實(shí)狀況,還存有一定的誤差和缺乏工況條件下實(shí)驗(yàn)論證的支持。因此本文只是為今后生產(chǎn)實(shí)踐作理論參考,并起到一定的指導(dǎo)作用。
【圖文】：

（無(wú)水）(1.2)B.HF氣體法的具體反應(yīng)過(guò)程為：將氧化(鐠)釹等盛裝在氟化爐內(nèi)料盤(pán)中，高溫下，HF氣體與氧化鐠釹產(chǎn)生反應(yīng)，生成粉末狀的氟化鐠釹(實(shí)物圖見(jiàn)圖1.1)和水，生成的水和多余的HF尾氣經(jīng)過(guò)水冷，最終使汽、水分離[7,20-23]�；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：NdOHFNdFHO2332(Pr ) 6 2(Pr) 3(1.3)圖1.1 氟化鐠釹實(shí)物圖HF氣體法的缺點(diǎn)有：氣體有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)裹爐的材料要求較嚴(yán)格，沒(méi)選擇好會(huì)使成本較高，不利于廣泛使用。優(yōu)點(diǎn)有：工藝的流程短、操作簡(jiǎn)便、轉(zhuǎn)化率高、氟化效率好、工藝中帶入的雜質(zhì)較少等。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,這是工業(yè)制備優(yōu)質(zhì)稀土氟化物的最好方法[7]。1.3.2 稀土氟化物的制備工藝圖1.2為稀土氟化物制備工藝路線簡(jiǎn)圖：3423150C~300C2342Re O 6NHF 2ReF 6NHF 3HO ReF 高溫蒸發(fā)

第一章 緒論4圖1.2 稀土氟化物制備工藝流程圖1.4 現(xiàn)有立式氟化爐的結(jié)構(gòu)工藝當(dāng)前市面上工業(yè)用氟化爐大都是臥式結(jié)構(gòu)，，見(jiàn)圖1.3左圖為臥式氟化爐爐體簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，臥式氟化爐因在結(jié)構(gòu)方面等的原因，爐內(nèi)氟化氫氣體上下層氣流濃度不均勻，使?fàn)t內(nèi)上下層稀土氧化物轉(zhuǎn)化為稀土氟化物的效率不一，使得氟化氫氣體的利用率不是很高[24]。對(duì)于這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，已經(jīng)不滿足生產(chǎn)需要，也不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在此，本文研究的模型，是基于贛州有色冶金研究所，研究使用的一種立式稀土氧化物氟化爐，整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)1.3右圖。從爐簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖可知，該爐包括了：爐外殼、爐膽、進(jìn)氣管、盛料圓盤(pán)、集氣罩、加熱電阻絲、保溫層和氣體分散器。該立式氟化爐的爐膽
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF351

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2676501