DOC《闪速炉反应塔壁面挂渣机理研究》

闪速炉反应塔壁面挂渣机理研究 熊宗维 (中国瑞林工程技术有限公司,南昌 330031) 摘要:分别对闪速炉反应塔镁铬砖炉衬、喷淋冷却和水套冷却的壁面挂渣情况建立一维稳态传热模型,分析反应塔壁面挂渣机理.

关键词:闪速炉;

反应塔;

挂渣;

传热模型 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2015)11-0000-00 Study on Mechanism of Adhering Slag on Reaction Shaft in Flash Furnace XIONG Zong-wei (China Nerin Engineering Co., Ltd.,Nanchang 330031, China) Abstract:One-dimensional steady heat transfer model for adhering slag of magnesite-chrome brick lining, spray cooling wall, and jacket cooling wall of reaction shaft of flash furnace was established. The mechanism of adhering slag for reaction shaft was analyzed. Key words:flash furnace;

reaction shaft;

adhering slag;

heat transfer model 闪速炉是处理粉状硫化矿物的一种强化冶炼设备,一般由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池及上升烟道4个主要部分组成.反应塔位于沉淀池上方,熔炼过程主要化学反应在反应塔内进行[1].反应塔炉衬由于长期经受高温烟气、熔体的冲刷,腐蚀严重. 在闪速炉的发展过程中,实践证实,仅仅采用高档优质的耐火材料来提高反应塔寿命远远不够.而通过采用喷淋冷却或者水套冷却方式,促使反应塔壁面形成稳定挂渣,对延长反应塔寿命大大有利.本文通过对反应塔镁铬砖炉衬、喷淋冷却和水套冷却的壁面挂渣分别进行研究,分析反应塔壁面挂渣的机理.

1 计算模型的建立 闪速炉反应塔如图1所示,炉体主要由镁铬砖内衬、水套和钢板外壳组成.反应塔壁面的挂渣由于处于炉内气相高温以及炉壁低温之间,在工况发生变化时,其凝固―熔化边界随之移动.伴随有凝固和熔化的热传导问题,属于带有相变的移动边界问题,也称为 Stefan 问题.挂渣的成分很复杂,其凝固温度和熔化温度也并不相等,为研究简便,本研究采用相同的凝固温度和熔化温度,即定值相变温度. 图1 闪速炉反应塔示意图 Fig.1 Sketch map of reaction shaft of flash furnace 收稿日期:2015-05-12 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA064001) 作者简介:熊宗维(1984-),男,江西宜春人,硕士,工程师. 1.1 传热控制方程 闪速炉生产操作过程中,各工艺参数稳定,炉况在长时间内相对稳定,模型中将反应塔炉衬内的热传递过程认为是稳态传热过程.反应塔在结构上具有良好的轴对称性,传热控制方程为通过圆筒壁的导热方程.由于反应塔内径约7 m,塔壁传热介质深度不超过0.35 m,通过圆筒壁的导热方程可以转化为多层平壁导热方程.因此,反应塔炉衬内一维稳态传热控制方程[2]可表述为: (1) 式中,q为热流密度(W/m2);

λ为导热系数(W・m-1・K-1);

t为温度(℃);

x为笛卡尔坐标(m). 1.2 边界条件及参数计算 本研究中计算模型选用各介质的物性参数如表1所示,各边界条件界定如表2所示. 表1 各介质的物性参数 Table

1 Parameters of materials 材质名称 导热系数/(W・m-1・K-1) 介质厚度/mm 挂渣

2 镁铬砖

3 250 钢板

45 30 表2 一维传热模型边界条件 Table

2 Boundary conditions of one-dimensional heat transfer model 项目 边界位置 边界条件 镁铬砖内衬 炉内、炉外壁面 第三类边界条件,对流、辐射边界 喷淋冷却 炉内、炉外壁面 第三类边界条件,对流、辐射边界 水套冷却 炉内壁面 第三类边界条件,对流、辐射边界 水套壁面 第一类边界条件,温度边界 强制对流传热系数为: (2) 自然对流传热系数为: (3) 炉内辐射传热系数[3]为: (4) 炉外辐射传热系数为: (5) 对流、辐射综合传热系数为: (6) 式中,hc、hr、ht分别为对流、辐射和综合换热系数(W・m-2・K-1);