DOC《新型竖置镁还原罐的设计》

700 mm.端部采用半球壳形式,与筒形的罐体相接合.外罐采用ZG35Cr24Ni7SiN(即3Cr24Ni7N)离心铸造制成,罐体与罐帽通过焊接接合. 内罐需要承载球团料,同时也是实现机械装出料的重要构件.故在保证其本身强度的同时,内罐自身重量尽量小,即壁厚尽量薄.此外,由于工艺的影响需要抽真空,为保证镁蒸汽更高效地析出,并被收集到还原罐端部的冷凝器,可以在内罐的罐壁上打孔,并且保证内罐与外罐间具有一定的间隙,使镁蒸气可以从内罐壁的孔中溢出,同时可以进一步减小内罐的重量,降低机械装出料的能耗.本文选取内罐壁厚(inner=6 mm,内外罐壁间缝隙(=25 mm,即内罐内径dinner=288 mm.内罐罐壁孔隙的内径dhole=20 mm,孔隙随机布置,相邻孔隙圆心之间距离不小于40 mm.内罐端部采用半球壳形式,与筒形的罐体相接合.内罐同样采用ZG35Cr24Ni7SiN离心铸造制成,罐体与罐帽通过焊接接合. 对于套罐组合形式,为了降低炉墙及炉顶的受力,外罐将被固定于炉顶的钢结构上.外罐与传统的横置还原罐相同,抽真空系统、镁结晶器、冷却水系统和钾钠捕集器等罐口设备与外罐相接.还原阶段开始前,通过机械装置将装满球团料的内罐从炉顶送入外罐,将罐口设备与外罐连接好后,开始还原;

还原结束后,打开罐口设备,取出镁结晶器,同样通过机械装置将充满废渣的内罐从炉顶取出,完成一个还原周期.

2 竖置还原罐传热数值模拟 由于竖置还原罐本身的重力和罐内球团料的重力都不会施加于外罐壁上,因此不会出现横置还原罐常见的顶部塌陷问题,所以还原罐的寿命得到了大大的延长.但是,由于内外罐之间的间隙仅25 mm,受到抽真空工艺的影响,缝隙之间的气流量不定,球团料的加热速率可能会受到影响.因此对于新型竖置还原罐,有必要进行罐内球团料的加热速率分析,以验证新型还原罐的合理性. 2.1模型建立与网格划分 本文将忽略竖置还原罐沿罐长方向的温度变化,即假设沿罐长方向温度梯度为0,将物理模型简化为二维沿径向方向的传热;

忽略氧化涂层的影响,只考虑1

473 K温度下的材料参数;

忽略还原过程的保温和装出料时间,假设还原罐始终工作于加热时间段,以常规的还原周期10 h计;

忽略还原罐与冷端镁结晶器等设备的换热;

不考虑还原罐的反应过程,球团炉料的升温吸热及反应吸热简化为一个整体吸热热流. 在高温的热还原罐中以辐射传热为主导,因此后续的传热分析将主要考虑辐射传热方式,在FLUENT软件中选用离散坐标DO辐射模型(Discrete Ordinates Radiation Model)进行模拟.由于不再考虑流动问题,故基于能量方程进行数值模拟.套罐的网格划分如图2所示,采用三角形结构化网格,网格数为34 102,经验证该网格数量下可以保证计算的精度和计算的收敛. 图2 套罐横截面的网格划分 Fig.2 Meshes of cross section for vertical jar set 2.2 材料参数 计算中,各DO模型所需参数涉及到罐体材料、罐内球团料及内外罐间气体3种材料的参数.对罐体材料,其热容量为Cp(steel)=502 J/(kg(K),导热系数为(steel=16.27 W/(mg(K).对罐内球团料,其热容量为Cp(filler)=373 J/(kg(K),有效导热系数为(filler=1.3 W/(mg(K).对内外罐间的气体间隙,其热容量Cp(space)、导热系数(space、吸收率、和散射率均为0,折射率为1. 2.3 边界条件 本文忽略气体流动,只考虑辐射传热.在外罐壁面选取定壁温边界条件,温度Tm=1