DOC《新型竖置镁还原罐的设计》

473 K.罐内球团料为吸热热源,吸热量根据球团料升温吸热及反应吸热总量确定.考虑到单罐球团料总重为: (1) 球团料中煅白、硅铁和萤石的质量比为80:17:3,且煅白中Mg与Ca摩尔比为1:1,故单罐球团料含Mg和Ca均为: (2) 故单位时间的反应热为: (3) 球团料升温所需吸热量为: (4) 故总吸热量为: (5)

3 模拟结果分析 考虑新型竖置还原罐一个还原周期10 h内的传热过程.图3给出了罐内球团料最低温度随加热时间的变化趋势.从图3可以看出,罐内球团料在还原周期开始的1 h内,温度急速上升,从室温的298.0 K上升至1 h的1 310.7 K. 图3 罐内球团料最低温度随加热时间的变化趋势 Fig.3 Dependence of minimum temperature of pellets on heating time 图4显示了罐内部不同时刻的温度分布.在1~6 h内,升温速度依然很快,从1 h的1 310.7 K上升至6 h的1 459.6 K;

但是在6~10 h内,温度变化则很小.说明在6个小时的时间内球团料已经几乎完全达到反应温度,中心部位的球团料已经可以进行反应. (a)10 min (b)30 min (c)60 min 图4 套罐内部不同时刻的温度分布 Fig.4 Temperature distribution at various time in vertical jar set 相应地,图5给出了罐外壁与罐内球团料最低温度的差值随时间的变化趋势.由图5可知,随着加热的进行,罐内中心球团料与罐外壁的温差越来越小,温度均匀性越来越好,并且球团料在6 h左右后温升速度变慢,并达到了球团料的反应温度. 图5 罐外壁与罐内球团料最低温度差值随时间的变化趋势 Fig.5 Difference between jar outside wall temperature and minimum temperature of pellets versus time 此外,传统横置还原罐和新型竖置套罐的内径分别为d=273 mm和dinner=288 mm,即有dinner>

d,说明本文所设计的竖置套罐一个周期内还原的球团料量多于传统横置还原罐,且该竖置套罐的球团料在6 h内即可达到反应温度.在球团料的加热和保温周期相同的情况下,即均为10 h,新型竖置套罐的球团料加热速率较传统还原罐有所提高.由于罐内球团料的传热速率决定了还原效率[7],所以新型竖置还原罐可以适当地缩短还原周期.

4 新型竖置还原罐的应用效果 本文所设计的新型竖置还原罐已应用于山西五台云海镁业空煤气双蓄热24支竖罐镁还原炉,图6为机械出料阶段实际操作.通过实际生产分析得出,球团料的加热速率得到了大大的提高,缩短了还原周期.且竖置还原罐可以采用机械自动装料卸料,相比于横置还原罐布置时工人在高温条件下用长杆手工装卸物料,大大缩短了操作时间,工作周期由传统的12 h缩短至9~10 h.同时降低了工人劳动强度,从而提高了生产效率,降低了人工成本,并由于减少了装卸物料时间,减少了由此而产生的热量损失,提高了生产连续性.该炉自建成以来,套罐的内罐装出料正常,外罐炉内使用未出现大的永久变形而影响正常使用.此外,竖置还原罐避免了横置还原罐罐体因重力作用产生弯曲应力,保证了还原罐在长期高温高真空条件下不易变形,使用寿命大大延长到超过150天.因此,新型竖置还原罐在使用寿命延长的同时,球团料加热速率提高,且实现了机械装出料,应用前景广阔. 图6 机械出料阶段实际操作 Fig.6 Field operation of mechanized discharging process

5 结论 外罐加内罐的新型竖置还原罐的加热速率较传统还原罐快.还原罐的使用寿命延长到5个月以上,且实现了机械装出料,提高了球团料加热速率. 参考文献 [1] 夏德宏,郭梁,张刚,等. 硅热炼镁还原炉的用能分析与节能措施探讨[J]. 冶金能源,2005(3):32-35. [2] 刘兵,曾大本,苏竣. 我国镁产业发展政策的分析与评价[J]. 中国科技论坛,2007(8):34-39. [3] 娄光伟,张祖逖,申玉鹏,等. 硅热法炼镁的节能和清洁能源解决方案[J]. 有色金属(冶炼部分),2005(3):16-19. [4] 张小平. 炼镁还原罐高温失效与使用寿命分析[J]. 同煤科技,2005(1):16-17. [5] 李德臣. 炼镁立式还原炉法[J]. 铸造设备研究,2007(4):37-38. [6] 中南大学. 一种外热竖罐炼镁装置:中国,CN200910207798[P]. 2010-05-12. [7] 梁磊,强军锋,王晓刚,等. 皮江法炼镁工艺还原罐内温度场研究[J]. 轻金属,2006(10):58-61. ........