D0I:10.13374M.issn1001-053x.2012.07.018 第34卷第7期 北京科技大学学报 Vol.34 No.7 2012年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2012 镁还原罐内强化换热研究 冯俊小四 张志远 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:jxfeng@usth.cdu.cm 摘要通过分析传统球团料在还原罐内的温度分布，提出了以改进布料方式缩短硅热法炼镁还原周期的必要性.研发了一 种新型炼镁料块，运用FLUENT软件对料块的传热过程进行数值模拟，分别研究了料块的高度、外缘高度、内孔直径、上下面 直径、凹槽直径和凹槽个数对料块传热过程和镁产量的影响.发现当料块的高度为100mm、外缘高度为50mm、内径为 100mm、上下面直径为200mm、凹槽直径为50mm和凹槽个数为8个时，单炉镁产量最高为318kg·h',较传统球团料提高 43.9%,吨镁煤气消耗量降低了30.5%.通过实验得出料块内部的温度分布与数值模拟的结果一致，说明数值模拟的模型是 可靠的 关键词炼镁：还原：传热：料块：优化：数值方法 分类号TF822 Enhancement of heat transfer in a magnesium reduction retort FENG Jun=-xiao☒，ZHANG Zhi-yuan School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China X Corresponding author,E-mail:jxfeng@ustb.edu.cn ABSTRACT By analyzing the temperature distribution of traditional briquetting in a magnesium reduction retort,it is necessary to improve the briquetting's shape to shorten the reduction cycle of the magnesium silicon thermal reduction method.The heat transfer process of a new-type briquetting for magnesium reduction was simulated by FLUENT software,with focus on the influence of the briquetting'height,edge height,inner diameter,bottom diameter,notch diameter and notch number on the heat transfer process and the magnesium output.It is found that the maximum magnesium output is 318 kghwhen the briquetting's height is 100mm,the edge height is 50 mm,the inner diameter is 100 mm,the bottom diameter is 200 mm,the notch diameter is 50 mm,and the notch number is 8.Compared with the traditional briquetting,the magnesium output increases by 43.9%and the gas consumption for per ton magnesium decreases by 30.5%.The internal temperature distribution of the briquetting in the experiment is consistent with the simu- lation results,indicating that the model of numerical simulation is reliable. KEY WORDS magnesium metallurgy:reduction:heat transfer:briquetting:optimization:numerical methods 我国不仅镁资源储量大，而且镁产量居世界首 因此有必要研究还原罐内物料的导热问题，强化罐 位山.镁金属的生产主要有硅热法和电解法，我国 内的传热过程.苏明等0在还原罐内加装导热装 以硅热法炼镁为主回。但是，传统的硅热法炼镁，不 置，从而强化了罐内的传热，使还原时间缩短为4~ 仅产量低，能耗高，周期长，而且对环境污染非常大， 5h,但导热装置长期处于高温环境中，容易引起变 这些问题极大地限制我国镁行业继续快速发展.因 形，其寿命较短.本文以双蓄热立式镁还原炉5还 此提高产量、降低能耗、缩短还原周期以及降低污染 原罐内物料为研究对象，分析物料分布方式对加热 是提升我国硅热法炼镁水平的必由之路. 时间的影响，并对物料的传热过程进行数值模拟，提 硅热法炼镁还原周期较长，一般为10~12h, 出一种新型炼镁料块.该料块可改善物料的传热方 收稿日期：201105-21第 34 卷 第 7 期 2012 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 7 Jul． 2012 镁还原罐内强化换热研究 冯俊小 张志远 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: jxfeng@ ustb． edu． cn 摘 要 通过分析传统球团料在还原罐内的温度分布，提出了以改进布料方式缩短硅热法炼镁还原周期的必要性． 研发了一 种新型炼镁料块，运用 FLUENT 软件对料块的传热过程进行数值模拟，分别研究了料块的高度、外缘高度、内孔直径、上下面 直径、凹槽直径和凹槽个数对料块传热过程和镁产量的影响． 发现当料块的高度为 100 mm、外缘高度为 50 mm、内径为 100 mm、上下面直径为 200 mm、凹槽直径为 50 mm 和凹槽个数为 8 个时，单炉镁产量最高为 318 kg·h － 1 ，较传统球团料提高 43. 9% ，吨镁煤气消耗量降低了 30. 5% ． 通过实验得出料块内部的温度分布与数值模拟的结果一致，说明数值模拟的模型是 可靠的． 关键词 炼镁; 还原; 传热; 料块; 优化; 数值方法 分类号 TF822 Enhancement of heat transfer in a magnesium reduction retort FENG Jun-xiao ，ZHANG Zhi-yuan School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: jxfeng@ ustb． edu． cn ABSTRACT By analyzing the temperature distribution of traditional briquetting in a magnesium reduction retort，it is necessary to improve the briquetting’s shape to shorten the reduction cycle of the magnesium silicon thermal reduction method． The heat transfer process of a new-type briquetting for magnesium reduction was simulated by FLUENT software，with focus on the influence of the briquetting’height，edge height，inner diameter，bottom diameter，notch diameter and notch number on the heat transfer process and the magnesium output． It is found that the maximum magnesium output is 318 kg·h － 1 when the briquetting’s height is 100 mm，the edge height is 50 mm，the inner diameter is 100 mm，the bottom diameter is 200 mm，the notch diameter is 50 mm，and the notch number is 8． Compared with the traditional briquetting，the magnesium output increases by 43. 9% and the gas consumption for per ton magnesium decreases by 30. 5% ． The internal temperature distribution of the briquetting in the experiment is consistent with the simu￾lation results，indicating that the model of numerical simulation is reliable． KEY WORDS magnesium metallurgy; reduction; heat transfer; briquetting; optimization; numerical methods 收稿日期: 2011--05--21 我国不仅镁资源储量大，而且镁产量居世界首 位［1］． 镁金属的生产主要有硅热法和电解法，我国 以硅热法炼镁为主［2］． 但是，传统的硅热法炼镁，不 仅产量低，能耗高，周期长，而且对环境污染非常大， 这些问题极大地限制我国镁行业继续快速发展． 因 此提高产量、降低能耗、缩短还原周期以及降低污染 是提升我国硅热法炼镁水平的必由之路． 硅热法炼镁还原周期较长，一般为 10 ～ 12 h ［3］， 因此有必要研究还原罐内物料的导热问题，强化罐 内的传热过程． 苏明等［4］在还原罐内加装导热装 置，从而强化了罐内的传热，使还原时间缩短为 4 ～ 5 h，但导热装置长期处于高温环境中，容易引起变 形，其寿命较短． 本文以双蓄热立式镁还原炉［5--6］还 原罐内物料为研究对象，分析物料分布方式对加热 时间的影响，并对物料的传热过程进行数值模拟，提 出一种新型炼镁料块． 该料块可改善物料的传热方 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.07.018