镁热法生产海绵钛还原设备换热过程分析

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.01.009镁热法生产海绵钛还原设备换热过程分析安鸿浩，吴复忠，金会心(贵州大学材料与冶金学院，贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵阳550025)摘要：以热工测试数据为基础，对还原过程中冷却空气的散热进行计算和分析，建立TiCl4加料速度和空气散热强度之间的代数关系式，并以此关系式为基础对TiCl4加料速度进行评估。结果表明，加料速度与风速和一定范围内冷却空气的出口温度存在一定的关系，可以根据冷却空气风速和出口温度得到加料速度的评价值，一定程度上也可以预测加料速度范围。关键词：海绵钛；强

2、制换热；对流换热；冷却空气中图分类号：TF823；TF06文献标志码：A文章编号：1007-7545（2015）01-0000-00AnalysisofHeatTransferProcessinReductionEquipmentofTitaniumSpongeProductionbyMagnesiothermicReductionANHong-hao,WUFu-zhong,JINHui-xin（SchoolofMaterial&Metallurgy,KeyLaboratoryofMetallurgyandEnergyConservationofGuizho

3、u,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China）Abstract:Basedonthermaltestdata,thethermalofcoolingairinreductionprocesswascalculatedandanalyzedtoestablishanalgebraicrelationshipbetweenfeedrateofTiCl4andairheatradiationintensitywhichisappliedtoevaluatefeedrateofTiCl4.Theresultsindicatethat

4、feedraterelateswithwindspeedandoutlettemperatureofcoolingairwithinacertainrange.Evaluationvalueoffeedrateaccordingtowindspeedandoutlettemperatureofcoolingaircanbeobtainedandappliedtopredictrangeoffeedrate.Keywords:titaniumsponge;forcedheat;convectiveheattransfer;coolingair镁热还原TiCl4

5、生产海绵钛的还原反应是一个剧烈的放热反应，还原反应器自热体系的多余热量通过反应器炉体表面对流换热排走，从而稳定TiCl4的加料制度，维持还原体系的热平衡[1-3]。还原过程中还原设备的自然对流换热过程稳定，还原过程TiCl4的加料速度平稳，容易控制，但换热强度低，无法满足生产的需求[4-5]。而且，我国海绵钛企业与国外先进水平相比，还原过程的料速是偏小的[6-8]。国内某海绵钛企业在还原过程中对还原反应器进行强制散热冷却，TiCl4加料速度显著提高，还原生产周期缩短，但TiCl4加料速度的控制不合理，更缺乏一个对TiCl4加料速度、空气散热强度优劣的评价体系

6、。本文以热工测试数据为基础，对还原过程中冷却空气的散热进行计算和分析，并建立TiCl4加料速度和空气散热强度之间的关联式。1计算基础将海绵钛还原设备环形空腔内的空气湍流对流换热简化成内壁加热、外壁恒温的问题进行分析计算[9]。在温度T下，化学反应的热量收入按照基尔霍夫定律公式计算：则在还原过程反应中总化学反应净发热量QR反为：在还原过程中，反应釜底部需要用电炉丝进行保温，所以热量的总收入除了化学反应热外还包括消耗电能所产生的热量。系统的能量平衡可表示为：（1）收稿日期：2014-09-24基金项目：教育部重点项目（212157）；贵州省科技厅工业攻关项目（黔

7、科合GZ字[2013]3009）作者简介：安鸿浩（1990-），女，苗族，贵州石阡人，硕士研究生.根据伯努利方程计算出口空气的流速为：（2）冷却空气所带走的热量Qh为进出口焓值之差：（3）根据质量守恒，进出口风的质量流量相等：（4）冷空气的散热量占总热量的比例设为β：（5）联立以上各式可以得到：（6）式中，2结果分析与讨论2.1加料速度与冷却空气风温的关系加料速度与出口温度的变化关系如图1所示。图1加料速度与出口温度的关系Fig.1RelationshipbetweenfeedrateofTiCl4andoutlettemperature从图1可以看出，Ti

8、Cl4的加料速度是随着冷却空气的出口温度升高而逐渐增