闪速炉反应塔壁面挂渣机理研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.11.002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）11-0000-00StudyonMechanismofAdheringSlagonReactionShaftinFlashFurnaceXIONGZ

2、ong-wei（ChinaNerinEngineeringCo.,Ltd.，Nanchang330031,China）Abstract：One-dimensionalsteadyheattransfermodelforadheringslagofmagnesite-chromebricklining,spraycoolingwall,andjacketcoolingwallofreactionshaftofflashfurnacewasestablished.Themechanismofadheringslagforreaction

3、shaftwasanalyzed.Keywords：flashfurnace;reactionshaft;adheringslag;heattransfermodel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

4、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.1Sket

5、chmapofreactionshaftofflashfurnace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7m，塔壁传热介质深度不超过0.35m，通过圆筒壁的导热方程可以转化为多层平壁导热

6、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Table1Parametersofmaterials材质名称导热系数/(W·m-1·K-1)介质厚度/mm挂渣2镁铬砖3250钢板4530表2一维传热模型边界条件Table2Boundaryconditionsofone-dimensionalh

7、eattransfermodel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）；l为特征长度(m)；Nu为努塞尔数；Re为雷诺数；Pr为普朗特数；Gr为格拉晓夫数；

8、Cb为黑体辐射系数（5.67W·m-2·K-4）；εg和εw分别为气体和壁面的黑度；Tg为炉内烟气温度(K)；Tw、Ta、Twa分别为炉内壁面、炉外空气和炉外壁面的温度(K)。反应塔炉内烟气温度为tg=1300~1500℃，无特别说明