氧化铝熟料窑热工过程分析与优化

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1、万方数据·26·中固有色冶金A卷生产实践篇·轻金属氧化铝熟料窑热工过程分析与优化易正明，宋佳霖，杨楠(武汉科技大学钢铁冶金及资源利用教育部重点实验室，湖北武汉430081)[摘要】通过对氧化铝熟料烧结过程进行分析，建立了氧化铝熟料窑传热数学模型。利用现场实际参数对该模型进行计算求解，得到了熟料窑内气体和物料的轴向温度分布，并分析了生产过程中过剩空气系数和掺煤量等主要参数对窑内温度分布的影响，提出了相应的操作参数。【关键词】氧化铝熟料窑；烧结；热工过程；温度分布【中图分类号】TF821[文献标识码】B[文章编号】1672—6103(2012)01—0026—040前言

2、烧结法生产氧化铝过程中，熟料煅烧是最重要的工艺，熟料的质量直接影响着氧化铝的产量和主要技术经济指标。熟料窑能否优质、高产、低消耗地生产熟料与窑内温度分布密切相关，如果窑内温度高于生料烧结要求的温度，就会形成熟料过烧，其容重大，溶出率低；如果窑内温度低于生料烧结要求的温度，则烧结反应不完全，形成黄料，其溶出率低11-21。对氧化铝熟料窑热工过程进行分析，是了解和掌握窑内温度分布以及窑炉热工性能的重要途径之一，进行熟料窑内反应与传热过程研究，有利于分析各运行参数对窑内温度及各带长度分布的影响，指导操作人员进行生产参数的调整，对提高设备运转率和氧化铝熟料烧结质量具有积极的

3、意义。1熟料窑热工过程1．1窑内传热机理分析熟料窑内气体和物料在逆向运动过程中分别被加热和冷却。燃料燃烧产生的热，通过气体以辐射和对流的方式传给未被覆盖的窑内壁和物料表面。内壁面吸收的热量，通过辐射的方式传给物料，当它被物料覆盖时，部分热量又以导热的方式传给物料，另外一部分热量则被壁面吸收，在窑外壁通过辐射和对流的方式散失到周围大气中，窑壁实质是充当换热器的作用。对物料来说，其既有导热、对流和辐【作者简介】易mTn蝈(1973--)．男，湖北监利人，博士，武汉科技大学副教授，从事冶金热工过程与资源利用研究工作。[收稿日期】2011-05—03【修订日期]2011-0

4、6—13射吸收的热量，同时还有物料运动过程中内部的热量变化p。4I。熟料窑横截面上气体、物料和窑壁间的传热路径与过程如图1所示。n一窑的转速；Q。一一气体与外露窑内壁l司的传热；Q。m一外露窑内壁与料层表面间的传热；Q¨一气体与料层表面间的传热；Q⋯-一被料层覆盖窑内壁与料层间的传热；Q·一环境热损失图1熟料窑横截面上的传热方式1．2气体和物料质量流量方程由于氧化铝熟料窑是在高温下工作的热工设备，为了减少简体散热，保护窑简体钢板，简体内砌有耐火窑衬，且窑衬材料和厚度沿筒体轴向发生变化，正常情况下，在高温带还粘附着一层较厚的窑皮。窑衬厚度的变化导致窑内径沿窑轴向发生变

5、化，为了方便地描述熟料窑内的传热传质情况，沿窑轴向将熟料窑按内径变化大小分为几个不同的区段，同一区段内径相同，假定各个区段为彼此独立的封闭腔体，且各区段物料填充率保持恒定。对给定的窑体，设坐标体系如图2所示，按轴向2012年2月第1期易正明等：氧化铝熟料窑热工过程分析与优化万方数据-27·将熟料窑分为数个微元控制体，计算过程中沿熟料窑轴向取第i个微元段，每个微元段的传热传质在同一区段内进行分析。气体+燃料物料图2熟料窑内气体和物料传输过程在氧化铝熟料窑生产过程中，微元段i内筒体回转速度、简体倾角不会变化，物料的化学反应对体积的影响较小，可将气体和物料的截面积和轴向运

6、动速度视为恒定。则微元段i气体和物料的质量方程为：i∑m昭UgA，∑P曙(1)∑mfl,=vbAs∑筋(2)／=1式中(下标b表示物料，g表示气体)：m昭——气体中成分e的质量流量，kg／s；m吊——物料中成分f的质量流量，kg／s；％——气体的流动速度，m／s；Vb——物料的流动速度，m／s；A。——气体流动的截面积，m2；A。——物料流动的截面积，m2；p。——气体中成分e的密度，kg／m3；肌——物料中成分f的密度，kg／m3。1．3气体与物料能量平衡方程在微元段i内，沿窑内任一轴向截面位置，认为窑内物料混合均匀且各处温度一致，气体成分均匀且温度一致，根据能量

7、守恒原理可得气体温度‘和物料温度tb在熟料窑稳态运行时第i微元段传热微分方程例：∑Jm而昭等=也一。一Qg_。。+壹△k肛昭(3)套坳c加等=Q¨。+Q。珂+‰e埘=l+善k△b脚(4)式中：c腭——气体中成分e的比热，J／(kg·K)；f。矿一物料中成乡汀的比热，J／(kg·K)；p。——气体反应中成分e的变化率，kg／s；弘历——物料反应中成分厂的变化率，kg／s；△危。。——气体反应中成分e的反应焓，J／kg；△^届——物料反应中成分f的反应焓，J／kg。1．4窑壁面传热方程周围环境与窑外壁问的传热包括辐射传热和对流传热两个方面，假设窑壁无热量积累，则窑外