立式稀土氟化炉热传导与内部气流规律研究.pdfVIP

2017年2月第1期 逄启寿等：立式稀土氟化炉热传导与内部气流规律研究 ·41· 立式稀土氟化炉热传导与内部气流规律研究 逢启寿，罗桂平 (江西理工大学机电工程学院，江西赣州 341000) [摘 要] 为了解决稀土氟化炉中出现的各层氟化率不均匀问题，以立式稀土氟化炉反应器为研究对 象，经过合理简化，建立了数学模型。利用CFD软件对模型进行计算求解，得到反应区温度场和流场的 分布云图，对温度场和流场进行分析，并使用MATLAB对模型计算所得数据进行作图处理，结果表明： 局部存在温度不均或气体滞留死区问题。研究了氟化炉内不同层问氟化率与传热状态的关系以及流场 分布对氟化效果的影响，并提出了改进措施。 [关键词] 立式氟化炉；CFD；温度场；流场 [文献标志码]B[文章编号] 1672—6103(2017)01—0041—05 [中图分类号]TF845．3；TQl33．3 氟化炉内胆温度场及流场进行计算分析，以获得炉 O 引言 内传热状态以及流场分布情况，为优化氟化设备提 稀土氟化物是制取稀土金属的重要原料，制备 供理论依据。 无水稀土氟化物一般有氢氟酸沉淀一真空脱水法、 氟化氢铵氟化法和氟化氢气体氟化法三种方法，其 1数学物理模型的建立 中氟化氢气体法较其它两种方法具备工艺流程短、 1．1 立式稀土氟化炉的结构及工作原理 带入杂质少、环保、氟化率高等诸多优点。1。，是目前 图1为稀土氟化实验炉，图2为氟化炉结构简 工业上制备氟化稀土的最佳方法’2。o。研究表明， 图。 采用干法氟化工艺制备重稀土，温度控制在600～ 650℃，氟化氢气体的实际用量为理论计算值过量 100％，气体流量控制在3～4 kg／h时，稀土氧化物 的氟化率可达99．9％以上”。。氟化氢气体法制备 氟化稀土过程中，温度和氟化氢气体用量这两个因 素非常重要。在对氟化氢制备氟化镨钕的产业化研 究中，针对500 REO卧式氟化炉，也重点对温度 kg 和HF气体用量提出了要求¨。。 图1稀土氟化实验炉 传统制备稀土氟化物的设备主要是卧式固定床 氟化炉∞。，它具有流程短、回收率高、产品质量好等 氟化氢气体由入口进入内腔(柱形结构)，入口 优点。但卧式氟化炉内温度场分布不均，梯度较大， 处装有气体散布器，经过散布器氟化氢气体较为均 流场分布亦不良，造成整个反应器内氟化效果差异 匀地进人物料区与稀土氧化物充分反应，反应尾气 较大。7。。为此，研究者研发设计了立式稀土氧化物 通过集气罩从出口排出。加热系统由内衬外围螺旋 氟化炉¨“。。虽然立式氟化炉较卧式炉具有更佳的 放置的电阻丝构成，主要分布在上中下三个位置。 氟化效果，但仍存在温度不均匀问题。本文对立式 电阻发热通过辐射、导热和对流传热进入内腔加热 物料区。 [作者简介]逢启寿(1963一)，男，山东潍坊人，硕士，教授，主要研 反应化学方程式为： 究方向：稀土冶金设备研发制造。 Re，O，+6HF—}2ReF，+3H，O(1) [收稿日期]2016—0卜13 万方数据 ·42· 中国有色冶金 A生产实践篇·设备及自动化 1．2稀土氟化实验