菱镁矿熔炼电熔镁砂节能新工艺及方镁石结晶过程研究

论文摘要

菱镁矿是冶金工业中不可缺少的耐火材料。我国菱镁矿资源丰富,质量优良,是全球最大的电熔镁砂生产国和供应国。但是目前国内电熔镁生产工艺落后,一直处于“一等原料,二等加工,三等产品”的境地,资源浪费严重。因此,加大科技力量投入,开发新一代电熔镁节能生产工艺,产出高品位电熔镁砂势在必行。为了设计研发新一代电熔镁生产工艺,需对原有工艺进行热工诊断。通过热工测算的结果分析,找出了电熔镁生产的节能途径,提出了电熔镁工艺系统节能的突破点。本文在此基础上提出了菱镁矿熔炼电熔镁砂新工艺流程,并对新工艺的节能效果进行了理论分析。同时,本文对新工艺中涉及的关键设备进行了相关的设计计算。新一代电熔镁砂生产工艺的节能关键在于对电熔镁坨中所含余热的回收利用,与此同时,产出的电熔镁砂产品的质量保证也是新工艺的另一个关键点。本文采用ProCAST软件对熔炼完成后电熔镁坨的动态温度场和方镁石凝固结晶过程的微观组织进行了模拟。通过对比现场测试的冷却过程,验证了模拟的准确性。之后,分别对不同工况下的凝固结晶过程进行模拟,通过对比分析模拟结果,指出了影响电熔镁砂产品质量的关键因素。这也从另一方面验证了新一代电熔镁生产工艺的可行性。通过上面的研究,依照系统节能及工业生态学理论,笔者创立了一套电熔镁系统节能新工艺。新工艺不仅保证了物质能源的充分利用,实现“零排放”,同时也保证了在能耗最低的条件下得到更高品位的电熔镁砂。最终实现“一等原料,一等加工,一等产品”的生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电熔镁概述
• 1.1.1 电熔镁产业背景介绍
• 1.1.2 电熔镁产业分布及资源现状
• 1.1.3 电熔镁生产原理与制备方法
• 1.1.4 电熔镁产品分类及用途
• 1.1.5 国内外电熔镁产业发展中存在的问题和特点
• 1.2 现有电熔镁生产工艺介绍
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 第2章 菱镁矿熔炼电熔镁砂节能新工艺
• 2.1 电熔镁砂生产能耗分析
• 2.1.1 电熔镁砂生产的理论热耗
• 2.1.2 电熔镁砂生产现场的热工测试
• 2.1.3 熔炼过程热平衡及余热利用关键问题分析
• 2.2 电熔镁砂生产新工艺流程设计及节能效果分析
• 2.2.1 电熔镁砂生产新工艺流程设计
• 2.2.2 新工艺节能效果分析
• 2.3 新工艺中关键设备的设计
• 2.3.1 物料预热塔
• 2.3.2 余热回收室
• 2.3.3 破碎装置
• 2.3.4 干熄式高温热交换塔
• 2.4 本章小结
• 第3章 电熔镁坨凝固过程数学物理模型
• 3.1 PROCAST模拟软件简介
• 3.2 电熔镁坨动态温度场数学物理模型
• 3.2.1 物理模型的建立
• 3.2.2 数学模型的建立
• 3.2.3 热物性参数的处理
• 3.2.4 相变潜热的处理
• 3.2.5 边界条件
• 3.2.6 初始条件的确定
• 3.3 方镁石结晶过程微观组织数学模型
• 3.3.1 微观组织数值模拟简介
• 3.3.2 元胞自动机的基本原理及特征
• 3.3.3 方镁石微观组织模拟的数学物理模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 方镁石结晶过程数值模拟及结果分析
• 4.1 PRECAST模拟软件参数设定
• 4.1.1 材料参数的设定
• 4.1.2 CAFE模块参数的设定
• 4.2 动态温度场和微观组织模拟结果
• 4.2.1 动态温度场和凝固场模拟结果
• 4.2.2 微观组织模拟结果
• 4.2.3 工艺参数对模拟结果的影响分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢