热还原制镁中的传输现象及铜一硅热还原制镁基本思路

1、SiSi（加）CaO述凍反陶址F"TFig2.1SketchofSireductionMgO2.2固液热还原制镁新方法的提出依据热応传递进行的形式，热童传递过程可分対：对流传热s传导传热和辐射传热等常用的某本类型。传导传热也称为热龟传导是指物体内部温度不同的区域之Mh温度不同“密切”接触的两物休耐而产生的热杲侵输的情况.而对流传热则定义为流体随着各物体部分nd而产生的相对位移和发生的热外发射物体吸收外來电磁波來进行的热战传输的方式叫辅射传热反应曲2.1si叫:仙m-m从现有的硅铁热还原制镂、碳化钙热还原炼镁、碳热炼镁等可以看出，现有杠它热还加技术的一般工艺过程为：（I）燉烧件僉鳩九貳

2、的矿行”形成佥皿讯化物，（2）细化球幣金皿亂化物、还加刑、助刑烦粒，（例压团制球+（4）压制的球团状放入还原罐中进行反应获得金属物为固态颗粒组成的块状物块狀物屮心部难r哽热，不能参与反应，蚩源应过程屮反应物及生成的渣相处于静止状态现渣和彌离反应物叽硯还氐反应进行的惜况度高，反应时间长，硅热法炼樓的温度高达高并严的表达网-网热还原制镂所存在的上述问题热还原制镁中的传输现象及铜一硅热还原制镁基本思路細化球磨金属氧化物、述加剂、助剂颗粒,<3）将其原料按一定的比>（4）压制的球团状放入还原罐屮进行反应+冷凝金属蒸汽*再特炼由此过程+可以发现现有热还氐制镂生产工艺中存在的问题一是反应颗粒之

3、间及块状物之间的热量传输、质量传输不畅,不能参与反应,资源、能源不易得到良好利川；是反反应物Z闻的接触率低，共至会岀坯氐速度和坯加率低；二是反应温反应时fiQ长,硅热法炼U的温度高达13001C,时间长达10小时*能耗过互影响述廉籬的便用寿命，图2.1为硅热还原制镁的过程示意图，能吏消噺Sibo.y打.SiO传递现象.依靠肩与热定传输斗的导热和对流传热相类似,质最传输的基本方式可分为扩散传质和对流传质两种。扩攸传质存在J训止的介质或流动的介质屮,是依離分的运动來进行质最的传输。不依靠宏观的混合作用,只是由F浓度梯度的存在,依靠分子运动而发生的质駅传输现象叫扩散传质。对流传质是指运动流体与固体表

4、面Z间，或互不相溶的两种流体之间,依靠流体质鼠的宏观迁移而引起的质最传输。在热鼠传输、质战传输等方面，真空固册i热还原制锲反应存在先天的缺陷。热量传输主要通过反应物间的点接触而热传导,传输通道窄，另外MgO、CaO导热性极差，导热率低；由丁液相、气相在反应体系屮匮乏，对流传热极其微弱；细粒堆积体内辐射换热由颗粒间的相互“遮热”,儿乎仅存J：l才I块表面,很难深入内层。质B传输是反应物间点接触并且儿乎ffi对静止,只冗借狭窄的通道扩散传质，尚相扩散传质的系数很小，传质效率很低；另外，反应生成2CaOSiO2等渣相滞留在反应物料间,阻隔反应物进行热还原反应,进而阻碍反应物Z间的质量交换,越到反应的

5、后期,渣和就越多、越厚，反应物间质最交换变得非常困难，反应进程将会极其缓慢。这些先天缺陷便现有硅铁热还原制馔I艺，反应的效率和完成的率低，而且提升潜力有限。然而,与固個反应比较，固液反应在热量传输、质就传输等方面要容易得多。一方面,液相对固相的包裹和渗透,大幅度提升热传导和扩散传质的通逍，另外,液相和固相间对流换热、对流传质，加强热就传输、质量传输的效果，其次,存在液相,使得反应体系内部自然对流有可能和外部强制扰动反应体系相対容易，在一定程度上能缓斛渣相対反应物II>J的阻隔问题。使用液相作还原剂是固液热还原制镁方法之_。因此，解决现有热还原制镁的生产I：艺的ha限性,找到便反应11mi

6、-IA1变为IA1液的还原剂是必耍的和迫切的。2.3液相还原剂研究真空热还原制镁还原剂的选择,从硅的介金相图来分析,选择还原剂。从硅铁热还原制钱的皮江法的反应式|旳:2MgO(s)+2CaO(s)+Si(s)=2Mg(g)+2CaOSiO2(s)(2)小川以看出，虽然使用的还原剂是SiFc,实际参加反应的是Si。如使用适宜的配对金属,得到低熔点硅合金，将其川作液相还原剂,尝试固液热还原制镁。因此我们从各种的硅合金的相图分析硅的状态,最终筛选出以F几种硅合金相图。图22SiFc合金相图Fig2.2Si-Fealloyphasediagram由硅铁相图图2.2分析可知：Si倉駅为75%wt时，介金

7、液相线的温度为1214C，固相线的温度为1208°C随着反应进行，珪也被消耗，Si-Fc介金中Si的含量将会越來越低,Si-Fe硅含量降低的过程中,液相线的温度多次变化,最低温度为12009,中间有1410C的高的温度，低Si侧温度逐渐升高到15389：周相线的温度首先在1200-1212-CfuJ变化，低Si侧逐渐升高到1538«整个反应过程中,Si-Fe本呈固相.所以,硅铁热还原制镁的反应基本是固.固反应。由硅铝相图2.3可知:在含铝晟约为13%wl,硅帚约为87%wt、温度达到650C时,硅铝合金可以为液态,但是铝与硅相比,铝的氧化性更稳定,氧化还原能力比硅强很多，为消耗了铝来还原出镁.乂由r铝的价格很高，用铝来还原镁经济效益不好。图2.3AI-Si介金相图3】Fig2.3Al-SialloyphasediagramIllCu-Si相图2.4知,Si-Cu合金液相线的高点在富Si侧，当Si含盘低J-35%wt时，液相线温度可低1"1100-C,而且，随着反应的进行，Si含晟降低，液札线温度降低，即便在富铜侧液相线有所升高，顶多也只到10859,仍低FUOOV.可保证整个热还原期间,Si-Cu合金处于全液相状态.同时，SiCu合金在Si含量低F32