稀土氟化气流场与氟化炉装备结构参数关系研究

发布时间：2020-05-22 19:40

【摘要】：当前海内外稀土氟化物制备火法工艺中,HF气体法直接采用氟化氢气体与氧化稀土混合后,在高温下氟化反应制备。实验表明,这是工业制备稀土氟化物的最好方法。在干法冶炼的设备中,主要使用氟化炉制取稀土氟化物。HF气体法目前通用的装备为卧式氟化炉,但卧式炉由于结构原因,炉内上下层间的HF气流浓度不均匀性较为明显,从而使氧化稀土转化为氟化稀土的转化率不一致,造成氟化氢气体的利用率不高。本文运用流体动力学原理,通过借用ANSYS WORBENCH FLUENT软件,对卧式炉和优化后的立式氟化炉内炉的流场进行数值模拟。观察氟化炉内流场的分布,以氟化氢气体的速度和压力分布均匀性为依据,通过对比分析,得到更优越的炉型。具体工作如下:首先阐述了流体动力学基本原理,依次建立了氟化炉的几何、数学模型,然后使用FLUENT求解模型并对结果进行对比分析。分析结果表明:(1)立式氟化炉的速度和压力分布皆比卧式氟化炉更加均匀;(2)两氟化炉均存在气体滞留区现象,而对立式炉型还有待进一步优化。针对分析结果中立式氟化炉呈现的问题,对其结构参数进行如下改进:(1)进气管内伸至每层料盘反应区入口处;(2)对炉胆底部边角结构采用圆底形式;(3)对料盘采用圆滑边角结构;(4)集气罩设置成圆弧顶结构。结构参数设定后,对各改进结构进行数值模拟,对比分析模拟结果显示:(1)两改进氟化炉结构进行氟化反应时,气体分布更加均匀;(2)两改进氟化炉结构均消除了氟化反应区域周围的涡流中心。最后介绍了结构改进后的氟化炉的制造过程,并就氟化率曲线进行对比分析。结果表明,两结构改进后的氟化炉,每层氟化氢气体的分布更均匀,氟化率曲线波动较小,验证了仿真结果及分析的正确性,均达到了预期的结构参数优化效果。运用ANSYS软件模拟氟化炉内流场的分布,明确了存在的气体滞留区域,并对滞留区域进行了结构参数优化模拟。但是软件模拟和现实状况,还存有一定的误差和缺乏工况条件下实验论证的支持。因此本文只是为今后生产实践作理论参考,并起到一定的指导作用。
【图文】：

工艺图,氟化镨,实物

（无水）(1.2)B.HF气体法的具体反应过程为：将氧化(镨)钕等盛装在氟化炉内料盘中，高温下，HF气体与氧化镨钕产生反应，生成粉末状的氟化镨钕(实物图见图1.1)和水，生成的水和多余的HF尾气经过水冷，最终使汽、水分离[7,20-23]。化学反应式如下：NdOHFNdFHO2332(Pr ) 6 2(Pr) 3(1.3)图1.1 氟化镨钕实物图HF气体法的缺点有：气体有强腐蚀性，对裹炉的材料要求较严格，没选择好会使成本较高，不利于广泛使用。优点有：工艺的流程短、操作简便、转化率高、氟化效率好、工艺中带入的杂质较少等。实验说明,这是工业制备优质稀土氟化物的最好方法[7]。1.3.2 稀土氟化物的制备工艺图1.2为稀土氟化物制备工艺路线简图：3423150C~300C2342Re O 6NHF 2ReF 6NHF 3HO ReF 高温蒸发

流程图,稀土氟化物,制备工艺,流程图

第一章绪论4图1.2 稀土氟化物制备工艺流程图1.4 现有立式氟化炉的结构工艺当前市面上工业用氟化炉大都是卧式结构，，见图1.3左图为卧式氟化炉炉体简化结构，卧式氟化炉因在结构方面等的原因，炉内氟化氢气体上下层气流浓度不均匀，使炉内上下层稀土氧化物转化为稀土氟化物的效率不一，使得氟化氢气体的利用率不是很高[24]。对于这种传统的生产方式，已经不满足生产需要，也不适应经济的发展。在此，本文研究的模型，是基于赣州有色冶金研究所，研究使用的一种立式稀土氧化物氟化炉，整体结构见1.3右图。从炉简化结构图可知，该炉包括了：炉外壳、炉胆、进气管、盛料圆盘、集气罩、加热电阻丝、保温层和气体分散器。该立式氟化炉的炉胆
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF351

【参考文献】