近年来,我国炼镁行业得到迅速发展,各种新工艺和新技术层出不穷。但目前的首要问题是：生产企业众多但规模都很小,且盲目建设；部分企业能耗高、污染严重、技术管理差等。因此,改造镁还原系统,缩短还原时间,提高还原效率,以求达到节能减排的环保要求,是实现我国镁产业可持续发展的根本途径。本文在探讨金属镁还原原理的基础上,对应用高温空气燃烧技术的镁还原炉进行了热力学分析,包括流场分析和温度场分析。为了提高金属镁还原炉的热利用率,并到达节能减排的环保效果,本文设计开发了新型蓄热立式错排镁还原炉,并对影响其热效率的因素以及还原罐内导热问题进行了分析,提出了改进方案。本文选用湍流模型、标准κ-ε方程模型和非预混燃烧模型等模型,采用Gambit和Fluent模拟软件,研究高温空气燃烧技术在镁还原炉上应用,分析了不同空气预热温度、空气煤气绝对速度、空气煤气相对速度等三个变量下,还原炉内各流场分布情况,同时,分析了还原罐内的温度随时间和位置的分布规律,提出了还原罐内导热问题的优化设计。空气预热温度对还原炉内温度场和速度场影响很大,当空气预热温度增加时,空气和煤气的均匀性提高,火焰前锋面积增大。还原罐间存在涡旋,对燃料和空气进行稀释效应,使高温低氧燃烧成为可能。同时,烟气回流对火焰偏墙性加剧,竖直方向上火焰对称性减小。空气和煤气的绝对速度对炉内温度场和速度场影响较小,而相对速度有很大影响。射流速度比增大时,空气和煤气混合提前,炉温分布更加均匀,火焰外沿有增大趋势,但空气速度过小时,空气动能减小,火焰长度减小。炉膛与还原罐热量传递主要以辐射换热为主,对流换热为辅,当外围温度达到工艺要求时,炉膛与还原罐之间的辐射换热很小,还原罐内传热系数很小,成为影响还原效率的主要因素。在还原罐内添加一种非还原料的耐高温材料,使得还原时间减少,提高了还原效率,还原罐内温差较小,提高了还原产物的质量和产量。结合对本课题的总体研究,确定最佳工艺参数,即空气预热温度为1000℃,空气煤气射流速度比为1：2,改进后的还原罐,单罐还原料质量减少1/16,单罐还原时间减少1/4,总的来说,缩短了还原时间,提高了还原效率,提高了还原产物的质量和产量。