镁及镁合金因其优异的力学性能及相比于其他工程材料较低的密度而被广泛应用于汽车、航空航天、军工等领域，被誉为“2l世纪绿色工程金属材料”。当前我国原镁产量占据世界总产量的比例超过80%，其中超过90%通过传统硅热法（皮江法）生产。然而，硅热法炼镁工艺当前仍然存能耗高、还原时间长、成本高等缺点，特别是关于硅热法还原过程中的热物理、热化学问题基础研究不足，对还原罐等关键技术装备的改进、升级缺乏理论依据及有效手段，阻碍了原镁冶炼新工艺的开发和镁及镁合金的规模化应用。
针对硅热法炼镁还原反应数值分析中存在的基础物性参数给定不准确，料球密度、比热、导热系数等参数变化规律不清楚的问题，本文对硅热法炼镁料球物性参数开展了实验研究，并将实验测得的料球基本物性参数用于还原罐内传热与还原反应耦合过程的数值计算模型中，达到了准确定量预测温度、反应转化率等参数变化规律的目的。
首先，本文通过实验研究测试了硅热法原料煅白、硅铁及料球的密度、比热、导热系数等基本物性参数，探究了温度、成型压力、配硅比等因素对各物性参数的影响规律，实验结果表明：温度和成型压力两因素在T　=　100~1100　°C及P　=　350~590　MPa范围内显著影响料球导热系数，而配硅比在R　=　1.0~1.2范围内对料球导热系数的影响不明显，上述条件下采用“激光闪射法”对料球导热系数的测试结果不确定度为2.49%。
其次，本文对硅热法料球有效导热系数模型进行了研究，建立了两相复合材料导热系数S+ME2复合模型，并分段给出了硅热法料球在升温阶段和还原阶段的有效导热系数，解决了料球导热系数因组分变化而无法准确测定的问题：对料球显微晶相结构的分析表明，由于料球中的煅白与硅铁具有不同的微观结构特点，可将料球视为由煅白和硅铁组成的两相复合材料；相比于单独的串联、ME2及EMT模型，S+ME2复合模型对硅热法料球有效导热系数的拟合结果与实验值偏差更小，且该模型既反映了硅铁颗粒在料球中均匀分布的特征，又兼顾了硅铁颗粒间传热相互影响导致的导热系数“分层”特征，较简单模型更符合料球的微观结构特点。
继而，本文将实验获得的物性参数用于传统硅热法还原罐内传热与还原反应耦合过程的数值分析中，实现了料球升温及还原过程中温度、转化率等参数的定量预测，数值计算结果表明：还原罐外壁面温度1175　°C条件下，还原时间8　h后料层总体转化率为77.1%，还原罐外壁面温度1200　°C条件下，还原8　h后料层总体转化率为86.8%，这与生产实践的统计结果符合得很好，说明该计算模型具有较高的计算准确度；料球导热系数在整个升温及还原过程中呈现三个变化阶段，无论是单个料球还是料层整体，传热过程都受料球有效导热系数变化的影响，未反应料球与加热源之间，始终有低导热系数的渣球，且渣球厚度随时间延长而增加，越到反应后期，对转化率影响越大。
最后，本文对新型复式竖罐技术的复式反应器内传热和还原反应耦合过程进行了数值分析，研究了温度、还原转化率等参数的变化规律，数值计算结果表明：反应器外壁面温度1200　°C条件下，还原时间7　h后料层总体转化率达到90%，8　h后料层几乎100%完全反应；相比于传统还原罐，复式反应器通过强化换热肋片使加热效率提高了约20%，明显加快了料层的传热过程，进而提升了相同还原时间内料层的总体转化率。