铝电解槽异型阴极钢棒的对比仿真研究

减小铝液中水平电流是实现铝电解槽节能降耗的重要手段之一.本文针对当前出现的五种有代表性的异型阴极钢棒,在有限元商业软件ANSYS平台上分别建立其相应的三维电热场耦合切片计算模型,在兼顾槽底压降变化等因素的情况下,分析和对比了这些钢棒在减小铝液中水平电流方面的效果.结果表明:相比于传统阴极钢棒,五种异型阴极钢棒都能不同程度地战小铝液中的水平电流,但除方案二的阴极钢棒外,都在一定程度上增大了阴极压降;同时阴极发块和钢棒的电流密度也都有所改变.     

铝电解槽钢棒加高型阴极对铝液中水平电流的优化

为减小传统铝电解槽内铝液中存在的较大水平电流,提出一种阴极钢棒加高型阴极。采用含电接触的有限元模型计算钢棒加高型阴极结构的电场,考察此种阴极对于铝液中水平电流的优化作用。计算结果表明:选择合适的加高位置及加高高度可使铝液中X向水平电流密度的最大值和平均值有效减小,并且可以优化X向水平电流密度的分布,而对于减小Z向水平电流密度的最大值也有一定作用。以300 kA铝电解槽的阴极为例,在距阴极炭块边缘800 mm处钢棒上加高70 mm至90 mm时为最佳加高设计;同时钢棒加高型阴极结构的电压降小于传统结构的,铝液中的等势线分布更平缓。     

400kA铝电解槽阴极钢棒倾斜高度对阴极电压降的影响

对某厂家400 kA铝电解槽进行了电场测试后进行分析总结，提出通过阴极钢棒倾斜高度加高来影响阴极电压降，同时减小传统铝电解槽内铝液中存在的水平电流。利用Solid Works三维建模及COMSOL三维仿真模拟软件，对400 kA铝电解槽进行了数值模拟，考察此种改进方案对于阴极电压降的影响和铝液中水平电流的优化作用。     

新式阴极钢棒结构在SY300电解槽上应用

针对某厂300kA大修电解槽进行节能改造,以提高电解槽的磁流体稳定性作为突破口,应用铝电解槽磁流体稳定技术及新式阴极钢棒结构,大幅度减低水平电流;根据新式阴极钢棒结构电解槽的特点,通过电-热仿真模型,优化设计保温型内衬结构。改造后的电解槽与传统槽相比,槽平均电压降低90mV,电流效率提高1.08%,吨铝直流电耗降低420kWh。     

铝电解槽阴极结构分析与仿真计算

研究了阴极结构对铝电解槽节能的影响,并针对不同阴极结构进行了仿真计算,结果表明,改变阴极炭块材质和/或阴极钢棒材质可以降低炉底压降;在不改变钢棒材质的情况下,增大阴极钢棒截面可以改善阴极的导电性、明显降低炉底压降;但增大阴极钢棒截面对降低铝液层水平电流的效果不明显,如果采用高导电钢棒或双钢棒,水平电流约下降30%。     

新型高导电阴极钢棒结构对电解槽电-热场影响仿真

本文采用有限元仿真计算的方法计算采用新型高导电阴极钢棒铝电解槽的电热场。在ANSYS平台上建立了350k A铝电解槽的双阳极切片模型,从物理场的角度考察新型高导电阴极钢棒结构对于电解槽电平衡和热平衡的影响。结果表明:运用高导电钢棒的电解槽阴极压降可以降低约124m V左右;单纯采用高导电钢棒而不对槽底保温进行加强时,底部保温略显不足,在现行的工艺下,槽帮稍厚,伸腿偏长;采用高导电钢棒并对电解槽底部进行保温加强、提高覆盖料厚度等措施,可以使得该槽在降低阴极压降后仍保持在合适的热平衡之下。     

200 kA铝电解槽阴极磷生铁浇铸试验及工业应用

阴极磷生铁浇铸是降低铝电解槽阴极压降的有效途径和措施,进而降低槽电压和铝液直流电耗。本文开展了磷生铁浇铸技术在200 kA电解槽应用实践,通过燃气加热的方式成功完成阴极浇铸试验,并进行了上槽试验,试验槽炉底压降相比双钢棒电解槽阴极压降降低83 mV,吨铝直流电耗降低了278 kWh。试验槽取得显著效果后,进行了推广应用,数据显示,阴极磷生铁浇铸电解槽能够在低电压下运行稳定,吨铝直流电单耗降到了12,400 kWh以下,经济社会效益显著,具有良好的推广应用价值。     

新型阴极钢棒电解槽技术的应用与生产实践

本文根据某公司在大修电解槽上引进新型阴极钢棒电解槽技术,该技术优化了电解槽阴极炭块结构形式,能有效减少铝液层中的水平电流、提高电解槽稳定性,侧部采用内保温结构,焙烧启动过程采用"低电压焙烧启动技术",体现了"一高二快三低"的控制思路,焙烧时间由传统槽的96h缩短至72h;在正常生产期,通过优化技术条件控制,加强电解槽保温,总结出"四保三降两稳一控"的管理思路和"勤查、轻扰、稳定、协调"操作四原则。经过两年的生产实践,该槽型实现了吨铝直流电耗12500kWh左右,较传统槽型吨铝节电600kWh,有效地降低了生产成本。     

静流式铝电解槽磁场仿真及设计

通过对槽内磁场、电流场的分析和研究,提出一种静流式铝电解槽的概念,采用阴极垂直出电的方式代替目前的水平出电方式,从而大幅度降低铝液层中的水平电流,大幅度削弱电磁力对槽内熔体的影响,进而减小铝液的流动和波动,将电磁影响削弱到最低程度以实现熔体界面高稳定性,并依此原理设计开发新型高效节能型铝电解试验槽。同时对母线配置进行设计,在最优化母线配置下,磁场数值仿真计算结果表明,该电解槽垂直磁场最大值为0.896 3 mT,平均值为0.360 2 mT,远低于同规格普通电解槽的垂直磁场,从而可获得电解槽超稳定运行条件,为大幅度降低极距,实现大幅度节能创造条件。     

关于60kA侧插自焙电解槽停槽时限的探讨

讨论了已被确认为破损的电解槽怎样尽可能延长槽寿命及停槽时限等问题，分析了阴极钢棒温度的函数曲线，提出了铝电解槽平均槽寿命的一种新的计算方法。     

电解槽融体中电流分布的数值计算

在电解槽三维电位场计算的基础上 ,本文对电解槽在以下情况下 ,融体内电流分布进行了计算 :1)伸腿长度为零的理想情况 ;2 )伸腿长度为零 ,阳极中部位置的阴极表面存在结壳 ;3 )伸腿伸至阳极底部。通过分析发现 ,随着层面的降低 ,水平电流密度的幅值和梯度都变化不大。在炉底存在结壳时 ,结壳两侧电流密度会出现突变 ,而当伸腿伸至阳极底部时 ,在槽边部会出现较大的负方向电流 ,伸腿越长 ,负向电流越大。在达到阴极表面之前 ,铝液层面中垂直电流密度分布基本与铝液层面无关。铝液中横向电流密度在层面之间存在较大梯度     

铝电解槽中铝液稳定方法

本专利介绍了改善铝电解槽中垂直磁场分布以及减少由于电磁力所造成的铝液表面隆起的方法。迄今为止,电解槽有横向和纵向两种配置方法,槽从两端进电。此种类型的电解槽,由于输送大电流的阴极母线在电解槽的侧部通过,因而,槽中产生强的磁场。此外,在电解槽内,从阳极母线来的电流经过碳阳极进入电解质中,再经过铝液而到碳素槽底,然后,汇集到平行配置的许多阴极棒     

铝电解槽新式节能阴极结构技术

正新式节能阴极结构技术是沈阳铝镁设计研究院有限公司近年研发的又一项铝电解槽节能技术。1该技术特点:(1)改变阴极钢棒与阴极炭块的连接方式及组装形式,优化了阴极导电结构,从而实现电解槽铝液中水平电流与阴极压降双重大幅降低。(2)通过对阴极结构的电-热-应力多维耦合仿真研究,优化出最佳的阴极组结构及组装工艺条件:a.保证电解槽具有极高的磁流体稳定性和极低的阴极压降;b,保证电解槽内衬的长寿命。     

异型阴极不同尺寸的凹槽对铝液阻力损失的影响

在异型阴极铝电解槽中,为了减小铝液的波动,每个阴极碳块的上表面不是平的,而是有凸型突起的,以这样的阴极碳块砌筑在电解槽上以后,就在电解槽槽膛阴极底表面上形成了很多与电解槽纵向相垂直的"沟"(或称凹槽),此种"沟"可隔断槽内铝液流动,降低槽内阴极铝液的流速.为了了解不同尺寸"沟"对铝液流经后阻力损失大小的影响,通过建立物...     

应用等效电阻法和有限元法计算铝电解槽电场

应用等效电阻网络法与有限元相结合的方法,对侧部四点进电铝电解槽电流场进行了数值计算。计算结果表明,铝电解槽铝液中存在着由进电端指向出电端的水平电流,铝液电流密度四个角部最大,达到22214A/m2,总体上铝电解槽电流分布较为对称。应用此方法,不仅可应用于传统电解槽的优化设计,也为新型导流型电解槽的开发打下了良好的技术基础。     

大型铝电解槽新式节能阴极结构技术的应用研究

电解铝行业不断进行铝电解槽节能技术的开发,以获取良好的电解槽生产技术经济指标。本文针对某铝厂SY400电解槽应用新式节能阴极结构技术,减少铝液中水平电流,并降低了电解槽阴极压降,同时通过电解槽热平衡仿真模拟,设计保温型内衬结构。与传统槽相比,吨铝直流电耗降低582k Wh,为企业带来巨大的经济效益。     

侧插槽阴极钢棒优化配置工业试验研究

本文叙述了６０ｋＡ侧插自焙铝电解槽阴极钢棒配置工业试验情况，试验结果表明：电解槽进行优化配置后，生产平阴极电流分布趋于均匀，解决了电解槽中心热负荷过大问题，试验槽阴极电压降降低２７．３ｍＶ，电流效率提高０．５９％，并节省了钢材，具有推广应用价值。     

200kA新式阴极钢棒结构电解槽工艺特点及应用

本文阐述了200k A新式阴极钢棒结构电解槽的设计和工艺技术特点,论述了合理设置两水平、分子比和槽电压等工艺参数对改善炉底状况和提高电解槽电流效率的重要性,对实际生产中减少或控制沉淀形成和优化指标的工艺路线进行了探讨,提出了有效提高电流效率的可行措施,最终取得了平均槽电压3.795V、电流效率91.18%,吨铝直流电耗12515k W·h的良好指标。     

三论铝电解槽槽底破损的早期定位监测

理论和实践都证明 ,槽底阴极钢棒沿长的电流分布是不均匀的 ,靠槽帮侧电流密度大 ,而靠槽中央端电流密度小。当槽底发生破损引起钢棒熔化时 ,铝液中含铁量百分比升高 ,同时该棒的电流也发生变化 ,但二者之间不是简单的比例关系 ,而是与钢棒被熔化的部位有关     

铝液流态(阻流)优化节能技术的开发与应用

介绍了一种铝电解槽节能技术,铝液流态(阻流)优化节能技术,该技术是针对在线生产的电解槽而开发的。通过在生产电解槽的阴极上,根据流动场、波动场模拟结果放置一定数量、一定规格的长条形阻流块,减缓铝液和电解质的流速,减小界面波动的幅度,显著提高电解槽的稳定性,从而可以实现降低槽电压,减少吨铝电耗。该技术在8台240kA电解槽经过近2年的平稳运行,取得了吨铝节电636度的效果,电流效率保持应用该技术之前的水平。