稀土电解槽电极的优化模拟

利用流体软件FLUENT,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度的流场进行了数值模拟,得出了电解槽的熔体整体流场分布图及在不同位置气体浓度分布曲线图。     

稀土电解槽阳极气体表观速度对其流场影响的数值模拟

利用CFD软件建立了3kA稀土电解槽气-液两相流数学模型,通过阴极金属生成量计算阳极表面不同深度的气体表观速度,首次提出将阳极气体表观速度的计算与稀土电解槽流场的数值模拟相结合。对比阳极深度分别为0.250、0.300、0.350、0.395m的有无加载表观速度的阳极气体流场的分布情况,结果表明,在同坐标下优化后的加载表观速度的阳极气体速度均大于未加载表观速度的阳极气体速度,且前者槽内熔体扰动大于后者。此结果为稀土电解槽流场实际运行情况提供了理论依据。     

稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟

为了研究稀土电解槽阳极生成气体对电场影响,利用CFD软件二次开发功能建立气-液两相流场-电场耦合模型,首次提出将电场电导率与阳极气体气含率关系相结合的稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟,并对比有无阳极气体气含率影响的电场电势云图及流场分布情况,研究发现,稀土电解槽阳极生成大量气体并在阳极表面形成动态气层,使得阳极附近熔盐扰动较为剧烈,其气液两相流区域的熔盐与阳极生成气体的混合相电导率受气体波动影响发生变化,熔体内部电场分布受到阳极生成气体影响,通过获取阳极深度175 mm、250 mm、300mm、350 mm、395 mm处的阳极生成气体气含率分布情况,发现气液混合相区域电导率随阳极生成气体气含率增高而增高,阳极上部生成气体气含率及动态气层厚度大于阳极下部,阳极气体气含率的熔体内部电场阳极上部电压降快于下部,电场等势线整体呈斜型分布,阳极上部部分区域电场等势线受到生成气体扰动影响呈现波动,同X坐标下槽内熔体电压上部小于下部,而电解槽底部由于为单相区,该处电场分布并未受到阳极气体直接影响。     

稀土电解槽电化学三维时变流场数值模拟

目前对电解槽流场分析建立在气体或金属溶体定量单一流动的假设上,为更真实地表现电解槽在电解过程的流场变化,利用ANSYS Fluent软件对稀土电解槽进行电化学三维时变流场数值模拟研究。以加料镨钕氧化物时刻为初始时间的12 min槽内电化学瞬态三维模拟分析。仿真结果与生产实际相符。得出流场主要流动方式为阳极内侧区域生成气体向上流动,流速常居于最大值;阴极区域生成金属溶体向下流动,流速次之;阳极与阴极之间区域以此形成纵向涡流,流速小于前两者;阳极外侧区域为流动死区,流速最小,坩埚收集区域整体趋于稳定,流速远小于阳极内侧及阴极区域;电解至10 min镨钕氧化物被消耗殆尽,流场速度逐渐减小。      

稀土电解槽电场对阳极气体气含率分布影响的数值模拟

为了研究稀土电解槽内电场对阳极生成气体气含率的影响,本文利用FLUENT软件二次开发功能建立稀土电解槽电场模型,以此为基础进行了稀土电解槽电场与阳极气体气含率相关联数值模拟,并对比了有无加载电场模型的阳极气体气含率分布情况。研究发现,在阳极高度相同时未加载电场模型的阳极气体气含率均小于加载电场模型的阳极气体气含率,在阳极高度为0.250m时有无加载电场模型的阳极气体气含率差值最大,而后差值随阳极高度增大而减小,该发现更符合稀土电解槽运行的真实情况,为大型稀土电解槽的开发提供了理论依据。     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽流场的模拟

针对当前上插阴、阳极结构稀土熔盐电解槽存在的一些弊端,设计了10kA底部阴极电解槽,并用商业CFD软件FLUENT对该槽型中的流场进行了数值模拟,得到三种极距下电解质和阳极气体的速度分布,发现该槽型的设计是合理的.     

槽型对5kA级惰性阳极铝电解槽流场影响仿真

提出了两种5 kA级惰性阳极铝电解槽结构,使用有限元仿真方法计算了不同槽型电解槽在仅电磁力作用、仅阳极气体作用、电磁力和阳极气体共同作用下的流场和界面波动情况。计算结果表明:铝液运动主要受电磁力控制,电解质运动主要受阳极气体控制;槽型1比槽型2整体流速更低,界面波动更小。     

稀土电解槽电解效率优化数值模拟

建立了考虑阳极表面气体存在的稀土电解槽流场—电场双向耦合模型,根据阳极气体作用下的电场分布情况来调节阳极下半部倾角,从而使电场分布相对平衡。结果表明,电场受阳极气体影响呈斜型分布,调节阳极下半部倾角为3°~6°,阳极下端电压降主要区域向坩埚一侧偏移,当倾角达到5°时,槽体内部电场分布相对均匀,有效改善了电解效率。     

5kA级惰性阳极铝电解槽流场仿真研究

针对铝电解槽流场计算方法的不足,率先提出一种用于铝电解槽流场仿真计算的间接耦合方法,并使用此方法对5 kA级惰性阳极铝电解槽分别在电磁力、阳极气体、电磁力和阳极气体共同作用下的电解质和铝液流场分布情况进行了仿真计算。计算表明,计算方法能够合理计算出电解质和铝液在任一体积力作用下的流场分布。5 kA级惰性阳极铝电解槽电解质流动主要受阳极气体控制,铝液流动主要受电磁力控制。电解质在仅电磁力作用、仅阳极气体作用、电磁力和阳极气体共同作用下的平均流速分别为1.784 cm/s、3.657 cm/s、3.814 cm/s,铝液平均流速分别为1.295 cm/s、3.509 cm/s、3.696 cm/s。     

稀土电解槽阳极炭块材料对电场影响的数值模拟

以3 kA稀土电解槽为研究对象,采用有限元分析软件AYSYS WORKBENCH建立电解槽的数学模型,分析几种不同的常用阳极炭块材料对稀土电解槽的电场影响。结果表明,采用半石墨质,半石墨化和石墨化三种阳极炭块,其熔体电压分别是5.8575 V、5.7699 V、5.6791 V。综合计算表明,使用石墨化阳极材料可以降低成本,从而获得良好的经济效益。     

锌电解槽内电解液流动现象的水力学和数值模拟

以云南驰宏锌锗公司的锌电解槽为基础,根据相似原理制作了相应的水模型,对其内部的流动现象进行了研究;同时,利用商业软件FLUENT对锌电解槽的内部流场进行数值模拟。结果表明:数值模拟建模时采用四边形网格得到的计算结果与水力学模拟的结果相吻合,能够较真实地反映锌电解槽的内部流场。还对不同实际工况下锌电解槽内的流场进行了研究,并提出相关建议,为进一步改善和优化电解槽结构、扩大电解槽规模提供理论依据。     

500kA预焙阳极电解槽针振和摆动现象的处理

随着铝电解槽的大型化,铝电解槽内部磁场强度显著增大,电解质与铝液熔体剧烈地波动,使大型槽针振和摆动现象愈加明显,影响了电解槽高效平稳生产,降低了电流效率。从生产实践出发,分析500kA大型槽针振和摆动产生的原因及采取的常规处理方法。     

Character of the corrosion destruction of inert anodes during electrolysis of cryolite alumina melt and the reasons for it

The behavior of inert anodes during the electrolysis of the cryolite alumina melt in a laboratory electrolyzer is investigated at 960°C. On the basis of the electrolysis tests of more than 150 anodes with various structures and compositions, the character of their corrosion and possible reasons for it are revealed. It is shown that the physical and physical-chemical processes of the interaction of the molten electrolyte and oxygen evolved from the anode material are the basis of the phenomena of the corrosion destruction of anodes. The requirements for increasing the corrosion stability of the structure of inert anodes are formulated.     

稀土熔盐电解过程电极双电层对电场的影响

建立了计算电解槽内部电场的数学模型；对电解槽内部电场进行了计算；通过考虑电极表面双电层和不考虑电极表面双电层两种情况经过对电解槽内部电场的比较，认为电极侧表面双电层和电极底表面与侧表面相交的角部区域双电层对电解槽内部电场分布都有一定的影响，在进行电场计算时，电极表面双电层是必须考虑的一个因素。     

Experimental Study of the Morphology and Dynamics of Gas-Laden Layers Under the Anodes in an Air–Water Model of Aluminum Reduction Cells

The bubble layer formed under an anode and the bubble-induced flow play a significant role in the aluminum electrolysis process. The bubbles covering the anode bottom reduce the efficient surface that can carry current. In our experiments, we filmed and studied the bubble layer under the anode in a real-size air?Cwater electrolysis cell model. Three different flow regimes were found depending on the gas generation rate. The covering factor was found to be proportional to the gas generation rate and inversely proportional to the angle of inclination. A correlation between the average height of the entire bubble layer and the position under the anode was determined. From this correlation and the measured contact sizes, the volume of the accumulated gas was calculated. The sweeping effect of large bubbles was observed. Moreover, the small bubbles under the inner edge of the anode were observed to move backward as a result of the escape of huge gas pockets, which means large momentum transport occurs in the bath.     

不同开槽阳极铝电解槽的节能性研究

基于有限体积方法,建立三维传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽非稳态数学模型,采用磁动力流体模型(MHD)中电势法计算电磁场,把电磁力作为动量方程的源项,通过流体体积函数(VOF)法追踪电解质-铝液界面的波动,用离散相模型(DPM)追踪气泡的运动路径.对比分析传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽中电解质-铝液界面波动和气泡分布情况.结果表明,纵向开槽阳极下电解质-铝液界面波动幅度小于横向开槽阳极下的电解质-铝液界面波动幅度,且都小于传统阳极下电解质-铝液界面波动幅度.纵向开槽阳极底部的气体体积分数最小.