稀土熔盐电解槽电场的数值模拟

利用有限元软件ANSYS建立了稀土电解槽的电极及熔体整体电场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度及不同极间距的电场进行了数值模拟,得出了电解槽的电位及电流密度分布和电位及电流密度在电极表面的分布曲线,为熔盐稀土电解槽其他场的分析提供了更准确的边界条件。     

熔盐制钠电解槽电场数值模拟研究

利用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性的特点,建立了四阳极熔盐制钠电解槽的电极及熔体整体三维电场数学模型。对电解槽不同极间距的电场进行了数值模拟,得出了电解槽的电位及电流密度分布规律,模拟结果与现场极间距0.206m的生产电解槽比较吻合,可为熔盐制钠电解槽优化设计提供参考。     

基于电热场耦合条件下稀土电解槽电极结构优化模拟

以3kA钕电解槽为研究模型,考虑到电热场在电解过程中的相互影响,运用COMSOL有限元模拟软件建立了的电热耦合模型,并对不同配比的电极插入深度、极间距进行仿真模拟。结果表明,在一定槽电压下,电极插入深度与极间距之间存在配比关系,配比关系影响电流和温度分布。电热场耦合后,在4.2V槽电压下,电极插入深度为220 mm、极间距75 mm时的电流效率较高,电解过程更加稳定。     

基于Comsol的稀土熔盐电解槽电场分析

采用Comsol Multiphysics 有限元软件,基于麦克斯韦原理,在电流不变的情况下,研究建立3 kA稀土钕熔盐电解槽电场数学模型,考察电极插入深度和极距对槽电压、电流密度等电场特征的影响。结果表明,模拟结果与实际生产数据吻合度高,所建立模型能较好地反映钕熔盐电解生产实际;随着电极插入深度的增大和极距的缩短,电解槽电压下降,利于降低电能消耗,但阴极电流密度比阳极电流密度下降快,不利于电流效率提高。应综合考虑能耗和效率,合理调整电极插入深度和极距,以降低钕熔盐电解单位能耗。     

电极插入不同深度下稀土电解槽电热场耦合模拟

运用数值模拟软件COMSOL研究了不同电极插入深度下3kA钕电解槽的电热场。结果表明,电解槽槽电压随着阴阳极插入深度的递增而降低,槽体的整体温度随着阴阳极插入深度的增加而下降。结合实际生产经验与本研究结果,认为电极插入深度220mm比较适宜,且整个电解过程相对稳定,能够达到槽体电压、温度分布等方面的要求。     

60kA沉浸式稀土电解槽电场的数值模拟

通过计算设计开发新型60kA沉浸式稀土电解槽的基本尺寸结构,并采用数值模拟软件建立了该电解槽的三维电场计算模型。对60~100mm几种不同极距工况下电解槽电场分布情况进行模拟。通过对电场电压的分析可以发现最佳电极间距为70mm,为该槽型的推广应用提供了理论基础。     

基于Comsol的稀土熔盐电解槽温度场分析

采用Comsol Multiphysics有限元软件,基于传热学理论,研究建立了3KA稀土钕熔盐电解槽温度场数学模型,考察了电极插入深度、极距对槽内温度分布的影响。结果表明,电解槽内热源集中于电解槽中部,槽内温度沿纵向从上而下先升高后降低,横向从阴极到阳极不断下降;随着电极插入深度和极距的增加,槽内熔体温度升高,利于增大熔体流动性,但过高会使金属溶解,降低电流效率。综合考虑熔体流动性和电流效率,钕熔盐电解过程应控制适中的电极深度和极距。     

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。     

60kA底部阴极稀土电解槽电场数值模拟

以60kA底部阴极电解槽为研究对象,利用有限元软件建立了稀土电解槽的三维电场数学模型,对90、100、110、120mm几种不同极距工况下稀土电解槽电场分布情况进行模拟,并对模拟结果进行了分析;结果表明100mm为最佳极间距。     

氯化物熔盐电解槽结构优化

以电热场为基础进行了氯化物熔盐电解槽结构优化，以热平衡为前提得出的电流强度与阴阳极间距、阴极插入深度、阳极半径、阴极半径、电解质液面高度五个因素之间的关系，利用二次回归正交设计的方法，设计了不同的氯化物熔盐电解槽结构参数组合，得出了电流强度与各结构参数之间的无因次方程，优化设计了电流效率最高、能耗最低的电解槽模型。     

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.     

稀土电解槽石墨阳极的研究

从实际生产所用的3kA稀土电解槽石墨阳极进行采样,采用多孔介质模型模拟不同插入深度和阳极内径对电解过程的影响,并综合分析石墨阳极在槽体内部对电解过程的影响。     

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。     

稀土电解槽阳极炭块表面腐蚀的研究

对稀土电解槽阳极炭块因为发生阳极反应而产生的表面腐蚀进行研究。结果表明,经过一个生产周期后,不同阳极炭块试样的孔隙率大致保持在0.006 9±0.001 4,但是比表面积差距较大,说明阳极炭块在反应量上基本相同,但在反应进行的宏观方向上差距较大。过大的比表面积会造成阳极效应,发生阳极放电,在生产过程中要保证添加物的尺寸应尽量小且与炭块混合均匀。     

6 kA方型稀土电解槽电场的研究

研究了阴极阳极变化对于6 kA方型稀土电解槽电场的影响,并在此基础上分析阴极半径的范围,为电解槽设计改造提供了参考依据。     

60kA底部阴极稀土电解槽极距的模拟优化

以60kA底部阴极稀土电解槽为模型,利用CFD软件模拟极距分别为80、90、100、110和120mm时,阳极表面气体的运动速度和阴阳极之间气体的分布,并对模拟结果进行分析。结果表明,最佳极距为110mm。     

多孔介质模型在稀土电解槽优化模拟中的应用

针对熔盐电解法制取稀土金属钕槽型结构,首次提出了多孔介质模型与表面化学反应相结合的方法研究阳极电解反应过程,通过在靠近阳极表面取1~2mm的薄层设立为多孔介质层,并在多孔介质层上增设化学反应,模拟研究阳极表面的化学反应、槽体内部流场运动情况以及气泡上浮过程,同时对比欧拉法的模拟结果得到了该模拟法与欧拉法模拟的区别及该法研究的优势。模拟结果表明,该方法更能反映实际电解过程气泡生成和运动规律。     

稀土电解槽内电解质导热系数的计算

根据混合熔盐导热系数计算原则,通过计算稀土电解槽内电解质单组分熔盐导热系数,从而预测稀土电解槽内三元系电解质熔盐导热系数,为稀土电解槽内温度场的研究提供了一个重要物性参数。