稀土电解槽气液两相流动数值模拟

利用CFD软件,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对稀土电解槽的阳极表面化学反应自动生成气体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,使之更贴近于电解槽的实际工况,为熔盐稀土电解槽的槽型优化提供依据。     

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。     

稀土熔盐电解槽电场的仿真模拟

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仿真模拟,得出了槽电压及电位分布与电极插入不同深度及不同极间距的关系。     

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。     

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。     

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。     

全塑整体电解槽在上海冶炼厂的应用

介绍了全塑整体电解槽的性能特点及使用情况。通过几种不同的铜电解槽内衬的性能价格比分析,论证了全塑整体电解槽是一种值得推广的新一代电解槽。     

锂电解槽多物理场耦合模拟

基于对30 kA电解槽流场、电磁场、电热场的研究,利用得到的电流强度与结构参数的关系,对40 kA电解槽进行结构参数优化,得到最优40 kA电解槽槽型。经电—热—磁—流场耦合研究,对比30 kA电解槽流场、电磁场、电热场分布。结果表明,优化后的40 kA电解槽电阻电压降低了0.33 V,电解槽中电解液温度分布变化并不明显,磁场强度的增幅均在10%以内,流场分布中涡流范围有所减少。在能量平衡条件下,40 kA电解槽磁流场分布相对30 kA电解槽更加稳定。     

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。     

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。     

隔膜钠电解槽流场分布的模拟计算

通过CFD软件建立相应的数学模型,首次利用数值方法对隔膜加入钠电解槽内流场的分布情况进行模拟计算。结果表明,数值模拟计算得到了隔膜钠电解槽内的流场分布图,可以为先进制钠电解槽的优化改良提供理论依据。     

稀土熔盐电解槽内温度场数值模拟

在前人电场及流场的研究基础上,考虑电热场及电解质流动对温度场分布的影响,利用差分法建立柱坐标下的能量传输方程的上风差分离散格式,采用FORTRAN97编程,对3kA钕电解槽的温度场进行了数值模拟。结果表明,电极之间的发热强度最大,但并不是电解槽的最高温区,高温区在接收器内部(1 100℃),模拟结果与实测结果比较吻合。     

电磁搅拌下稀土在铝合金熔体中的分布规律

应用Ansys软件中电磁场模拟模块Ansoft以及流场模块Fluent,研究在单一低频旋转电磁场作用下A356-1.2 %La熔体中稀土La的运动规律以及分布规律. 通过对单一低频且搅拌时间短暂电磁搅拌情况下的A356-1.2 %La熔体进行建模仿真,并着重对电磁搅拌频率分别为f=5 Hz、15 Hz、30 Hz时稀土La的分布情况进行对比分析,最终得出当电磁搅拌频率f=30 Hz时熔体内稀土La分布相对均匀;且一定条件下随着电磁搅拌时间以及频率的增加,稀土La在A356-1.2 %La熔体内的分布也越均匀;并证实通过Ansys软件中电磁场模块Ansoft以及流场模块Fluent可以较好地对旋转电磁场内铝-稀土多相熔体中稀土的运动情况进行数值仿真.      

3kA稀土电解槽颗粒运动轨迹的数值模拟

对稀土电解槽内颗粒的运动轨迹进行模拟。对电解槽的流场采用欧拉方法进行模拟,在流场收敛后加入不同直径的颗粒,采用拉格朗日方法对颗粒的轨迹进行模拟。结果表明,颗粒均做弯曲向上的运动,到达电解槽溶液上表面,漂浮于液面上,粒径不同运动的轨迹和到达液面的时间也不相同。     

电解质过热度对铝电解槽物理场的影响

电解质的过热度与铝电解槽槽膛内形的形成有很大的关系，而且对铝电解槽的物理场也有很重要的影响。为此，以国内最具代表性的郑州龙祥铝业有限公司154kA侧部四点进电铝电解槽为研究对象，具体分析了电解质过热度对铝电解槽电场、磁场和流场的影响，研究发现电解质过热度对阴、阳极电流分布、铝液层电位差、铝液平均磁感应强度几乎无影响；但是随着电解质过热度的增加，铝液层电流密度减小，而铝液最大流谏和平均流速将有所增大。     

真空感应熔炼中夹杂物运动行为数值模拟

为了促进真空感应熔炼GH4169合金过程中夹杂物的去除,建立了电磁-流动-粒子跟踪耦合数学模型,研究了真空感应熔炼过程中熔液流动与夹杂物运动的规律,对比了不同冶炼工艺参数下熔池中流场和夹杂物运动特点,提出了一种促进真空感应熔炼过程中夹杂物去除的工艺优化方法。结果表明,真空感应熔炼过程中,熔池流场中存在2个漩涡,加快漩涡的运动速度可以促进熔池内夹杂物的去除,熔液流动速度随着熔炼的进行先升高后下降,最终趋于稳定。随着电压增加,熔液平均流动速度增加,熔池内夹杂物总去除率升高。随着电流频率升高,熔液平均流动速度降低,熔池内夹杂物总去除率降低。因此可通过增大电压、减小电流频率的方法,增大熔液流动速度,促进真空感应熔炼GH4169合金过程中夹杂物的去除,工艺参数由400 V、3 400 Hz优化为420 V、3 200 Hz后,夹杂物总去除率由91.98%增大到94.87%,提高了2.89%。     

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。     

3-D Mathematical Modeling of the Effect of Shunt Plate Hole Distribution and Magnetic Field on Transport Phenomena Within DC Casting of Magnesium Alloy Slab

Due to the nonaxisymmetric feature of slabs, the macrotransport phenomena during direct chill (DC) casting are more complex than the macrotransport phenomena of round billets and are tightly associated with their dimensions, width-thickness ratio and even the structure of the shunt plate used to feed the melt to the slab edge. In the present research, aiming to find the desirable structure of the shunt plate and clarify how the form of the magnetic field (MF) affects the transport phenomena, a 3-D coupled mathematical model was set up and used to study the fluid flow, heat transfer and solidification characteristics during electromagnetic DC casting of a magnesium alloy slab with dimensions of 1200 mm (width) × 400 mm (thickness). The effects of the hole distribution of the shunt plate under MF or no MF and different forms of MF on the corresponding physical fields were studied systematically. The predicted results, including the Lorentz force distribution, macro-flow and temperature fields, cooling curve and sump depth, were presented and compared. The results indicated that reducing the holes facing the wide surface was helpful for obtaining desirable variations, such as more homogeneous melt flow and temperature fields, shallower sump depth and faster cooling rate. Using a specific out-of-phase pulsed magnetic field also promoted the above variations more than other forms of magnetic field.