1.35 kA TiB2/C阴极泄流式铝电解槽电解实验

介绍了1.35 kA新型泄流式电解槽的制作、筑炉、焙烧、启动以及电解实验过程;电解槽阴极表面倾角为10°,阴极采用TiB2/C;电解槽采用干式砌筑方法,焦粒焙烧,干法启动;启动后进入正常生产,平均电流强度为1.35 kA;对电解槽进行类似实际操作的加料、出铝和阳极升降过程,连续运行100 h.结果表明:泄流式电解槽运行稳定,槽电压噪声为9 mV左右;电解过程所表现出的现象与实际电解槽完全类似;根据金属铝产出量和在产铝量计算,电解效率不低于86%,接近工业电解槽;TiB2涂层牢固无损,对阴极起到了较好的保护作用;TiB2涂层的损失速度为1.0 g/(h·m2);证实了预先的理论分析,证明电解槽的此种结构是合理和可行的.     

铝电解槽母线设计指标探讨

铝电解槽母线电平衡受多种因素的影响,要实现高度的电平衡难度很大。本文通过理论分析,结合实例计算以及文献资料,探讨了设计母线电平衡可以遵循的基本指标以及实际生产中可以允许的指标,并对部分电解槽进行物理场的模拟测试。     

从电解槽结构设计入手实现节能降耗

Hall-Heroult电解槽的发展状况可由电解槽单位产品的能耗指标表现出来。1889年,Heroult在法国Froges建造的第一台圆柱式电解槽,只有一个阳极,电流强度为1000A,单位铝的能耗为100kWh。随着电解技术的进步、槽容量的增大和电流密度的降低,在上世纪初,铝的单位能耗已降低到25kWh。     

TiB2/C复合材料阴极在电解过程中的膨胀和对钠的渗透性研究

在实验室电解槽上研究了TiB2/C复合材料阴极在铝电解过程中的膨胀率,结果表明,TiB2/C阴极在电解过程中膨胀率随TiB2/C中TiB2含量的增加而减小,钠在TiB2/C阴极中与在炭质阴极中具有相同的渗透规律.在TiB2/C阴极中既存在着钠通过孔隙向TiB2/C渗透,同时也存在着钠通过存在于TiB2/C阴极中炭素晶格向TiB2/C中渗透.与此同时,钠与存在于TiB2/C中的炭生成晶间化合物,使炭素晶格膨胀.     

铝电解槽侧部散热结构研究

系统地研究了大型铝电解槽侧部加强散热的不同方式,如焊接散热片等,并研究了组焊式槽壳的散热能力.研究发现,焊接散热片后,槽侧部散热能力大幅提高;散热片数目、位置、结构形式等对槽壳散热能力都有影响;对散热片结构尺寸优化,适当长度、宽度、厚度的散热片,不仅可以节省材料,而且可达到最佳的散热效果;组焊式槽壳的散热能力较非组焊式槽壳大幅提高,摇篮架的温度也因此大大提高.     

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     

阳极更换及铝液高度对电解槽内铝液流速场的影响

采用k-∈二方程法和SIMPLE算法对190 kA大型预焙阳极铝电解槽分别在槽况较为理想、更换阳极、炉底存在结壳、不同铝水平以及阳极长包情况下的铝液流速场进行了三维计算.结果表明:电解槽中金属铝液主要表现为水平流动,但在槽边部也表现出明显的垂直方向流动;在理想槽况下,铝液中最大水平流速为11.9 cm/s,平均流速为3.5 cm/s;换极、炉底结壳和阳极长包时,在相应位置的铝液中出现显著的环行流动,铝液流动形式发生变化;换极时铝液最大流速(为13.1 cm/s)较理想槽况有较大增加,但平均流速变化不大;炉底存在较小结壳时,铝液流速增加不大;阳极长包时,铝液流速则大大增加,最大水平流速达24 cm/s,而当铝水平适当降低,铝液流动形式和流速未发生明显变化.     

超大型铝电解槽内衬结构优化与热电场解析

利用ANSYS软件对大型铝电解热电场进行了反复的优化计算,最终优化出了适合于超大型铝电解槽的内衬结构.ANSYS热电场耦合计算结果表明:电解槽各区域能量分布合理,散热比例适当,可形成稳定合理的槽帮,进而确保电解槽在合理的热平衡状态下运行.     

电解槽电解质温度数学模型

电解质温度与电解质分子比、电解槽设定电压,铝液高度等有着很强的相关性。本文通过对大量的实际数据的数学处理,归纳出在恒定电流条件下,电解质温度与槽设定电压、分子比、铝液水平等的关系式。利用其它铝厂同类电解槽的实测数据对此关系式进行校验,结果基本吻合。因此,根据测量的（或仿真的）温度值,结合分析得到的分子比、测量的铝液水平、就可以实时对电解槽设定电压进行自动调整。     

铝电解槽熔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,对电解槽在不同工艺条件下及不同结构时的电流场进行了数值计算:1)伸腿长度为零的理想情况;2)伸腿伸至阳极底部;3)不同铝水平及换极;4)泄流式电解槽.通过分析发现,铝液中y 向电流密度沿阴极长度方向表现出先增后降的趋势,Jy的幅值随铝液层面降低有所增加.在伸腿伸至阳极底部时,在槽边部会出现较大的逆向电流,伸腿越长,逆向水平电流越大.铝液层面中垂直电流密度沿阴极碳块长度方向自里向外呈现增加趋势,且铝液层面越低,电流密度变化梯度越大.铝液中x向电流可以忽略,且随铝水平变化较小.泄流式电解槽熔体中存在较大的电流密度集中现象,炉底压降相对较大.