大型铝电解槽磁流体稳定性优化研究

获得良好的电解槽磁流体稳定性,提高电解槽生产技术经济指标是铝电解行业长期研究的重要课题。针对某铝厂在产的350kA电解系列,提出一种电解槽磁流体稳定性优化改造技术。通过该技术的应用,大幅度提高了电解槽电流效率,降低了电解槽工作电压,从而达到大幅度节能降耗的目的,为企业创造了良好的经济效益。同时,也为铝电解行业提供了一种电解槽的节能思路。     

关于铝电解槽生产稳定性问题

就大型预焙槽生产稳定性重要意义和国内外对大型槽稳定性数学模型的研究及其应用几个实例,结合国内某铝厂有关槽生产稳定性的几个问题进行讨论。试求引起国内对大型预焙槽生产稳定性数学模型研究和应用的重视。     

铝电解槽电解质-铝液流动及铝液表面变形计算

在ANSYS平台上采用有限元法和k—c湍流模型求解粘性不可压缩流体三维雷诺平均的Navier—Stokes方程，计算在电磁力作用下铝电解槽液体流动。对电解质和铝液的流场分别求解，然后利用分层液体界面压强连续条件计算铝液表面变形。230kA电解槽的计算结果表明电解质和铝液流动为近似水平的两个旋涡，其中一个旋涡的中央区铝液表面上升，另一个旋涡中央区铝液表面下降。流动速度从旋涡中心向外增加，最大速度发生在电解槽边壁附近，并迅速减少为零。这种速度特性表明电解槽边壁某些部分承受较大摩擦力。计算结果与230kA电解槽在运行5个半月后的实测数据基本一致。     

Numerical simulation of temperature field during gas preheating and start-up of drained aluminum reduction cell

1 Introduction The drained aluminum reduction cell is a new type cell and it is predicted that it can reduce the voltage of the cell 0.6 V and save the consumption of direct current 2400 kW?h/t, compared with the general cells[1,2]. Therefore, more and m…     

铝电解槽集气烟道内部的流动场模拟及结构优化研究

通过数值计算方法,借助FLUENT模拟了铝电解槽传统分段向下式集气烟道内部的流动场,分析发现了传统烟道存在集气均匀性较差、TE端部密闭效率较低的缺点,于是提出了等量吸风集气烟道的设计构想,并通过数值模拟手段证实该新式烟道在不增大烟道压损的条件下,达到了槽膛内等量吸风的目的.     

铝电解槽电热场1/4槽模型有限元解析方法及应用

借助ANSYS有限元分析软件,建立了铝电解槽1/4槽有限元解析模型,对其电、热场进行耦合计算,并以某厂156kA预焙阳极铝电解槽为研究对象,根据实测的电解槽运行数据对模型进行了检验,结果表明:本文所建立的1/4槽有限元解析模型的计算结果与实测值吻合较好(电压降偏差在30mV以内,炉帮特征尺寸偏差在2cm以内,槽壳表面温度偏差10℃以内),能较真实地反应铝电解槽内的电、热场的三维分布状况,可为铝电解槽的优化设计提供准确、快速且经济、可靠的研究手段。     

铝电解槽高温烟气加热启动的三维温度场数值模拟

针对大型预焙铝电解槽槽底形状复杂同时存在多块阳极的计算对象, 应用整体建模及耦合求解方法, 对烟气加热启动的温度场进行了数值计算. 计算模型中紊流模型采用RNGκ-ε模型, 用离散传播法计算辐射传热时可避免了复杂的空间积分运算, 使温度场的求解简单方便, 较好解决了电解槽烟气加热启动的温度场计算. 结果表明 烟气加热启动具有升温速度易控制、阴极表面最大温差被控制在100 ℃左右, 对扎缝和边部扎固糊的加热充分, 能较好地满足大型铝电解槽加热启动工艺要求.     

大型铝电解槽母线配置的计算机仿真

母线配置对于铝电解槽的电磁场与MHD(磁流体动力学)稳定性有着非常大的影响,在设计新的较大电流强度的铝电解槽时尤其重要,本研究通过运用商业软件ANSYS并结合自定义程序,对于各种不同母线配置参数下的500kA铝电解槽物理场进行了大量的仿真模拟,重点研究了母线的配置参数如立柱进电比,立柱连接的阴极棒数,大面阴极母线垂直位置,端头母线垂直位置,列槽间距,邻槽数目以及槽底补偿电流配比等,同时结合自定义的稳定性评估函数展开了计算分析与讨论。     

350 kA电解槽烟道改造实践

本文简要介绍了遵义铝业的350 kA系列电解槽烟道技改项目及其成果.通过数值模拟技术可显著优化槽膛内的集气均匀性,其偏差实测值从-52％～30％优化到±10％以内.实施烟道技改对提升电解槽密闭效率和热平衡起到了至关重要的作用,烟道内无明显积灰,工人劳动强度降低,车间环境明显改善,为降低系列电耗和氟化盐单耗创造有利条件.     

基于非线性浅水模型的铝电解磁流体动力学计算

基于铝电解槽内流体体系及电磁场分布特点,建立了非线性磁流体动力学浅水模型,并应用此模型对某300 kA电解槽的熔体流场及铝液-电解质界面波动进行瞬态数值研究.在此基础上,通过动力学计算分析极距及铝液区垂直磁场对磁流体稳定性的影响.结果表明:随着极距的减小,界面波动由稳定趋向于不稳定;减小铝液区的垂直磁感应强度能大幅提高磁流体的稳定性.     

铝用阴极温捣糊研制开发与应用

根据大型预焙电解槽的特点和阴极炭块对扎缝材料的要求，成功地开发出一种适合于在50～60℃下使用的温捣糊．该温捣糊使用过程中沥青烟气较小．焙烧后的强度和密度较高，是一种较为理想的电解槽扎缝材料。经过在电解槽上近一年的使用．效果良好。     

采用优质阴极碳块开发大型高效节能长寿铝电解槽

我国大型预焙槽炼铝技术近年来有了很大的提高，但在单位面积产率和槽寿命等方面与国外先进水平相比还有较大的差距。采用优质阴极碳块是完善和提高我国大型预焙槽炼铝技术，增强铝电解工业竞争力的关键因素之一。本文对铝电解槽内衬应力和热平衡设计、阴极材料质量和焙烧方法等阴极技术问题进行了描述和分析。     

预焙阳极铝电解槽阳极电、热场的数值仿真与优化

根据傅里叶传热定律和基尔霍夫导电定律，建立了预焙阳极铝电解槽阳极传热、导电的数学模型。用三维控制容积法推导了传热、导电的有限差分方程。在合适的边界条件假定下，采用C语言编程对其进行耦合数值求解，以此确定阳极内部的电位分布和温度分布，并分析了阳极的热平衡状态。通过模拟计算给出阳极和钢爪尺寸对电、热场和热平衡的影响，以此指导设计出阳极电位降尽可能小和散热量尽可能少的阳极和钢爪尺寸。     

铝电解槽磁场对车间周围环境的影响

通过对铝电解系列生产中大电流在电解车间周围所产生的磁场进行测试,了解磁场变化的趋势,为电解行业设计及设备选型提供更加严谨和科学的依据。     

阳极尺寸及形状优化的初步研究

初步研究了阳极高度变化对阳极压降、阳极消耗的影响,对其带来的影响进行了经济性分析。仿真计算了阳极棱台宽度减小对于阳极强度、阳极压降和阳极消耗的影响,棱台宽度适当减小能带来一定的经济收益。     

铝电解槽破损判定标准的分析与探讨

铝电解技术迅猛发展,原铝直流电单耗等核心技术经济指标取得较大提升,电解槽槽龄有的已达到3000天,但电解槽破损漏炉发生熔断主体导电母线迫使系列停产风险依然存在,给电解生产带来重大隐患.本文根据生产实际摸索出铝电解槽破损的判定标准,对电解槽进行科学有效控制,可以防止电解槽漏炉事故,为电解系列连续平稳生产提供有力保障.     

铝电解槽三维稳态磁流体动力学建模

建立了三维、三相铝电解槽磁流体动力学仿真模型,对220kA电解槽电-磁-流场进行了计算。结果表明,熔体在磁场内作相对运动产生的电场改变了长轴方向和短轴方向水平电流密度分布,并进一步影响了垂直电磁力分布;该槽铝液中心最大流速15.0cm/s,平均流速4.6cm/s,界面变形2.0 cm。