熔盐电解制取金属铈槽内温度场的数值模拟

采用COMSOL Multiphysics模拟软件对6 k A新型铈电解槽内温度场进行数值模拟。同时,在改变阴、阳极的插入深度时,对其温度场的分布变化情况进行分析。模拟结果表明,随着铈电解槽内阴、阳极插入深度的增加电解槽的温度逐渐升高,然而电解槽的底部的温度基本保持不变;阴、阳及插入深度逐渐的减小时,电解槽的温度逐渐减小,因此通过模拟后发现最佳的阴极插入深度约为290 mm,阳极插入深度约为250 mm。本文通过对铈电解槽温度场分布情况的模拟研究,对铈电解槽优化与开发设计具一定的指导意义。     

阳极壁面向下倾斜对气泡影响的研究

以3kA钕电解槽为研究对象、相似理论为基础,建立了稀土电解过程的水模型物理试验平台,分别对几种不同阳极壁面倾斜角度工况下单气泡的生长过程进行试验,分析了电解过程中气泡脱离时间、气泡直径、滑移距离等参数的变化情况。结果表明,阳极壁面倾斜角度越大,气泡脱离时最大直径越大,脱离所需时间和滑移距离越大,越易造成阳极效应。     

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。      

非均一极距对稀土电解多相流影响的数值模拟及实验验证

为了研究极距非均一性对电解槽电、热、流场的影响, 引入一个函数D表示极距的非均一性, 建立了极距非均一性数学模型, 模拟了非均一性极距下电场、温度场的分布规律, 以及计算了非均一性极距下的流场、气泡和金属液滴的分布状况。通过研究4种不同极距非均一性D, 分析可得:当D在1~1.48范围内增大时, 阴极两侧极间电流分布变化逐渐不对称, 发热量减小, 气泡含量及紊流强度发生改变, 且阴极稀土金属液在滴落的过程中, 偏离电解槽中心线角度为0°~30°, 但此时电解槽槽况稳定, 可以落入槽底的坩埚内; 当D=1.73时, 偏离角度为43°, 槽况恶劣, 此时稀土金属便不能落入坩埚内, 需要更换新阳极, 以保证正常电解。本文通过等距压降法对阳极电流分布进行测量, 并对比分析了实际电流测量值与模拟电流值, 其计算误差为2.7%~5.6%, 因此通过数值模拟可以反映出极距非均一性对阳极电流分布不均的影响, 为优化实际生产中的流程操作, 提高电解效率, 降低能耗提供保障。      

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。     

稀土电解槽阳极壁面上倾对气泡逸出过程的影响研究

为研究稀土电解后期阳极壁面向上倾斜对气泡逸出过程的影响,以3kA钕电解槽为研究对象、相似理论为基础,建立了电解过程的水模型物理实验平台,随后采用水模型实验法研究不同壁面上倾角度下气泡形状、直径、接触面积、滑移距离等参数随时间变化情况,上倾角度选取3°、5°、7°、10°和20°。结果显示,当壁面上倾角度过大时,气泡脱离时间延长,气泡成串脱离的现象消失,同时发生阳极效应,使电流效率降低,生产成本增加。为了与实际电解过程相符合,阳极壁面上倾角度不宜过大,以3°为佳。     

168kA新型阴极高效节能铝电解槽磁流体运动的数值模拟

建立了168 kA新型阴极铝电解槽磁流体运动的数学模型,对电解质与铝液交界面的流场、电解质的流场以及阴极铝液的流场进行了模拟,并对新型阴极电解槽阳极导杆等距电压降进行了测量。研究结果表明：新型阴极铝电解槽可隔断槽内铝液流动,降低槽内阴极铝液的流速。新型阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和较普通阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和低2～3倍,且极值分布更为均匀。新型阴极电解槽内铝液与电解质界面处的磁流体速度最大,然后以界面为中心线逐渐减小。     

稀土电解槽温度场的模拟分析与研究

以15kA稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL软件中的电热耦合模块对稀土电解槽的温度场进行模拟,对稀土电解槽内的温度分布规律进行分析。研究结果表明:稀土电解槽内横向温度分布为圆弧形阳极与其相邻的阴极之间温度最高,阴极与阴极之间温度稍低,纵向温度分布是从上至下先升高再降低。     

阴、阳极结构优化对稀土电解槽电热场的影响

针对稀土电解槽中阳极消耗后变形及阴极棒底部电流密度过大导致电热场分布不合理的现象,本文以某企业8 kA稀土电解槽为研究对象,运用COMSOL多物理场耦合软件对阳极倾角和阴极结构同时优化后的模型进行了三维电热场的模拟,并对电解槽的电热场分布进行分析研究。结果表明：在阴极棒底部优化成半球形结构后,阴极底部电流密度降低,且电解槽的下半部分电场分布更为均匀,改善了电解槽的局部过热的情况;阳极倾角适当增大,可以使槽内电压降低,高温区域向槽底转移;在阴极底部半球形结构条件下,当阳极倾角为8°、插入深度为320 mm时,电热场分布最为合理。     

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。     

40 kA制钠电解槽流场的模拟研究

电解质在阳极气泡和阴极钠液浮力的作用下在制钠电解槽内循环流动,是典型的气—液—液三相流动。使用FLUENT软件建立40kA制钠电解槽三维流场的数学模型,通过计算得到了电解槽内气泡、钠液的浓度和速度分布情况,以及熔盐的流场分布图。     

熔盐电解制取稀土铈槽内流场的数值模拟

针对现场运行6 k A新型铈电解槽结构,采用VOF模型模拟方法模拟分析熔盐液面波动及流动分布情况。研究发现采用VOF模型能很好的再现生产电解槽液面波动情况,新型槽型结构有利于减少金属接收器上部回流区对金属液面的影响,熔体液面波动主要发生在电极的阳极和阴极之间,越靠近阳极上表面,熔体液面波动越剧烈,而且液面波动直接影响电解槽的稳定性、产品质量和电流效率,对于电解产物铈金属的收集和电解槽开发设计具有很重要的意义。     

铝电解过程中阳极气泡对槽电压波动的影响

铝电解过程中阳极底部产生气泡,气泡排放会引起电解槽的槽电压波动.本文采用透明槽进行铝电解实验,在阳极上施加恒定电流电解,电流密度为0.7 A/cm~2,观察气泡行为和气泡对槽电压影响,研究了水平阳极和阳极倾斜角为2°的条件下得到的气泡在阳极底部的形成长大过程,分析了气泡对槽电压的影响.结果表明:槽电压-时间曲线呈锯齿形状波动,每一个波动对应一个阳极气泡的形成周期.气泡刚逸出完时,槽电压最小,随着气泡的逐渐长大,槽电压逐渐增大,气泡将要逸出时达到最大.与水平阳极相比,阳极倾斜角为2°的条件下,气泡在阳极底面的停留时间变短了,电压-时间曲线也是呈锯齿形波动,气泡逸出的频率比水平阳极快,倾斜阳极气泡的周期平均为4 s,而水平阳极的气泡周期平均为9 s.     

内燃式热风炉燃烧器结构优化

针对内燃式热风炉在燃烧期烟气中CO含量超标问题开展研究工作,提出一种改进型的矩形燃烧器结构,在煤气通道中加入挡板来改变高炉煤气的流动方向。以某公司3号高炉热风炉为研究对象,建立了内燃式热风炉矩形燃烧器和燃烧室的三维模型。利用CFD模拟技术对矩形燃烧器的原始结构和改进后的结构进行燃烧模拟,在矩形燃烧器中加入的煤气挡板分别采用45°、60°、75° 3种倾斜角度放置,分析在不同倾斜角度下的温度场和CO浓度场。与原始结构的结果进行对比,结果表明,优化结构之后燃烧室出口截面的温度场中高温区范围有所扩大,两端眼角处的CO平均体积分数有一定程度减少。当煤气挡板的倾斜角度为60°时出口截面平均温度上升最大,平均温度从1 669 K上升到1 676 K,出口烟气中的CO平均体积分数下降最多,CO平均体积分数从0.007 028%下降到0.005 678%。     

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。     

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。     

槽形结构对10 kA稀土电解槽流场分布的影响

采用CFD软件FLUENT,建立了三维气—液两相流动模型,对某稀土金属公司现场使用的10 kA方形和圆形两种结构的稀土钕电解槽内部流场进行数值模拟,得到了这两种不同结构电解槽中的熔盐上表面流场分布和槽内各纵切面上的流场分布。通过比较分析可知,采用圆形结构较方形结构能使得其中的熔盐具有更好的循环流动,流场分布更加均匀,并且在相邻阳极片之间圆形槽的熔盐会较方形槽熔盐具有较小流速,故对石墨阳极的冲刷腐蚀影响小,有利于减少石墨阳极的更换次数,便于保障稀土金属电解生产的稳定性,故推荐稀土电解槽优先采用圆形槽结构。     

稀土氧化物电解槽内阴极产生金属钕的研究

钕氧化物电解槽内金属钕在电解质中的下沉情况属于典型的两相流动。因此,采用多相流范畴的混合物模型,着重研究随着槽底部钕液面上升而发生的金属钕的扩散情况。模拟过程中没加入电磁场,在电解槽的优化设计过程中,母线和电极产生的磁场可以在一定程度上抑制钕的扩散。研究槽内单纯的流体流动,对母线和电极的排列方式可以提供一定的理论依据。以3 kA钕电解槽为模型,模拟计算了电解槽正常工作情况下,阴极表面产生的金属钕在电解槽内的分布情况,并对得到结果进行了分析。     

通道倾角对感应加热中间包影响的数值模拟

以某钢厂单流双通道感应加热中间包为基础,建立了三维非稳态数学模型研究通道倾斜角度变化对感应加热中间包内流场、温度场及湍流强度的影响。结果表明:当通道倾斜角度为0°时,钢液流出通道后直接向上运动,容易发生卷渣及二次氧化,不利于稳态浇铸;当通道倾斜角度为4°时,在一定程度上缓解了钢液向上的冲击力,但也会冲击到表面渣层以及耐火材料前壁面;当通道倾斜角度为8°时,基本避免了卷渣及对耐火材料前壁面的侵蚀。通道倾斜角度为0°和4°时中间包浇铸区的温度分布基本相同,当通道倾角为8°时,浇铸区的温度比0°和4°时稍低,而且低温区范围更大;当通道倾斜角度为0°时,浇铸区上部的湍流强度比较大,不利于稳态浇铸;当通道倾斜角度为4°时,浇铸区耐火材料前壁面以及上表面处的湍流强度仍然较大;当通道倾斜角度为8°时,浇铸区的湍流强度较小,而且分布相对比较均匀。     

阳极挂耳切削机的研制与使用

一、序言在铜电解精炼中,关键是阳极和阴极不应倾斜,而必须垂直吊挂于电解槽中。过去为此作了许多努力。一般因为阳极是用平(?)铸模铸造,故此,阳极挂耳的底(?)不是水平的。这样,阳极吊挂时,常常产生如第2图所示之倾斜现