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。     

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。     

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。     

真空熔盐电解法制备海绵钛电流效率影响因素的研究

研究了各种因素对真空熔盐电解法制备海绵钛电流效率的影响。研究结果表明：（1）在CaCl2熔盐体系中进行电解,当压力〈10Pa、电解温度850℃、电极间距5cm、阴极电流密度1．05A／cm^2、阳极电流密度0．8A／cm^2时,可有效避免海绵钛的二次氧化,降低槽电压,减少电流损失,从而提高电流效率;（2）采用混合熔盐体系CaCl2＋A,可较大幅度降低电解温度和熔盐电阻,从而提高电流效率;（3）可通过选择适宜的真空度、熔盐体系、电极间距、电流密度,保持规整的电解槽内型,使用纯度较高的熔盐和TiO2原料等提高电流效率。     

真空熔盐电解法制备海绵钛电流效率影响因素的研究

研究了各种因素对真空熔盐电解法制备海绵钛电流效率的影响.研究结果表明:(1)在CaCl2熔盐体系中进行电解,当压力<10 Pa、电解温度850℃、电极间距5 cm、阴极电流密度1.05 A/cm2、阳极电流密度0.8 A/cm2时,可有效避免海绵钛的二次氧化,降低槽电压,减少电流损失,从而提高电流效率;(2)采用混合熔盐体系CaCl2+A,可较大幅度降低电解温度和熔盐电阻,从而提高电流效率;(3)可通过选择适宜的真空度、熔盐体系、电极间距、电流密度,保持规整的电解槽内型,使用纯度较高的熔盐和TiO2原料等提高电流效率.     

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。     

大型预焙槽加大阳极试验研究

通过 2 6台大型预焙槽的加大阳极试验结果表明 ,阳极加大后 ,由于极距增加、槽内液体搅拌强度减弱、磁场作用力减弱等原因使电解槽二次反应减少 ,电解槽电流效率等技术经济指标显著提高 ;另外 ,随着阳极电流密度降低 ,槽能量平衡发生改变 ,出现电解槽热收入减少 ,热散失增加的现象 ,引起电解质温度降低及电解槽槽状态不同程度的变化     

大型预焙槽加大阳极试验研究

通过26台大型预焙槽的加大阳极试验结果表明，阳极加大后，由于极距增加、槽内液体搅拌强度减弱、磁场作用力减弱等原因使电解槽二次反应减少，电解槽电流效率等技术经济指标显著提高；另外，随着阳极电流密度降低，槽能量平衡发生改变，出现电解槽热收入减少，热散失增加的现象，引起电解质温度降低及电解槽槽状态不同程度的变化。     

直流炼锌埋弧电炉电热场的数值模拟

利用商业软件ANSYS对电炉熔体部分进行了模拟计算,并研究了恒功率下不同的电极插入深度对熔体的焦耳热场和温度场的影响.结果表明:随着电极插入深度的变化,靠近电极区域的焦耳热有明显的变化,而远离电极区域的焦耳热变化相对较小；温度与焦耳热分布类似,电极插入越深,熔体底部温度升高,顶部温度减小,并且靠近电极区域的温度变化更加明显.     

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。     

钕电解氟化物体系熔化温度及高温物相的研究

为了提高钕熔盐电解的效率,对钕电解的二元体系NdF_3-LiF及三元体系NdF_3-LiF-Nd_2O_3熔盐加热到1100℃、急冷法制备分析样品,同时在电解槽中取熔盐,用急冷法制样,使用DSC-TG测定熔盐在加热过程中重量及热量变化,使用XRD、TEM分析急冷熔盐的样品组成和结构。研究表明,NdF_3-LiF二元体系及NdF_3-LiF-Nd_2O_3三元体系的共熔温度分别为723℃和725℃,共熔相的数量随着LiF的质量而增加,随Nd_2O_3质量增加及Nd_2O_3加入而降低,熔化温度随LiF含量降低而升高,随Nd_2O_3质量增加先降低而后升高,电解槽中熔盐的共融温度及熔化温度在712℃及970℃,实验样品在约900℃开始出现熔盐的挥发,电解槽中的样品几乎没有熔盐挥发;二元系及三元体系样品中分别含有NdF_3、LiF和NdF_3、LiF、Nd OF、NdF_2,三元系样品中加入的Nd_2O_3在高温完全熔解,生成Nd OF、NdF_2,电解槽中的样品含有未熔解的Nd_2O_3。通过实验初步确定了钕电解熔盐随着熔盐成分变化、熔盐熔化温度的变化及Nd_2O_3的熔解状况,确定了电解槽熔盐中存在Nd_2O_3及挥发组分含量偏低,对现场工艺改进及控制具有一定的指导作用。     

电解质组成对10 kA熔盐电解金属钕的影响

通过工业实践,考察了氟盐体系熔盐的配比对10 kA稀土电解槽钕电解的电流效率、电解槽槽龄与电解产品的碳含量等的影响;指出氟盐体系熔盐的配比是整个工艺的基础,并直接影响主要工艺技术经济指标;在长期的工业生产中,保持了高达80%～82%的电流效率.     

氯化物熔盐电解槽磁场模拟

氯化物熔盐电解槽内部磁场的稳定对电流效率的提升非常重要。以50 kA氯化物熔盐电解槽为研究对象，运用有限元软件COMSOL建立电解槽三维电磁场模型，模拟了50 kA电解槽不同平面x、y、z三个方向的磁场强度和电磁力分布特点，重点研究工艺参数对磁场强度和电磁力分布的影响。结果表明，电流增加，每个平面的磁场强度和电磁力均增加，且增幅相同；降低极距、增加电解质液面高度、增加阳极半径均会使磁场强度最大值和电磁力最大值增加。     

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。     

熔盐电解法制备镨钕镝合金的研究

利用4000 A电解槽,在氟化锂-氟化镨钕-氟化镝熔盐体系中,通过电解氧化镝与氧化镨钕的方法,制备了成分稳定的镨钕镝合金,金属直收率大于96%,电流效率大于75%。讨论了电解质组元、温度、阴极电流密度、加料速度对电解过程的影响。同时与钙热法生产金属镝、自耗阴极制备镝铁合金工艺进行综合性对比分析,结果表明,熔盐电解法在成本、工艺稳定、产品质量等方面具有绝对的优势。     

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。     

大中型预焙电解槽磁场设计浅析

前言 对于大型铝电解槽磁场的研究,其目的是为了提高电解槽磁流体的稳定性,铝电解槽的稳定性是电解槽取得高电流效率和低电耗的基础。一个生产效率高的电解槽必然具备：（1）热的稳定：主要是热平衡和恒定的电解质温度及其规整的槽帮形状;（2）电解槽的稳定,即槽内熔体流动（特别是电解质／铝液界面）和波动规律的稳定,它反映在槽电压的稳定性上。而电解槽的稳定又取决于三大因素：第一、设计,即磁场,槽结构和阴阳极参数的优化与选择;第二、生产管理和工艺技术条件的优化;第三、计算机控制技术。从设计上来讲,     

铝电解预焙阳极自动测高系统的应用

某企业开展了铝电解预焙阳极自动测高系统的应用,该系统应用后提高了换极质量,改善了换极工的操作环境,降低电解高温熔盐和高温残极烫伤换极工的风险.电解槽运行稳定性提高,经济技术指标优化,电解槽的年平均电压降低13mV;年平均电流效率提高0.2％;年平均直流电耗降低71 kWh/t-Al,产生了良好的经济效益.