稀土电解槽不同阴极结构的电解特性分析

针对柱式阴极稀土电解槽内电热场分布不均匀,导致电解效率降低的问题。以15 kA大电流稀土电解槽为研究对象,对板式阴极和柱式阴极结构电解槽分别进行三维电热场的模拟,得到两种结构下电解槽的电热场分布云图,并进行对比分析。分析结果表明,板式阴极稀土电解槽结构优于柱式阴极稀土电解槽。然后对板式阴极结构电解槽电极插入深度进行研究,以电极底部到槽底的距离为参数,选取一组合适的数据进行电解过程模拟分析并进行优选,为板式阴极稀土电解槽的结构优化提供理论依据。     

320kA预焙铝电解槽电磁场分布计算与优化

利用ANSYS电磁场有限元法,建立了320 kA预焙铝电解槽三维电磁场有限元模型,计算了铝电解槽内的电场分布及磁场分布,计算结果与实测结果相吻合,验证了该模型的正确性.在此基础上提出了一种新型电解槽结构,并应用参数化设计语言(APDL)建立该结构的电磁场计算模型,以磁场为目标对该结构进行了整体优化.最终优化后电磁场分布表明:该结构铝电解槽能减小铝液层水平电流,磁场分布对称性好,有利于改善槽内铝液的流动状态,具备较大的节能潜力.     

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。     

350kA铝电解槽节能技术改造的应用实践

在大修350 kA铝电解槽节能技术改造中,可以通过采用提高电解槽磁流体稳定、新式阴极钢棒结构和保温型内衬结构等设计,达到节能降耗的目的。在设计过程中,以现有电解槽生产技术参数为基础,根据节能型电解槽的特点,通过电一热仿真模拟,优化电解槽内衬结构。生产实践表明,优化后的350 kA节能型电解槽在低电压下稳定运行,并达到高效节能的目的。     

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。     

10kA底部阴极稀土电解槽的电场仿真

针对上插阴阳极式稀土电解槽存在结构缺陷、耗能大、生产效率低等问题,设计了一种10kA底部阴极稀土电解槽,利用ANSYS仿真软件研究了电解槽阴极半径和阴阳极距变化对电解槽电场的影响,以及对电解槽熔体电位的影响。结果表明:电解槽的阴极半径在65~70cm之间、极距在14cm以下时,电位等势线平行分布,电流线分布均匀,反应区热量均匀,有利于生产效率提高和能耗降低,电解槽设计合理。研究结果可作为此类型电解槽结构优化设计参考依据。     

6kA新型铈电解槽内电磁场的数值模拟

针对6kA新型铈电解槽结构,建立数学模型与物理模型,根据Maxwell电磁场方程和Biot-Savart定律,运用COMSOL模拟软件进行电场和磁场的有限元模拟,考察电解槽内电场和磁场的分布情况。研究表明,阴阳极之间是电解的主要区域,也是电流产生的磁场的主要分布区域,并且磁场分布在圆周方向上,径向和轴向的分量为零。     

300 kA铝电解槽电磁流场数值计算研究

本文基于某铝厂300 kA铝电解槽基本结构及尺寸,运用大型有限元软件ANSYS建立铝电解槽电、磁、流场模型,对该铝厂铝电解槽进行数值仿真计算。电解质层中电流主要为垂直分布,铝液层电流出现较大的水平方向分量值;磁场x方向沿短轴为反对称分布,y方向沿长轴大体上呈现反对称分布,z方向大体上沿长轴呈反对称分布;铝液-电解质界面最大隆起高度为3.28 cm。探究了铝电解槽电磁流场分布情况,为铝电解槽节能降耗生产提供理论指导。     

全数字化500kA虚拟铝电解槽

以某500kA特大型铝电解槽为对象,通过数值仿真研究得到电解槽各物理场的分布结果,进而提出一种将仿真结果与虚拟现实技术相融合的方法,最终创建一个数字化的500kA虚拟铝电解槽。通过在3D虚拟现实平台上展示的结果表明,该成果能够创建一个完全基于计算机的虚拟世界,能让参与者非常直观地全面掌握电解槽结构、槽内物理场的分布等,从而为铝电解的培训、展示、槽况诊断等提供强有力工具。     

通电方式对稀土熔盐电解影响的数值模拟及分析

在稀土熔盐的电解过程中,不同的通电方式对槽内各物理场影响也不同,进而会对电解槽的电解效率产生一定的影响。本文以某企业8 kA稀土电解槽为原型,通过Comsol的热电耦合模块研究通电铜板单侧与多侧分布的通电方式及通电铜板的不同位置分布下的电解槽电解时内部各物理场的变化情况,通过对比电流密度、电势差、电解温度的大小寻找最合适的通电方式。结果表明：只考虑电解效率时,导电板四侧中位通电最优分布方式,此时电解槽内电流密度最大,电能损耗最低,电解效果最好。若考虑制造成本以及可操作性,导电板单侧中位分布是最优解,这种设计的电解槽电解效率较高,同时也留出较大操作空间。其余几种分布均存在弊端,需要进一步完善。该研究旨在为稀土电解槽的结构优化提供参考意见。     

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。     

稀土电解槽内双电层-温度场耦合数值模拟

运用数值模拟软件COMSOL,建立10 kA底部阴极稀土电解槽阳极插入深度一定时电解槽双电层、温度场的耦合模型。对比稀土电解槽内双电层-温度场耦合前后模拟结果发现,耦合前后双电层电势分布形态基本一致,其数值没有明显差别;温度场的分布形态发生变化,温度分布均在阴阳极之间达到最高,并且耦合后出现高温逐渐下移现象,耦合前后其电解主要区域最高温差约3℃。根据双电层-温度场耦合数值模拟结果,为优化底部阴极电解槽的参数提供理论依据,加快电解槽的设计和开发。     

300kA铝电解槽上部机构支承主梁的设计研究

论述300kA铝电解槽上部机构支承主梁设计的基本条件、载荷分布情况,比较支承主梁设计结构的两种设计方法的优缺点,提出了300kA大型预焙阳极电解槽采用箱形梁结构的依据.     

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。     

400 kA保温型铝电解槽物理场研究

某公司以400 kA电解槽为研究主体,引进了丹麦高性能内衬保温材料开发出新型电解槽内衬保温技术,解决电解槽电场、流场稳定性差、波动大等工程技术问题,丹麦高性能内衬保温材料电解槽实现阳极电流分布值1.43 mV、阴极电流分布值为8.345 kA,与国产保温材料电解槽相比均降低;原铝液交流电耗降低163.84kWh/t· ...     

氯化物熔盐电解槽电热场模拟分析

氯化物熔盐电解槽在电解过程中受温度影响很大,有必要对电解槽中的电热场进行分析计算。利用COMSOL软件建立三维氯化物熔盐电解槽电热场模型,得到槽内电势和温度分布,分析电解槽的热平衡,在热平衡的基础上,计算电解槽结构参数对电热场的影响,并推导出放大方程。计算表明,缩短阴阳极间距,增大阴极高度、阴极半径、阳极半径及电解质液面高度可以在热平衡的条件下提高电流强度,依据无因次关系式可进行结构优化设计或电解槽放大设计而不需要复杂的建模,可以节省计算资源。     

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。     

新型稳流保温铝电解槽节能技术及其工业应用效果

论文简单介绍了新型稳流保温铝电解槽节能技术的开发思路和基本内容,着重从电压优化、电解槽散热减少和效率提高方面分析该技术的应用效果和优势。本技术优化了电解槽的阴极结构,对电解槽的内衬结构进行了更加精细的设计。现场的技术人员对筑炉质量严格把关,确保电解槽长期稳定运行,并根据现场具体情况配套了工艺技术参数,实现电解槽的高效率低能耗运行。新型稳流保温电解槽平均槽电压3.853V,电流效率91.9%,铝液直流电耗12493.9kWh/tAl,较同系列普通槽降959.1kWh/tAl。     

槽型对5kA级惰性阳极铝电解槽电热场影响仿真研究

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分别采用普通阴极、石墨化阴极下的电热场分布情况。计算结果表明:不同槽型电解槽在初始条件下热量不平衡,但在强化电流、增加极距、加强保温后,均能实现热平衡;采用石墨化阴极需要输入更多的热量才能实现热平衡,但能够使阴极底部等温线分布更合理;在同样达到热平衡时,槽型2结构略优于槽型1。     

稀土电解槽电极间距的模拟优化

采用多相流范畴的欧拉模型,以3 kA钕电解槽为模型,着重研究了电解槽正常工作情况下,不同电解槽电极间距时气体在熔场内的分布情况,并对得到的结果进行了分析。