稀土电解槽三维电场耦合数值模拟研究

以稀土熔盐电解槽为对象,取COMSOLE软件进行有限元的模拟计算,从模拟结果中可以看出,电解槽电场的分布基本上能够分成三大区域,耦合前后,发现电场在阴阳极之间的分布与耦合前相比比较混杂,耦合前后额分布数值之间存在0.03的差别。     

稀土电解槽温度场的数值分析

研究了氟化体系稀土电解槽温度场问题的数值模拟分析方法，采用有限元法计算了新的电解槽温度场，其分析结果，为新槽体的开发设计提供了参考依据。     

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。     

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。     

基于Comsol的稀土熔盐电解槽温度场分析

采用Comsol Multiphysics有限元软件,基于传热学理论,研究建立了3KA稀土钕熔盐电解槽温度场数学模型,考察了电极插入深度、极距对槽内温度分布的影响。结果表明,电解槽内热源集中于电解槽中部,槽内温度沿纵向从上而下先升高后降低,横向从阴极到阳极不断下降;随着电极插入深度和极距的增加,槽内熔体温度升高,利于增大熔体流动性,但过高会使金属溶解,降低电流效率。综合考虑熔体流动性和电流效率,钕熔盐电解过程应控制适中的电极深度和极距。     

6 kA方型稀土电解槽电场的研究

研究了阴极阳极变化对于6 kA方型稀土电解槽电场的影响,并在此基础上分析阴极半径的范围,为电解槽设计改造提供了参考依据。     

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。     

稀土熔盐电解槽内温度场数值模拟

在前人电场及流场的研究基础上,考虑电热场及电解质流动对温度场分布的影响,利用差分法建立柱坐标下的能量传输方程的上风差分离散格式,采用FORTRAN97编程,对3kA钕电解槽的温度场进行了数值模拟。结果表明,电极之间的发热强度最大,但并不是电解槽的最高温区,高温区在接收器内部(1 100℃),模拟结果与实测结果比较吻合。     

大尺寸阴极稀土电解槽的电场模拟计算

稀土氟化物熔盐电解技术从20世纪80年代开始逐步工业化应用,经过几十年的发展,单槽规模从3kA级逐步发展到目前的8 kA甚至15 kA级,电流效率也从原来的不足70％提高到接近80％.但是稀土熔盐电解操作的机械化、自动化水平没有大的提高.为了探索大型电解槽自动出金属的实施途径,包头瑞鑫稀土金属材料有限公司设计运行了 1...     

辅热式15 kA稀土电解槽电场和热场的仿真分析

市面上中、小型稀土电解槽存在效率低、底部金属易凝结、产量小等不足。以15 kA稀土电解槽为研究对象,先探究外部铺设辅热装置能否改善电流密度分布和提升温度,再探究辅热位置和辅热温度对电解槽的电场和热场的影响,建立辅热前后电解槽的电热场三维仿真模型,观察电热场分布情况。结果表明,电解槽外部铺设辅热装置能有效改善电流密度分布,阴极底部最大电流密度有效提升,同时槽内温度有所提升,高温面积增大,有利于电解反应高效持续进行。在电解槽下部铺设辅热设备,并设置辅热温度为1310 K时,阴阳极间电流密度最大,且分布均匀;有利于提升电解效率;同时底部坩埚保持较高温度,可减少稀土金属在坩埚内凝结沉积。     

稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟

为了研究稀土电解槽阳极生成气体对电场影响,利用CFD软件二次开发功能建立气-液两相流场-电场耦合模型,首次提出将电场电导率与阳极气体气含率关系相结合的稀土电解槽流场-电场耦合数值模拟,并对比有无阳极气体气含率影响的电场电势云图及流场分布情况,研究发现,稀土电解槽阳极生成大量气体并在阳极表面形成动态气层,使得阳极附近熔盐扰动较为剧烈,其气液两相流区域的熔盐与阳极生成气体的混合相电导率受气体波动影响发生变化,熔体内部电场分布受到阳极生成气体影响,通过获取阳极深度175 mm、250 mm、300mm、350 mm、395 mm处的阳极生成气体气含率分布情况,发现气液混合相区域电导率随阳极生成气体气含率增高而增高,阳极上部生成气体气含率及动态气层厚度大于阳极下部,阳极气体气含率的熔体内部电场阳极上部电压降快于下部,电场等势线整体呈斜型分布,阳极上部部分区域电场等势线受到生成气体扰动影响呈现波动,同X坐标下槽内熔体电压上部小于下部,而电解槽底部由于为单相区,该处电场分布并未受到阳极气体直接影响。     

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。     

60kA沉浸式稀土电解槽电场的数值模拟

通过计算设计开发新型60kA沉浸式稀土电解槽的基本尺寸结构,并采用数值模拟软件建立了该电解槽的三维电场计算模型。对60~100mm几种不同极距工况下电解槽电场分布情况进行模拟。通过对电场电压的分析可以发现最佳电极间距为70mm,为该槽型的推广应用提供了理论基础。     

60kA底部阴极稀土电解槽电场数值模拟

以60kA底部阴极电解槽为研究对象,利用有限元软件建立了稀土电解槽的三维电场数学模型,对90、100、110、120mm几种不同极距工况下稀土电解槽电场分布情况进行模拟,并对模拟结果进行了分析;结果表明100mm为最佳极间距。     

铝电解槽电场分析与模拟研究

铝电解槽的电能消耗率同平均电压和电流效率两个因素有关。通过研究电解槽平均电压的各个组成部分,并依靠所开发的分析平台对电解槽有关的结构参数和物性参数进行模拟计算,从定性和定量两方面揭示电场的变化规律。     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽电场的模拟

针对当前上插阴、阳极结构稀土熔盐电解槽存在的一些弊端,设计了10kA底部阴极电解槽,并用有限元ANSYS软件对该槽型中的电场进行了数值模拟,得到三种极距下电场的电位及电场强度分布,发现该槽型的设计是合理的.     

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。      

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。     

稀土电解槽阳极炭块材料对电场影响的数值模拟

以3 kA稀土电解槽为研究对象,采用有限元分析软件AYSYS WORKBENCH建立电解槽的数学模型,分析几种不同的常用阳极炭块材料对稀土电解槽的电场影响。结果表明,采用半石墨质,半石墨化和石墨化三种阳极炭块,其熔体电压分别是5.8575 V、5.7699 V、5.6791 V。综合计算表明,使用石墨化阳极材料可以降低成本,从而获得良好的经济效益。