面向风电消纳的铝电解槽电磁场特性研究

针对铝电解消纳风电过程中物理场将发生非线性变化的现状,建立针对消纳风电的铝电解槽电磁场模型,并开展了消纳电流为设计电流的25%、20%、15%、10%和5%五种情况下的电磁场计算。结果表明,槽电压随着消纳的幅度增加而增加,同时铝液层水平电流密度亦存在相应变化,但电场整体趋势未变,各部分压降均在合理水平;此外,随着消纳风电量的增加,槽内磁场极值与均值都会相应增加,但整体的磁场分布规律未发生大幅波动,电解槽依然可以维持在稳定状态,从而保证在消纳风电过程中,电解槽内磁流体的稳定性,为其平稳消纳提供先天条件。     

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.     

铝电解槽熔体中电流分布的数值计算

在电解槽三维电位场计算的基础上,对电解槽在不同工艺条件下及不同结构时的电流场进行了数值计算:1)伸腿长度为零的理想情况;2)伸腿伸至阳极底部;3)不同铝水平及换极;4)泄流式电解槽.通过分析发现,铝液中y 向电流密度沿阴极长度方向表现出先增后降的趋势,Jy的幅值随铝液层面降低有所增加.在伸腿伸至阳极底部时,在槽边部会出现较大的逆向电流,伸腿越长,逆向水平电流越大.铝液层面中垂直电流密度沿阴极碳块长度方向自里向外呈现增加趋势,且铝液层面越低,电流密度变化梯度越大.铝液中x向电流可以忽略,且随铝水平变化较小.泄流式电解槽熔体中存在较大的电流密度集中现象,炉底压降相对较大.     

400kA系列铝电解槽区域氧化铝浓度时空分布研究

以400kA系列铝电解槽为试验槽研究了大型预焙铝电解槽区域氧化铝浓度分布情况。结果表明,铝电解槽不同区域的氧化铝浓度在不同的时间点均发生较大的波动,越靠近两端头位置处的氧化铝浓度的波动性越大;氧化铝浓度呈现先减少后增加的趋势,在靠近两端头位置氧化铝浓度出现最大值,在槽中间位置氧化铝浓度出现最小值;进电侧和出电侧对称分布位置上的氧化铝浓度分布曲线具有相似性,出电侧氧化铝浓度总体高于进电侧氧化铝浓度;氧化铝浓度保持在1.00%~2.00%之间的时间分布比例大,实现了区域低氧化铝浓度控制。     

电流强化对铝电解槽氧化铝浓度场分布的影响及优化

以某420 kA铝电解槽为研究对象,建立了氧化铝浓度场的瞬态计算模型,结果表明,电流强化增大了氧化铝浓度分布的不均匀性,仅通过同时改变下料频率无法有效改善氧化铝浓度分布的均匀性。针对该问题,提出了电流强化过程中氧化铝下料方式优化策略：分组交替下料和单点频率控制下料,并对电流强化时的下料优化策略进行仿真计算。结果表明：分组交替下料时,氧化铝高浓度区域面积的波动幅度降低,减小了整个电解质中氧化铝浓度的波动;单点频率控制下料时,局部浓度过高的区域大幅度减小,氧化铝浓度分布的均匀性得到有效改善。     

利用有限元法计算铝电解槽电磁场

介绍了一种求解铝电解槽电流场、磁场的统一的方法。根据恒定电流场和恒定磁场的相似性 ,推导出了铝电解槽电流场、熔体电流产生的磁场和母线系统产生的磁场的相似有限元计算方法 ,并将其应用于实际计算之中 ,得到了令人满意的结果     

大型铝电解槽电流效率数值建模研究

对铝电解槽内电流损失机理和现代大型槽(>400kA)的强湍流特征进行剖析,采用界面更新理论描述铝液—电解质界面附近的传质行为,建立了电流损失计算方程、质量传递系数方程及电流效率全域计算方程,进而结合多相流体力学及熔盐电化学相关理论,在CFX平台上建立了关联熔体运动的大型铝电解槽电流效率全域数值计算模型。应用该模型对某400kA级大型铝电解槽的电流效率进行了瞬态实时计算,求得全槽时均电流效率约为92.57%。     

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.     

大型锂电解槽流场分析

锂电解槽相比于镁、铝电解槽电流小,产量低,随着市场对金属锂的需求逐年上升,开发设计大电流锂电解槽可以为工业实际运用提供参考。以大电流锂电解槽为研究对象,运用有限元软件COMSOL建立锂电解槽电解质-氯气气液两相流模型,采用Euler-Euler两相流模型并耦合k-ε模型用于求解电解液速度,分析了槽内电势、电流密度及流场分布规律。结果表明,电解槽内的极间空间顶部皆存回流情况,越靠近电解槽内部,回流现象越明显;电解槽内壁处湍流黏度较高,涡流强度大;每对电极对应的电解质循环具有明显的界限,随着阴阳极对靠近电解槽内壁面数增加,电解液循环效果越好。     

基于统计过程控制方法的铝电解生产工艺优化

高铝水平操作工艺尽管一定程度上降低了漏槽风险,却存在电解槽沉淀增多、炉底压降升高、侧部散热增加和能耗增加等问题。利用统计过程控制方法设计的氟化铝添加策略和调控电解槽热平衡方式,能够保障在降低铝水平、降低槽电压的同时保持电解生产稳定运行。研究结果表明,具有破损趋势的铝电解槽生产工艺经过优化后,槽温、分子比、氟化铝下料量、热波动幅度显著降低,电解槽更加稳定。4台试验槽与对比槽相比,电流效率提高1.29%,铝直流电耗减少93 k Wh/t。     

铝电解多功能机组新标准修订中关键问题研究

介绍了铝电解多功能机组的发展现状、现行标准的状况及标准修订的紧迫性及修订依据。在此基础上,对标准中铝电解多功能机组的结构型式、工作环境条件、生产安全等关键问题的修订进行了讨论:增加了铝电解多功能机组的结构型式,对铝电解车间磁场强度进行了分析和实测,对车间环境温度分布进行了计算流体动力学分析,约定了铝电解多功能机组的工作环境参数,同时结合桥式起重机、冶金起重机及绝缘起重机等现行标准,增加了铝电解多功能机组声光报警、控制联锁、标记指示及包装运输的安全要求。     

大型铝电解系列消纳风电的关键问题及应对方案

从铝电解角度出发,提出一种应用大型铝电解系列消纳风电的新思路。首先通过分析铝电解行业及风电分布的特征,探索了铝电解消纳风电的理论可行性;进而基于铝电解工业的特征,从安全性、热平衡及磁流体稳定性等方面深入剖析了铝电解消纳风电的关键问题;最后,从风电消纳理论值、消纳现场评估及工业试验等角度,提出了铝电解消纳风电的具体实施方案。仿真结果验证了电解槽对于风电的巨大消纳潜力,在理想的工艺技术条件和消纳制度下,电解槽能够在较稳定的状态下消纳风电。     

500kA预焙阳极电解槽针振和摆动现象的处理

随着铝电解槽的大型化,铝电解槽内部磁场强度显著增大,电解质与铝液熔体剧烈地波动,使大型槽针振和摆动现象愈加明显,影响了电解槽高效平稳生产,降低了电流效率。从生产实践出发,分析500kA大型槽针振和摆动产生的原因及采取的常规处理方法。     

150kA预焙铝电解槽生产稀土铝中间合金生产实践

本文介绍了150 kA预焙铝电解槽生产稀土铝中间合金的工业实践。通过多年的生产表明,在铝电解槽添加碳酸稀土用熔盐电解法生产稀土铝中间合金,在实际生产中是切实可行的,所生产合金能满足后序生产需要,并且此方法有利于电解槽电流效率的提高。     

铝电解多功能机组智能定位控制系统设计与实践

本文主要介绍了铝电解多功能机组的智能定位控制系统。针对铝电解车间强磁、多尘、高温的生产作业环境,介绍了铝电解多功能机组的定位原理及控制策略。开展了铝电解多功能机组定位系统的设计,并在铝电解车间进行了试验验证,定位精度满足智能铝电解多功能机组的要求。     

Prospects of the use of sodium tetrafluoroaluminate as a correcting additive to electrolyte in aluminum baths

The disadvantages of the use of aluminum trifluoride as a correcting additive to the commercial electrolytes of aluminum production are discussed. In pot rooms equipped with electrolysis cells having self-calcinating anodes and a dry gas cleaning system, sodium tetrafluoroaluminate can be a challenging alternative for aluminum trifluoride. In the range of acid electrolytes, sodium tetrafluoroaluminate is the dominating component of a melt and gaseous phase.     

惰性阳极工业化实现的途径之一--低温铝电解

惰性阳极研究表明惰性阳极一直未实现工业化的根本原因是阳极耐腐蚀性和抗热震性差,低温电解是解决这些问题的最根本方法之一,并对低温电解所提出的工业背景、研究进展和可能面临的挑战作了详细的概述,为该技术的后期研究提供了一定理论指导意义。     

Simulation of Magnetohydrodynamic Multiphase Flow Phenomena and Interface Fluctuation in Aluminum Electrolytic Cell with Innovative Cathode

A three-dimensional (3D) transient mathematical model has been developed to understand the effect of innovative cathode on molten cryolite (bath)/molten aluminum (metal) interface fluctuation as well as energy-saving mechanism in aluminum electrolytic cell with innovative cathode. Based on the finite element method, the steady charge conservation law, Ohm’s law, and steady-state Maxwell’s equations were solved in order to investigate electric current field, magnetic field, and electromagnetic force (EMF) field. Then, an inhomogeneous multiphase flow model of three phases including bath, metal, and gas bubbles, based on the finite volume method, was implemented using the Euler/Euler approach to investigate melt motion and bath/metal interface fluctuation. EMF was incorporated into the momentum equations of bath and metal as a source term. Additionally, the interphase drag force was employed to consider different phase interactions. Thus, present work owns three main features: (1) magnetohydrodynamic multiphase flow are demonstrated in detail both in aluminum electrolytic cell with traditional cathode and innovative cathode; (2) bath/metal interface fluctuation due to different driving forces of gas bubbles, EMF, and the combined effect of the two driving forces is investigated, which is critical to the energy saving; and (3) the effect of innovative cathode on melt flow and motion of gas bubbles. A good agreement between the predicated results and measurement is obtained. The velocity difference leading to the melt oscillation decreases due to more uniform flow field. The average velocity of metal in the cell with innovative cathode decreases by approximately 33.98 pct. The gas bubbles in the cell with innovative cathode releases more quickly under the effect of protrusion on the cathode. The average bubble release frequency increases from 1.1 to 1.98 Hz. Hence, the voltage drop caused by gas bubbles would decrease significantly. In addition, the two large vortices are broken into many small vortices due to the protrusion. The final disappearance of the small vortices as a result of viscous dissipation is conducive to the suppression of bath/metal interface fluctuation. The average interface amplitude in the cell with innovative cathode reduces to 75.95 pct of that in the cell with traditional cathode.     

磁场环境对铝电解多功能机组运行的影响

介绍铝电解多功能机组的组成、运行环境及其功能,分析了运行环境对机组正常运行的影响,并探讨了磁场对机组的危害。根据车间现场的测量数据,结合铝电解多功能机组在磁场环境中运行所遇到的问题,通过分析磁场的基本特性和原理,提出了铝电解多功能机组在设计制造过程中应注意的问题及其解决方法与思路。