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。     

稀土电解槽三维电场和温度场的分析研究

以6 kA稀土熔盐电解槽为研究对象,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件,建立稀土熔盐电解槽三维电场和温度场的数学模型进行计算和分析。分析得出:稀土熔盐电解槽内电场分布以阴极与阳极之间电势梯度最大,电势线较为密集;温度场以阴极和阳极中间区域为主要发热区,说明电解发生区域主要集中在阴极与阳极中间。     

镝铁阴极电蚀对稀土电解槽的电解特性影响分析

随着稀土熔盐电解槽电解过程的进行,阴极形状会随着时间的推移发生电腐蚀,电解槽底部阴极锥角α不断增大,对电解效率与热场产生了一定影响.以越南镝铁阴极稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了稀土电解槽中阴极不同电解阶段不同阴极形状的电解特性参数,得到了电解槽中不同阴极锥角α值与最大电流密度关系曲线图,并分析了电解槽内阴极电蚀对整个电解反应过程的影响,为电解槽的后期维护提供了参考依据.      

镝铁阴极电蚀对稀土电解槽电解特性的影响

随着稀土熔盐电解槽电解过程的进行,阴极形状会随着时间的推移发生电腐蚀,电解槽底部阴极锥角α不断增大,对电解效率与热场产生了一定影响.以越南镝铁阴极稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了稀土电解槽中阴极不同电解阶段不同阴极形状的电解特性参数,得到了电解槽中不同阴极锥角α值与最大电流密度关系曲线图,并分析了电解槽内阴极电蚀对整个电解反应过程的影响,为电解槽的后期维护提供了参考依据.     

基于正交实验的高电流密度铜电解槽结构优化

为减少高电流密度铜电解过程中阴极积瘤现象、降低残极率以及提高电流效率,本文基于多物理场耦合理论与正交实验方法,研究了进液管半径、阳极板底部圆角半径以及极间距对铜电解精炼效果的影响。单因素分析发现,随着进液管半径的增大或阳极圆角半径的增大,电流效率和阴极铜沉积厚度均匀性均呈现先增大后减小的趋势;随着极间距的增大,电流效率逐渐减小,阴极铜沉积厚度逐渐均匀。进行正交实验分析出使铜电解精炼效果优异的电解槽结构参数为：进液管半径3.5 mm,阳极底部圆角4 mm,极间距110 mm。本文为优化电解槽提高生产效率的研究提供理论指导。     

稀土熔盐电解中电解槽温度分布测定

针对熔盐电解制备稀土中间合金过程中电解温度对合金组成的影响很大，通过不同阴极电流密度和电解电流条件对电解槽温度分布的测定，得到了氯化物熔盐电解制备富钇－镍稀土中间合金中电解槽熔体温度分布曲线，对指导生产具有一定的意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

15 kA稀土电解槽阴阳极中心距对槽内电热场影响的模拟分析

为了解决稀土电解槽内热场分布不均匀的问题,建立15kA稀土电解槽三维模型并对模型的阴阳极中心距进行调整,同时利用COMSOL软件对不同阴阳极中心距下的电解槽内电热场进行模拟分析,从而得到电解槽内三维电热场的分布情况。结果表明:电解槽内高温等值面随着阴阳极中心距的增大不断朝电解槽中心移动,右侧阴极的最高等温面逐渐缩小并从阳极脱落,而左侧阴极附近最高等温面不断扩大并向电解槽中心移动;随着阴阳极中心距的增大,电解槽内最大电流密度的变化未出现明显规律,在阴阳极中心距d=33 mm时达到极大值,此时高温等值面分布也最为均匀;最佳电解槽阴阳极中心距为33mm。     

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。     

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。     

LiCl-KCl-MgCl2熔盐体系中Li-Mg共沉积机理研究

Li-Mg合金作为锂电池负极材料在新能源领域中具有广阔的应用前景,熔盐电解法制备Li-Mg合金极具优势。本文采用三电极体系研究了Mg²⁺在LiCl-KCl-MgCl₂熔体中钨电极上的电化学行为及Li-Mg共沉积机理,探究了MgCl₂浓度对电解共沉积Li-Mg的影响。方波伏安法与计时电流法实验结果表明：Mg²⁺在钨电极上一步两电子还原为金属Mg,属于瞬时成核过程,不受温度的影响。计时电位法实验结果表明：随着MgCl₂浓度的增加,LiCl-KCl-MgCl₂熔体电解共沉积Li-Mg所需的阴极电流密度逐渐增大。当LiCl-KCl-MgCl₂熔体中MgCl₂浓度为5%时,实现Li-Mg共沉积的最小阴极电流密度为0.287 A/cm²。恒电流电解结果表明：当MgCl₂浓度≤5%时,Li-Mg产品中金属Mg含量随着熔体中MgCl₂浓度的增加而增大,当MgCl<...     

钛在海水中的阴极充氢行为

运用H型双面电解槽，采用双面电解充氢法对海水中自然表面钛片进行恒电流电解充氢，研究了钛在海水中的阴极充氢过程。用X-射线衍射法对充氢后碎裂钛片进行检测，同时探讨了试样厚度、充氢电流密度和阳极氧化电位对于氢渗过程的影响。结果表明，表面膜是氢渗过程的控制因素：试样厚度增加，氢氧化峰值电流和峰值电流出现时间增加：峰值电流随充氢电流密度和B面氧化电位升高而增大，而峰值电流出现时间随充氢电流密度和B面氧化电位升高而减小。     

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。     

稀土电解槽内电-热场耦合数值模拟研究

针对3kA稀土Nd电解槽,运用数值模拟软件COMSOL,在阴极、阳极高度以及插入深度一定的情况下,建立电场、热场的耦合模型。通过对稀土电解槽内电-热场耦合前后模拟结果的对比,发现电场在阴阳极之间的分布较耦合前混乱,耦合前后其分布数值存在0.03V的差别;耦合前后热场的分布形态基本一致,温度分布均在阴阳极之间达到最高,但耦合后温度逐渐上移,耦合前后温度出现明显差别,其最高温度相差约24℃。稀土电解槽中这些物理场之间有一定的相互作用,进一步体现了耦合过程的合理性。