铝电解槽侧部余热回收利用技术研究现状及进展

铝电解生产1吨铝通过电解槽槽壳散热损失的电量约为5700 kWh,其中通过电解槽侧部散热损失的电量约为2050 kWh。铝电解槽侧部余热回收利用技术是实现铝电解槽进一步深度节能的重要研究方向之一。本文通过分析铝电解槽槽壳散热特点,论述了铝电解槽侧部余热回收利用技术研究现状、存在的问题及前景。     

铝电解槽壳散热模型

将铝电解槽壳底部及侧部分解成三种散热单元，这三种散热单元可排列与组合成各种现代铝电解槽壳表面结构。提出了开口向下水平平板肋的稳态自然对流与表面辐射的耦合传热新模型，并结合另外两种单元的耦合传热模型对肋板的温度分布、散热量等进行计算求解，对肋板性能进行分析。用三种检验方法检验三种散热模型，设计编写的数值计算程序和近似计算程序能简单、精确、快速地计算不同类型的电解槽壳的散热，计算结果较原有行业算法包含更多的信息量     

铝电解槽低散热理想状态的研究

将铝电解槽整个散热体系划分为阳极区散热(上部散热)和阴极区散热(下部散热),其中阳极区包括烟气、上部结构、槽罩板和槽沿板;阴极区包括阴极区侧部和槽底,而阴极区侧部还可细分为侧部熔体区、侧部阴极区和侧部耐火保温区。本文以200 kA电解槽为例,通过现场实际测量结果和分析计算,给出了低电压运行条件下铝电解槽较小且比较合理的散热分布状况,同时分析了电解温度、两水平、氧化铝单耗、阳极毛耗和阳极净耗等工艺条件对能量平衡的影响。     

铝电解槽槽体与环境界面换热系数的计算

通过分析铝电解槽不同部位以不同方式向外界环境散热的原理,基于玻尔兹曼定律及流体外掠平板的传热理论建立了槽体与环境界面换热系数的计算模型,实现对槽体与环境换热系数的计算。在此基础上,以侧部槽壳为例分析了槽体表面温度、空气流速以及槽型对换热系数的影响。结果表明:铝电解槽周围环境的空气对流形式为自然对流及强制对流的混合流,对流换热系数随着空气流速的增加而增大,而辐射换热系数不受流速影响;辐射换热系数随着槽体表面温度的升高而增大,同时对流换热系数随着槽体表面温度的升高小幅上升;槽型越大的铝电解槽与环境的对流换热系数越小。     

电解槽端面钢结构与环境热交换体系的研究

在散热型铝电解槽槽壳处于担当容器及形成良好伸腿和炉帮条件的双重角色下,对于槽壳钢结构的设计除了要满足强度与刚度的需求以外,还要考虑实现槽壳侧部上方位置良好散热的工艺要求。本文基于有限元法,应用ANSYS Workbench软件从结构设计的角度,在相同工况下对三种不同的电解槽槽壳端面钢结构及其与厂房通风窗所形成的空气域进行了流固耦合热交换的计算机仿真研究.通过空气域流线温度分布、钢结构表面温度分布及空气域YOZ面空气温度分布计算结果来分析三种钢结构与环境空气的热交换效果,从中确定满足生产和工艺要求的优化结构,并提出结构细节优化的建议。     

铝电解槽电热场1/4槽模型有限元解析方法及应用

借助ANSYS有限元分析软件,建立了铝电解槽1/4槽有限元解析模型,对其电、热场进行耦合计算,并以某厂156kA预焙阳极铝电解槽为研究对象,根据实测的电解槽运行数据对模型进行了检验,结果表明:本文所建立的1/4槽有限元解析模型的计算结果与实测值吻合较好(电压降偏差在30mV以内,炉帮特征尺寸偏差在2cm以内,槽壳表面温度偏差10℃以内),能较真实地反应铝电解槽内的电、热场的三维分布状况,可为铝电解槽的优化设计提供准确、快速且经济、可靠的研究手段。     

400kA电解槽热场平衡及分析

利用多点热流计(HFM-215)和烟尘平行采样仪(TH-880F)对正常运行的两台400kA电解槽进行了热平衡测试,结合电解槽能量平衡理论与相关热量计算方法,对电解槽能量平衡情况进行了计算和分析。结果表明:400kA电解槽的侧部槽壳熔体区温度在195.1℃～308.8℃之间,不存在温度过高的区域,说明电解槽的侧部炉帮形成较好;槽底温度在55.5℃～116℃之间,整体保温较好;电解槽热平衡部分多余热量的60%以上从电解槽上部随烟气或槽盖板处散出,使槽壳的散热压力降低,有利于形成较好的炉帮,有利于电解槽高效稳定运行。400kA电解槽由于可在工作电压较低(约为3.91V)的条件下运行,能量利用率较高,约为49.02%。     

铁磁材料对铝电解槽内磁场影响规律研究

该文以一台简化的铝电解槽模型为对象,运用ANSYS仿真软件研究了铝电解槽的槽壳和摇篮架等铁磁物质对槽内磁场的影响规律。研究表明,随着槽壳厚度的增大,槽内X和Y向磁感应强度增大,Z向减小;随着摇篮架宽度增大,X向和Y向磁感应强增大,Z向减小。该研究结果能为大型铝电解槽磁场计算模型简化提供依据。     

154kA预焙槽铝液流动状况分析及其生产对策

通过分析郑州龙祥铝电有限公司154kA预焙铝电解槽铝液流动状况，结合生产实际，指出适时的边部加工，合理的技术条件，严格控制阳极效应系数，加强侧部散热，均匀的阴阳极电流分布，有利于预防电解槽侧部破损、槽况波动，形成较好的炉帮，从而达到延长槽寿命和提高电流效率的目的。     

铝电解槽热电场的有限元分析

运用大型有限元分析软件ANSYS中附带的APDL模块解决铝电解槽热非线性和炉帮形状的循环计算问题,充分考虑电解质发生相变时产生的潜热,建立了热电场数学模型,开发了准三维热电耦合模型.选择普通炭块和碳化硅作为侧部保温材料两种情况,对我国300 kA侧部五点进电预焙铝电解槽进行了热电耦合分析,绘出了热场等温线图.结果表明,300 kA侧部五点进电预焙电解槽的阴极和侧部炭块的设计是合理的.     

Investigation on the influence of the dielectrics on the material removal characteristics of EDM

A systematical and comprehensive investigation of the material removal characteristics of the electrical discharge machining (EDM) process using various dielectrics as the working fluids was conducted in this work. Five dielectrics, including gaseous dielectrics, air and oxygen, and liquid dielectrics, de-ionized water, kerosene and water-in-oil (W/O) emulsion were used as the working fluids. The whole geometry parameters of the craters, including the recast material in the craters, were precisely determined by metallographic method. The volume of melted and removed material and removal efficiency in different dielectrics were comparatively investigated. By relating the material removal characteristics to the evolution of the discharge generated bubbles in different dielectrics which was done by computer simulation, it seems that the pressure above the discharge point is an important factor that can affect material removal characteristics. The results of this work were supposed to be helpful for further clarifying the complicated material removal mechanism of EDM.     

基于渐进成形的修复体加工实验

板料数控渐进成形工艺是一种柔性成形工艺,这种工艺非常适合加工小批量、多品种和形状复杂的板料产品。以医疗修复体为实验对象,分别采用正成形、负成形工艺在渐进成形专用机床上完成渐进成形加工。针对工具头与支撑体间隙不合理导致零件表面产生挤压痕迹的问题,提出一种基于零件模型的整体偏置方法生成支撑体模型,很好的解决了加工件表面的质量问题。对成形零件变形区厚度及回弹变形进行测量,并对所得数据进行分析。试验结果表明,数控渐进成形中材料厚度变化遵循正弦定律;负成形加工件的厚度误差、回弹量均比有支撑的正成形大,并对影响零件厚度、回弹的主要因素进行了初步分析。     

铝防盗盖表面流纹成因的研究

研究了铝防盗盖成型过程中铝板的应力,应变状态和金属流动特征,从理论上和铝板的组织状态方面分析了流纹的成因;同时从铝板表面粗糙度和表面缺陷方面分析了流纹的成因,提出了铝防盗表面流纹的控制方法。     

铸件表面合金化层性能研究

针对采用水玻璃、树脂等作为粘结剂进行铸件表面合金化时，合金层中容易产生气孔、夹渣缺陷的问题，研究了一种铸件表面合金化新工艺，即加入一种YB成型剂将合金粉末压制成块的方法进行表面合金化，在铸钢ZG65Mn本体表面得到高含Cr、W等元素的合金化层。结果表明，通过消失模铸造工艺，使用YB成型剂较好地消除了水玻璃等粘结剂造成的气孔、夹渣，合金化层和本体之间实现了冶金结合；合金化层具有较好的耐磨性和耐热性能，加入WC后耐磨性可达本体材料的4．82倍，抗氧化性能提高50％左右，且合金化粉末压块放置操作简便、可靠。     

配流盘定位设计对强度的影响研究

以轴向柱塞马达配流盘为研究对象,针对不同定位方式对配流盘工作强度进行有限元分析,得到应力分布和变形情况,为高压轴向柱塞马达(泵)配流盘的定位设计提供了参考。     

横向应变对声双折射系数的影响分析

以时基延迟效应为基础的声弹法应力测量,对微小应变都非常敏感。整个加载过程中,横向微小应变引起的时间差会累积到声时检测设备中,给应力定量测量带来很大的误差。采用回振法对45号钢在拉伸和压缩状态下的声双折射现象进行了试验研究。在研究超声波垂直于应力传播过程中,建立了声时差与应力的关系模型,试验证明了该模型的正确性。利用声速与动弹模量及动泊松比之间的关系,引入了横向应变对声双折射系数的修正项。     

氢化锆表面多元复合膜层制备和研究

采用尿素高温分解产生的氧化性气氛在氢化锆表面制备多元复合膜层。利用XRD、SEM、EDS、XPS、AES等分析测试手段对氢化锆表面膜层的相结构、截面形貌、元素成分及价态进行性能表征。物相分析结果表明膜层主要有氧化锆相和Zr N相,且氧化锆相由单斜相(m-ZrO_2)和四方相(t-ZrO_2)组成。扫描电镜形貌分析表明原位生长氧化物膜层致密,膜层与氢化锆基体结合紧密。俄歇电子能谱结果表明膜层由C、N、O、Zr元素组成,并具有明显的分层现象,膜层由外向内分为富(C/N)层及富O层,随膜层表面溅射时间增加,O、Zr元素相对含量明显增加,C、N元素相对含量明显降低。X射线光电子能谱分析表明多元复合膜层存在Zr-O、Zr-C、Zr-N-O、Zr-N、O-H等键。