300 kA铝电解槽中焦粒焙烧过程温度场的仿真优化

使用有限元法建立了300 kA铝电解槽的焦粒焙烧三维1/4整槽模型,针对目前普遍采用焦粒均匀铺设方式,对其焦粒焙烧过程的温度分布与变化特征进行了瞬态数值仿真研究。当前的焦粒焙烧启动方式存在阴极表面温差过大、各阴极炭块随空间位置不同温度分布差异过大、端部第1至第3块阴极炭块平均温度低于900℃、阴极炭块和捣固糊升温速度过快等缺陷。提出在阴极表面从电解槽边缘向中心依次铺设电阻率递增的焦粒层的优化焙烧方案,并进行温度场仿真计算。结果表明：该优化方案可以使阴极表面温度分布更加均匀,端部第1至第3块阴极炭块表面温差比优化前降低8%以上,中间第4至第13块阴极炭块表面温差降低30%以上,阴极炭块和阴极缝糊平均升温速度降低12%,该优化方案更有利于减少电解槽的早期破损。     

大型铝电解槽母线配置的计算机仿真

母线配置对于铝电解槽的电磁场与MHD(磁流体动力学)稳定性有着非常大的影响,在设计新的较大电流强度的铝电解槽时尤其重要,本研究通过运用商业软件ANSYS并结合自定义程序,对于各种不同母线配置参数下的500kA铝电解槽物理场进行了大量的仿真模拟,重点研究了母线的配置参数如立柱进电比,立柱连接的阴极棒数,大面阴极母线垂直位置,端头母线垂直位置,列槽间距,邻槽数目以及槽底补偿电流配比等,同时结合自定义的稳定性评估函数展开了计算分析与讨论。     

铝电解槽电磁流场的数学建模与应用

研究了铝电解槽复杂开域的媒质接触、结构化网格划分、磁场边界条件施加、场耦合等建模问题。运用标量电位法、标量磁位法和有限体积法在商业软件平台上开发了铝电解槽电一磁一流场的计算模块,并与工业电解槽上的测量数据对比验证其可靠性。在此基础上提出一种母线设计方法,获得较优的母线配置方案SG2。仿真结果表明：SG2水平电流小,磁场分布对称性好：熔体平行大面流动有助于氧化铝输运。磁场分析结果表明：立柱母线中的电流可大幅度抵消非均匀阴极母线电流对磁场分布的影响,决定最终磁场分布。     

铝电解槽换极热-电-流场仿真研究及换极策略分析

换极是现代铝电解工业的必要操作之一,新换冷极对电解槽的热场、电场和稳定性造成巨大冲击。本文开发了换极过程中的热-电-流仿真模型,对不同区域(如角部极、中间极)、不同工艺(换热极)的换极进行了模拟分析。研究发现换角部极对槽温度的影响大于中间极,可为角部极提供较大的附加电压值或较长的附加电压时间来增加换角极的热收入,提高温度恢复速度,而换热极工艺则可大大加快新极的温度恢复速度。通过本模型的研究可为换极过程优化提供模型和手段,以达到减小换极影响、提高电流效率的目的。     

低能耗下铝电解槽阳极结构的优化

为了进一步降低铝电解工业能耗,以仿真软件ANSYS及ANSYS-FLUENT为平台,应用阳极穿孔方式对铝电解用阳极进行结构优化,并进行工业试验,以研究其工业应用并验证仿真结果。计算结果表明:新型阳极下气泡层厚度为1.28 cm,比普通阳极气泡层厚度减少0.72 cm,对应极距电压差约240 mV;阳极表面温度最低为704.3℃,阳极电压降为379 mV,电场分布与普通阳极保持一致;阳极碳块热应力最大值为17.4 MPa,远低于碳块的许用应力。新型阳极在3台槽上进行试验,长期运行的平均槽电压比传统电解槽的降低了229 mV,穿孔阳极结构电解槽电流效率从91.15%提高到91.85%,生产每吨铝直流电耗降低了683 kW.h。仿真结果与实验结果相符,说明此结构阳极能够快速排出气泡进而减小极距。     

大中型预焙铝电解槽的开发与应用

重点描述了大中型预焙铝电解槽开发所要解决的主要技术问题,并就设计采用的新技术、新材料及其工艺技术特点进行了讨论。同时,介绍了各类大中型预焙铝电解槽对应的系列经济规模。     

400kA电解槽用铝母线浇铸参数的有限元仿真

以400 kA电解槽用铝母线为例,应用Solidworks和Procast软件,分别对铝母线浇铸温度、浇铸速度、中心裂纹、冷隔和铸瘤缺陷等进行数值模拟,分析铝母线铸造情况,探讨仿真模拟技术在竖井热顶模铸造400 kA电解槽用铝母线工艺中的应用。     

铝电解槽母线电热状态模拟及电平衡分析

阴极母线电平衡计算是电解槽母线设计中非常重要的一环。由于电解槽母线的特殊性,非全电热模拟计算将无法真正反映母线电热状态。本文利用ANSYS软件,对某大型电解槽母线进行建模,实施全热电热耦合计算,结果表明:①母线总压降高于设计值,计算值与实际情况基本一致。②进出电侧与软带相连的大母线表现出不同的温度分布特征,出电侧母线随电流密度提高而升高,进电侧则相反;母线上最高温度点出现在与软带相连处。③同一支路上:进电侧,软带越厚,温度越高。出电侧,软带越薄,温度越高。④电流强化时,母线压降加速升高。⑤电流强化后,母线中各支路之间的电流差值会扩大。     

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。     

大型铝电解槽不停电改造母线技术与实践

系统地阐述了启明星铝业公司300KA系列铝电解槽母线配置不停电优化改造工程的技术背景、改造方案、施工方法等,并对母线配置优化改造的效果进行了系统地分析。     

铝合金母线焊接专家系统设计

铝舍金质量轻、强度高、具有良好的导电性和耐腐蚀性，常作为铜的替代材料广泛用于电气设备中，特别是变电站及发电厂多采用铝合金材料制作大电流母线。利用计算机技术对铝合金母线焊接工艺进行优化选择，开发了铝母线焊接专家系统，以利于制定合理的工艺方案，并保证工艺参数的稳定可靠性，从而提高发电厂运行的安全性。     

铝电解槽使用不等长预焙阳极块增产节能的研究

提出了在铝电解槽中使用不等长预焙阳极块以实现增产节能的技术并进行了效果分析。计算表明,采用不等长阳极,充分利用中缝面积,在不增加投资、电流密度不变的条件下,原铝产量可以提高1.72%左右,电耗降低57kwh/t-A1左右。此外,采用不等长阳极,在不增大电流的情况下,可降低电流密度,从而降低电解质过热度,提高电流效率。     

铝母线焊缝质量情况分析与对策

铝母线是升压站、换流站中的重要设备,其焊缝质量影响升压站、换流站的安全稳定运行.本文对2005年以来新建220 kV及以上升压站送样铝母线焊接接头质量情况进行统计分析,结果表明:铝母线焊缝射线探伤合格率为67.69%,其中焊缝缺陷主要以气孔为主,出现比率达60.63%;其次为夹渣、未熔合及未焊透;影响焊缝不合格的主要缺...     

400kA预焙铝电解槽磁场分布应用研究

随着电解槽向超大型方向发展,磁场分布对电解槽的稳定性尤显重要。本文首先通过理论研究,建立400kA预焙阳极铝电解槽稳态电场和磁场模型,使用有限元法对模型进行数值求解,然后依据电解槽磁流体稳定性条件,得到400kA电解槽磁场分布计算结果。并且,通过现场测试,对400kA电解槽磁场分布进行验证,表明模型计算结果较为准确。     

预焙槽的三维电热场仿真

利用有限元软件ANSYS建立了预焙槽的三维电热场模型。针对某厂240kA电解槽进行了三维电热场耦合分析,并将模型计算结果和测试结果进行了对比。本文介绍了该模型的特点,以及如何利用该模型对电解槽进行优化设计。     

铝电解槽集气烟道内部的流动场模拟及结构优化研究

通过数值计算方法,借助FLUENT模拟了铝电解槽传统分段向下式集气烟道内部的流动场,分析发现了传统烟道存在集气均匀性较差、TE端部密闭效率较低的缺点,于是提出了等量吸风集气烟道的设计构想,并通过数值模拟手段证实该新式烟道在不增大烟道压损的条件下,达到了槽膛内等量吸风的目的.     

现代大型铝电解槽内复杂物理场的仿真计算与优化

总结了国内外在铝电解槽电热场、热应力场及电磁流场方面的研究进展,指出当前多物理场仿真计算算法的不足,介绍了最新开发的液(电解质)-液(铝)-气和液-气-固(颗粒)两类三相流模型、多物理场(电、磁、热、流、力、浓度分布场等)、磁流体稳定性和电流效率三维耦合仿真模型与算法,并提出基于多相-多场耦合仿真的大型铝电解槽结构与生产工艺综合优化方法,发现大型铝电解槽在3.7~3.9 V低电压下高效、低电耗、低排放、稳定运行的状态空间,并确立相应的工艺实现条件。     

铝电解槽电热场解析技术的发展

介绍铝电解槽电热解析模型的发展和现状 ,比较了各模型的优缺点。提出了建立铝电解槽三维电热解析模型的必要性和思路