电解质过热度对铝电解槽物理场的影响

电解质的过热度与铝电解槽槽膛内形的形成有很大的关系，而且对铝电解槽的物理场也有很重要的影响。为此，以国内最具代表性的郑州龙祥铝业有限公司154kA侧部四点进电铝电解槽为研究对象，具体分析了电解质过热度对铝电解槽电场、磁场和流场的影响，研究发现电解质过热度对阴、阳极电流分布、铝液层电位差、铝液平均磁感应强度几乎无影响；但是随着电解质过热度的增加，铝液层电流密度减小，而铝液最大流谏和平均流速将有所增大。     

300 kA铝电解槽电磁流场数值计算研究

本文基于某铝厂300 kA铝电解槽基本结构及尺寸,运用大型有限元软件ANSYS建立铝电解槽电、磁、流场模型,对该铝厂铝电解槽进行数值仿真计算。电解质层中电流主要为垂直分布,铝液层电流出现较大的水平方向分量值;磁场x方向沿短轴为反对称分布,y方向沿长轴大体上呈现反对称分布,z方向大体上沿长轴呈反对称分布;铝液-电解质界面最大隆起高度为3.28 cm。探究了铝电解槽电磁流场分布情况,为铝电解槽节能降耗生产提供理论指导。     

铝电解槽电、磁、流场数值计算方法的进展

介绍了国内外铝电解槽电、磁、流场数值计算方法的研究现状 ,并指出其存在的不足主要在于电、磁、流场分开计算 ,提出了铝电解槽电、磁、流场耦合数值计算的思想     

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.     

铝电解槽电、磁、流场数值计算方法的进展

介绍了国内外铝电解槽电、磁、流场数值计算方法的研究现状，并指出其存在的不足主要在于电、磁、流场分开计算，提出了铝电解槽电、磁、流场耦合数值计算的思维方法。     

强化电流下500kA铝电解槽工艺探析

在研究国内电解槽电流强化的空间、电流强化对电解槽热平衡和稳定性的影响的基础上,针对国内某电解铝企业500 kA电解系列进行电流强化实践,探讨了电流强化后应采取的措施。在生产中,通过工艺参数调整,采用"智能打壳+槽控机"双控制系统,优化电压,保持低分子比、高铝液水平、低铝液温度及过热度等措施,500 kA电解槽电流提升至518 kA,电流密度从0.804 A/cm~2提高至0.833 A/cm~2,且获得了良好的热平衡及稳定性,吨铝能耗降低了152 kW·h,从而论证了电解槽强化电流的可行性。     

168kA新型阴极高效节能铝电解槽磁流体运动的数值模拟

建立了168 kA新型阴极铝电解槽磁流体运动的数学模型,对电解质与铝液交界面的流场、电解质的流场以及阴极铝液的流场进行了模拟,并对新型阴极电解槽阳极导杆等距电压降进行了测量。研究结果表明：新型阴极铝电解槽可隔断槽内铝液流动,降低槽内阴极铝液的流速。新型阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和较普通阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和低2～3倍,且极值分布更为均匀。新型阴极电解槽内铝液与电解质界面处的磁流体速度最大,然后以界面为中心线逐渐减小。     

大方坯连铸M-EMS参数对磁场和流场分布的影响

采用数值模拟与现场实测相结合的方法,对大方坯结晶器电磁搅拌(M-EMS)过程进行了耦合数值模拟,研究了电磁搅拌参数及结晶器铜管厚度对钢液磁场和流场分布的影响。结果表明:当其他参数不变时,磁感应强度、电磁力和流速随着电流的增大而增加。磁感应强度随频率增加而减小,电磁力和流速随频率的增加而增大;且随着频率的增加,最大磁感应强度、电磁力和流速的变化值减小。对于连铸470mm×350mm大方坯,电磁搅拌电流和频率分别为550A和2Hz,结晶器铜板厚度为35mm时,能起到良好的电磁搅拌效果。     

400 kA铝电解槽异形阴极炭块对阴极电压降的影响

传统阴极炭块顶部是平坦的,阴极铝液流动时几乎没有阻力。使用表面凸起的阴极炭块进行研究,目的是增加铝电解槽中铝液流动的阻力,起到减波和减少铝液流动速度的作用,以此降低水平电流密度、阴极电压和铝液流速,保障铝电解槽生产安全稳定。通过COMSOL软件进行模拟,发现随着阴极炭块表面凸起块数的增加,阴极压降和水平电流密度均呈下降趋势,其中阴极压降最大降幅为39.8 mV,水平电流密度最大降幅为2 087 A/m2,并对某铝厂400 kA铝电解槽使用异形阴极炭块后进行测试,测试结果与模拟结果一致。     

大型预焙铝电解槽异常槽况下的电场特性研究

以某420kA大型预焙铝电解槽为对象,利用ANSYS平台建立铝电解槽在异常槽况下的电场有限元模型,计算并分析了生产过程中氧化铝沉淀和阳极更换过程对电场的影响。结果表明,大面积沉淀的产生会明显改变原有的钢棒电流的分布特性,而区域分散沉淀和小面积沉淀对钢棒电流分布影响较小;随着换极位置的改变,电解质层电场、铝液水平电流密度及钢棒电流均呈现大幅变化。本研究可为沉淀诊断分析及阳极更换制度的优化提供支撑。     

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。     

铝电解槽节能潜力分析与应用实践

铝电解槽的电能消耗量与平均电压和电流效率两个因素有关,降低槽电压或者提高电流效率,可降低铝电解槽直流电耗。通过系统测试系列电解槽电压平衡、能量平衡、电流效率,深入挖掘分析,提出了节能降耗技术措施。通过2台试验槽工业试验表明,试验槽平均电压3.819 V,电流效率92.89%,吨铝直流电耗12 251 kWh。与系列电解槽相比,平均电压降低99 mV,电流效率提高1个百分点,吨铝直流电耗降低455 kWh,节能效果显著。     

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。     

186kA大型预焙阳极铝电解槽流场的数值计算

应用SIMPLER算法对186kA大型预焙阳极铝电解槽的流场进行了计算。由计算结果可以看出,186kA大型预焙阳极铝电解槽的流场分布较为均匀,且流速较小,这将对铝电解生产的稳定操作、延长铝电解槽的寿命以及提高电流效率产生良好的影响。     

330 kA铝电解槽异形阴极碳块对水平电流的影响

采用有限元仿真计算,对330 kA铝电解槽进行传统阴极碳块结构和异形阴极碳块结构的电场进行仿真模拟,主要对铝液中水平电流分布进行分析。研究发现,异形阴极碳块结构相对于传统阴极碳块结构能够在影响压降较小的前提下降低水平电流密度。模拟结果表明,在异形阴极碳块表面凸起中增加隔断并改变凸起角度,对降低铝液中水平电流效果明显,能够降低铝液中最大水平电流密度27.8%,平均水平电流密度34.3%,有效提升了铝电解槽电流效率。     

槽型对5kA级惰性阳极铝电解槽电热场影响仿真研究

提出了两种5 kA级惰性阳极铝电解槽结构,使用有限元仿真方法计算了不同槽型电解槽在分别采用普通阴极、石墨化阴极下的电热场分布情况。计算结果表明:不同槽型电解槽在初始条件下热量不平衡,但在强化电流、增加极距、加强保温后,均能实现热平衡;采用石墨化阴极需要输入更多的热量才能实现热平衡,但能够使阴极底部等温线分布更合理;在同样达到热平衡时,槽型2结构略优于槽型1。     

2D Measurements of Magnetic Field near an Oscillating Interface between Two Fluids Carrying an Electrical Current

An experimental technique is presented to measure two‐dimensional magnetic fields outside a cylindrical cell containing two electrically conducting fluids as the primary step of magnetic field tomography (MFT). The magnetic field is induced by a direct current through the fluids. Under a periodic, vertical vibration driven by a pneumatic shaker, Faraday instabilities are generated, which lead to a series of non‐axisymmetrical wave modes, and the non‐axisymmetrical interface shape introduces a perturbation to the magnetic field which can be measured by eight two‐dimensional fluxgate sensors fixed concentrically and uniformly around the cell. The original signals from the sensors are collected by a Keithley data acquisition board and processed by fast Fourier transform (FFT). The amplitude and frequency of the magnetic flux density are extracted successfully. Based on the measured magnetic field distribution, the maximum of the interface displacement is reconstructed by an evolutionary strategy, which is in good agreement with the optical measurement. This MFT system can be applied to study the interface movements in aluminium reduction cells, in iron/steel making, in glass melts, and in other electromagnetic processing of materials.     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

采用有限元方法模拟了中频电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响规律,讨论感应线圈电流强度和电源频率等因素对结晶器内钢液流动的影响。结果表明：电磁力能加强结晶器内上半部熔池的搅拌强度,并在弯月面区域形成一明显的回流区,同时还能减小钢液射流的渗入深度;增大电流强度,能加强钢液的回流和对钢液的搅拌,减小射流渗入深度,同时也加剧了钢液自由表面的波动,因而电流强度有一个最佳的控制范围;增加电源频率时,射流的渗入深度变化不大,但弯月面附近钢液的紊动能和速度都有所提高,综合考量,本研究中将频率控制在2500 Hz左右。