復合能場鑄軋鉛合金陽極板的流場數(shù)值模擬及電化學性能研究.pdf

1、鉛合金陽極板帶連續(xù)鑄軋方法不同于傳統(tǒng)的鑄錠-軋制工藝方法，它將連續(xù)鑄造和軋制工藝連為一體直接制備出成品陽極板，具有流程短、成本低、成材率高等優(yōu)點，同時在鑄軋過程中施加電磁/超聲復合能場旨在降低鉛合金陽極板生產(chǎn)成本的前提下進一步提高陽極板的析氧活性及使用壽命。該技術(shù)對提高我國鉛陽極板生產(chǎn)水平具有很大的促進作用。鑄軋過程中鑄嘴內(nèi)鉛合金熔體的流場分布情況是影響鑄軋順利進行及鉛合金板性能的重要因素。本文使用大型有限元軟件ANSYS建立了鉛合金鑄

2、軋的鑄嘴型腔模型，分析了鑄嘴幾何因素及復合能場對鉛熔體流場的影響。在此基礎(chǔ)上開展了鉛合金鑄軋實驗，并對鉛合金鑄軋陽極板的電化學性能進行了分析。主要創(chuàng)新性研究工作有:
　　系統(tǒng)分析了不同分流塊形狀、位置及鑄嘴結(jié)構(gòu)對鉛熔體流動規(guī)律的影響，研究了不同能場對鑄嘴內(nèi)鉛熔體流場分布的影響，定量闡明了不同能場強度對鉛熔體流動狀態(tài)，速度及鑄嘴出口熔體流速分布及溫度分布的影響。結(jié)果表明:鉛合金鑄軋適合使用流線形分流塊，分流塊距出口距離應在70mm左

3、右。當電流強度每增加5A，超聲波功率每增大100W時，鑄嘴出口平均速度增加0.3-0.43mm/s，平均溫度升高1-2℃。隨著復合能場強度的增大，鑄嘴出口速度不均勻度先減小后增大，當復合能場的電流強度控制在10-15A，超聲波功率在200-300W時，最有利于改善鑄嘴出口流場及溫度場分布均勻性。
　　系統(tǒng)研究了不同能場強度對鉛陽極板電化學性能的影響，揭示了復合能場鑄軋鉛陽極板的電化學行為和特征。結(jié)果表明:施加復合能場后，鉛陽極板的

4、析氧電位可比未施加能場鑄軋的鉛陽極板降低35mV，腐蝕速率減小14.3％。隨著能場強度的提高，析氧電位和腐蝕速率呈下降趨勢。能譜及循環(huán)伏安特性分析證明，復合能場改善了陽極板中Ag元素的分布均勻性，增加了電催化活性點，這是復合能場提高鉛陽極板電化學性能的主要原因。
　　首次將復合能場鑄軋鉛合金陽極板應用于鋅電積實驗，分析其各項性能指標，結(jié)果表明:復合能場鑄軋鉛陽極板擁有更低的析氧電位和槽電壓，電流效率更高，可降低鋅電積能耗8％左右。