低電壓下鋁電解槽電熱場(chǎng)模型及其應(yīng)用研究.pdf

1、鋁電解是高能耗行業(yè)，如何尋求一種低能耗高效率的生產(chǎn)模式一直是鋁電解行業(yè)所追求的。通過(guò)降低槽電壓來(lái)減小鋁電解能耗是目前電解鋁行業(yè)節(jié)能的一個(gè)重要手段。但是，槽電壓的降低會(huì)導(dǎo)致電流效率下降和熱平衡的破壞，所以針對(duì)低電壓下鋁電解槽電熱場(chǎng)的研究具有十分重要的意義。
　　降低槽電壓最有效的方法就是降低極距，本文以重慶天泰鋁業(yè)有限公司175kA系列預(yù)焙鋁電解槽為研究對(duì)象，研究了不同陰極結(jié)構(gòu)對(duì)鋁液層水平電流的優(yōu)化作用。并在對(duì)某300KA系列鋁電解

2、槽熱平衡計(jì)算的基礎(chǔ)上，研究了不同槽電壓下鋁電解槽各部分的散熱比，最后提出了具體的保溫方案。本文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　(1)利用仿真軟件ANSYS建立了重慶天泰175KA系列鋁電解槽的1/4槽電場(chǎng)計(jì)算模型，并對(duì)該模型各導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的電勢(shì)和電流分布做了詳細(xì)的計(jì)算與分析，其結(jié)果符合實(shí)際。為全面了解鋁電解槽的電場(chǎng)分布狀況以及針對(duì)該部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了清晰的思路。
　　(2)在重慶天泰175KA預(yù)焙鋁電解槽電場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上，提出了

3、兩種改進(jìn)型陰極鋼棒和一種在鋁液層增加絕緣擋板的方案，探討了不同方案對(duì)鋁液層水平電流的優(yōu)化作用。計(jì)算結(jié)果表明:改進(jìn)型陰極鋼棒可使陽(yáng)極炭塊下鋁液中y向水平電流密度的最大值和平均值明顯減小，水平電流密度值由初始鋼棒下的（-500～1300）A/m2減小為（-500～250）A/m2。水平電流密度無(wú)論是最大值還是平均值都有著明顯的減小，絕緣擋板能有效抑制電流向陽(yáng)極炭塊側(cè)部偏移，而通過(guò)改進(jìn)型鋼棒和絕緣擋板的結(jié)合，不僅能將鋁液層電流控制在陽(yáng)極炭塊下

4、，而且水平電流密度的大小和分布也能得到有效的控制，為鋁電解實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
　　(3)分析了不同工藝條件對(duì)熱場(chǎng)的影響。結(jié)果表明:極距和初晶點(diǎn)溫度對(duì)鋁電解槽的熱場(chǎng)的影響較大，而電解質(zhì)水平對(duì)熱場(chǎng)的影響則比較小。另外，換極會(huì)在短時(shí)間內(nèi)破壞電解槽的熱平衡，尤其是四個(gè)角部的換極，可以采用陽(yáng)極預(yù)熱的方式來(lái)削弱這一部分的影響。
　　(4)通過(guò)對(duì)某300KA鋁電解槽進(jìn)行了詳細(xì)的熱平衡計(jì)算，得到了不同熱損失部分的能量支出值和各部分的散熱