铝电解阳极碳块析出气体引起的电解质/铝液界面波动

电解质/铝液界面波动对电解铝过程的稳定性和电流效率有重要影响,基于计算流体动力学(CFD)方法建立铝电解槽内电解质/铝液/析出气体的多相流体流动的数学模型,研究铝电解槽内阳极碳块析出气体引起电解质/铝液界面波动现象,并对比分析传统型、长凸台型和小方体型阴极对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,电解质/铝液界面波动的形成时间约为45 s,之后波动进入稳定期,波幅变化很小.三种形式的铝电解槽中铝液波动的趋势基本一致,其中,传统型铝电解槽内液面波动幅度最大,长凸台型铝电解槽内的铝液波动幅度最小.     

铝电解槽磁流体的两相模拟及其界面追踪

采用商业软件ANSYS与CFX相结合的方法,运用有限元及有限体积法与两相流模型对300 kA铝电解槽导电磁流体的铝液、电解质两相湍流流动进行研究,并耦合VOF算法追踪铝液界面波动,模拟计算正常工况及角部换极下的稳态流场。研究结果表明:铝液流场基本呈现为2个大的漩涡,流场计算值与测试值比较接近;而在角部阳极更换后铝液中水平电流密度显著增大;在新阳极下方的铝液中形成较大速度涡旋,对流场的较大扰动导致界面波动幅度增加,极距减小;通过适当提升新极安装高度可增强磁流体的稳定性。     

水平管气水两相流分相界面识别

气液两相流中界面波动的存在,使得两相流的传热、传质及阻力特性发生很大的变化,因此对气液两相流界面波动理论和实验的研究有着重要意义.基于电阻层析成像(ERT)技术将独立成分分析和多尺度分析结合提取水平管气液两相流分相界面波动信息,通过与ERT纵断面成像时间序列的比较分析,并且经过大量的实验验证表明,对水平管气液两相流中的弹状流、分层流、波状流,该方法可有效地获得界面波动信息;对塞状/泡状流提取的独立分量呈现出高频特性,进一步结合多尺度分析可获得界面波动信息.     

大型铝电解槽干式解剖

铝电解质对炭内衬和保温层的渗透是导致铝电解槽破损的重要原因,本文介绍了两种大型铝电解槽干式解剖所见到的现象及采样分析结果,讨论了铝电解质渗透途径,渗入物质的相组成以及它们之间的反应,也分析了渗入物质对炭内村和保温层的侵蚀作用,渗入物质主要是NaF、Na_3AlF_0、CaF_2、Al_2O_3,它们是靠“电毛细现象”和铝液及金属钠的“帮助”渗入到炭内衬中,渗入到保温层中的电解质与粘士耐火砖反应生成SiF_4气体,使生成的灰白质层膨胀,将炭内衬向上拱起。     

气液两相分层流动相界面迁移的数值模拟

采用高精度差分格式求解原始变量不可压缩Navier-Stokes方程和Level-Set方程,对二维的两壁面间的气液两相分层流动进行数值模拟,分析气、液雷诺数对界面的迁移、演化过程的影响.结果表明:随着流体沿流向流动,界面扰动波幅值和扰动波及的范围逐渐变大,左右两侧界面非对称地发展,界面呈现出了钉子结构和泡状结构;气相与液相雷诺数对界面迁移变化的影响规律相同,只是在管中流动产生的界面形状有差异,液相雷诺数的增加使得界面波动更加剧烈.     

铝电解槽二维紊流传质决定的电流效率数学模型

铝电解电流效率取决于电解槽的操作参数和设计参数。降低电流效率的一个重要原因,是由于溶解在电解质中的铝和阳极气体发生了二次反应。本文通过研究两种流体界面的二维传质,得出了与流体动力学参数有关的电流效率数学模型。此模型比较适用,其中有关的参数易于测定。     

两种不同形状旋转带对气液两相流场影响的计算流体力学模拟

利用计算流体力学软件FLUENT,以RNGk-ε湍流模型和Eulerian多相流模型对旋转带蒸馏设备内的流场进行了数值模拟.模拟考虑了旋转带的结构因素.结果表明,无开孔的旋转带在高速转动时,设备内的流体会产生界面分离现象,不利于气液两相的密切接触.而有开孔的旋转带在高速旋转时,会有效地改善流体界面的分离,而且气液两相的湍动程度更大,这些现象将有利于气液两相的传质.同时,比较了开孔位置和孔径大小对改善气液界面分离的影响.模拟结果为进一步研究旋转带蒸馏设备的结构优化和操作提供了理论依据.     

现代铝电解槽的电磁流动 (Ⅰ)基本特点与控制方程

对现代铝电解槽内流体运动进行整体分析,将碳阳极下表面到碳阴极上表面的流体分成几个带区,并对各带区流动及其关联建立了相应的数学模型。在强大电磁力作用下,电解质熔体和铝液作分层水平循环流动,这种流动一般说来是有旋的;阳极下表面气体生成是大量的、随机的,其整体作用将改变液体分层流动的边界条件,其个别作用将引起扰动在液体中特别是其分界面上传播。本文还将电磁力沿三个方向分解,导出了适合于冶金电磁流动分析的YM型运动方程,并据此清楚地剖析了电磁力对运动的影响,建立了电磁流动由层流向湍流转捩的判据以及流动的相似参数。     

新型阴极结构电解槽界面波动振幅的因次分析

利用相似原理指导下的水模型实验,重点研究了阳极气体对界面波动的影响,探讨了新型阴极结构电解槽水模型的界面波动规律.利用因次分析法得到了与各种物性因素、操作因素、设备因素相关联的波动振幅的准数方程.根据得出的准数方程,理论分析了电解质水平对界面波动振幅的影响,得到该情况下具体的准数方程的表达式.准数方程的解与实验结果一致.     

现代铝电解槽的电磁流动——(Ⅲ)界面波动和稳定性

讨论了电解质熔体和铝液界面的波动和稳定性,得到了一类重要运动的稳定性判据,从而提出了若干缩短极距的办法,对于极间短路和滚铝现象也给出了新的解释和计算。     

铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理

铝电解生产过程中，由于氧化铝中含有少量的氧化锂导致电解质中氟化锂含量升高，锂元素向阴极内衬中渗透.通过X射线衍射分析与扫描电镜分析，对电解质和阴极炭块中锂元素的存在形式进行了研究，探讨了铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理.结果表明:电解质中的锂主要以LiNa₂AlF₆形式存在；电解过程中，电解质中的部分锂离子被铝还原为金属锂并进入铝液中，铝液中锂摩尔分数与电解质中的氟化锂摩尔分数成正比；电解质中的锂主要以氟化物形式通过阴极炭块中的开气孔和裂缝向阴极炭块中渗透，铝液中的锂不会通过铝液向阴极炭块内部扩散.     

300kA铝电解槽阴极破损机理研究

研究了300 kA大型铝电解预焙槽的阴极破损机理,电解槽停止运行后通过干法剖炉,现场取样分析与观测,研究阴极炭块破损现象,阴极炭块发生断裂、漏眼,表面存在腐蚀坑.由钠渗透、阴极生成碳化铝、电毛细现象、铝和电解质等向阴极炭块缝隙渗透是造成阴极膨胀开裂的原因.分析了影响槽寿命的因素,认为提高阴极质量,加强电解槽启动初期管理,并通过采用石墨化阴极等新材料新技术,不但可降低炉底压降,形成完好的炉帮,而且有效地提高槽寿命.     

爆炸焊接界面波形参数的影响因素

采用不同的爆炸焊接工艺爆炸复合了铝合金/纯铝/钢与铝合金/钢/钢复合板,并对其结合界面形态进行了显微观察与分析,测量了爆炸焊接界面的波形参数,探讨了不同爆炸焊接工艺及不同材料对爆炸复合界面波形参数的影响.结果表明:爆炸焊接界面波形受爆炸焊接工艺及材料性能的影响,当基、复板材料性能相差较大时,易形成平直界面,波形不明显;当基、复板材料相同或相近时,界面易形成有规律的正弦波形.当焊接材料相同时,随着爆炸焊接装药密度的增加,界面波长、波高均有所增加.     

实验室用悬浮式阴极铝电解槽及其电场的有限元分析

提出了一种实验室用悬浮式阴极铝电解槽的结构形式,并用200 A和300 A该结构电解槽分别进行了纯铝及铝-钪合金的电解试验,用ANSYS软件对电解槽内的电势及电流密度分布进行了有限元分析.结果表明,电解槽的结构是可行的,电流效率可达80%左右,特别适合在实验室中用于铝电解技术的研究.     

X射线衍射分析技术在电解铝工业中的应用

介绍了铝电解工业中铝电解质的成分与分子比的分析、阴极碳砖石墨化度的测定和煅后石油焦、阳极炭块晶粒尺寸的测定.方法简便、快速、准确,对铝电解生产具有指导意义.     

铝电解槽焦粒焙烧过程中热应力场数值模拟

用大型商业有限元分析软件ANSYS建立三维瞬态1/4槽热和结构应力场模型,对铝电解槽焦粒焙烧过程中热应力场进行数值模拟,分析了焦粒焙烧所引起的阴极温度分布和热应力分布.选择均匀一致、条形和环形3种类型的焦粒床结构,对比分析了3种结构中所产生的热和应力场分布.研究结果表明,在阳极平均排列时,环形焦粒床所产生的热梯度最小,为最佳的焦粒焙烧方案.此模型从数值上避免了由焙烧启动而带来的阴极内较大温度梯度,能有效地减少铝电解槽早期破损,提高铝电解槽的寿命.     

对电解铝液净化作用的探讨

对比分析了采用长流程、短流程工艺熔铸铝舍金过程中，氢和氧化铝夹杂的形成过程以及铝电解工艺对电解铝液的自净化作用．冰晶石熔体作为电解铝的工作介质，对氧化铝有良好的溶解性能．通过溶解电解液一铝液界面上的氧化铝达到脱氢除杂的效果．电解铝液中存在的微量稀土具有固氢排杂的作用．在大型铝电解槽中，电流强度达到350kA，存在于铝液中的不导电、不被铝液润湿的氧化铝杂质，在强烈电磁场的耦合作用下聚集沉降在电解槽的边部、角部或铝液漩涡的交界处．     

铝-空气电池的研究

铝是一种丰富廉价的有色金属,铝-空气电池作为一种新型燃料电池,由于有低成本、无毒害、高功率、高能量密度等优点,受到了极大重视.阐述了铝-空气电池的工作原理,并对其阳极铝合金配方、空气阴极、催化剂、电解液等方面的研究概况进行了叙述,提出了铝-空气电池的研究发展方向.     

Electrochemical characterization of MnO2 as the cathode material for a high voltage hybrid capacitor

Manganese dioxide (MnO₂) was prepared using the ultrasonic method. Its electrochemical performance was evaluated as the cathode material for a high voltage hybrid capacitor. And the specific capacitance of the MnO₂ electrode reached 240 F·g-1. The new hybrid capacitor was constructed, combining A1/Al₂O₃ as the anode and MnO₂ as the cathode with electrolyte for the aluminum electrolytic capacitor to solve the problem of low working voltage of a supercapacitor unit. The results showed that the hybrid capacitor had a high energy density and the ability of quick charging and discharging according to the electrochemical performance test. The capacitance was 84.4 μF, and the volume and mass energy densities were greatly improved compared to those of the traditional aluminum electrolytic capacitor of 47 μF. The analysis of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the hybrid capacitor had good impedance characteristics.