预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算

应用APDL语言设计一种新型的三维槽帮形状计算算法,通过循环调用前处理、求解和后处理模块,自动调整三维槽帮表面节点坐标,实现铝电解槽三维槽帮形状的计算.选择成熟的180 kA铝电解槽作为研究算例,在有限元软件ANSYS的平台上建立四分之一槽电热模型,并引入热接触来描述熔体与槽帮、阳极和阴极等之间的对流传热,进行三维槽帮的数值仿真研究.采用这种三维计算方法可以更加真实的考虑铝电解槽的结构和工艺参数情况,电热耦合计算又将电场对热场的影响考虑在内,更加符合实际情况.研究结果表明:该算法得到的槽帮形状与实测结果基本一致,同时验证铝电解槽槽帮在小面厚度大于大面厚度,而在角部处槽帮最厚的规律.该方法可为新型铝电解槽设计提供技术支撑.     

铝电解槽槽帮结壳形状的计算机模拟

建立了计算铝电解槽槽帮结壳形状的物理模型和数学模型。通过将铝电解槽传热的二维问题转化为一维问题,对工业铝电解槽进行了模拟计算,研究了设计规整的铝电解槽槽帮结壳形状的基本方案。研究结果表明:影响铝电解槽槽帮结壳形状的主要因素是电解质温度和槽内衬热阻。因此,严格控制铝电解槽中电解质温度和减少槽内衬的热阻,对于获得良好的铝电解槽槽帮结壳至关重要。     

磷生铁和钢爪尺寸对铝电解槽阳极物理场的影响

铝电解槽阳极中,磷生铁和钢爪起到热、电和结构连接的作用.采用数值模拟的方法,研究了磷生铁和钢爪的尺寸对阳极物理场的影响.基于ANSYS有限元软件,建立了三维热-电-应力耦合模型.考察了不同的钢爪直径和磷生铁厚度对阳极的热-电-应力分布的影响.结果表明,钢爪直径不变时,随着磷生铁厚度从12.5mm增加到32.5mm,阳极温度场和应力的变化可以忽略,而阳极电压降降低了17.7mV.在磷生铁厚度不变的情况下,当钢爪直径从135mm增加到175mm时,阳极钢爪、炭块和磷生铁的温度最高可以降低50℃,阳极电压降降低了26.4mV,而阳极炭块的受力增加了.     

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.     

铝电解槽三维热应力场非线性有限元分析

基于通用有限元软件ANSYS建立了某大型铝电解槽结构的三维实体模型和热应力场耦合分析的有限元模型. 考虑材料非线性和接触非线性的基础上对电解槽结构强度进行了仿真计算,给出了槽壳和摇篮架的应力、应变云图,分析了电解槽结构的变形规律,并提出了结构优化的途径. 以槽壳近似弹性体为目标,对不同组合载荷工况进行了反算,得出与实际更接近的荷载条件.     

铝电解槽阳极效应预报

阳极效应是铝电解槽生产过程中的一种特殊现象,具有电耗高,突发性等特点.本文提出最小二乘统计算法模型,将计算的槽电阻斜率和相关系数结果用来预报阳极效应,通过对电解槽打壳/加料来控制效应系数.实验结果表明,这种预报算法具有有效性和准确性.     

应用耦合法计算大型铝电解槽的电流场

本文建立了大型铝电解槽电流场的数学模型,应用有限元和边界元耦合法进行计算,方便地处理了阴极炭块的非均匀正交各向异性问题;在计算中使用了具有场域自动剖分,矩阵分块,矩阵行优化排序和非零存贮等稀疏矩阵技术的计算程序,在对多种结壳情况下铝电解槽电流场的数值计算结果进行分析的基础上,得出了一种使铝液中水平电流较小的结壳形状。     

采用相对电参量计算铝电解槽的电流场

本文提出一种采用相对电参量计算铝电解槽电流场的方法,将铝电解槽中电解液电流场的计算归结为给定总电流的位场边值问题,铝液电流场归结为第二类边值问题.文中引用相对电压和电位以及相对电导的概念,无需精确地测定电解槽边界电压和电解液、铝液的电导率,即可求解这两类问题,并可提高计算的精度.     

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。     

铝电解槽熔体中电磁力场的计算机仿真

介绍了电解槽内电流分布、磁场和电磁力的计算模型和计算程序，结合我国自焙阳极上插棒式铝电解槽的实践计算了铝液中的电磁力，给出了电流分布、磁场及电磁力场图，为铝电解槽的设计和炉膛内形的优化提供了参考。     

铝电解槽电压低频波动的研究

根据在工业侧部导电阳极铝电解槽上的观测,发现槽电压的低频波动与电解槽的工艺状况有密切的关系。槽电压的低频波动按其性质可归纳为“气膜电阻波动”、“铝液短路波动”、“极距周期起伏”和“电压随电流跃动”等四种基本类型。并且,它还可以进一步分为多种波动形式。不同波动形式是不同工艺状况的表现,具有各自的特征。这对于开发槽电压低频波动作为铝电解工艺的信息资源具有重要意义。     

浅谈提高电流效率的实践和体会

通过采取以上措施,电流强化过程受控,未出现铝水平快速下降、电解槽槽帮熔化、侧部发红严重、阴极破损等不良趋势,现场电解槽的运行状况的改善取得了明显效果。     

铝电解正常生产过程中的工艺参数探析

现代铝电解工业生产,普遍采用冰晶石-氧化铝电解法,主要设备是电解槽。基本原理是以冰晶石-氧化铝熔体为电解质,碳素材料为阳极和阴极,强大的直流电由阳极导入,经过电解质与铝液层,而后从阴极导出回到电源。通入直流电,一方面是利用它的热能将氧化铝熔化到熔融状态,并保持恒定的电解温度;另一方面是实现电化学反应,也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出,从而得到铝液,氧离子则在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体。     

306KA预焙电解槽计算机报表分析

对报表进行综合分析,是管理者掌握电解槽状况进行决策的根据和基础;所有信息必须结合现场的检查、数据的测定,这样才能对电解槽进行完整的分析,为管理者提供准确的判断。报表固然可以提供各种信息,但计算机报表只有电压、电流信号,而对现场电解槽中的铝水平、电解质水平、温度、下料器情况、阳极电流分布情况、阳极上Al2O3厚度等条件是无法知道的,所以必须对报表进行认真分析。     

铝电解槽短路母线的电-热特性耦合模拟

以某厂114 kA预焙阳极铝电解槽为研究对象,以ANSYS为计算平台,对阴极短路母线电热平衡时的电-热特性进行模拟计算。通过现场测试和数值模拟相结合的方法,导出母线表面换热系数修正公式,研究母线电流、换热系数以及环境温度对母线电热平衡时最高温度与电压降的影响。研究结果表明:随着母线电流的增大和换热系数的减小,母线温度和电压降均明显增大,而环境温度的影响较小。研究结果可为母线熔断过程分析提供理论依据。     

500kA铝电解槽生产Al99.90高品质铝的工艺技术

本文介绍了在某公司500k A铝电解槽上生产Al99.90及以上高品质铝的生产工艺技术,采用优质的氧化铝、炭阳极、氟化铝等原材料,使用磁性除铁器清除破碎料中的金属铁和尽量多比例地使用氧化铝封阳极与壳面以减少阳极及壳面覆盖料带入的杂质量,运用炉帮厚度数学模型稳定控制电解槽炉膛以防偏析出来的铁、硅杂质返溶于电解质并防止电解质水平升高,采用不会造成对破碎料污染的氧化铝质阳极钢爪保护环,使用专用的吸铝和熔铸系统生产高品质铝锭产品,产生一定的经济效益和社会效益。     

铝电解槽电热场计算精度与网格密度的关系

以某300 kA铝电解槽为实验对象,利用有限元商业软件ANSYS12.0建立其1/4槽电热模型,研究电热场计算精度与网格密度的关系.首先,通过在同一模型但不同网格划分策略下的计算结果和计算时间的实验比较,初步确定整体网格划分方案,再在模型局部区域进行网格疏密的探索研究.研究结果表明:对于铝电解槽电热场仿真精度而言,电流密度越大的区域受网格密度影响越大,应采用较细的网格;而电势梯度和温度梯度并非网格密度的决定性因素;最终确定所用算例模型的网格划分方案为:x和y方向单元尺寸均为30mm,z方向阳极钢爪与阳极炭块接触部分取40 mm,z方向其余部分取70 mm,此时,计算精度高且计算效率最高.     

中国铝工业应用新型电极材料的研究与展望

介绍了现代铝工业上新近开发研制的几种电极材料，涉及惰性阴极、惰性阳极、双极性电极等；还研制了低温电解质，使电解温度降低到800～900℃。如果惰性电极与低温电解质配合起来应用，则能够明显减少工业铝生产中的物料消耗，节省电能，增大电解槽生产能力，并改善环境状况，可望大幅度降低生产成本。     

160 kA预焙铝电解槽在低分子比和低温条件下的三维电热场

利用有限元分析软件ANSYS建立了160 kA铝电解槽1/4整槽的三维实体模型和有限元模型.在假定的合适边界条件下,对比分析了电解槽在转变为低分子比、低温条件下前、后的三维电热场分布情况.仿真结果表明:当电解槽转变为低分子比、低温条件后,伸腿增长,结壳增厚,槽底更冷;电解质初晶等温线在底部耐火砖中的位置由中部上移,靠近阴极炭块底部,在端部阴极炭块内水平方向等温线倾斜较大;当降低电解质分子比和电解温度时,增强端部2个炭块高度方向上导热性能,并进行相应的电解工艺和电解槽结构的改进,才有利于提高电流效率.     

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.