稀土电解槽电解效率优化数值模拟

建立了考虑阳极表面气体存在的稀土电解槽流场—电场双向耦合模型,根据阳极气体作用下的电场分布情况来调节阳极下半部倾角,从而使电场分布相对平衡。结果表明,电场受阳极气体影响呈斜型分布,调节阳极下半部倾角为3°~6°,阳极下端电压降主要区域向坩埚一侧偏移,当倾角达到5°时,槽体内部电场分布相对均匀,有效改善了电解效率。

基于电热场耦合条件下稀土电解槽电极结构优化模拟

以3kA钕电解槽为研究模型,考虑到电热场在电解过程中的相互影响,运用COMSOL有限元模拟软件建立了的电热耦合模型,并对不同配比的电极插入深度、极间距进行仿真模拟。结果表明,在一定槽电压下,电极插入深度与极间距之间存在配比关系,配比关系影响电流和温度分布。电热场耦合后,在4.2V槽电压下,电极插入深度为220 mm、极间距75 mm时的电流效率较高,电解过程更加稳定。

基于COMSOL软件的稀土电解过程数值模拟

利用硫酸铜电解工艺冷模稀土熔盐电解工艺过程,实验测定了电解过程的电场分布;并用COMSOL软件电场模型模拟该工艺的电场分布;同时将实验和模拟所得到的结果进行对比,发现模拟结果与实验相符,证明该软件能很好地模拟实际电解过程。应用该电场模型对稀土电解槽内电场进行模拟,发现模拟结果与电解槽实际运行工况测试结果相符;进而为稀土电解过程中运用COMSOL软件进行数值模拟,提供了正确性依据,为稀土电解槽的优化与改进提供理论参考。

稀土电解槽内电-热场耦合数值模拟研究

针对3kA稀土Nd电解槽,运用数值模拟软件COMSOL,在阴极、阳极高度以及插入深度一定的情况下,建立电场、热场的耦合模型。通过对稀土电解槽内电-热场耦合前后模拟结果的对比,发现电场在阴阳极之间的分布较耦合前混乱,耦合前后其分布数值存在0.03V的差别;耦合前后热场的分布形态基本一致,温度分布均在阴阳极之间达到最高,但耦合后温度逐渐上移,耦合前后温度出现明显差别,其最高温度相差约24℃。稀土电解槽中这些物理场之间有一定的相互作用,进一步体现了耦合过程的合理性。

6kA新型铈电解槽内电磁场的数值模拟

针对6kA新型铈电解槽结构,建立数学模型与物理模型,根据Maxwell电磁场方程和Biot-Savart定律,运用COMSOL模拟软件进行电场和磁场的有限元模拟,考察电解槽内电场和磁场的分布情况。研究表明,阴阳极之间是电解的主要区域,也是电流产生的磁场的主要分布区域,并且磁场分布在圆周方向上,径向和轴向的分量为零。

电极插入不同深度下稀土电解槽电热场耦合模拟

运用数值模拟软件COMSOL研究了不同电极插入深度下3kA钕电解槽的电热场。结果表明,电解槽槽电压随着阴阳极插入深度的递增而降低,槽体的整体温度随着阴阳极插入深度的增加而下降。结合实际生产经验与本研究结果,认为电极插入深度220mm比较适宜,且整个电解过程相对稳定,能够达到槽体电压、温度分布等方面的要求。

熔盐电解制取铈槽内电场的数值模拟

针对6 k A新型Ce电解槽结构,采用数值模拟软件建立该电解槽的电场模型。模拟了在阴、阳极高度相差一定的情况下,同时改变阴、阳极的插入深度从而分析电解槽内电场的变化情况。研究表明:随着阴、阳极插入深度的不断变化,电解槽内部电流密度和槽电压也随之发生变化,阴、阳极插入深度逐渐增加,槽电压逐渐降低,电解槽底部的电压差增加,但电流密度值却逐渐减小,产生热量也会降低,阴、阳极插入深度减少,槽电压越来越高,电解过程中由电流产生的热量就会逐渐增加,电流效率却逐渐降低,因此通过模拟后发现最佳的阴极插入深度约为0.290 m,阳极高度约为0.250 m。通过对电场的模拟,为Ce电解槽开发设计具有很重要的意义。

不同极间距下稀土电解槽内电-热场耦合数值模拟研究

运用数值模拟软件COMSOL建立了不同极间距下3 k A Nd电解槽的物理模型,针对包头稀土研究院的3 k A稀土电解槽进行了电-热场的耦合模拟。模拟结果验证了耦合的合理性,并发现槽电压随极间距的增大而增大,电解槽的整体温度随极间距的增大而升高。结合实际生产经验,认为极间距在75 mm时整个电解过程相对稳定,可以达到电解中槽体电压、温度分布等方面的要求。该研究结果为稀土电解槽进一步的结构优化提供了参考。