ANSYS软件在铝电解槽物理场计算中的应用浅析

采用商业软件进行铝电解槽物理场计算大幅度提高了计算效率。但是在采用商业软件进行电解槽热场的计算时,须首先对此热场的计算过程有充分了解,合理使用商业软件。本文就商业软件开展电解槽热场计算的过程,收敛条件,网格划分,计算要求等进行简单介绍。

阳极更换及铝液高度对电解槽内铝液流速场的影响

采用k-ε二方程法和SIMPLE算法对190 kA大型预焙阳极铝电解槽分别在槽况较为理想、更换阳极、炉底存在结壳、不同铝水平以及阳极长包情况下的铝液流速场进行了三维计算。结果表明: 电解槽中金属铝液主要表现为水平流动, 但在槽边部也表现出明显的垂直方向流动; 在理想槽况下, 铝液中最大水平流速为11.9 cm/s, 平均流速为3.5 cm/s; 换极、炉底结壳和阳极长包时, 在相应位置的铝液中出现显著的环行流动, 铝液流动形式发生变化; 换极时铝液最大流速(为13.1 cm/s)较理想槽况有较大增加, 但平均流速变化不大; 炉底存在较小结壳时, 铝液流速增加不大; 阳极长包时, 铝液流速则大大增加, 最大水平流速达24 cm/s, 而当铝水平适当降低, 铝液流动形式和流速未发生明显变化。

铝电解槽阴极三维电位场数值计算与分析

采用有限差分方法,对铝电解槽炉底存在以下四种结壳时的阴极电位场进行了三维模拟计算:①炉底无其他结壳且伸腿长度为零的理想情况;②阳极中缝处存在结壳;③阳极中下部存在结壳;④炉底无其他结壳而伸腿伸至阳极正投影以内时.通过计算得知,当结壳位于炉底阳极中缝处时,结壳对于电解槽阴极电位分布影响最小.随着结壳位置向槽侧部的移动,其对阴极电位分布的影响逐渐加大.对阴极电位分布影响最大的为侧部伸腿.随着伸腿长度的加大,不仅电位分布发生很大变化,炉底压降也迅速上升.因此,对炉底伸腿必须严格控制.

铝电解槽熔体中电流分布的数值计算

在电解槽三维电位场计算的基础上,对电解槽在不同工艺条件下及不同结构时的电流场进行了数值计算:1)伸腿长度为零的理想情况;2)伸腿伸至阳极底部;3)不同铝水平及换极;4)泄流式电解槽.通过分析发现,铝液中y 向电流密度沿阴极长度方向表现出先增后降的趋势,Jy的幅值随铝液层面降低有所增加.在伸腿伸至阳极底部时,在槽边部会出现较大的逆向电流,伸腿越长,逆向水平电流越大.铝液层面中垂直电流密度沿阴极碳块长度方向自里向外呈现增加趋势,且铝液层面越低,电流密度变化梯度越大.铝液中x向电流可以忽略,且随铝水平变化较小.泄流式电解槽熔体中存在较大的电流密度集中现象,炉底压降相对较大.

工艺条件对电解槽融体中电流分布影响的数值计算

对电解槽工作在不同工艺条件下的电流场进行数值计算。结果表明 ,随层面的降低 ,水平电流密度的幅值和梯度变化不大。而当伸腿伸至阳极底部时 ,在槽边部会出现较大的负方向电流 ,伸腿越长 ,负向电流越大。在达到阴极表面之前 ,铝液层面中垂直电流密度分布基本与铝液层面无关。阳极底部铝液中x 向电流可以忽略 ,且随铝水平变化较小 ,但 y 向电流密度随铝水平降低而升高。铝液中z 向电流密度与铝水平关系不大。

电解槽内衬材料与结构的合理配置

电解槽内衬,不同位置所起的作用不同,生产过程中所受到的影响也不同。因此,应该依据不同位置内衬的作用采用不同的材质,不同的配置方式,以实现最大限度发挥每种材料的正面作用,降低其负面影响,最大限度提高电解槽寿命,降低生产过程中的额外能量消耗。作者依据内衬材料结构对电解槽寿命、能耗的影响的理解和自身经验,提出了合理的内衬配置方式。

电解槽系列正常生产条件下的电解槽物理场优化

在电解槽系列正常生产的情况下,利用电解槽大修的机会,对其物理场进行优化改造。综合考虑成本、可操作性、母线结构等,确定最后改造方案。经过近2个月的生产运行,优化电解槽运行平稳,技术经济指标明显提高,达到了预期目的。

电解槽电解质温度数学模型

电解质温度与电解质分子比、电解槽设定电压 ,铝液高度等有着很强的相关性。本文通过对大量的实际数据的数学处理 ,归纳出在恒定电流条件下 ,电解质温度与槽设定电压、分子比、铝液水平等的关系式。利用其它铝厂同类电解槽的实测数据对此关系式进行校验 ,结果基本吻合。因此 ,根据测量的 (或仿真的 )温度值 ,结合分析得到的分子比、测量的铝液水平 ,就可以实时对电解槽设定电压进行自动调整。

智能多模式氧化铝浓度控制策略

以自适应控制为基础,结合实际生产条件变化,研究铝电解槽氧化铝浓度智能多模式控制策略。内容包括工艺跟踪、浓度跟踪、自寻优、自校正、效应控制等技术以及友好的人机接口。智能多模式氧化铝浓度控制策略的实施,不仅取得了良好的控制效果,也方便了操作。

铝电解槽母线电热状态模拟及电平衡分析

阴极母线电平衡计算是电解槽母线设计中非常重要的一环。由于电解槽母线的特殊性,非全电热模拟计算将无法真正反映母线电热状态。本文利用ANSYS软件,对某大型电解槽母线进行建模,实施全热电热耦合计算,结果表明:①母线总压降高于设计值,计算值与实际情况基本一致。②进出电侧与软带相连的大母线表现出不同的温度分布特征,出电侧母线随电流密度提高而升高,进电侧则相反;母线上最高温度点出现在与软带相连处。③同一支路上:进电侧,软带越厚,温度越高。出电侧,软带越薄,温度越高。④电流强化时,母线压降加速升高。⑤电流强化后,母线中各支路之间的电流差值会扩大。

电解槽融体中电流分布的数值计算

在电解槽三维电位场计算的基础上 ,本文对电解槽在以下情况下 ,融体内电流分布进行了计算 :1)伸腿长度为零的理想情况 ;2 )伸腿长度为零 ,阳极中部位置的阴极表面存在结壳 ;3 )伸腿伸至阳极底部。通过分析发现 ,随着层面的降低 ,水平电流密度的幅值和梯度都变化不大。在炉底存在结壳时 ,结壳两侧电流密度会出现突变 ,而当伸腿伸至阳极底部时 ,在槽边部会出现较大的负方向电流 ,伸腿越长 ,负向电流越大。在达到阴极表面之前 ,铝液层面中垂直电流密度分布基本与铝液层面无关。

铝电解槽阳极三维电场数值计算与分析

本文采用有限差分法对阳极工作在下面几种情况下阳极电位分布进行了三维计算机模拟 :1)阳极工作在理想状态 ;2 )阳极底掌出现较大突起 ;3 )相同阳极碳块 ,采用三个阳极钢爪。模拟结果表明 ,在理想状态下 ,层面越靠近底掌 ,电位分布越均匀 ,表明大部分电流自底掌流出 ,在电解质中则可不考虑水平电流分量的存在。而在阳极底掌出现较大突起时 ,阳极内电位分布则发生很大变化。另外 ,模拟结果表明 ,同样阳极碳块 ,由四个钢爪改为三个钢爪时 ,阳极内电位分布。

铝电解槽残极余热回收利用研究

铝电解过程中残极带走大量的热量,同时新极又需吸收熔体内的热量来加热。本文提出了利用热残极加热新极的设想,设计了相应的换热装置,并对换热效果进行了模拟计算。计算发现,换热箱内放置一组冷的双阳极和一组热的残极,8小时后,热残极可冷却到230OC以下,新极被加热到100～140OC之间,平均温升近100OC,折合能量节省为16kWh/t-Al。另外,经计算发现,对于本文设计的换热箱,换热8小时后,体系内的温度基本稳定,继续拉长换热时间,意义将不大。

铝电解槽侧部散热结构研究

系统地研究了大型铝电解槽侧部加强散热的不同方式,如焊接散热片等,并研究了组焊式槽壳的散热能力。研究发现,焊接散热片后,槽侧部散热能力大幅提高;散热片数目、位置、结构形式等对槽壳散热能力都有影响;对散热片结构尺寸优化,适当长度、宽度、厚度的散热片,不仅可以节省材料,而且可达到最佳的散热效果;组焊式槽壳的散热能力较非组焊式槽壳大幅提高,摇篮架的温度也因此大大提高。

智能多模式控制思想

物料平衡与能量平衡同时自动控制是“智能多模式控制系统”的核心。专家系统在物料平衡控制过程中的应用 ,大大稳定了物料平衡控制过程 ,逐步趋向于“零效应”控制。同时 ,能量平衡的自动控制 ,逐渐实现了电解槽的全面稳定自动控制。

电解槽工作状态及结构对其磁流体状态的影响分析

铝电解槽的磁流体设计结果是针对某一组特定的参数而得出的。在实际生产过程中,电解槽的状态往往会与设计的理论状态有较大的差异,这样,其磁流体状态也会随之发生变化。为此,对实际生产中可能会影响到磁流体状态的因素,如铝水平,槽短路,槽壳结构,钢棒结构等对磁流体的影响进行了研究,从而定量分析了这些因素的影响,为具体措施的选择提供了依据。

铝电解过程中氧化铝浓度监控

铝电解生产过程中各种因素的变化均会直接影响槽电阻 ,进而影响控制策略。工艺条件跟踪、物料平衡跟踪以及定期浓度校正将会及时纠正浓度偏差 。

rNaF·AlF_3-REO熔体与铝液平衡的研究(Ⅱ)——稀土在两相中的分配比

研究了熔盐中REO含量、冰晶石比,温度及还原铝量对稀土(RE)在两相中的分配比的影响。得出随熔盐中REO含量增加,分配比上升,但随冰晶石比变化有一最小值。温度升高,分配比减小。铝加入量对分配比无影响。为考查几个因素对分配比的共同影响,给出了不同条件下的r-t与r-c 等值图。

铝电解增效节能从设计抓起

本文详细介绍了电解槽磁流体设计理念,利用先进的磁流体分析软件,对NEUI400型电解槽进行了全面磁流体分析。模拟结果表明,在正常生产及工艺操作后,NEUI400电解槽均可以稳定运行。磁场测试结果与模拟结果非常吻合,表明了模拟结果的可靠性。

铝电解槽磁流体设计创新分析

概述 铝电解槽是电解铝企业的主体设备，其设计的先进性在很大程度上决定了系列投产后，效率、能耗指标的先进性，也决定了铝企业的生产成本。而判定铝电解槽先进性的最重要标准是其磁流体的稳定性。磁流体设计是整个铝电解槽设计中最重要的内容，故而开展铝电解槽磁流体设计创新具有极为重要的现实意义。