导流型铝电解槽技术进展与应用基础研究

较全国地介绍了新型导流型铝电解槽的结构特点与技术潜力 ,以及国外研究进展与发展动态 ;结合“973”国家重大基础研究项目———提高铝型材质量基础研究 ,指出了我国进行导流型铝电解槽基础研究和技术开发的紧迫性 。

聚铝沟排布对导流型铝电解槽热应力分布的影响

为了优化导流型铝电解槽聚铝沟设计方案,对槽内热应力分布特征进行研究分析。采用商用有限元计算软件ANSYS针对两种聚铝沟设计方案(即方案Ⅰ为工字型聚铝沟结构;方案Ⅱ为单聚铝沟结构)的导流槽模型进行了电?热?应力耦合计算,同时针对热应力引起的槽体形变进行模拟。结果表明:采用方案Ⅰ工字型聚铝沟结构时,槽体内部热应力较大,尤其是两端靠近横向聚铝沟的阴极炭块内部具有较大的应力集中,而采用方案Ⅱ单聚铝沟结构时,该处的应力集中得到了较好的缓和,槽体形变较小。

导流型铝电解槽抗热扰动能力研究

本文以导流型铝电解槽为研究对象 ,借助于ANSYS有限元分析软件 ,利用经验证的 1/ 4槽电热模型 ,在优化的工艺条件下 ,对导流型铝电解槽的抗热扰动能力进行了评估 ,得到了该槽型将具有抵抗电流波动为 10 %、持续时间为3 0min的冷行程热扰动能力的结论。

导流槽阴极热应力分布计算和结构优化

使用ANSYS有限元计算软件建立了75kA导流型铝电解槽热应力分布的计算模型,对聚铝沟位于槽中部导流型铝电解槽阴极内部的热应力分布进行了计算研究,为了减小阴极内部应力的集中,对电解槽结构进行优化。研究结果表明:采用典型的截面为矩形的聚铝沟和普通方钢作为阴极钢棒时,在聚铝沟处的阴极炭块和涂层以及阴极炭块内部炭糊与阴极钢棒端部接触之处存在较大的应力集中,从而可能造成阴极炭块开裂以及涂层与阴极炭块分离;采用半圆形截面聚铝沟能缓解角部的应力集中,但在聚铝沟圆弧底部的炭块和涂层中各存在1个x方向的正应力集中,最大值分别为-6.65×107Pa和-4.97×107Pa;采用小直径圆弧角的聚铝沟要比采用半圆形或矩形截面的聚铝沟更能改善此处涂层和炭块中的应力分布,而采用端部为半球形的阴极钢棒能有效地减小阴极炭块内部由于阴极钢棒热膨胀产生的应力集中。

75kA导流槽磁场及其引起的铝液流场模拟分析

以商用有限元计算软件ANSYS为计算平台,对75kA导流型铝电解槽电磁场和电磁力场分布及其对铝液流动和波动的影响进行了模拟计算。结果表明:阴极斜坡表面电磁场和电磁力场分布基本呈沿电解槽长轴对称分布,且电磁力与重力方向相同,这有利于阴极表面电磁力向聚铝沟排放,而在电磁力作用下,聚铝沟内铝液波动最大幅度为0.021m,仍保持在安全范围之内,不会引起两极短路现象的发生,表明在现有75kA普通预焙槽母线配置方案下,可以维持导流型结构电解槽的正常运行。