铝电解槽熔体内氧化铝浓度分布的数值模拟

应用欧拉双流体模型和氧化铝组分输运模型相结合的方法,考虑阳极气泡影响的修正k–ε湍流模型,并引入合适的氧化铝溶解和消耗函数,对铝电解槽熔体内氧化铝输运过程中的阳极气体–电解质气液两相流进行数值模拟。结果表明:气体作用力和电磁力共同作用对电解质流场有重要影响;气体作用在局部位置对氧化铝浓度的均匀分布有一定的效果,而电磁力作用可以更好地将氧化铝快速输运到全槽区域;氧化铝浓度分布呈周期状态变化,且该周期状态变化与初始浓度无关;下料点位置应布置在阳极间缝与中缝的交叉位置以及流场大漩涡流线的边缘处,这将有利于氧化铝快速溶解,并随电解质运动将氧化铝输运到全槽区域,使氧化铝浓度快速达到均匀。

铝电解槽下料过程对电解质温度场的影响

铝电解槽内保持良好的热平衡可以减少铝电解过程中的能耗,而氧化铝周期性的下料会破坏电解槽热平衡。建立铝电解槽电解质浓度-热场瞬态模型,在精确模拟氧化铝浓度分布的基础上,研究下料期间电解质温度及热平衡的变化趋势。结果表明:氧化铝下料时,电解质极距层局部温度降低5℃左右,上表面附近区域最多降低十几度;下料结束20 s内,逐渐恢复到正常温度;氧化铝下料会打破电解质内的热平衡,其中部分热量(最高达300 k W)用来加热氧化铝颗粒;20 s后,电解质会达到新的热平衡状态。