铝电解槽不同铝水平高度电热场模拟对比

铝水平高度是铝电解过程中的重要指标,合适的铝水平可保持良好的槽内物理场使电解槽稳定生产。因此,找到合适的铝水平高度对电解槽良好工作至关重要。利用SOLIDWORKS建模软件绘制了四组350 kA不同铝水平电解槽,通过COMSOL仿真软件分别对四组不同铝水平电解槽电场及热场进行模拟并对比某厂350 kA电解槽现场测试数据,验证了模拟准确性。发现随着铝水平的不断升高,电解槽内电势、电流密度及整体温度均呈下降趋势。通过电场热场对比,认为350 kA电解槽铝水平位于20~22 cm区间为最优,压降为3630~3810 mV,槽内高温约为950℃。

高密度阳极铝电解槽电-热场耦合仿真研究

在铝电解槽中,阳极炭块内存在的气孔会降低炭块的导电和导热性能,并且增加炭渣,降低电流效率,导致炭耗和直流电耗升高。通过浸渍工艺得到的高密度阳极可以有效地降低炭块的气孔率。为了探究高密度阳极铝电解槽的电-热场变化和影响,基于ANSYS软件建立高密度阳极铝电解槽的电-热场耦合计算模型。研究结果表明:铝电解槽高密度阳极炭块的平均温度上升8.73℃,热应力增加,但形变量减小;侧部槽壳的平均温度下降28.59℃,热应力和形变量均降低,有利于保持槽膛内形稳定;热场变化主要与阳极炭块物性改变有关;槽电压降低49.16 mV,主要与炭块物性改变和电解质电阻率降低有关;高密度阳极电流全导通时间缩短3.39 h,可有效减弱换极产生的负面影响,阳极使用寿命可延长4 d,炭耗降低10.3 kg/t;铝电解槽反应能耗占比增加0.62%,电流效率提高1.69%,直流电耗降低270 kW·h/t。

“双端节能”铝电解槽的热电仿真计算及模拟研究

本文采用ANSYS软件对400 kA铝电解槽内部热场及炉帮形状进行研究,通过对侧部安装微通道热管集热器的试验槽仿真模拟,确定了集热功率与电解槽侧壁温度及槽内炉帮厚度之间的关系,进而实现了准确解析槽内热场的目标。这对于进一步探究能量流对电解槽内热特性的影响以及研究铝电解的“双端节能”具有十分重要的理论和实际意义。

铝电解槽槽体与环境界面换热系数的计算

通过分析铝电解槽不同部位以不同方式向外界环境散热的原理,基于玻尔兹曼定律及流体外掠平板的传热理论建立了槽体与环境界面换热系数的计算模型,实现对槽体与环境换热系数的计算。在此基础上,以侧部槽壳为例分析了槽体表面温度、空气流速以及槽型对换热系数的影响。结果表明:铝电解槽周围环境的空气对流形式为自然对流及强制对流的混合流,对流换热系数随着空气流速的增加而增大,而辐射换热系数不受流速影响;辐射换热系数随着槽体表面温度的升高而增大,同时对流换热系数随着槽体表面温度的升高小幅上升;槽型越大的铝电解槽与环境的对流换热系数越小。

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30 mm,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。

不同电解工艺条件对铝电解槽温度场分布影响的计算机模拟

针对国内某铝厂240kA铝电解槽,利用ANSYS软件实现参数化建模过程,建立了铝电解槽的电热模型。在此基础上通过改变铝液高度、极距高度、炉帮厚度、覆盖料厚度等电解槽工艺参数,分析不同工艺条件下铝电解槽内温度场的变化规律,为降低电解电压和节省电能消耗提供依据。

铝电解槽电热场解析技术的发展

介绍铝电解槽电热解析模型的发展和现状 ,比较了各模型的优缺点。

铝电解槽的电热模型及其应用

系统概述了近几十年来国内外铝电解槽电热模型的研究进展 ,着重分析了三维半阳极模型、三维阴极侧部切片模型、阴极拐角模型、三维整槽切片模型、1/ 4整槽模型等的优缺点 ,并介绍了电热模型的应用和需解决的关键问题。

铝电解槽电热场1/4槽模型有限元解析方法及应用

借助ANSYS有限元分析软件,建立了铝电解槽1/4槽有限元解析模型,对其电、热场进行耦合计算,并以某厂156kA预焙阳极铝电解槽为研究对象,根据实测的电解槽运行数据对模型进行了检验,结果表明:本文所建立的1/4槽有限元解析模型的计算结果与实测值吻合较好(电压降偏差在30mV以内,炉帮特征尺寸偏差在2cm以内,槽壳表面温度偏差10℃以内),能较真实地反应铝电解槽内的电、热场的三维分布状况,可为铝电解槽的优化设计提供准确、快速且经济、可靠的研究手段。

面向风电消纳的铝电解槽电磁场特性研究

针对铝电解消纳风电过程中物理场将发生非线性变化的现状,建立针对消纳风电的铝电解槽电磁场模型,并开展了消纳电流为设计电流的25%、20%、15%、10%和5%五种情况下的电磁场计算。结果表明,槽电压随着消纳的幅度增加而增加,同时铝液层水平电流密度亦存在相应变化,但电场整体趋势未变,各部分压降均在合理水平;此外,随着消纳风电量的增加,槽内磁场极值与均值都会相应增加,但整体的磁场分布规律未发生大幅波动,电解槽依然可以维持在稳定状态,从而保证在消纳风电过程中,电解槽内磁流体的稳定性,为其平稳消纳提供先天条件。

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180kA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。

铝电解槽侧部用复合材料的开发

研究了炭块与碳化硅砖复合材料在电解槽侧部新的使用技术。通过热解析计算,选择合理的复合块结构,减少了碳化硅砖的使用量,既降低了投资,又利用了碳化硅砖作为电解槽侧部材料抗氧化性好,有利于生成炉帮的优点。

300kA铝电解槽三维电热场电位ANSYS分析

利用有限元软件ANSYS,建立了包含工字钢部分在内的铝电解槽几何模型。针对沈阳铝镁设计研究院设计的300 kA铝电解槽,进行了三维电热场耦合分析。在本文中,就其中的各部分的电位分布做了细致的分析,为研究铝电解槽节能、采用新材质分析提供了准确高效的方法。

阴极炭块材料对铝电解槽电热场影响的研究

阴极炭块材料的选取与铝电解槽的经济效益密切相关。以某180 kA级铝电解槽为例,采用有限元分析软件ANSYS建立电热场数学模型,分析比较了半石墨质、半石墨化和石墨化三种阴极炭块材料对电解槽电热场的影响。结果表明,上述三种情况下的阴极炭块欧姆压降分别为0.286 V、0.226 V和0.142 V,总散热量分别为333 kW、339 kW和346 kW,采用石墨化阴极炭块的节能效果最好,而半石墨化阴极炭块次之。

阳极涂层下铝电解槽温度场分布与工业实验研究

利用水流量平板法测定阳极涂层分别在820,870,920和1020℃时的高温热导率,使用X线衍射仪分析经高温烧结后阳极涂层的物相组成;基于ANSYS计算平台,以电流为400 kA的铝电解槽为计算模型进行研究,建立应用阳极涂层的铝电解槽电-热场耦合计算模型,准确追踪炉帮位置并分析涂层对铝电解槽温度场分布的影响。研究结果表明:涂层在820~1020℃时的热导率为0.2~0.4 W/(m·K),随温度升高而增大;应用阳极涂层的铝电解槽电-热场耦合计算模型后,熔体区槽壳平均温度下降11.3℃,主要原因是涂层使流经阳极侧部电解质中电流路发生改变,次要原因是炭渣量减少和电解质电阻率降低;阳极涂层的应用可以降低阳极毛耗,延长阳极使用寿命1 d;侧部温度槽壳的平均温度仿真结果与某铝厂实验结果基本一致。

240kA铝电解槽电热场测试与分析

对某公司3台240kA铝电解槽进行了电热场和能量平衡技术测试,评价了进电母线断面的选择、电流分配、能量支出的合理性,为改善生产工艺技术条件提供了依据。

铝电解槽阴阳极热力分析仿真研究

铝电解是高能耗行业,节能降耗一直是铝电解行业致力研究的课题。借助大型通用有限元分析软件ANSYS,建立铝电解槽阴阳极热结构模型,对铝电解槽阴阳极的热场、应力场进行了数值仿真研究,为降低阴阳极接触电压提供数据支持。仿真结果表明:铝电解槽阴阳极的高温部分集中在阳极炭块底部和阴极中部。而应力集中在阴极底部接触部分,应力最小的地方在阳极炭碗部分。

160kA预焙铝电解槽物理场测试与分析——综合分析与建议⑷

在电压平衡、能量平衡和磁场测试与分析的基础上，结合槽工况和计算机热解析结果，对１６０ｋＡ预焙铝电解槽进行了更加深入细致的综合分析，指出现行生产槽炉底隆起和电流效率、能量消耗不够理想的诸方面原因。

铝电解阴极燕尾槽内炭块-糊料-钢棒界面接触状态仿真优化

为探明铝电解槽阴极燕尾槽内各界面的接触行为及其界面接触电阻对阴极电热应力场的影响,建立基于接触电阻的物理场计算方法,对比分析接触电阻对阴极燕尾槽电场-热场-应力场的影响,提出并构建了接触压力与接触电阻之间的双向耦合方法,考察接触应力和接触电阻两者动态平衡下的电热场分布特性。在此基础上,分析钢棒糊膨胀系数对阴极电热场的影响。研究结果表明:施加接触电阻后阴极电压降由221.69 mV增加到311.85 mV,由接触电阻引起的接触电压降为90 mV,约占整个阴极电压降的29%;而阴极电流密度由41.52 mA/mm^2减小到29.90 mA/mm^2,阴极电流密度下降了约28%;燕尾槽侧部接触压力高于顶部接触压力,接触压力主要集中于燕尾槽的"燕尾"处;相比未考虑接触电阻的计算结果,考虑接触电阻的铝电解槽电热场分布及计算结果更加接近生产实际,其接触压力整体上提高了约0.25 MPa;接触电阻会引起阴极高温区域向炭块底部和X轴方向扩张,导致炭块的温度梯度减小;在阴极炭块可承载范围内,通过钢棒糊膨胀系数优化计算,发现适当增大接触压力能够有效降低阴极电压降,当阴极钢棒糊的热膨胀系数增加4倍时,阴极电压降降低了12.68 mV,且温度场未出现明显变化;在铝电解槽物理场的计算过程中,需要考虑与重视燕尾槽内界面接触电阻,这有利于更加准确地认识和了解阴极物理场的分布特性。

基于铝电解槽电热场模拟分析的工艺参数再优化

本文根据现运行电解槽设计及主要工艺技术参数,借助成本投入低、计算快的三维有限元FELAC 2.0分析软件为手段,对200k A电解槽电热场进行模拟与分析。并依据分析结果,通过制定铝水平管理标准、精准控制物料投入、调整静压及烟气流量平衡等方案,不断优化当前铝电解槽生产工艺参数,进一步提高电解槽经济技术指标,为企业带来了较好经济效益。