万安级稀土电解槽电场和流场模拟及开发设计

发布时间：2017-09-15 19:08

  本文关键词：万安级稀土电解槽电场和流场模拟及开发设计

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【摘要】：随着稀土行业的发展,传统的稀土电解槽已经不能满足大规模工业生产,对大功率稀土电解槽的需求越来越迫切,基于这一背景,本文通过商用仿真软件对15KA稀土电解槽电场和流场进行模拟分析,并结合分析结果对新型稀土电解槽进行开发设计。本文结合实践经验,参考部分研究资料,确定了电解槽的工艺参数,包括电解槽的结构和阴、阳极的尺寸以及电解质的组成。稀土电解槽中存在着复杂的物理场,包括电场、磁场、流场等,而电场则是其他物理场的根源。本文建立了电场的数学模型,利用ANSYS有限元软件,模拟仿真了阴极和阳极离电解槽底部不同距离的电场以及阴极和阳极之间不同距离的电场分布。通过对电场的模拟,发现电解槽电场大体上可以分为阴极区、阳极区和金属接受器区等三个区域。阳极与阴极之间的电位等势线最为密集,而且电位梯最大,电场强度也较大,是电流集中通过的区域,而电极插入深度越小,槽电压会越来越高,电解的电流效率就会越低。同时,得到了电场分布比较合理、熔体电压也比较理想的阴、阳极距电解槽底部的距离以及阴阳极之间的距离。在电场模拟的基础上,建立了气电解质、气体流场以及金属沉降的数学模型,利用模拟分析软件Fluent对稀土电解槽的电解质流场、气体流场以及稀土金属的沉降过程进行模拟分析。研究了稀土电解槽的电解过程,即电解产生气体的析出过程和产生金属的沉降过程,电解质的主要流动区域、流速的分布以及漩涡的形成过程,以及气体流场对电解质流场产生的影响。为废气的收集和金属的取出提供参考依据,同时也可以进一步验证用电场模拟确定电解槽参数的正确性和合理性。本文最后对稀土电解槽进行研发设计,并介绍了电解槽的加工过程,列举了电解槽加工过程中需要注意的问题。稀土电解槽制造完成后投入生产实践,经现场生产测试,其电耗比较合理、产品回收率也相对较好,这对于初次设计的万安电解槽来说,已经取得相当好的成效。但是,其在生产过程中仍然存在很多问题,本文对影响比较大的结瘤问题进行了分析研究。
【关键词】：万安电解槽 电场 流场 开发设计
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ151;TQ133.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 稀土电解槽电解的研究现状9-14
• 1.2.1 稀土电解槽电解原理9-10
• 1.2.2 金属镨钕制取工艺流程10-12
• 1.2.3 影响稀土熔盐电解的因素12-14
• 1.3 稀土电解槽的开发方向14-18
• 1.3.1 稀土电解槽的结构类型14-17
• 1.3.2 现有稀土电解槽存在的问题17
• 1.3.3 稀土电解槽的发展趋势17-18
• 1.4 研究内容18-19
• 1.5 研究目的和意义19-20
• 第二章 万安级稀土电解槽工艺参数的选取20-24
• 2.1 电解槽槽型的确定20
• 2.2 电解槽阴极半径的确定20-21
• 2.3 电解槽阳极结构的确定21-22
• 2.4 电解槽中电解质组成的确定22-24
• 第三章 万安级稀土电解槽电场的模拟24-34
• 3.1 控制方程24-27
• 3.2 电解质电导率的确定27
• 3.3 稀土电解槽电场的模拟27-34
• 3.3.1 假设条件27-28
• 3.3.2 边界条件28
• 3.3.3 阴、阳极离底部距离变化对槽内电场分布的影响28-31
• 3.3.4 极距变化对槽内电场分布的影响31-34
• 第四章 万安级稀土电解槽流场的模拟34-50
• 4.1 湍动模型的确定34-37
• 4.1.1 湍流模型选择策略34-35
• 4.1.2 湍流建模方法35-37
• 4.2 流体计算的前提条件37-40
• 4.2.1 电解质和阳极气体粘度、密度的确定37-38
• 4.2.2 气泡速度和金属质量流量的计算38-40
• 4.3 电解质及气体流场的模拟40-46
• 4.3.1 气液模型选择40-42
• 4.3.2 假设条件42
• 4.3.3 边界条件42
• 4.3.4 电解槽电解质流场的分析模拟42-45
• 4.3.5 阳极产生的气体对流场的影响45-46
• 4.4 阴极棒金属产生的过程46-50
• 4.4.1 液液模型选择46-48
• 4.4.2 金属沉降过程分析48-50
• 第五章 万安稀土电解槽的开发50-59
• 5.1 万安稀土电解槽的开发过程50-55
• 5.1.1 耐火材料的选择50-51
• 5.1.2 万安级稀土电解槽的设计51-52
• 5.1.3 万安级稀土电解槽的制造52-55
• 5.2 万安级电解槽实践中急需解决的问题55-59
• 5.2.1 炉底结瘤现象分析56
• 5.2.2 炉底结瘤的原因56-57
• 5.2.3 结瘤物的控制方法57-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-63
• 致谢63-64
• 攻读学位期间的研究成果64-65

【参考文献】

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本文编号：858347