大电流稀土电解槽三维全槽仿真模拟与设计研究
【学位授予单位】:江西理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TF845
【图文】:
图 2.1 电解槽三维模型图2.1.2 电解质稀土熔盐电解质包括两部分[19]:电解质组分以及各组分所占比例,电解质内各组分所占比例不同,熔盐的初晶温度、粘度等物理性质也会千差万别,电解槽的电流效率和金属直收率受其影响,从而影响到稀土电解的整个经济技术指标。该大型电解槽电解质体系选用3 2 3NdF -LiF-Nd O ,选用 NdF3:LiF 的质量百分比为83%:17%。文献[20]利用最小二乘法处理实验数据,得到了 NdF3LiF Nd2O3熔盐在研究区域内电导率的回归方程:1 2 3y 33.9441 0.0212 x 0.6107 x 0.1517x(2.1)式(2.1)中:y 电导率,S/cm;X1温度,℃,有效范围 980~1220℃;X2LiF浓度,%(质量分数,下同),有效范围为 1%~15%;X3Nd2O3浓度
(a) 实体模型 (b) 网格划分模型图 2.1 电解槽模型2.4 三维电场的数值模拟稀土熔盐电解槽电场的研究主要考虑电极距电解槽底部的距离 a 和极间距 b,根据文献[18],假设阴阳极底部在同一高度,取电极距电解槽底部的距离 a 范围为 110~190mm,极间距 b 范围为 65~85mm,综合分析两种情况下电解槽内部电场的分布情况,以及不同参数组合下的熔体电压大小。2.4.1 极间距变化对电场分布的影响取极间距为 b 为 65mm,70mm,75mm,80mm,85mm;电极距电解槽底部的距离a 取两个参数为 140mm,150mm。两个变量相互组合。(a).固定电极距电解槽底部的距离 a=140mm,极间距由 65~85mm 逐级递减,极间距
(a) 电场分布图 (b) 电场切片图图 2.2 b=65mm 时电场模拟结果从图中 1/4 模型电解槽三维电势的分布可以得出:电解槽电场的分布大体可以分为3 个区域:①阳极区:阳极附近区域包括阳极,该区域电势基本相等,阳极内侧等势线比较稀疏,电位梯度小,因此压降比较小。阳极外侧靠近坩埚壁区域电势没有发生变化,没有电流通过该区域,这与设定的坩埚壁绝缘相符。②阴极区:阴极附近区域包括阴极,阴极内部各位置电位一样,与假设条件中阴极电位为 0 相符,金属镨钕单质主要在该表面析出,并缓慢降落至坩埚收集器;阴极与阳极的中间区域电压呈一定梯度由阴极至阳极递增,该区域电位线相互平行,并且分布比较紧密,电位梯度也大,因此流过该区域的电流相对较大,电流密度最大。③坩埚收集金属区:该区域虽然有电位差,但差值较小,金属的沉降所受的电场力较小,可近似看做等势区。图 2.3 为 a=140mm 时不同极间距下的电场等势面图。设置级别中的定义方法为级数,总级别设为 10,电势等值面按 10 级设置由系统自动分配。
【参考文献】
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本文编号:2763744
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