预焙炭阳极环形槽炭碗设计的仿真研究

发布时间：2021-02-28 04:51

　　在工业铝电解槽阳极中,炭碗底部由于存在较大的铁-炭间隙而无法导电.针对这一弊端,提出了一种环形开槽的阳极炭碗设计.采用数值模拟的方法,考察了环形槽炭碗设计对阳极物理场的影响及机理.数值计算结果表明,在重力作用下,工业阳极炭碗底部存在1.2 mm左右的初始铁-炭间隙,而环形槽炭碗设计能够将炭碗底部的初始铁-炭间隙降低到约0.2 mm.因此,阳极运行时,采用环形槽炭碗的阳极中磷生铁和钢爪的热膨胀能够使炭碗底部的铁-炭间隙闭合,从而与炭碗底部产生接触应力,进而增加炭碗导电面积、改善阳极电流分布.采用环形槽炭碗设计能够降低阳极电压降约22 mV,而对阳极温度场分布没有显著影响. 

【文章来源】：东北大学学报(自然科学版). 2020,41(12)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

工业阳极炭碗底部间隙形成示意图

根据上述分析可知，工业阳极螺纹凹槽存在一定的倾斜角度，导致了炭碗底部产生的铁-炭间隙较大．针对这一问题，本文将炭碗中带有倾斜角度的螺纹形凹槽改为水平环形槽，如图2所示．这样做的目的是减小磷生铁和炭块之间的接触滑动，从而降低炭碗底部的铁-炭间隙．与在炭碗底部添加金属导电件的方法相比，此方法不需要增加其他部分，简单易行，且不影响残极高度．将左侧两个炭碗编号为炭碗1(外侧炭碗)和炭碗2(内侧炭碗)．由于阳极具有对称性，下文中将以炭碗1和炭碗2为例进行分析．

环形槽炭碗设计改变了阳极连接结构，但并不增加所用磷生铁的体积和炭碗表面积．每个工业阳极的磷生铁体积为7.22×10-3m3，炭碗表面积为0.548 m2．环形槽阳极每个炭碗所需磷生铁体积为7.30×10-3m3，炭碗表面积为0.550 m2.基于ANSYS软件平台，对几何模型各部分进行离散化，采用了高阶耦合场单元Solid 226．模型中考虑了钢爪、磷生铁和炭块之间的接触传热、接触导电和接触应力，为此采用了Contac 174单元和Target 170单元．

【参考文献】：
期刊论文
[1]磷生铁和钢爪尺寸对铝电解槽阳极物理场的影响[J]. 李拓夫,陶文举,王兆文,刘小珍.  东北大学学报(自然科学版). 2020(06)



本文编号：3055347