稀土熔盐电解槽流场与电场的模拟与探讨

发布时间：2021-10-09 10:18

　　熔盐电解法是生产稀土金属及其合金的一种重要的方法。研究和实践表明：电解槽内部各物理场,尤其是流场和电场对于生产的稳定性、产品质量和生产效率至关重要。对稀土电解槽内流场和电场的研究,不仅可以为技术改进和参数优化提供理论依据,还可以为新槽型的开发打下良好的基础。然而,由于稀土金属电解的高温,及其电解质的高腐蚀性,使稀土电解过程的研究比较困难。本论文依托ANSYS软件,通过数值模拟的方法对目前工业化生产的上阴极电解槽内部电解质的运动情况以及电解槽内部的电场进行研究,考察流场和电压的分布特点,并通过物理模拟的方法对数值模拟结果进行验证,以期对槽型结构的改进和工艺操作参数的优化提出建议。选择具有代表性的6 kA上阴极稀土电解槽为研究对象,采用RSM对电解槽内部气液两相流场进行了模拟研究,结果表明：电解过程中产生的阳极气体主要沿着阳极内表面附近靠浮力逸出电解槽,在电解槽底部基本不含阳极气体；阳极气体在逸出电解槽的过程中,在电解质自由液面以下50 mm,距离阳极内壁5 mm处达到最大,其最大速度为1.2 m/s。在电解槽内部主要存在阳极内壁附近的上升流和阴极附近的下降流,该流动趋势使得在阴阳极之间形... 

【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 稀土熔盐电解技术概述
        1.2.1 稀土电解槽的研究现状及发展趋势
        1.2.2 上插式阴极结构电解槽存在的问题
    1.3 稀土电解槽流场研究综述
        1.3.1 两相流经典模型
        1.3.2 经典湍流模型
    1.4 研究的目的意义
2 技术路线及主要研究内容
    2.1 技术路线
    2.2 主要研究内容
    2.3 课题的创新点
3 稀土熔盐电解槽流场模拟
    3.1 数值模拟
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 模拟区域
        3.1.3 电解质和阳极气体物性参数的确定
        3.1.4 边界条件及计算方法
        3.1.5 数值模拟结果及分析
    3.2 物理模拟
        3.2.1 实验原理
        3.2.2 水模型实验装置
        3.2.3 实验方法
        3.2.4 物理模拟结果及分析
    3.3 本章小结
4 底部侧吹气体搅拌模型下的电解槽流场模拟
    4.1 气体搅拌机制
    4.2 模型示意图
    4.3 数值模拟
        4.3.1 模拟区域
        4.3.2 边界条件
        4.3.3 数值模拟结果及分析
        4.3.4 气体预热过程模拟结果
    4.4 物理模拟
        4.4.1 物理模型示意图
    4.5 物理模拟结果及分析
    4.6 本章小结
5 稀土熔盐电解槽电场模拟
    5.1 电解槽基本结构
    5.2 槽电压
        5.2.1 结构压降
        5.2.2 分解电压
        5.2.3 熔体电压
    5.3 熔体电场数学模型的建立
        5.3.1 控制方程
        5.3.2 基本假设及边界条件
    5.4 数值模拟结果及分析
        5.4.1 不同极距下的模拟结果
        5.4.2 不同阴极直径下的模拟结果
        5.4.3 不同阴极深度下的模拟结果
        5.4.4 不同阴阳极深度下的模拟结果
    5.5 槽电压的平衡
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]85t钢包炉底吹氩水模拟研究[J]. 孟建荣,孙赛阳,孙彦辉,赵勇,殷雪.  钢铁钒钛. 2014(03)
[2]平板通气气液两相流流动的实验研究[J]. 付细能,张敏弟,邵峰,王国玉.  船舶力学. 2014(Z1)
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[4]60kA底部阴极稀土电解槽阳极倾角对流场影响的数值模拟[J]. 刘中兴,董云芳,伍永福,何金辉,许立勇.  稀土. 2013(04)
[5]铝电解槽阳极气泡行为研究[J]. 杨少华,谢宝如,杨凤丽,李明周.  有色金属科学与工程. 2013(03)
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[9]槽型对5kA级惰性阳极铝电解槽流场影响仿真[J]. 王志刚,张红亮.  有色冶金设计与研究. 2012(04)
[10]我国稀土产业发展的问题及对策建议[J]. 王同涛,富贵,孔江涛,朱晓暄.  稀土信息. 2012(07)

博士论文
[1]鼓泡塔气液两相流的数值模拟与实验研究[D]. 王树立.大连理工大学 2002

硕士论文
[1]10KA新型稀土电解槽电场和流场的模拟研究[D]. 闫晓明.内蒙古科技大学 2010
[2]稀土电解槽电场及流场的模拟研究[D]. 米兰.内蒙古科技大学 2008
[3]10KA底部阴极稀土熔盐电解槽槽型设计[D]. 王春慧.内蒙古科技大学 2008



本文编号：3426169