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
发布时间：2021-11-04 04:51
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/mm2减小到29.90 mA/mm2,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...
【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
铝电解槽阴极切片模型
图3所示为施加接触电阻前后阴极电流分布，由于电流会在阴极炭块的出电端汇集，因此，在靠近出电端电流密度较大。但电流密度集中区域未出现在炭块的最边部，这是由于侧部伸腿对电流产生了阻挡。由图3(a)和3(b)可见：施加接触电阻后阴极炭块中的最大电流密度由41.52 m A/mm2减小到29.90 m A/mm2，这表明阴极水平电流分量显著降低。由图3(c)和图3(d)可见：施加接触电阻后铝液中的水平电流由18.22 m A/mm2降低到13.63 m A/mm2，对铝电解槽的运行稳定性影响重大。因此，在电场仿真计算中，接触电阻是不可忽略的。图3 阴极及铝液电流密度变化
图2 阴极电压变化分布图4所示为施加接触电阻前后的阴极整体温度分布，本研究中，电解质的凝固等温线温度为935℃，施加接触电阻会引起槽内热场变化，最高温度(960℃)位于电解槽中部，最低温度(55℃)位于电解槽槽壳底部。但是，施加接触电阻后的凝固等温线形状和位置发生了明显变化，考虑接触电阻后凝固等温线沿炭块X轴方向扩展，这一变化会改变伸腿影响炉膛的规整性，炉膛的规整性对铝电解电流效率、槽稳定性以及换极操作等具有重要影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]严寒地区被动房辐射楼板换热性能实验研究[J]. 吉玉辰,王昭俊,苏小文. 煤气与热力. 2019(08)
[2]新型阴极钢棒对铝电解槽电热场的影响[J]. 尹诚刚,李劼,徐宇杰,杨帅,赖延清,江南,张红亮. 中国有色金属学报. 2014(01)
[3]伊川铝厂阳极组装新型磷生铁配方的研究[J]. 靳文军,任必军,李贺松,蔡祺风. 轻金属. 2008(10)
[4]采用电接触模型的铝电解槽阴极电压降分析[J]. 刘伟,李劼,赖延清,王志刚. 材料与冶金学报. 2008(02)
[5]Numerical calculation of thermal field and heat transfer coefficient for 160 kA aluminum reduction cell[J]. 冯乃祥,梁芳惠,孙阳,彭建平,冷正旭,谢青松. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2003(04)
本文编号：3475040
【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
铝电解槽阴极切片模型
图3所示为施加接触电阻前后阴极电流分布，由于电流会在阴极炭块的出电端汇集，因此，在靠近出电端电流密度较大。但电流密度集中区域未出现在炭块的最边部，这是由于侧部伸腿对电流产生了阻挡。由图3(a)和3(b)可见：施加接触电阻后阴极炭块中的最大电流密度由41.52 m A/mm2减小到29.90 m A/mm2，这表明阴极水平电流分量显著降低。由图3(c)和图3(d)可见：施加接触电阻后铝液中的水平电流由18.22 m A/mm2降低到13.63 m A/mm2，对铝电解槽的运行稳定性影响重大。因此，在电场仿真计算中，接触电阻是不可忽略的。图3 阴极及铝液电流密度变化
图2 阴极电压变化分布图4所示为施加接触电阻前后的阴极整体温度分布，本研究中，电解质的凝固等温线温度为935℃，施加接触电阻会引起槽内热场变化，最高温度(960℃)位于电解槽中部，最低温度(55℃)位于电解槽槽壳底部。但是，施加接触电阻后的凝固等温线形状和位置发生了明显变化，考虑接触电阻后凝固等温线沿炭块X轴方向扩展，这一变化会改变伸腿影响炉膛的规整性，炉膛的规整性对铝电解电流效率、槽稳定性以及换极操作等具有重要影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]严寒地区被动房辐射楼板换热性能实验研究[J]. 吉玉辰,王昭俊,苏小文. 煤气与热力. 2019(08)
[2]新型阴极钢棒对铝电解槽电热场的影响[J]. 尹诚刚,李劼,徐宇杰,杨帅,赖延清,江南,张红亮. 中国有色金属学报. 2014(01)
[3]伊川铝厂阳极组装新型磷生铁配方的研究[J]. 靳文军,任必军,李贺松,蔡祺风. 轻金属. 2008(10)
[4]采用电接触模型的铝电解槽阴极电压降分析[J]. 刘伟,李劼,赖延清,王志刚. 材料与冶金学报. 2008(02)
[5]Numerical calculation of thermal field and heat transfer coefficient for 160 kA aluminum reduction cell[J]. 冯乃祥,梁芳惠,孙阳,彭建平,冷正旭,谢青松. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2003(04)
本文编号：3475040
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