铝电解槽电—热—应力场及钠膨胀应力研究

发布时间：2021-12-23 22:49

　　电解槽是目前制备铝的主要装备之一,在生产过程中,槽内的物理场十分复杂。对电解槽内的物理场进行研究有助于指导电解槽的设计,提高电流效率和电解槽的寿命,具有重要的工程意义。本文采用有限单元法,利用大型有限元软件ANSYS对电解槽的电热场、热应力场、钠膨胀应力进行模拟,并对电解槽运行过程中的典型工况,如换极、出铝、焙烧启动等,进行了模拟,本文的主要创新性结果有:（1）建立了电解槽全槽电-热耦合计算模型,重点考虑了阳极炭块高度分布不均匀,化学反应吸热等因素影响。经过计算,得到了电解槽在正常生产下的温度分布、散热量分布,并与实测结果进行了对比,发现计算得到的温度分布与实测温度分布具有较好的一致性,证明了本文计算模型的合理性。（2）建立了电解槽热应力-钠膨胀耦合计算模型,提出了利用传热和扩散的相似性来模拟钠扩散的方法,通过计算,给出了电解槽生产一年后阴极炭块中的钠浓度分布,并给出了电解槽在钠膨胀应力和热应力共同作用下的耦合应力场。通过合理考虑材料非线性、摩擦接触非线性以及部分保温内衬的受热收缩效应,本文模型结果与实际观察结果符合良好。（3）建立了电解槽瞬态电热场计算模型,首次模拟了换极工况下电解槽... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究进展
    1.3 本文研究内容
2 电解槽电热场的耦合计算
    2.1 模型说明
    2.2 材料属性
    2.3 数学模型及边界条件
    2.4 后处理与结果分析
    2.5 本章小结
3 热应力-钠膨胀的耦合计算
    3.1 钠浓度的计算及钠膨胀的等效
    3.2 热应力计算
    3.3 后处理和结果分析
    3.4 本章小结
4 换极工况对电解槽电热场的影响
    4.1 引言
    4.2 模型说明
    4.3 换极工况计算思路
    4.4 边界条件和载荷步设置
    4.5 后处理与结果分析
    4.6 本章小结
5 出铝操作对电解槽热场的影响
    5.1 引言
    5.2 出铝工况模型简化与计算思路
    5.3 不同极距下电解质生热率计算
    5.4 载荷步及边界条件设置
    5.5 后处理与结果分析
    5.6 本章小结
6 覆盖料厚度对电解槽热场和结构的影响
    6.1 引言
    6.2 模型说明及计算思路
    6.3 热场计算
    6.4 热应力计算
    6.5 本章小结
7 焙烧启动工况对电解槽结构的影响
    7.1 引言
    7.2 热场计算
    7.3 热应力计算
    7.4 本章小结
8 总结与展望
    8.1 总结
    8.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型铝电解槽72小时焙烧启动实践[J]. 沈冰,陈世月.  轻金属. 2014(11)
[2]阳极换极温度对铝电解槽运行工况的影响及改进措施[J]. 高峰,刘民章,李贤.  有色冶金节能. 2014(05)
[3]铝电解槽电-热场强耦合建模计算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹诚刚,杨帅,张红亮,吕晓军.  中国有色金属学报. 2014(01)
[4]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)
[5]预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算[J]. 崔喜风,邹忠,张红亮,李劼,徐宇杰.  中南大学学报(自然科学版). 2012(03)
[6]预焙槽的三维电热场仿真[J]. 张钦菘,杨晓东,刘雅峰,周东方,刘铭.  轻金属. 2012(03)
[7]我国电解铝工业的现状及发展方向[J]. 单淑秀.  轻金属. 2011(08)
[8]我国铝电解槽计算机仿真技术的研究发展及现状[J]. 李剑虹,涂赣峰,戚喜全,毛继红,吕定雄,冯乃祥.  材料与冶金学报. 2010(03)
[9]铝电解质成分对钠和电解质渗透行为的影响[J]. 刘世英,李文珍,王兆文,石忠宁.  有色金属. 2010(03)
[10]120kA预焙电解槽出铝作业后附加电压的探讨[J]. 于晓科.  材料与冶金学报. 2010(S1)

硕士论文
[1]300kA铝电解槽电热应力场及钠膨胀应力的仿真优化研究[D]. 伍玉云.中南大学 2007
[2]铝电解槽三维全槽模拟研究[D]. 陶沙.华中科技大学 2005



本文编号：3549335