液态阴极稀土熔盐电解钕工艺设计研究

发布时间：2022-07-14 18:29

　　传统上插阴极稀土电解槽存在上部空间紧张、生产效率较低、自动化程度低、工人劳动强度大等弊端。且随着稀土金属熔盐电解工业的大型化发展,以及国家对冶金类企业节能减排要求的进一步提高,日益暴露出该结构槽型不适于电解槽的进一步发展。为此,结合工业铝电解槽结构的优点,借助商业ANSYS软件,开展了新型20kA稀土液态阴极钕电解槽槽型设计,并对相应的电解制备工艺进行了初步探索。主要取得的结果有：1)运用商业软件Ansys10.0对20kA稀土液态阴极钕电解槽的电场、热电场耦合进行模拟计算,结合20kA稀土液态阴极钕电解槽内的热平衡分析,提出20kA稀土液态阴极钕电解槽的基本槽型为圆柱形,确定出阳极半径为84cm,极距为10cm,半径92cm的20kA底部液态阴极结构钕电解槽是较理想的槽型,对该槽型结构热电模拟显示其电场分布均匀,热场温差较小,热量守恒。2)根据模拟计算结果提出20kA全封闭液态阴极钕电解槽的构筑设计,并确定出电解工艺中的阳极结构设计、吊装固定及氧化保护措施、自动进料系统和虹吸出炉系统,这为20kA稀土液态阴极钕自动电解工艺的实现奠定技术基础。3)采用差热分析试验测试不同配比NdF3-... 

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 稀土市场现状
    1.2 液态阴极熔盐熔盐电解金属钕的研究进展与前景
        1.2.1 我国熔盐电解稀土金属现状
        1.2.2 液态阴极熔盐电解槽的优势
        1.2.3 液态阴极熔盐电解槽的研究现状与发展前景
    1.3 我国工业熔盐电解钕现状
    1.4 稀土熔盐电解钕的过程及原理
        1.4.1 熔盐电解金属钕的阴极过程
        1.4.2 熔盐电解金属钕的阳极过程
    1.5 课题的提出、研究内容和意义
        1.5.1 课题的提出
        1.5.2 课题的研究内容
        1.5.3 课题的意义
2 模拟计算方法与理论基础
    2.1 有限元分析软件Ansys简介
    2.2 ANSYS软件在电解槽模拟计算中的应用
    2.3 模拟计算理论基础
        2.3.1 电解槽模拟计算电场数学模型的建立
        2.3.2 电解槽模拟计算电热场数学模型的建立
3 20kA底部液态阴极结构钕电解槽模拟计算
    3.1 拟定稀土电解槽基本槽型及其基本工艺参数的选取
    3.2 20kA底部液态阴极结构钕电解槽电场模拟
        3.2.1 Nd_2O_3-NdF_3-LiF电解质电导率的确定
        3.2.2 电解槽槽电压的计算
        3.2.3 电解槽电场计算结果与分析
            3.2.3.1 电解槽内电位分布和电流分布
            3.2.3.2 阴极半径和极距对电解槽内电场及熔体压降的影响
    3.3 20kA底部液态阴极结构钕电解槽的热场计算
    3.4 20kA底部液态阴极结构钕电解槽热电耦合计算
        3.4.1 热电耦合计算参数选定
        3.4.2 热电耦合计算结果与分析
    3.5 小结
4 20kA全封闭液态阴极钕电解槽的工艺设计
    4.1 20kA全封闭液态阴极钕电解槽的外观尺寸设计
    4.2 20kA全封闭液态阴极钕电解槽的阳极设计与固定
        4.2.1 阳极切分对电解槽内的电场分布影响讨论
        4.2.2 阳极的尺寸设计与固定
    4.3 20kA全封闭液态阴极钕电解槽的自动进料系统设计
        4.3.1 给料机的选型
        4.3.2 自动进料系统的相关计算
        4.3.3 实现滑行运动的条件及滑行指数的选择
    4.4 20kA全封闭液态阴极钕电解槽的虹吸设计
        4.4.1 虹吸出炉装置的相关计算
        4.4.2 虹吸管的设计
    4.5 20kA全封闭液态阴极钕电解槽阳极的保护措施
        4.5.1 阳极消耗机理
        4.5.2 石墨阳极的防护途径
    4.6 本章小结
5 NdF_3-LiF体系熔盐初晶温度的再研究
    5.1 NdF_3-LiF二元系相图的测定
    5.2 NdF_3-LiF二元系相图的优化计算
    5.3 NdF_3-LiF二元系相图在氟盐-氧化钕熔盐电解金属钕中的应用
    5.4 本章小结
6 结论与建议
致谢
参考文献
附录 硕士研究生阶段发表的主要论文及专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土电解工艺中影响石墨阳极寿命的因素分析[J]. 林海.  机电技术. 2012(06)
[2]稀土熔盐电解槽内温度场数值模拟[J]. 伍永福,刘中兴,李曙阳,任永红.  有色金属(冶炼部分). 2012(01)
[3]3000A液态下阴极电解制备稀土金属关键技术研究[J]. 陈德宏,颜世宏,李宗安,庞思明,徐立海,郭栩毅.  中国稀土学报. 2011(06)
[4]我国熔盐电解法制备稀土金属及其合金工艺技术进展[J]. 庞思明,颜世宏,李宗安,陈德宏,徐立海,赵斌.  稀有金属. 2011(03)
[5]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)
[6]10kA底部阴极稀土熔盐电解槽电场的模拟[J]. 王军,张作良,涂赣峰,吴文远.  稀土. 2010(04)
[7]NdF3-LiF-Nd2O3熔盐体系中下阴极电解金属钕研究[J]. 陈德宏,颜世宏,李宗安,王志强,庞思明,王祥生,徐立海.  中国稀土学报. 2009(02)
[8]10kA底部阴极稀土熔盐电解槽热平衡计算[J]. 王军,王春慧,涂赣峰,任雁秋,米兰.  稀土. 2008(05)
[9]NdF3-LiF-Nd2O3系熔盐电导率的CVCC法研究[J]. 胡宪伟,王兆文,高炳亮,石忠宁.  东北大学学报(自然科学版). 2008(09)
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硕士论文
[1]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
[2]稀土卤化物与碱金属及碱土金属卤化物相图的热力学优化与计算[D]. 马芝森.安徽师范大学 2006
[3]铝电解槽电流强化与电热场仿真研究及应用[D]. 徐顺生.中南大学 2003



本文编号：3661652