本文關(guān)鍵詞：萬安級稀土電解槽電場和流場模擬及開發(fā)設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著稀土行業(yè)的發(fā)展,傳統(tǒng)的稀土電解槽已經(jīng)不能滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),對大功率稀土電解槽的需求越來越迫切,基于這一背景,本文通過商用仿真軟件對15KA稀土電解槽電場和流場進(jìn)行模擬分析,并結(jié)合分析結(jié)果對新型稀土電解槽進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),參考部分研究資料,確定了電解槽的工藝參數(shù),包括電解槽的結(jié)構(gòu)和陰、陽極的尺寸以及電解質(zhì)的組成。稀土電解槽中存在著復(fù)雜的物理場,包括電場、磁場、流場等,而電場則是其他物理場的根源。本文建立了電場的數(shù)學(xué)模型,利用ANSYS有限元軟件,模擬仿真了陰極和陽極離電解槽底部不同距離的電場以及陰極和陽極之間不同距離的電場分布。通過對電場的模擬,發(fā)現(xiàn)電解槽電場大體上可以分為陰極區(qū)、陽極區(qū)和金屬接受器區(qū)等三個(gè)區(qū)域。陽極與陰極之間的電位等勢線最為密集,而且電位梯最大,電場強(qiáng)度也較大,是電流集中通過的區(qū)域,而電極插入深度越小,槽電壓會越來越高,電解的電流效率就會越低。同時(shí),得到了電場分布比較合理、熔體電壓也比較理想的陰、陽極距電解槽底部的距離以及陰陽極之間的距離。在電場模擬的基礎(chǔ)上,建立了氣電解質(zhì)、氣體流場以及金屬沉降的數(shù)學(xué)模型,利用模擬分析軟件Fluent對稀土電解槽的電解質(zhì)流場、氣體流場以及稀土金屬的沉降過程進(jìn)行模擬分析。研究了稀土電解槽的電解過程,即電解產(chǎn)生氣體的析出過程和產(chǎn)生金屬的沉降過程,電解質(zhì)的主要流動(dòng)區(qū)域、流速的分布以及漩渦的形成過程,以及氣體流場對電解質(zhì)流場產(chǎn)生的影響。為廢氣的收集和金屬的取出提供參考依據(jù),同時(shí)也可以進(jìn)一步驗(yàn)證用電場模擬確定電解槽參數(shù)的正確性和合理性。本文最后對稀土電解槽進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì),并介紹了電解槽的加工過程,列舉了電解槽加工過程中需要注意的問題。稀土電解槽制造完成后投入生產(chǎn)實(shí)踐,經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)測試,其電耗比較合理、產(chǎn)品回收率也相對較好,這對于初次設(shè)計(jì)的萬安電解槽來說,已經(jīng)取得相當(dāng)好的成效。但是,其在生產(chǎn)過程中仍然存在很多問題,本文對影響比較大的結(jié)瘤問題進(jìn)行了分析研究。
【關(guān)鍵詞】：萬安電解槽 電場 流場 開發(fā)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ151;TQ133.3
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-20
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 稀土電解槽電解的研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 稀土電解槽電解原理9-10
• 1.2.2 金屬鐠釹制取工藝流程10-12
• 1.2.3 影響稀土熔鹽電解的因素12-14
• 1.3 稀土電解槽的開發(fā)方向14-18
• 1.3.1 稀土電解槽的結(jié)構(gòu)類型14-17
• 1.3.2 現(xiàn)有稀土電解槽存在的問題17
• 1.3.3 稀土電解槽的發(fā)展趨勢17-18
• 1.4 研究內(nèi)容18-19
• 1.5 研究目的和意義19-20
• 第二章 萬安級稀土電解槽工藝參數(shù)的選取20-24
• 2.1 電解槽槽型的確定20
• 2.2 電解槽陰極半徑的確定20-21
• 2.3 電解槽陽極結(jié)構(gòu)的確定21-22
• 2.4 電解槽中電解質(zhì)組成的確定22-24
• 第三章 萬安級稀土電解槽電場的模擬24-34
• 3.1 控制方程24-27
• 3.2 電解質(zhì)電導(dǎo)率的確定27
• 3.3 稀土電解槽電場的模擬27-34
• 3.3.1 假設(shè)條件27-28
• 3.3.2 邊界條件28
• 3.3.3 陰、陽極離底部距離變化對槽內(nèi)電場分布的影響28-31
• 3.3.4 極距變化對槽內(nèi)電場分布的影響31-34
• 第四章 萬安級稀土電解槽流場的模擬34-50
• 4.1 湍動(dòng)模型的確定34-37
• 4.1.1 湍流模型選擇策略34-35
• 4.1.2 湍流建模方法35-37
• 4.2 流體計(jì)算的前提條件37-40
• 4.2.1 電解質(zhì)和陽極氣體粘度、密度的確定37-38
• 4.2.2 氣泡速度和金屬質(zhì)量流量的計(jì)算38-40
• 4.3 電解質(zhì)及氣體流場的模擬40-46
• 4.3.1 氣液模型選擇40-42
• 4.3.2 假設(shè)條件42
• 4.3.3 邊界條件42
• 4.3.4 電解槽電解質(zhì)流場的分析模擬42-45
• 4.3.5 陽極產(chǎn)生的氣體對流場的影響45-46
• 4.4 陰極棒金屬產(chǎn)生的過程46-50
• 4.4.1 液液模型選擇46-48
• 4.4.2 金屬沉降過程分析48-50
• 第五章 萬安稀土電解槽的開發(fā)50-59
• 5.1 萬安稀土電解槽的開發(fā)過程50-55
• 5.1.1 耐火材料的選擇50-51
• 5.1.2 萬安級稀土電解槽的設(shè)計(jì)51-52
• 5.1.3 萬安級稀土電解槽的制造52-55
• 5.2 萬安級電解槽實(shí)踐中急需解決的問題55-59
• 5.2.1 爐底結(jié)瘤現(xiàn)象分析56
• 5.2.2 爐底結(jié)瘤的原因56-57
• 5.2.3 結(jié)瘤物的控制方法57-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 致謝63-64
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果64-65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：858347