在工業(yè)鋁電解槽陽極中,炭碗底部由于存在較大的鐵-炭間隙而無法導(dǎo)電.針對這一弊端,提出了一種環(huán)形開槽的陽極炭碗設(shè)計.采用數(shù)值模擬的方法,考察了環(huán)形槽炭碗設(shè)計對陽極物理場的影響及機(jī)理.數(shù)值計算結(jié)果表明,在重力作用下,工業(yè)陽極炭碗底部存在1.2 mm左右的初始鐵-炭間隙,而環(huán)形槽炭碗設(shè)計能夠?qū)⑻客氲撞康某跏艰F-炭間隙降低到約0.2 mm.因此,陽極運(yùn)行時,采用環(huán)形槽炭碗的陽極中磷生鐵和鋼爪的熱膨脹能夠使炭碗底部的鐵-炭間隙閉合,從而與炭碗底部產(chǎn)生接觸應(yīng)力,進(jìn)而增加炭碗導(dǎo)電面積、改善陽極電流分布.采用環(huán)形槽炭碗設(shè)計能夠降低陽極電壓降約22 mV,而對陽極溫度場分布沒有顯著影響. 

【文章來源】：東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,41(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

工業(yè)陽極炭碗底部間隙形成示意圖

根據(jù)上述分析可知，工業(yè)陽極螺紋凹槽存在一定的傾斜角度，導(dǎo)致了炭碗底部產(chǎn)生的鐵-炭間隙較大．針對這一問題，本文將炭碗中帶有傾斜角度的螺紋形凹槽改為水平環(huán)形槽，如圖2所示．這樣做的目的是減小磷生鐵和炭塊之間的接觸滑動，從而降低炭碗底部的鐵-炭間隙．與在炭碗底部添加金屬導(dǎo)電件的方法相比，此方法不需要增加其他部分，簡單易行，且不影響殘極高度．將左側(cè)兩個炭碗編號為炭碗1(外側(cè)炭碗)和炭碗2(內(nèi)側(cè)炭碗)．由于陽極具有對稱性，下文中將以炭碗1和炭碗2為例進(jìn)行分析．

環(huán)形槽炭碗設(shè)計改變了陽極連接結(jié)構(gòu)，但并不增加所用磷生鐵的體積和炭碗表面積．每個工業(yè)陽極的磷生鐵體積為7.22×10-3m3，炭碗表面積為0.548 m2．環(huán)形槽陽極每個炭碗所需磷生鐵體積為7.30×10-3m3，炭碗表面積為0.550 m2.基于ANSYS軟件平臺，對幾何模型各部分進(jìn)行離散化，采用了高階耦合場單元Solid 226．模型中考慮了鋼爪、磷生鐵和炭塊之間的接觸傳熱、接觸導(dǎo)電和接觸應(yīng)力，為此采用了Contac 174單元和Target 170單元．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磷生鐵和鋼爪尺寸對鋁電解槽陽極物理場的影響[J]. 李拓夫,陶文舉,王兆文,劉小珍.  東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(06)



本文編號：3055347