為探明鋁電解槽陰極燕尾槽內(nèi)各界面的接觸行為及其界面接觸電阻對陰極電熱應(yīng)力場的影響,建立基于接觸電阻的物理場計算方法,對比分析接觸電阻對陰極燕尾槽電場-熱場-應(yīng)力場的影響,提出并構(gòu)建了接觸壓力與接觸電阻之間的雙向耦合方法,考察接觸應(yīng)力和接觸電阻兩者動態(tài)平衡下的電熱場分布特性。在此基礎(chǔ)上,分析鋼棒糊膨脹系數(shù)對陰極電熱場的影響。研究結(jié)果表明:施加接觸電阻后陰極電壓降由221.69 mV增加到311.85 mV,由接觸電阻引起的接觸電壓降為90 mV,約占整個陰極電壓降的29%;而陰極電流密度由41.52 mA/mm²減小到29.90 mA/mm²,陰極電流密度下降了約28%;燕尾槽側(cè)部接觸壓力高于頂部接觸壓力,接觸壓力主要集中于燕尾槽的"燕尾"處;相比未考慮接觸電阻的計算結(jié)果,考慮接觸電阻的鋁電解槽電熱場分布及計算結(jié)果更加接近生產(chǎn)實際,其接觸壓力整體上提高了約0.25 MPa;接觸電阻會引起陰極高溫區(qū)域向炭塊底部和X軸方向擴張,導(dǎo)致炭塊的溫度梯度減小;在陰極炭塊可承載范圍內(nèi),通過鋼棒糊膨脹系數(shù)優(yōu)化計算,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增大接觸壓力能夠有效降低陰極電壓降,當(dāng)... 

【文章來源】：中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,51(12)北大核心EICSCD

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鋁電解槽陰極切片模型

圖3所示為施加接觸電阻前后陰極電流分布，由于電流會在陰極炭塊的出電端匯集，因此，在靠近出電端電流密度較大。但電流密度集中區(qū)域未出現(xiàn)在炭塊的最邊部，這是由于側(cè)部伸腿對電流產(chǎn)生了阻擋。由圖3(a)和3(b)可見：施加接觸電阻后陰極炭塊中的最大電流密度由41.52 m A/mm2減小到29.90 m A/mm2，這表明陰極水平電流分量顯著降低。由圖3(c)和圖3(d)可見：施加接觸電阻后鋁液中的水平電流由18.22 m A/mm2降低到13.63 m A/mm2，對鋁電解槽的運行穩(wěn)定性影響重大。因此，在電場仿真計算中，接觸電阻是不可忽略的。圖3 陰極及鋁液電流密度變化

圖2 陰極電壓變化分布圖4所示為施加接觸電阻前后的陰極整體溫度分布，本研究中，電解質(zhì)的凝固等溫線溫度為935℃，施加接觸電阻會引起槽內(nèi)熱場變化，最高溫度(960℃)位于電解槽中部，最低溫度(55℃)位于電解槽槽殼底部。但是，施加接觸電阻后的凝固等溫線形狀和位置發(fā)生了明顯變化，考慮接觸電阻后凝固等溫線沿炭塊X軸方向擴展，這一變化會改變伸腿影響爐膛的規(guī)整性，爐膛的規(guī)整性對鋁電解電流效率、槽穩(wěn)定性以及換極操作等具有重要影響。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]嚴(yán)寒地區(qū)被動房輻射樓板換熱性能實驗研究[J]. 吉玉辰,王昭俊,蘇小文.  煤氣與熱力. 2019(08)
[2]新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的影響[J]. 尹誠剛,李劼,徐宇杰,楊帥,賴延清,江南,張紅亮.  中國有色金屬學(xué)報. 2014(01)
[3]伊川鋁廠陽極組裝新型磷生鐵配方的研究[J]. 靳文軍,任必軍,李賀松,蔡祺風(fēng).  輕金屬. 2008(10)
[4]采用電接觸模型的鋁電解槽陰極電壓降分析[J]. 劉偉,李劼,賴延清,王志剛.  材料與冶金學(xué)報. 2008(02)
[5]Numerical calculation of thermal field and heat transfer coefficient for 160 kA aluminum reduction cell[J]. 馮乃祥,梁芳惠,孫陽,彭建平,冷正旭,謝青松.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2003(04)



本文編號：3475040