傳統(tǒng)上插陰極稀土電解槽存在上部空間緊張、生產(chǎn)效率較低、自動化程度低、工人勞動強度大等弊端。且隨著稀土金屬熔鹽電解工業(yè)的大型化發(fā)展,以及國家對冶金類企業(yè)節(jié)能減排要求的進一步提高,日益暴露出該結(jié)構(gòu)槽型不適于電解槽的進一步發(fā)展。為此,結(jié)合工業(yè)鋁電解槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,借助商業(yè)ANSYS軟件,開展了新型20kA稀土液態(tài)陰極釹電解槽槽型設計,并對相應的電解制備工藝進行了初步探索。主要取得的結(jié)果有：1)運用商業(yè)軟件Ansys10.0對20kA稀土液態(tài)陰極釹電解槽的電場、熱電場耦合進行模擬計算,結(jié)合20kA稀土液態(tài)陰極釹電解槽內(nèi)的熱平衡分析,提出20kA稀土液態(tài)陰極釹電解槽的基本槽型為圓柱形,確定出陽極半徑為84cm,極距為10cm,半徑92cm的20kA底部液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)釹電解槽是較理想的槽型,對該槽型結(jié)構(gòu)熱電模擬顯示其電場分布均勻,熱場溫差較小,熱量守恒。2)根據(jù)模擬計算結(jié)果提出20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽的構(gòu)筑設計,并確定出電解工藝中的陽極結(jié)構(gòu)設計、吊裝固定及氧化保護措施、自動進料系統(tǒng)和虹吸出爐系統(tǒng),這為20kA稀土液態(tài)陰極釹自動電解工藝的實現(xiàn)奠定技術基礎。3)采用差熱分析試驗測試不同配比NdF3-... 

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 稀土市場現(xiàn)狀
    1.2 液態(tài)陰極熔鹽熔鹽電解金屬釹的研究進展與前景
        1.2.1 我國熔鹽電解稀土金屬現(xiàn)狀
        1.2.2 液態(tài)陰極熔鹽電解槽的優(yōu)勢
        1.2.3 液態(tài)陰極熔鹽電解槽的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景
    1.3 我國工業(yè)熔鹽電解釹現(xiàn)狀
    1.4 稀土熔鹽電解釹的過程及原理
        1.4.1 熔鹽電解金屬釹的陰極過程
        1.4.2 熔鹽電解金屬釹的陽極過程
    1.5 課題的提出、研究內(nèi)容和意義
        1.5.1 課題的提出
        1.5.2 課題的研究內(nèi)容
        1.5.3 課題的意義
2 模擬計算方法與理論基礎
    2.1 有限元分析軟件Ansys簡介
    2.2 ANSYS軟件在電解槽模擬計算中的應用
    2.3 模擬計算理論基礎
        2.3.1 電解槽模擬計算電場數(shù)學模型的建立
        2.3.2 電解槽模擬計算電熱場數(shù)學模型的建立
3 20kA底部液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)釹電解槽模擬計算
    3.1 擬定稀土電解槽基本槽型及其基本工藝參數(shù)的選取
    3.2 20kA底部液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)釹電解槽電場模擬
        3.2.1 Nd_2O_3-NdF_3-LiF電解質(zhì)電導率的確定
        3.2.2 電解槽槽電壓的計算
        3.2.3 電解槽電場計算結(jié)果與分析
            3.2.3.1 電解槽內(nèi)電位分布和電流分布
            3.2.3.2 陰極半徑和極距對電解槽內(nèi)電場及熔體壓降的影響
    3.3 20kA底部液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)釹電解槽的熱場計算
    3.4 20kA底部液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)釹電解槽熱電耦合計算
        3.4.1 熱電耦合計算參數(shù)選定
        3.4.2 熱電耦合計算結(jié)果與分析
    3.5 小結(jié)
4 20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽的工藝設計
    4.1 20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽的外觀尺寸設計
    4.2 20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽的陽極設計與固定
        4.2.1 陽極切分對電解槽內(nèi)的電場分布影響討論
        4.2.2 陽極的尺寸設計與固定
    4.3 20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽的自動進料系統(tǒng)設計
        4.3.1 給料機的選型
        4.3.2 自動進料系統(tǒng)的相關計算
        4.3.3 實現(xiàn)滑行運動的條件及滑行指數(shù)的選擇
    4.4 20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽的虹吸設計
        4.4.1 虹吸出爐裝置的相關計算
        4.4.2 虹吸管的設計
    4.5 20kA全封閉液態(tài)陰極釹電解槽陽極的保護措施
        4.5.1 陽極消耗機理
        4.5.2 石墨陽極的防護途徑
    4.6 本章小結(jié)
5 NdF_3-LiF體系熔鹽初晶溫度的再研究
    5.1 NdF_3-LiF二元系相圖的測定
    5.2 NdF_3-LiF二元系相圖的優(yōu)化計算
    5.3 NdF_3-LiF二元系相圖在氟鹽-氧化釹熔鹽電解金屬釹中的應用
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與建議
致謝
參考文獻
附錄 碩士研究生階段發(fā)表的主要論文及專利


【參考文獻】：
期刊論文
[1]稀土電解工藝中影響石墨陽極壽命的因素分析[J]. 林海.  機電技術. 2012(06)
[2]稀土熔鹽電解槽內(nèi)溫度場數(shù)值模擬[J]. 伍永福,劉中興,李曙陽,任永紅.  有色金屬(冶煉部分). 2012(01)
[3]3000A液態(tài)下陰極電解制備稀土金屬關鍵技術研究[J]. 陳德宏,顏世宏,李宗安,龐思明,徐立海,郭栩毅.  中國稀土學報. 2011(06)
[4]我國熔鹽電解法制備稀土金屬及其合金工藝技術進展[J]. 龐思明,顏世宏,李宗安,陳德宏,徐立海,趙斌.  稀有金屬. 2011(03)
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[6]10kA底部陰極稀土熔鹽電解槽電場的模擬[J]. 王軍,張作良,涂贛峰,吳文遠.  稀土. 2010(04)
[7]NdF3-LiF-Nd2O3熔鹽體系中下陰極電解金屬釹研究[J]. 陳德宏,顏世宏,李宗安,王志強,龐思明,王祥生,徐立海.  中國稀土學報. 2009(02)
[8]10kA底部陰極稀土熔鹽電解槽熱平衡計算[J]. 王軍,王春慧,涂贛峰,任雁秋,米蘭.  稀土. 2008(05)
[9]NdF3-LiF-Nd2O3系熔鹽電導率的CVCC法研究[J]. 胡憲偉,王兆文,高炳亮,石忠寧.  東北大學學報(自然科學版). 2008(09)
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碩士論文
[1]稀土電解槽電場及流場的模擬研究[D]. 米蘭.內(nèi)蒙古科技大學 2008
[2]稀土鹵化物與堿金屬及堿土金屬鹵化物相圖的熱力學優(yōu)化與計算[D]. 馬芝森.安徽師范大學 2006
[3]鋁電解槽電流強化與電熱場仿真研究及應用[D]. 徐順生.中南大學 2003



本文編號：3661652