低電壓下鋁電解槽電熱場模型及其應用研究.pdf

1、鋁電解是高能耗行業(yè)，如何尋求一種低能耗高效率的生產模式一直是鋁電解行業(yè)所追求的。通過降低槽電壓來減小鋁電解能耗是目前電解鋁行業(yè)節(jié)能的一個重要手段。但是，槽電壓的降低會導致電流效率下降和熱平衡的破壞，所以針對低電壓下鋁電解槽電熱場的研究具有十分重要的意義。
　　降低槽電壓最有效的方法就是降低極距，本文以重慶天泰鋁業(yè)有限公司175kA系列預焙鋁電解槽為研究對象，研究了不同陰極結構對鋁液層水平電流的優(yōu)化作用。并在對某300KA系列鋁電解

2、槽熱平衡計算的基礎上，研究了不同槽電壓下鋁電解槽各部分的散熱比，最后提出了具體的保溫方案。本文主要研究內容與結果如下:
　　(1)利用仿真軟件ANSYS建立了重慶天泰175KA系列鋁電解槽的1/4槽電場計算模型，并對該模型各導電結構的電勢和電流分布做了詳細的計算與分析，其結果符合實際。為全面了解鋁電解槽的電場分布狀況以及針對該部分結構的優(yōu)化提供了清晰的思路。
　　(2)在重慶天泰175KA預焙鋁電解槽電場模型的基礎上，提出了

3、兩種改進型陰極鋼棒和一種在鋁液層增加絕緣擋板的方案，探討了不同方案對鋁液層水平電流的優(yōu)化作用。計算結果表明:改進型陰極鋼棒可使陽極炭塊下鋁液中y向水平電流密度的最大值和平均值明顯減小，水平電流密度值由初始鋼棒下的（-500～1300）A/m2減小為（-500～250）A/m2。水平電流密度無論是最大值還是平均值都有著明顯的減小，絕緣擋板能有效抑制電流向陽極炭塊側部偏移，而通過改進型鋼棒和絕緣擋板的結合，不僅能將鋁液層電流控制在陽極炭塊下

4、，而且水平電流密度的大小和分布也能得到有效的控制，為鋁電解實際生產提供理論依據。
　　(3)分析了不同工藝條件對熱場的影響。結果表明:極距和初晶點溫度對鋁電解槽的熱場的影響較大，而電解質水平對熱場的影響則比較小。另外，換極會在短時間內破壞電解槽的熱平衡，尤其是四個角部的換極，可以采用陽極預熱的方式來削弱這一部分的影響。
　　(4)通過對某300KA鋁電解槽進行了詳細的熱平衡計算，得到了不同熱損失部分的能量支出值和各部分的散熱