鋁電解槽電磁流耦合模型及應(yīng)用研究.pdf

1、鋁電解是高能耗行業(yè)，電解鋁行業(yè)的節(jié)能對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的影響。通過(guò)改善傳統(tǒng)的鋁電解生產(chǎn)工藝條件來(lái)進(jìn)一步降低槽電壓和提高電流效率成為鋁電解節(jié)能技術(shù)發(fā)展的主要途徑。優(yōu)化陰極母線配置可以有效地降低鋁液波動(dòng)層的厚度，進(jìn)而降低槽電壓。本文以重慶天泰鋁業(yè)有限公司160kA系列預(yù)焙鋁電解槽為研究對(duì)象，深入研究了不同工藝條件對(duì)磁場(chǎng)的影響和強(qiáng)化電流對(duì)電、磁、流場(chǎng)的影響，最后優(yōu)化出合理的母線配置。本文主要研究?jī)?nèi)容和取得的結(jié)果如下:
　　(1)利用

2、仿真軟件ANSYS和CFX建立了鋁電解槽的電-磁-流耦合計(jì)算模型，并用該模型分別對(duì)電流為160kA和175kA運(yùn)行時(shí)做了計(jì)算，160kA的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合較好，驗(yàn)證了模型的可靠性。175kA計(jì)算結(jié)果表明，電解槽三個(gè)方向磁場(chǎng)增大的比例與電流強(qiáng)化的比例相同，即電流增大9.4％，磁場(chǎng)的最大值和平均值也增大9.4％。
　　(2)利用重慶天泰175KA預(yù)焙鋁電解槽電磁模型，研究分析了不同工藝條件對(duì)磁場(chǎng)的影響:發(fā)現(xiàn)鋁液高度對(duì)水平磁場(chǎng)影響大

3、，對(duì)垂直磁場(chǎng)影響小，X方向磁場(chǎng)隨鋁液高度的增加近似呈線性增大，Y方向的磁場(chǎng)隨鋁液高度的增加略有所增大，Z方向的磁場(chǎng)隨著鋁液高度的增加基本保持恒定;極距對(duì)Y方向磁場(chǎng)影響大，對(duì)X和Z方向磁場(chǎng)影響小，隨著極距的增大，Y方向磁場(chǎng)先降低后保持不變，X和Z方向磁場(chǎng)基本沒(méi)變化;電解質(zhì)高度變化對(duì)鋁電解槽磁場(chǎng)的影響比較小，三個(gè)方向的磁場(chǎng)隨著電解質(zhì)高度的增加，都保持恒定;爐幫形狀對(duì)Y方向的磁場(chǎng)影響大，對(duì)X和Z方向磁場(chǎng)影響小;橫梁母線的移動(dòng)對(duì)磁場(chǎng)的影響大，隨

4、著陽(yáng)極的消耗，橫梁母線的下移，三個(gè)方向的磁場(chǎng)都在增大;換極對(duì)X方向磁場(chǎng)影響小，對(duì)Y和Z方向的磁場(chǎng)影響大。
　　(3)基于電解槽電流效率低的問(wèn)題，提出了一種能改善槽內(nèi)磁場(chǎng)的母線配置方案。該母線配置方案是在原系列電解槽母線不變的情況下，單獨(dú)在槽底和槽側(cè)部施加補(bǔ)償母線，進(jìn)行分區(qū)域分段補(bǔ)償槽內(nèi)垂直磁場(chǎng)。
　　(4)對(duì)優(yōu)化后175KA系列電解槽磁場(chǎng)和流場(chǎng)做了計(jì)算，結(jié)果表明，優(yōu)化后垂直磁場(chǎng)的最大值為21.1GAUSS，位于陽(yáng)極投影外，平

5、均值為3.58GAUSS，四個(gè)象限的平均值也都在5Gauss以內(nèi)，鋁液界面向上變形量為2.6cm，整體變形量為5.3cm，相對(duì)于優(yōu)化前有很大幅度的下降。據(jù)青銅峽鋁業(yè)和包頭鋁業(yè)經(jīng)過(guò)母線改造后電流效率分別提高4％和2.2％，結(jié)合天泰鋁業(yè)的磁場(chǎng)情況，保守估計(jì)提高電流效率2％（槽平均電壓按3.8v），直流電耗將降低277kWh/t-A1，噸鋁可節(jié)電178.2 kWh/t*Al。
　　本文提出了一種新型的母線配置方案，提出的方案廠方已經(jīng)采納