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10KA底部阴极稀土电解槽电场和流场的数值模拟研究

作　者: 张作良
导　师: 王军
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 稀土电解槽电场流场数值模拟
分类号: TF845
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 94次
引　用: 2次
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内容摘要

本论文在总结前人研究成果的基础上,设计一种底部阴极结构稀土电解槽,以期克服上插式阴、阳极稀土电解槽存在的诸多不足,并用数值模拟的方法对槽中的电场和流场进行研究,实现稀土电解的生产效率和电流效率的提高,以适应大规模的工业生产。首先,利用ANSYS软件模拟研究底部有接收器和无接收器两种底部阴极结构电解槽,得到两种槽型中极间距为0.1m、0.12m和0.14m时电场的电位及电场强度分布,研究结果表明:(1)电场的分布是均匀的,这样有利于电极间成分的混匀和热传导,能够保证电解所需温度;(2)极间距为0.14m,无接收器时的理论槽电压最大为5.41V、有接收器时的也最大为5.52V。与10KA上插式阴、阳极结构电解槽的槽电压10V相比,底部阴极结构电解槽有着较大的节能降耗空间。其次,利用商业CFD软件FLUENT模拟计算这两种槽型的流场分布情况,同时分析了极间距变化对流场的影响,研究结果表明:(1)阳极底掌产生的气体运动对阴、阳极间电解质的扰动很小,这有利于阴极表面析出金属的收集,减少金属的二次氧化;(2)阳极侧壁和槽壁间的电解质大循环会加速氧化钕的溶解,溶解后的氧化钕会被带到阴、阳极间参与反应,使生产过程顺利进行。从合理利用电解槽和提高电解效率方面分析,极距为0.12m时有接收器的底部阴极电解槽是较理想的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
引言  10-12
1 文献综述  12-23
  1.1 稀土熔盐电解的研究现状  12-18
    1.1.1 稀土及稀土熔盐电解的发展历史和国内外发展状况  12-13
    1.1.2 稀土氧化物熔盐体系电解的电极过程  13-15
    1.1.3 影响稀土熔盐电解的因素  15-17
    1.1.4 稀土电解槽的结构类型  17-18
  1.2 稀土熔盐电解槽的开发方向  18-23
    1.2.1 有色冶金行业电解槽电场和流场研究的现状  18-19
    1.2.2 现有稀土氟盐体系电解槽存在的问题  19-20
    1.2.3 电解槽的研究开发方向  20-23
2 课题的来源、意义和研究内容  23-25
  2.1 课题的来源  23
  2.2 课题开发的目的和意义  23
  2.3 研究内容  23-24
  2.4 课题的创新点  24-25
3 底部阴极结构电解槽工艺参数的选取  25-30
  3.1 电解槽中电解质组成的确定  25
  3.2 拟定的电解槽槽型  25-26
  3.3 电解槽阳极半径的确定  26
  3.4 电解槽阴极半径、极距的确定  26
  3.5 电解质电导率的确定  26-27
  3.6 电解质粘度、密度以及阳极气体粘度、密度的确定  27-30
4 稀土电解槽的数学模型  30-46
  4.1 稀土电解槽阳极、阴极与熔体电场数学模型  30-31
  4.2 稀土电解槽内电解质运动的物理模型和数学模型  31-46
    4.2.1 物理模型  31-32
    4.2.2 数学模型  32-46
5 10KA 稀土电解槽电场仿真模拟  46-55
  5.1 电解槽槽电压的计算  46-47
  5.2 无接收器时的仿真模拟  47-50
    5.2.1 网格划分  47
    5.2.2 模拟结果及分析  47-50
  5.3 有接收器时的仿真模拟  50-53
    5.3.1 网格划分  50
    5.3.2 模拟结果及分析  50-53
  5.4 有无接收器两种情况仿真模拟结果对比分析  53
  5.5 本章小结  53-55
6 10KA 稀土电解槽流场仿真模拟  55-66
  6.1 流场计算的边界条件及计算方法  55-56
  6.2 无接收器时电解质流场研究  56-60
  6.3 有接收器时电解质流场研究  60-64
  6.4 有无接收器两种情况仿真模拟结果对比分析  64-65
  6.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

10KA底部阴极稀土电解槽电场和流场的数值模拟研究

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