阳极焙烧炉能量平衡与数值模拟的研究
焙烧是铝电解工业生产预焙阳极的重要工序，焙烧过程直接决定焙烧阳极的质量，从而影响到电解时电极的消耗、电流效率、能耗等。因此，如何提高阳极焙烧技术改进阳极质量已成为铝电解工业的重要课题。而加紧对阳极焙烧炉的基础理论进行深入系统研究就成为实现这一目的的必然途径。这也是开发设计具有我国自主知识产权新型焙烧炉的迫切需要。
本文首先详细地叙述了阳极焙烧炉的焙烧机理，简单介绍了阳极焙烧炉的工作原理及结构组成，并对阳极焙烧炉的生产工艺进行了简要概述。综述了目前国内外阳极焙烧技术发展状况，并分析了阳极焙烧炉数值模拟的现实意义。以此作为本文的研究方向，展开了相应的研究工作。
本文在34室阳极焙烧炉实炉能量平衡测试的基础上，进行了准确而详细的焙烧炉物料平衡和能量平衡计算。该项计算成果具体而完整在国内焙烧炉热工计算中尚数首例，填补了国内阳极焙烧炉详细物料平衡和能量平衡计算的空白。计算结果为评价炉子热工工作状况的好坏，得出热经济性以及了解能量利用的情况提供理论依据。其热收入与热支出所占总能量的百分比为制定出节能方案提供必要的科学依据。同时，该项成果对今后焙烧炉优化设计和操作的研究具有直接的科学指导意义。
本文还通过现场实测的热工参数和实验室测试的物性参数作为数值模拟的边界条件和材料属性，利用商业软件CFD中的FLUENT对所建立的三维数学模型进行了火道、火道墙及料箱三者的耦合数值模拟计算。模拟结果与实炉测试结果符合很好，同时与国外的一些实验、数值模拟结果吻合得较好，以此证明通过对敞开式焙烧炉的热工过程进行系统的理论分析所建立的焙烧炉热工过程的数学模型用于模拟焙烧炉的热力行为是合理可行的。这对于我国今后焙烧炉的自主设计研究提供了一种较为方便的科学研究工具。同时，从优化炉体结构设计的角度对火道内部结构进行改进，通过对优化前后炉内温度场、组分浓度场、流场以及压力场的模拟结果对比分析，验证了优化方案的科学合理性。这些研究结论对优化焙烧炉结构设计、提高阳极碳块的焙烧质量、降低焙烧成本以及稳定铝产量都具有重要的意义。模拟结果水平超过目前国内已发表的焙烧炉数值模拟的科研水平，达到国际同类研究的先进水平。
焙烧炉;物料平衡;能量平衡;数值模拟;铝电解
东北大学
硕士
热能工程
陈文仲
2006
中文
TF806.1;TF821
72
2006-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）