300kA石墨化阴极铝电解槽工业试验与数值仿真研究
预焙铝电解槽的大型化是降低能耗的有效途径，是铝工业发展的必然趋势。然而，随着铝电解槽的大型化，电解槽壳外表面单位面积的散热量随之增加。因此，如何改进电解槽内衬材料的电热性能，减少电解槽单位散热面积的热负荷成为亟待解决的新课题。
本文将工业试验测试与数值仿真方法相结合，以ANSYS软件为主要开发工具，建立二维模型、三维切片模型和三维单阴极模型对300kA石墨化阴极铝电解试验槽的电．热场进行计算分析。根据仿真计算结果，对石墨化阴极的电．热场分布及试验槽的侧部散热问题进行研究。运用区域能量自耗理论，对试验槽和对比槽的热平衡进行综合分析与评价；分析阴极电压降与阴极钢棒结构尺寸的关系，优化阴极炭块结构；分析侧部综合换热系数与钢窗口温度及槽帮厚度之间的关系，提出强化侧部散热的有效措施。
本论文的主要成果与结论有：
(1)试验槽与对比槽相比，热耗电压降低0.186V，总热损失占输入电能的百分比降低10.5％，实测电压与热耗电压之差减少0.044V，表明试验槽具有更大的节能潜力。
(2)石墨化阴极炭块与半石墨质炭块相比，炭块中的温度梯度显著减小，阴极电压降降低62.1mV，槽底电解质凝固等温线更长更平直，且向槽大面和小面方向偏移，但是在耐火保温层内变化不大。
(3)阴极钢棒宽度为65mm时，阴极电压降随着钢棒高度的增加而降低，采用圆弧形钢棒的阴极电压降比矩形钢棒的阴极压降略高。
(4)侧部综合换热系数为一般值70 W·m<'-2>·K<'-1>时，试验槽槽帮为16cm，钢窗口温度为312℃，对比槽槽帮为15cm，钢窗口温度为318℃；在电解质温度、环境温度、初晶点温度、熔体与槽帮的换热系数和槽内衬热阻不变时，铝电解槽的钢窗口温度随侧部综合换热系数的增大而降低，槽帮厚度随侧部综合换热系数的增大而增加。
铝电解槽;石墨化阴极;数值仿真;电热场分布;ANSYS软件;工业试验
中南大学
硕士
热能工程
周孑民;李旺兴
2006
中文
TF821;TF803.27
67
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）