10KA稀土电解槽的设计

摘要

稀土电解槽是用来制取稀土金属单质的主要设备，目前市面上的电解槽大多偏向小型化，而它们存在分布散乱、电解效率低、所需的人力较大等缺点，不适合企业的大规模的生产需求，鉴于这种情况，设计出一种电解效率较高、产量较大、适合企业进行大规模生产的稀土电解槽即10KA稀土电解槽，以求解决上述小型电解槽存在的缺点，具体工作内容如下所示： 根据设计需求对10KA稀土电解槽槽型进行研究，确定了电解槽的结构形状，计算出初始的阴极、阳极等电解槽的结构参数，用 UG软件建立电解槽各部位的三维模型图，完成整个模型的建立。 对10KA稀土电解槽三维流场求解计算前所需的流体的各项参数进行求解计算，建立电解槽三维流场的数学模型，用流体仿真软件FLUENT对电解槽的三维流场进行仿真分析，对电解槽内阳极气泡在电解质中的上升扩散运动、气相的速度与分布做了研究，研究了电解质循环的涡流流动的形成、电解质的速度以及气泡的运动对电解质的影响；对10KA稀土电解槽不同横向极间距和不同纵向极间距下的三维流场进行了仿真分析，最后得出电解槽的最佳的横向极间距与纵向极间距的最佳值。 建立了10KA稀土电解槽三维电场的数学模型，运用COMSOL软件对10KA稀土电解槽的三维电场进行仿真分析，得出电解槽内电场的分布区域：石墨阳极区、钨阴极区、中间电解区以及底部金属收集器区。中间电解区域电势线较为密集，阳极电势较高，阴极电势较低，电流从阳极流入阴极，金属收集器区域电势线较为稀疏，电势较低，有利于稀土金属单质的收集；研究了10KA稀土电解槽不同阴极直径以及不同阴极插入深度对三维电场的影响，以槽电压与电流密度为目标，得出最佳的阴极直径与阴极插入深度。 对10KA稀土电解槽炉盖板、内外保护套、刚玉垫圈等零部件进行设计，对保温材料及耐火材料的选取进行研究，并对各零部件、车间内电解槽的总装图进行CAD绘图，最后简述了稀土电解槽的安装制造过程。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 稀土电解槽的发展历程及研究现状

1.3 稀土电解槽的电解原理

1.4 两相流研究综述

1.5 湍流模型简介

1.6 研究的内容、目的和创新点

第二章 10KA稀土电解槽内电解质三维流场的仿真分析

2.1 研究对象的描述

2.2 流体参数的计算

2.3 稀土电解槽流场的数学模型建立

2.4 仿真结果分析

2.5 小结

第三章 10KA稀土电解槽三维电场的仿真分析

3.1 电场计算的数学模型的建立

3.2 稀土电解槽电场模型的假设与边界条件

3.3 稀土电解槽三维电场的仿真结果分析

3.4 小结

第四章 10KA稀土电解槽的设计

4.1 稀土电解槽初始阴阳极尺寸参数的确定

4.2 稀土电解槽主要部件的设计

4.3 耐火材料与保温材料

4.4 10KA稀土电解槽的安装制作

4.5 总结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果