铝电解中声波对阳极气泡行为和槽电压影响的研究

摘要

在铝电解发展的100多年中，电解槽设计、电解质组成等方面都取得了巨大的进展。目前，每吨铝的电能消耗已经降低到13000～14000kW·h，但是铝电解的能量利用率却只有40％左右。铝电解的电能消耗由槽电压和电流效率决定。目前电流效率已经提高到95％，因此节能的重点放在了减少槽电压上来。电解质的欧姆电压降是能源浪费的最主要原因，这就是我们研究阳极气泡的原因之一。 本文在参考国内外文献的基础上，研制了铝电解声波加载系统，这套系统在一定的电流密度下可以破碎阳极底掌的气泡，降低槽电压；本文主要是以双室石英槽为电解槽，利用声波、超声波对高纯石墨阳极在水溶液和冰晶石熔盐中阳极的气泡行为和槽电压变化进行了研究，系统研究了电流密度、极距等对阳极气体和槽电压的影响。 结果表明：这套系统可以有效的工作，铝电解声波加载系统还可以用于衡量所研究的阳极的性能和声能的损耗。在电解过程当中，阳极气泡释放频率随着电流密度的增大而增大。单气泡的体积随着极距的增加而增大。当加声波之后，气泡排除的速度明显加快，单气泡的尺寸也明显变小，声波对槽电压的作用随着电流密度的增加而不断减少的，在电流密度为0.3A/cm<'2>至0.45 A/cm<'2>时槽电压降低最多，约在100mV-300mV，气泡破碎效果最好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1铝电解的发展

1.1.1铝电解的历史

1.1.2电解槽的发展

1.1.3电解质组成的发展

1.1.4声波技术的发展

1.2换能器的发展现状

1.3声电源功率声发生器的发展

1.3.1早期的功率发生器

1.3.2集成化功率声发生器

1.3.3智能化功率声电源

1.4论文工作的研究内容以及发展现状

1.4.1阳极气体研究的意义

1.4.2研究声波对阳极气膜过电压影响及气体析出行为的现状

1.5本文工作

第二章气泡驱除系统的原理与设计

2.1声波电源系统原理

2.2声波电源的原理

2.3开关电源的原理

2.3.1开关电源分类

2.3.2开关电源主电路拓扑结构

2.4声波电源主功放电路设计

2.4.1开关式功率放大器

2.4.2串联电压开关型功率放大器分析

2.4.3.主电路设计

2.5声波电源反馈电路原理

2.6换能器的原理

2.7声波电源与换能器匹原理与选择

2.7.1匹配任务

2.7.2压电声换能器电学匹配的基本原理

2.7.3换能器电匹配的定性分析

2.8本章小结

第三章水溶液系统测试

3.1前言

3.2实验系统简介

3.3实验内容

3.4实验步骤

3.5实验结果与分析

3.5.1石墨阳极直径为φ30mm的实验结果

3.5.2石墨阳极直径为φ50mm的实验结果

3.5.3结果分析

3.5.4本章小结

第四章在加载声波条件下铝电解阳极气体行为的研究

4.1前言

4.2实验系统

4.3实验内容

4.4实验步骤

4.5实验结果与分析

4.5.1声波对槽电压的影响定性分析

4.5.2声波对槽电压的影响结果与分析

4.6本章小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢