10KA底部阴极稀土电解槽电场和流场的数值模拟研究

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，这样有利于电极问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、阳极问参与反应，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。

目录

文摘

英文文摘

引言

1 文献综述

1.1 稀土熔盐电解的研究现状

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

1.1.2 稀土氧化物熔盐体系电解的电极过程

1.1.3 影响稀土熔盐电解的因素

1.1.4 稀土电解槽的结构类型

1.2 稀土熔盐电解槽的开发方向

1.2.1 有色冶金行业电解槽电场和流场研究的现状

1.2.2 现有稀土氟盐体系电解槽存在的问题

1.2.3 电解槽的研究开发方向

2 课题的来源、意义和研究内容

2.1 课题的来源

2.2 课题开发的目的和意义

2.3 研究内容

2.4 课题的创新点

3 底部阴极结构电解槽工艺参数的选取

3.1 电解槽中电解质组成的确定

3.2 拟定的电解槽槽型

3.3 电解槽阳极半径的确定

3.4 电解槽阴极半径、极距的确定

3.5 电解质电导率的确定

3.6 电解质粘度、密度以及阳极气体粘度、密度的确定

4 稀土电解槽的数学模型

4.1 稀土电解槽阳极、阴极与熔体电场数学模型

4.2 稀土电解槽内电解质运动的物理模型和数学模型

4.2.1 物理模型

4.2.2 数学模型

5 10KA稀土电解槽电场仿真模拟

5.1 电解槽槽电压的计算

5.2 无接收器时的仿真模拟

5.2.1 网格划分

5.2.2 模拟结果及分析

5.3 有接收器时的仿真模拟

5.3.1 网格划分

5.3.2 模拟结果及分析

5.4 有无接收器两种情况仿真模拟结果对比分析

5.5 本章小结

6 10KA稀土电解槽流场仿真模拟

6.1 流场计算的边界条件及计算方法

6.2 无接收器时电解质流场研究

6.3 有接收器时电解质流场研究

6.4 有无接收器两种情况仿真模拟结果对比分析

6.5 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢