稀土氧化物电解工艺优化及自动上下料机构设计研究

摘要

稀土作为中国最丰富的战略储备资源，它是许多高精尖产业不可缺少的原料。随着未来高新科技的不断迅猛发展，全球对于稀土金属的需求量逐渐增长，特别是在航空航天和电子科技等领域中。在稀土金属提炼方面，熔盐电解法生产稀土金属及其合金的关键设备是稀土电解槽。其电解工作的原理是在直流电的作用下，稀土原料经过高温熔融后，液态金属离子在电场力的作用下靠近阴极并得到电子而被还原成金属溶液。技术人员一般都是通过制造不同结构参数的电解槽来进行不断地试验，以期望找到更加适合实际生产需要的较优工艺参数。这种方法较为传统且成本也高，弊端较多。如果在理论指导的基础上，再运用分析模拟软件加以分析研究，对于进一步优化电解工艺参数将是非常有意义的。
　　在稀土电解槽的内部存在着比较复杂的物理场，电场是探索其他各物理场的基础，温度场和流场则左右着整个电解槽的生产效率和能源消耗。因此，找出这些物理场对生产结果的作用以及它们之间的联系，确定合理的优化参数显得十分重要。
　　本文的主要研究内容是：
　　（1）通过对稀土氧化物电解生产过程的观察、统计、分析，并与有经验的技术人员、操作工人探讨交流，初步找出影响电解结果的因素。
　　（2）运用正交试验设计方法原理，借助MATLAB软件，对统计数据进行正交分析，确定影响结果的主次因素。
　　（3）对电解过程进行模拟仿真建模；运用建模软件对电解槽进行模型的构建并利用大型有限元分析软件对其进行电场、温度场等物理场的分析，研究物理量对电解结果的影响，确定合理的参数值。
　　（4）针对目前人工上下料存在的一些缺陷，试图尝试设计一套能够自动上下料的机械手装置，完成机械结构等关键部分的设计。
　　通过正交试验法科学的分析，找出影响电解结果的最显著因素为电解温度，其次为槽电压，针对电解温度，根据现场实际状况安排了多组试验，找到温度对于电流效率、氧化物利用率的具体影响作用，确定了适宜的电解温度为1050℃，运用ANSYS有限元分析软件的仿真模拟，最终确定了比较合适的阴阳极距和两极距槽底的距离参数，分别为95mm、150mm。运用优化后的电解参数进行生产，实践证明，生产效率和产品合格率都有了一定的提升。
　　本文结合生产实际，对比仿真结果。对生产的电解工艺参数进行优化，给企业的生产提供一定的指导依据。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 国内外稀土熔盐电解的研究现状

§1.3 金属镨钕简介及其工艺流程、电解原理

§1.4 影响稀土熔盐电解的几个因素

§1.5 现代分析软件在稀土电解及槽体设计方面的应用

§1.6 课题的研究内容

§1.7本章小结

第二章 基于正交试验法的对电解工艺参数的分析

§2.1正交试验方法

§2.2正交试验结果分析

§2.3本章小结

第三章 电解温度对电解结果的影响

§3.1实验准备

§3.2实验结果与探索分析

§3.3本章小结

第四章 稀土电解槽电场的仿真模拟

§4.1稀土电解槽的电场数学模型

§4.2稀土镨钕电解的主要参数

§4.3 电解槽电场的模拟仿真

§4.4本章小结

第五章 稀土电解槽温度场的仿真模拟

§5.1稀土电解槽温度场的数学模型

§5.2稀土电解槽温度场的仿真模拟

§5.3实验验证

§5.4本章小结

第六章 自动上下料智能机器人机械结构部分方案设计

§6.1机械手简介及流程和运动方案分析

§6.2传动与驱动方式的选择

§6.3关键结构部分设计

§6.4整个机械手传动原理简图及重要组成部分结构简图

§6.5机械手的驱动及工作方式简要说明

§6.6本章小结

第七章 总结与展望

§7.1全文总结

§7.2展望

参考文献

致谢

作者在读硕士期间主要研究成果