【摘 要】
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随着稀土金属冶炼生产的规模不断扩大,为减少稀土冶金设备的能耗,降低槽电压提高电流效率,对现有8k A稀土电解槽的阳极压降进行优化。针对方形槽盖板单侧直边中位及直边侧边位置通电式的电解槽（下文以单侧中位及侧位来叙述）进行热电耦合模拟仿真,研究其阳极压降及对槽内温度的影响。通过电场仿真模拟对比验证将现用槽盖设计为双侧中位通电式,并对阳极导电板设计新型连接结构对降低阳极压降的效果。对优化前后的稀土电解槽
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随着稀土金属冶炼生产的规模不断扩大,为减少稀土冶金设备的能耗,降低槽电压提高电流效率,对现有8k A稀土电解槽的阳极压降进行优化。针对方形槽盖板单侧直边中位及直边侧边位置通电式的电解槽（下文以单侧中位及侧位来叙述）进行热电耦合模拟仿真,研究其阳极压降及对槽内温度的影响。通过电场仿真模拟对比验证将现用槽盖设计为双侧中位通电式,并对阳极导电板设计新型连接结构对降低阳极压降的效果。对优化前后的稀土电解槽进行磁流场耦合仿真,研究不同通电形式的阳极压降对槽内磁场和流场的影响,验证优化方案的可行性。具体研究结论如下:（1）建立8k A稀土电解槽导电部分的热电耦合模型,得出单侧中位通电式电解槽的阳极压降优于侧位通电式电解槽,电能的损耗相对更小;电解槽的通电方式对石墨阳极的压降基本没有影响。工厂可以统一使用现有的单侧中位通电式稀土电解槽来降低能耗。在石墨阳极为存在压降的情况下,得到槽内温度场的仿真结果:温度在石墨阳极内侧呈现先升高后降低的趋势;最高温度出现在石墨阳极内侧中心偏上位置;最佳电解温度出现在石墨阳极内侧下部分电解质中,仿真结果解释了石墨阳极在电解反应一段时间后下部分腐蚀更严重的情况。（2）建立优化后的稀土电解槽电场数学仿真模型,分别在双侧中位及侧位通入8000A电流,对比分析得双侧中位通电式电解槽阳极压降要优于双侧侧位通电式,分别比单侧中位及侧位通电方式减少83.8m V和125.8m V的压降。因此可以对现有稀土电解槽进行上述的通电方式的优化改造。对石墨阳极导电板设计新型连接结构,增加与石墨阳极的接触面积,结合双侧中位通电式电解槽的槽盖,电解槽的阳极压降减少至338.8m V,且槽内电流密度相比现有稀土电解槽明显更大,因此槽盖通电方式的优化及石墨阳极导电板的新型连接结构可以降低阳极压降提高电流效率。（3）建立优化前后的稀土电解槽三维磁流场耦合仿真模型,对比分析研究得:现用单侧中位通电式电解槽的槽盖产生的磁场会使槽内阴极两侧的磁场分布不对称,造成槽内产生的洛伦兹力分布不均匀,导致槽内通电侧的电解质流动速度要小于非通电侧,不利于槽内电解反应持续稳定的进行。双侧中位通电式电解槽槽盖产生的磁场对槽内磁场两侧都有抵消作用,使槽内磁场分布均匀,产生的洛伦兹力可以使槽内流场稳定流动,在阴极外侧壁处流动方向向下,有利于金属的沉降,石墨阳极的流动方向向上,有利于阳极产生气体的排出。以上结论表明:双侧中位通电式稀土电解槽的优化方案及新型连接结构的石墨阳极导电板不但可以降低阳极压降,提高电流效率,而且可让槽内磁场稳定使电解质均匀流动,保证电解反应的持续稳定的进行。
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