稀土熔盐电解槽主要用于制备稀土单一金属和合金,而传统的稀土电解槽因容量小产量低不能满足大规模生产要求,因此本文所设计的15KA稀土电解槽不仅能满足单一稀土金属的市场需求,也可解决小型电解槽分布散乱、电解性能不好等问题。本文以国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心所需15KA稀土电解槽为设计研究目标,结合部分已知参数,通过辅助仿真设计软件对电解槽进行槽型的设计与结构参数的修正,具体内容如下:(1)根据设计需求对15KA电解槽槽型进行研究,确定该15KA电解槽的结构形状,并由已知总电流、电流密度等参数计算电解槽内阴极与阳极的尺寸范围。运用SolidWorks,建立该电解槽各部位的三维模型图。(2)采用有限元分析法,对稀土电解槽内部电场进行三维仿真模拟。电场分布大致可以分为3个区:阴极区、阳极区、坩埚收集金属区,阳极附近电势几乎相等,阴极附近电位等势线最为密集,电流集中由阳极流向阴极,而电解槽底部坩埚收集区域电位差较小,电势线相对稀疏,与前人二维横向、纵向的电场分布对比,证实了三维电场仿真结果的正确性。后研究稀土电解槽内部阴阳极距电解槽底部的距离a和极间距b对槽内电场分布的影响,根据模拟得出固定参数极间距b时熔体电压V、电流密度D关于参数a的关系表达式。以电解过程阴极表面最大电流密度为优选目标,电解槽运行所需槽电压为参考目标,得出最佳电极距电解槽底部的距离a和极间距b。(3)首先运用COMSOL Multiphysics电热耦合模块,施加所需的电场和热场边界,模拟得出电解槽内热场分布,高温区只位于圆弧状阳极与正对的阴极之间,分布不合理。其次模拟了相同条件下布置3根阴极的各物理场分布并与4根阴极进行对比,验证4根阴极的合理性。后改变半圆弧阳极与对应阴极的圆心距d,得出最佳热场分布以满足电解要求时的最佳d值,此时高温区分布于每根阴极的中间部分,其它区域温度呈一定梯度由高温区向四周均匀减小。最后分析了电解过程中由于大电流密度的作用导致阴极形状的改变,阴极呈锥形从底部圆周开始腐蚀,随着阴极被侵蚀,电解槽内最大电流密度增大,与实际生产相符。(4)根据项目要求,完成15KA稀土电解槽的外型参数设计,后简述电解槽的生产步骤,包括炉底保温层的制作,横梁与支撑柱、炉外壳的安装,炉外壳内侧保温砖的砌筑,内外保护套、石墨槽、炉盖板、阳极导电板和阴极升降架的安装等,还对部分制作所需材料进行理化指标分析及选择,最终完成该稀土电解槽的整体制作。