300kA鋁電解槽電熱應力及鈉膨脹應力的仿真優(yōu)化研究.pdf

1、本文對300kA鋁電解槽電熱應力及鈉膨脹應力的仿真優(yōu)化進行了研究。主要內(nèi)容如下： (1)對現(xiàn)行電解槽焦粒焙燒啟動陰極溫度場進行了優(yōu)化研究，提出在陰極表面從電解槽邊緣向中心依次鋪設電阻率遞增的焦粒層的優(yōu)化焙燒方案，并進行了溫度場仿真計算。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后平均溫度為931℃，比優(yōu)化前溫度有所提高；陰極表面溫差明顯降低，端部炭塊1和炭塊2在優(yōu)化后的溫差比優(yōu)化前溫差降低8﹪以上；優(yōu)化后中間炭塊3～炭塊13表面溫差比優(yōu)化前降低30﹪以上；

2、平均升溫速度降低了12﹪，平均溫度梯度降低了22﹪； (2)對工業(yè)上應用的各種類型炭塊的鈉擴散以及鈉膨脹進行了計算機仿真研究。研究發(fā)現(xiàn)一個月后金屬鈉在無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊、半石墨化炭塊、石墨化炭塊內(nèi)的平均濃度分別為：1.98﹪、1.67﹪、 1.53﹪、0.52﹪；一年后分別為：3.65﹪、3.47﹪、3.37﹪、2.01﹪。當電解槽只存在熱應力的時候，無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊、半石墨化炭塊、石墨化炭塊內(nèi)的最大等效應力別為：

3、13.0 MPa、17.5MPa、13.4MPa、9.29MPa，應力主要集中在鋼棒槽周圍；啟動30天后分別為：71.0 MPa、47.3 MPa、30.8Mpa、11.3 MPa，應力主要集中在鋼棒槽和陰極炭塊表面； (3)針對不同炭塊材質(zhì)以及炭塊結(jié)構(gòu)類型進行了電、熱、應力場的優(yōu)化。當電解槽焙燒結(jié)束時，無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊、半石墨化炭塊、石墨化炭塊內(nèi)的最大溫度梯度分別為：1023℃/m、851℃/m、809℃/m、795℃