基于Comsol的釹熔鹽電解過(guò)程多場(chǎng)數(shù)值模擬.pdf

1、氟鹽體系熔鹽電解是生產(chǎn)金屬釹的主要方法，具有金屬品質(zhì)好、成本低、回收率高、電流效率高等特點(diǎn)。電解槽內(nèi)電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的分布狀況對(duì)釹熔鹽電解工藝參數(shù)和槽體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有重大影響。因此，開(kāi)展稀土電解槽多物理場(chǎng)數(shù)值模擬研究，對(duì)促進(jìn)稀土電解槽結(jié)構(gòu)改進(jìn)和熔鹽電解節(jié)能降耗，具有較高的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　論文基于電場(chǎng)理論、傳熱學(xué)理論及流體學(xué)理論，研究建立了稀土熔鹽電解槽電場(chǎng)、熱場(chǎng)及流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，以成熟的3kA稀土熔鹽電解槽尺寸和工藝操

2、作參數(shù)為依據(jù)和參考，基于Comsol仿真平臺(tái)對(duì)熔鹽電解槽電場(chǎng)、熱場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，揭示了槽體結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)熔鹽電解過(guò)程各物理場(chǎng)分布狀況的影響規(guī)律，為釹熔鹽電解槽體改造和生產(chǎn)操作優(yōu)化提供理論依據(jù)。
　　主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、基于麥克斯韋原理，在電流不變的情況下，研究建立了稀土釹熔鹽電解槽電場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，考察了電極插入深度、極距對(duì)槽電壓、電流密度等電場(chǎng)特征的影響。結(jié)果表明，隨著電極插入深度的增大和極距的縮短，電解槽

3、電壓下降，利于降低電能消耗，但電流密度有所下降，不利于提高生產(chǎn)效率。應(yīng)綜合考慮能耗和產(chǎn)能，合理調(diào)整電極插入深度和極距，以降低釹熔鹽電解單位能耗。
　　2、基于傳熱學(xué)理論，研究建立了熔鹽電解槽熱場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，考察了電極插入深度、極距對(duì)電解槽溫度分布的影響。結(jié)果表明，電解槽內(nèi)溫度縱向分布是從上到下先升高后降低，橫向分布是從陰極到陽(yáng)極一直下降，其中電解槽的主要熱源集中在電解槽的中部；隨著電極插入深度的增加和極距增大，槽內(nèi)熔體溫度升高，有利

4、于熔鹽的流動(dòng)性，但過(guò)高會(huì)使得生成的金屬溶解，降低了電流效率。綜合考慮熔體流動(dòng)性和電流效率，釹熔鹽電解過(guò)程應(yīng)控制適中的電極深度和極距，來(lái)保持適宜的電解溫度。
　　3、基于流體學(xué)理論，研究建立了熔鹽電解槽流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，考察了電極插入深度、極距對(duì)電解槽流場(chǎng)分布的影響。結(jié)果表明，槽內(nèi)熔體的流速與電極深度及極距有關(guān)，當(dāng)電極插入深度增加，極距減小時(shí)，槽內(nèi)熔體流動(dòng)增大，這有利于電解質(zhì)成分和溫度的均勻，但流速過(guò)大，不利于稀土金屬的收集，造成金屬溶