300kA鋁電解槽電熱應(yīng)力及鈉膨脹應(yīng)力的仿真優(yōu)化研究.pdf

1、本文對(duì)300kA鋁電解槽電熱應(yīng)力及鈉膨脹應(yīng)力的仿真優(yōu)化進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： (1)對(duì)現(xiàn)行電解槽焦粒焙燒啟動(dòng)陰極溫度場(chǎng)進(jìn)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(shè)電阻率遞增的焦粒層的優(yōu)化焙燒方案，并進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真計(jì)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(duì)工業(yè)上應(yīng)用的各種類型炭塊的鈉擴(kuò)散以及鈉膨脹進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真研究。研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)月后金屬鈉在無(wú)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(dāng)電解槽只存在熱應(yīng)力的時(shí)候，無(wú)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(yīng)力別為：

3、13.0 MPa、17.5MPa、13.4MPa、9.29MPa，應(yīng)力主要集中在鋼棒槽周圍；啟動(dòng)30天后分別為：71.0 MPa、47.3 MPa、30.8Mpa、11.3 MPa，應(yīng)力主要集中在鋼棒槽和陰極炭塊表面； (3)針對(duì)不同炭塊材質(zhì)以及炭塊結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了電、熱、應(yīng)力場(chǎng)的優(yōu)化。當(dāng)電解槽焙燒結(jié)束時(shí)，無(wú)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℃