材料导热系数对镁电解槽能量平衡的影响.pdfVIP

· 70 · 中 固 有 色 冶 金 13卷研究开发篇．试验研究 材料导热系数对镁电解槽能量平衡的影响 陈 杭 ，孙 泽 ，黄珊珊。，胡潘辉 。，范惠萍。，路贵民 ，宋兴福 ，于建国 (1．华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心，上海 200237； 2．青海盐湖工业股份有限公司，青海 格尔木 816000) 摘【 要】 能量平衡是镁 电解槽设计的基础，本文研究了材料导热系数对 电解槽能量平衡的影响。结果 表明：材料导热系数增加时，镁 电解槽能量输入基本不变，而总散热量随之增加。当阳极、阴极、耐火砖 导热系数分别增加时，该材料所在散热面的散热量增加，其余散热面的散热量也有小幅增加，石棉板、保 温砖、槽盖导热系数分别增加时，除该材料所在散热面的散热量增加外，其余散热面的散热量却小幅下 降，两者之间的差别可用电解槽的传热过程加以解释。 关『键词】镁 电解槽；导热系数；能量平衡 [中图分类号lTF822 [文献标识码] B 文【章编号] 1672—6103(2012)05—0070—05 0 前言 对于其 电解温度 的控制具有重要意义 。因此，了 镁有活泼的化学性质，也是最轻的结构金属，近 解 电解槽 内部温度场的分布和能量得失对其正常运 几十年来，随着镁应用领域的扩展，镁的需求量逐年 行及结构优化尤为重要。 目前，镁 电解槽 的研究大 上升 。我国镁资源非常丰富，占全球镁资源总量 都借鉴于铝电解槽的发展，其物理场的模拟计算主 的22．5％，除丰富的菱镁矿和白云石资源外，我国西 要依赖于大型有限元分析软件 ，郝大卫 利用Fluent 部地区还拥有丰富的盐湖资源，青海察尔汗盐湖的 计算得到了电解槽 内部二维温度场分布，刘天翼 镁资源就达16．7亿t，且品位很高 。 则采用ANSYS在能量平衡的条件下实现了镁 电解 目前，镁的生产工艺主要有皮江法和电解法两 槽三维温度场和电场的耦合求解，由此，通过有限元 种。由于我国拥有丰富的白云石资源 ，加上廉价的 分析软件对镁 电解槽物理场 的模拟，可高效地实现 劳动力 ，皮江法成为了我国镁 的主要生产方法。皮 电解槽的优化设计。在镁电解槽整体运行中，其能 江法资源利用率不高、产品质量不稳定且能耗高，相 量平衡存在众多影响因素，诸如极距、电解液深度、 比而言，电解法生产效率高且成本相对低 ，在西方发 电流密度、材料属性等，Sun等8[-91通过ANSYS建立了 达国家得到了广泛应用。虽然 目前我国也有少数在 120kA和 250kA镁 电解槽 二三维模型 ，同时利用 运行的镁电解槽 ，但相比国外高电流效率、低能耗的 COMSOL进行三维镁 电解槽 的电热场耦合计算，研 大型 电解槽 ，差距甚远，整个镁电解工业与国外差距 究了槽体结构和电流密度对 电解槽物理场的影响并 巨大 。 对其进行了优化。材料作为电解槽的组成，其导热 能量平衡是镁 电解槽优化设计的基础之一，电 性能对 电解槽的散热及温度分布有着不可忽视的影 解质温度是影响镁 电解槽 电流效率的关键因素 。 响，严东[1Ol对已有的110kA镁 电解槽进行热平衡测 如果 电解槽原有的能量平衡被打破 ，易出现冷槽或 试和分析 ，提 出了合理选择 电解槽材料以减小外表 热槽等病槽现象，不但影响镁电解槽的电流效率，也 面散热量的改进措施，即材料导热系数对镁 电解槽 会缩短镁 电解槽的使用寿命 ，即电解槽的能量平衡 的优化设计具有一定指导意义，但 目前有关材料对