阴极炭块材料对铝电解槽电热场影响的研究.pdfVIP

第 32卷 第 2期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2011伍 4 月 阴极炭块材料对铝电解槽电热场影响的研究 张翮辉，张红亮，崔喜风，徐宇杰，杨 帅 (中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙 410083) [摘 要]阴极炭块材料的选取与铝电解槽的经济效益密切相关。以某 180kA级铝电解槽为例，采用有限元 分析软件 ANSYS建立电热场数学模型分析比较 了半石墨质、半石墨化和石墨化三种阴极炭块材料对电解槽电 热场的影响。结果表明，上述三种情况下的阴极炭块欧姆压降分别为0．286V、0．226V和0．142V。总散热量分别为 333kW、339kW 和346kW，采用石墨化 阴极炭块的节能效果最好，而半石墨化阴极炭块次之。 [关键词]铝电解 ；电解槽 ；电热场；数值计算；ANSYS 中图分类号：TF821；04l1．3 文献标识码：A 文章编号：1OO4_4345f2011)02-0013-03 ImpactofCathodeCarbonBlockM aterialontheThermal-electricFieldinAluminum ReductionCell ZHANGHe—hui，ZHANGHong-liang，CUIXi-feng,XUYu-jie，YANGShuai (InstituteofMetallurgicalScienceandEngineering,CentralSouthUniversity，Changsha，Hunan410083，China) AbstractThechoiceofcathodecarbonblockmaterialisrelevanttotheeconomicbenefitofaluminum reductioncel1．Inthispaper,a mathematicmodelof180kA aluminum reductioncellwasdevelopedbyfinite~ lementanalysissoftwareANSYS，andimpactofsemi— graphitie，semi-graphitizedandgraphitizedcarbonmaterialonthethermal~electriefieldinthecellwerecompared．Calculationresu]ts showthattheohmicvoltagedropofthecathodeare0．286V，0．226V and0．142Vrespectively，andtheheatlossare333kW ，339kW and 346kW respectively．Sothebestcarbonmaterialtosaveenergyisgraphitizedcarbon,andthesecond-bestoneissemi—graphitizedcarbon． Keywords aluminumelectrolysis；reductioncell；thermal~eleetricfield；numericalsimulation；ANSYS 铝电解槽的阴极作为电解熔体 铝液和电解质1的 炭块可有效降低阴极压降达70mV左右。目前少见从 盛装容器和电流的导出结构，其设计建造的好坏与槽 全槽角度考虑不同阴极材料对铝 电解槽整体 电热性 寿命和电能消耗密切相关f1_。其中朋 极炭块材料的选 能的文献报道，为此，本文以某 180kA铝电解槽为例， 取对上述经济效益指标的影响十分关键，也应当成为 使用大型有限元分析工具ANSYS软件进行了电热耦 铝电解槽工程设计过程的重要考虑因素2[1。 合计算，分析了不同阴极材料对铝电解槽散热功率、热 现阶段我国铝电解普遍采用半石墨质阴极炭块， 平衡和电压降的影响。对工程设计过程阴极炭块材料 而 目前国外开始大量使用石墨质和石墨化阴极炭块．