大電流稀土電解槽三維全槽仿真模擬與設(shè)計(jì)研究
【學(xué)位授予單位】:江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號(hào)】:TF845
【圖文】:
圖 2.1 電解槽三維模型圖2.1.2 電解質(zhì)稀土熔鹽電解質(zhì)包括兩部分[19]:電解質(zhì)組分以及各組分所占比例,電解質(zhì)內(nèi)各組分所占比例不同,熔鹽的初晶溫度、粘度等物理性質(zhì)也會(huì)千差萬別,電解槽的電流效率和金屬直收率受其影響,從而影響到稀土電解的整個(gè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。該大型電解槽電解質(zhì)體系選用3 2 3NdF -LiF-Nd O ,選用 NdF3:LiF 的質(zhì)量百分比為83%:17%。文獻(xiàn)[20]利用最小二乘法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到了 NdF3LiF Nd2O3熔鹽在研究區(qū)域內(nèi)電導(dǎo)率的回歸方程:1 2 3y 33.9441 0.0212 x 0.6107 x 0.1517x(2.1)式(2.1)中:y 電導(dǎo)率,S/cm;X1溫度,℃,有效范圍 980~1220℃;X2LiF濃度,%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),有效范圍為 1%~15%;X3Nd2O3濃度
(a) 實(shí)體模型 (b) 網(wǎng)格劃分模型圖 2.1 電解槽模型2.4 三維電場(chǎng)的數(shù)值模擬稀土熔鹽電解槽電場(chǎng)的研究主要考慮電極距電解槽底部的距離 a 和極間距 b,根據(jù)文獻(xiàn)[18],假設(shè)陰陽極底部在同一高度,取電極距電解槽底部的距離 a 范圍為 110~190mm,極間距 b 范圍為 65~85mm,綜合分析兩種情況下電解槽內(nèi)部電場(chǎng)的分布情況,以及不同參數(shù)組合下的熔體電壓大小。2.4.1 極間距變化對(duì)電場(chǎng)分布的影響取極間距為 b 為 65mm,70mm,75mm,80mm,85mm;電極距電解槽底部的距離a 取兩個(gè)參數(shù)為 140mm,150mm。兩個(gè)變量相互組合。(a).固定電極距電解槽底部的距離 a=140mm,極間距由 65~85mm 逐級(jí)遞減,極間距
(a) 電場(chǎng)分布圖 (b) 電場(chǎng)切片圖圖 2.2 b=65mm 時(shí)電場(chǎng)模擬結(jié)果從圖中 1/4 模型電解槽三維電勢(shì)的分布可以得出:電解槽電場(chǎng)的分布大體可以分為3 個(gè)區(qū)域:①陽極區(qū):陽極附近區(qū)域包括陽極,該區(qū)域電勢(shì)基本相等,陽極內(nèi)側(cè)等勢(shì)線比較稀疏,電位梯度小,因此壓降比較小。陽極外側(cè)靠近坩堝壁區(qū)域電勢(shì)沒有發(fā)生變化,沒有電流通過該區(qū)域,這與設(shè)定的坩堝壁絕緣相符。②陰極區(qū):陰極附近區(qū)域包括陰極,陰極內(nèi)部各位置電位一樣,與假設(shè)條件中陰極電位為 0 相符,金屬鐠釹單質(zhì)主要在該表面析出,并緩慢降落至坩堝收集器;陰極與陽極的中間區(qū)域電壓呈一定梯度由陰極至陽極遞增,該區(qū)域電位線相互平行,并且分布比較緊密,電位梯度也大,因此流過該區(qū)域的電流相對(duì)較大,電流密度最大。③坩堝收集金屬區(qū):該區(qū)域雖然有電位差,但差值較小,金屬的沉降所受的電場(chǎng)力較小,可近似看做等勢(shì)區(qū)。圖 2.3 為 a=140mm 時(shí)不同極間距下的電場(chǎng)等勢(shì)面圖。設(shè)置級(jí)別中的定義方法為級(jí)數(shù),總級(jí)別設(shè)為 10,電勢(shì)等值面按 10 級(jí)設(shè)置由系統(tǒng)自動(dòng)分配。
【參考文獻(xiàn)】
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