稀土电解槽电解效率优化数值模拟.doc

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.12.011稀土电解槽电解效率优化数值模拟伍永福1，官卜瑞1，刘中兴1，鞠阳1,2，董云芳1，张雪娇1（1.内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头014010；2.北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，北京102200)摘要：建立了考虑阳极表面气体存在的稀土电解槽流场—电场双向耦合模型，根据阳极气体作用下的电场分布情况来调节阳极下半部倾角，从而使电场分布相对平衡。结果表明，电场受阳极气体影响呈斜型分布，调节阳极下半部倾角为3°~6°，阳极下端电压降主要区域向坩埚一侧偏移，当倾角达到5°时，槽体内

2、部电场分布相对均匀，有效改善了电解效率。关键词：稀土电解槽；流场—电场耦合；阳极倾角；优化中图分类号：TF845文献标志码：A文章编号：1007-7545（2015）12-0000-00NumericalSimulationofRareEarthElectrolyticCellElectrolysisEfficiencyOptimizationWUYong-fu1,GUANBo-rui1,LIUZhong-xing1,JUYang1,2,DONGYun-fang1,ZHANGXue-jiao1（1.SchoolofEnergyandEnvironmental,In

3、nerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou014010,InnerMongolia,China;2.BeijingShenwuEnvironment&EnergyTechnologyCorp,Beijing102200,China）Abstract:Flowfieldandelectricfieldtwo-waycouplingmodelonanodesurfacewasestablishedwithgasexistinginrareearthelectrolyticcellintoconsideratio

4、n.Anodelowertiltanglewasadjustedtobalanceelectricfielddistributionbasedondistributionofelectricfieldunderactionofanodegas.Theresultsshowthatelectricfieldwasunderobliquedistributionaffectedbyanodegas.Theprimaryareaofvoltagedroponanodebottomshiftstocruciblesidewithanodelowerangleadjuste

5、dto3°~6°.Electricfielddistributionisrelativelyuniforminrareearthelectrolyticcellandelectrolysisefficiencyiseffectivelyimprovedwithanodelowerangleof5°.Keywords:rareearthelectrolyzer;flowfield-electricfieldcoupling;anodetiltangle;optimization近年来，我国稀土冶金不论是从生产工艺上还是流程方面都有着巨大的进步，为提高稀土金属产量和电

6、解效率、减少阳极材料损耗、降低成本也成了研究的重点方向[1]。稀土电解槽阳极表面的化学反应产生的气体是作为稀土电解槽槽体内部熔盐运动的主要驱动力[2-3]，由于气体存在于阳极区域附近，阳极气体在阳极区域上升，其气体形成的气层厚度因阳极高度不同而变化，因此阳极区域不同高度下的气液混合相电阻因阳极气体气含率不同也发生变化，进而影响了槽体内部的电场分布情况[4]。本研究考虑阳极气体对电场影响建立了流场-电场耦合模型，并分析电场的分布情况，通过调节阳极的倾斜角度，来改变槽体内部的电场分布情况，并获得能够使电解稳定的最佳的倾斜位置，从而达到改善电解效率，节省阳极材料消耗不一

7、的问题。国内关于稀土电解槽的数值模拟比较多[5-7]，刘中兴等通过建立稀土电解槽槽型结构并针对其结构模拟了其电场分布，发现当电位差随着电极插入深度的增大而增大，如果电极插入过深，则会对电解过程造成严重的影响。伍永福等针对稀土电解槽内部的温度场进行了数值模拟，发现槽体内部金属收集器区域内部温度高于上部，为稀土电解槽电解节能的进一步研究提供了数据支持[8]。本文在前人研究基础上建立了流场电场耦合模型[9]，通过调节阳极下半部倾斜角度来改善稀土电解槽的电解效率。1模型的建立1.1稀土电解槽物理模型本次研究的电解槽槽体[5]呈现对称结构，以钨阴极为对称中心的两侧槽体内场的

8、分布一致，