北方工业大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 11铝电解工业简介 铝在自然界的分布极广,除了用作导电、导热的材料外,还在交通运输业 航空工业、冶金工业以及农业上具有非常重要的应用。由于氧化铝中氧和铝非常 难分离,目前工业上采用冰晶石一氧化铝熔盐电解法电解铝。 现代铝工业除了从铝土矿生产原铝之外,还有从低品位铝矿用电热还原法生 产铝一硅一铁钛合金。 铝电解槽中发生多个化学反应,包括冰晶石解离、氧化铝溶解、阳极反应和 阴极反应,这些反应的总和可以表示为下列化学反应式 2A10,+3C==4A/+3C0 (1-1) 铝电解的总反应是将氧化铝还原出铝,同时炭阳极与氧结合生成二氧化碳。 12铝电解槽电热场的研究 在铝电解时,会给电解槽通入300KA(或者其他数值)的直流电,在实际 生产中,电解槽都会保持良好的热平衡,槽体的电压和温度的分布都会在合理的 范围内,这将促使形成良好的槽帮、减少铝液波动、提髙电流效率、增长槽体寿 命等。通入电解槽的直流电由铝导杆导入,依次流过钢爪、阳极炭块、熔融电解 质、铝液、阴极炭块,由阴极钢棒流出输送给另一台电解槽。通入强大直流电 的电解槽部分结构都会因为电产生热,而且在铝电解质部分产生的热量极高,这 是因为电解质的电导率很低,所以电解质升温可以供给化学反应所需的热量,由 耐火砖、保温砖等组成的槽体底部可以起到保温的作用,而电解槽的上部和侧部 可以起到散热的作用⑤。 铝电解槽中电场和热场都会对铝生产带来一定的影响,具体的影响主要包括 水平电流的大小、槽体电热平衡、槽膛伸腿长度、铝液界面平稳度,进而就会影 响电流的效率、能耗多少、槽体部分结构的寿命等经济技术指标。合理的电热场 分布和槽内衬设计会使槽体达到良好的电热平衡,铝液波动减小,得到规整的槽 膛内形,同时提高电流的效率,降低消耗的电能,并且达到增加槽寿命的目的 通过对电热场的计算仿真,可以在较短时间内轻松得到适合的内衬结构参数,从北方工业大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 1.1 铝电解工业简介 铝在自然界的分布极广，除了用作导电、导热的材料外，还在交通运输业、 航空工业、冶金工业以及农业上具有非常重要的应用。由于氧化铝中氧和铝非常 难分离，目前工业上采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法电解铝 [1]。 现代铝工业除了从铝土矿生产原铝之外，还有从低品位铝矿用电热还原法生 产铝—硅—铁钛合金。 铝电解槽中发生多个化学反应，包括冰晶石解离、氧化铝溶解、阳极反应和 阴极反应，这些反应的总和可以表示为下列化学反应式[2]： 2 3 2 2Al O  3C  4Al  3CO (1-1) 铝电解的总反应是将氧化铝还原出铝，同时炭阳极与氧结合生成二氧化碳 [3]。 1.2 铝电解槽电热场的研究 在铝电解时，会给电解槽通入 300KA（或者其他数值）的直流电，在实际 生产中，电解槽都会保持良好的热平衡，槽体的电压和温度的分布都会在合理的 范围内，这将促使形成良好的槽帮、减少铝液波动、提高电流效率、增长槽体寿 命等。通入电解槽的直流电由铝导杆导入，依次流过钢爪、阳极炭块、熔融电解 质、铝液、阴极炭块，由阴极钢棒流出输送给另一台电解槽 [4]。通入强大直流电 的电解槽部分结构都会因为电产生热，而且在铝电解质部分产生的热量极高，这 是因为电解质的电导率很低，所以电解质升温可以供给化学反应所需的热量，由 耐火砖、保温砖等组成的槽体底部可以起到保温的作用，而电解槽的上部和侧部 可以起到散热的作用 [5][6]。 铝电解槽中电场和热场都会对铝生产带来一定的影响，具体的影响主要包括 水平电流的大小、槽体电热平衡、槽膛伸腿长度、铝液界面平稳度，进而就会影 响电流的效率、能耗多少、槽体部分结构的寿命等经济技术指标。合理的电热场 分布和槽内衬设计会使槽体达到良好的电热平衡，铝液波动减小，得到规整的槽 膛内形，同时提高电流的效率，降低消耗的电能，并且达到增加槽寿命的目的 [8]。 通过对电热场的计算仿真，可以在较短时间内轻松得到适合的内衬结构参数，从