铝电解槽阴极炭块类型对焦粒焙烧过程中阴极热场、应力场分布影响的仿真研究

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• 作者：李劼刘海石张钦菘赖延清刘伟刘业翔
• 会议时间：2005-09-01
• 关键词：铝电解槽 ; 焦粒焙烧 ; 热应力场 ; 有限元仿真 ; 阴极炭块
• 作者单位：李劼,张钦菘,赖延清,刘伟,刘业翔(中南大学冶金科学与工程学院,湖南,长沙,410083)刘海石(东北大学材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004)
• 母体文献：第五届铝电解专业委员会2005年年会暨学术交流会论文集
• 会议名称：第五届铝电解专业委员会2005年年会
• 会议地点：南宁
• 主办单位：中国有色金属学会
• 语种：chi

摘要

本文以有限元分析软件ANSYS为平台,建立了160kA铝电解槽焦粒焙烧时的三维1/4整槽模型.通过对三种典型的阴极炭块(半石墨质、半石墨化和石墨化,它们的电导率和导热系数依次增大)在给定的相同焙烧条件下进行仿真表明,在同样的焙烧条件下达到焙烧终点(阴极最高温度达到1030℃)时,阴极的温度分布依次变均匀:后两者(半石墨化和石墨化)相对于前者(半石墨质)的阴极最大温差分别降低了133℃和232℃,阴极表面平均温度分别提高了34℃和57℃;900℃以上温度所占面积则从52.39%分别提高到63%和705%;但达到相同终点的焙烧时间则从96h分别增加到132h和205h,不过焙烧时间可以通过改变焦粒层厚度来调整,例如当焦粒层厚度从20mm增加到30mm时,石墨化炭块的焙烧时间从205h降低到90h,不过焙烧效果有所下降,但依然显著优于其他两种炭块在焦粒层厚度为20mm的条件下的焙烧效果.阴极炭块中产生的热应力随焙烧进行和温度升高而增加,使用石墨化炭块更能有效降低大部分炭块的应力集中,与半石墨质炭块相比能使最大拉应力减少57%,等效应力减小33%.