Однофазные и многофазные математические модели электролиза алюминия

• Автор: Анпилов, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение

Постановка задачи.

Обзор литературы.

Обзор работы.

Основные результаты

Глава Математическая модель М1 Дпроцессо в в алюминиевом

электролизере

1.1 Рабочая гипотеза модели модели.

1.2 Дифференциальные уравнения масс и импульсов для каждой фазы.

1.3 Математическое моделирование давления

1.4 Математическое моделирование токов.
1.5 Математическое моделирование электромагнитного поля
1.6 Полная математическая модель.
Глава 2. Численный метод решения.
2.1 Разделение на этапы по физическим процессам
2.2 Численный метод решения задачи по этапам.
2.3 Численное исследование разностного метода
Глава 3. Анализ численных экспериментов
3.1 Тестовые и верификационные расчты.
3.2 Моделирование некоторых процессов, возникающих при
промышленном производстве алюминия.
Моделирование замены выгоревших анодных блоков.
Оценка вклада индуцированных токов.
Численное исследование влияния формы настыли на мгдстабильность ванны
3.3 Сравнение численных экспериментов, проведенных по однофазной и двухфазной математическим моделям
Заключение.
Список использованной литературы


Даже простое незатухающее колебание поверхности раздела должно быть устранено, так как при нем возрастает массоперенос растворенного алюминия от катода в межполюсное пространство, где он снова окисляется. Рис. Схематичное изображение рабочей зоны. Устойчивость работы алюминиевого электролизера зависит от физических полей - электрических, тепловых, магнитных и гидродинамических, которые находятся в сложной взаимосвязи. Если проводящая жидкая среда находится в магнитном поле, то при ее движении в ней индуцируются электрические поля и возникают электрические токи. На токи в магнитном поле действуют силы, которые могут существенно повлиять на движение жидкости. С другой стороны эти токи меняют и само магнитное поле. Таким образом, возникает сложная картина взаимодействия магнитных и гидродинамических явлений. Силы Лоренца вызывают нежелательные возмущения на поверхности металла. При некоторых условиях наблюдается рост этих возмущений, нарушающих технологический процесс. В этом случае говорят, что электролизер работает неустойчиво. Эти неустойчивости представляют большое препятствие увеличения выхода по току. Толщина электролита должна быть поддержана выше некоторого критического значения, чтобы обеспечить стабильность, а за это расплата - большие энергетические потери. Технология электролиза с обожженными анодами подразумевает периодическую замену анодов, в процессе чего могут происходить нежелательные возмущения поверхности раздела, приводящие к снижению эффективности производства. При. А) по анодам, это вызывает перераспределение электрического тока и, соответственно, электромагнитных сил в расплаве. Это, в свою очередь, вызывает изменение распределения скоростей в электролите и металле, образование вихрей< в средах, что вызывает возмущение' границы раздела' сред металла* и электролита. Часто- при этом возникает МГД-нестабильность, зазор между анодом и жидким, металлом; становится; меньше допустимого, «3 см (значение минимального допустимого МПР для-каждой электролизной ванны индивидуально). За последние два десятилетия появилось много работ, посвященных исследованию механизмов, вызывающих волнение на поверхности металла. Само по себе существование различных подходов, дающих объяснения-этому явлению, свидетельствует о том, что исчерпывающего ответа- нет. Математические модели имеют ограниченные области применения. Создание и использование их зависит от поставленной задачи. Важным параметром, влияющим на эффективность, работы электролизера, является межполюсное расстояние (МПР). МПР - это расстояние между подошвой анодов^ и поверхностью металла. Чем больше межполюсное расстояние, тем больше выход по току. Если межполюсное расстояние больше 6 см, то выход по току растет не значительно. Поэтому для большинства ванн оптимальное МПР лежит в диапазоне 4-6 см. Одна из основных задач текущей технологии — создание условий в межполюсном пространстве, при которых уменьшается поток растворенного и диспергированного алюминия с поверхности катода и снижается вероятность его вторичного окисления, а также создание условий, при которых уменьшается вероятность зажатия ванны (когда МПР становится меньше допустимого). Неполадки в работе ванн - это такие расстройства процесса электролиза, которые приводят к снижению выхода но току и качества получаемого алюминия, к перерасходу электроэнергии и сырья, а также к более серьезным последствиям - аварийному состоянию ванн, требующему выключения отдельных ванн и даже целой их группы. В [] подробно описаны неполадки, которые могут возникать в технологическом процессе производства первичного алюминия. Холодный ход ванны, наблюдается если ванна получает недостаточное количество тепла, его причинами может быть пониженная сила тока серии, малое МПР, а также большое количество металла в ванне, опасность холодного хода ванны заключается в увеличении криолито-глинозёмной смеси при понижении температуры и как результат - выпадения, её на дно ванны. Выпадение глинозема на подину ванны, или «отравление- ванны глиноземом» также может происходить, если в. Основной причиной: анодного.