Численное моделирование МГД-нестабильности в процессе промышленного электролиза алюминия

• Автор: Алаторцев, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.

Постановка задачи

Обзор литературы.

Обзор работы

Основные результаты.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МГДПРОЦЕССОВ В

АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ

1.1 Исходная система уравнений

1.2 Математическое моделирование давления в среднем слое

жидкости
1.3 Уравнение электромагнитной индукции.
1.4 Расчет анодного тока в средах.
1.5 Учт геометрии ванны и анодов в математической модели 1.6 Полная математическая модель.
ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ.
2.1 Разделение на этапы по физическим процессам.
2.2 Численный метод решения задачи но этапам
2.3 Устойчивость разностного метода.
2.4 Оценка точности метода
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
3.1 Тестовые расчеты
Одномерный плоский случай
Двумерный случай.
3.2 Оценка адекватности результатов расчетов по конкретной
Расчет 6ой ванны по 1му аноду.
Расчет 6ой ванны по м анодам
3.3 Моделирование некоторых процессов, возникающих при
промышленном производстве.
Замена выгоревших анодных блоков
Исследование влияния геометрии рабочего пространства
электролизера на МГДстабилыюсть
Возможности по моделированию неполадок
3.4 Устранение неопределенности в критерии устойчивости
БояревичаРомерио.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Поэтому выделяющийся в результате электролиза алюминий осаждается на падине ванны под электролитом. Тогда металл всплывет на поверхность. Чем выше электропроводность электролита, тем меньше падение напряжения при прохождении через него тока, т. Максимальная удельная электропроводность электролита равна 6 См/м при температуре °С. См/м), т. Однако повышение температуры на каждые °С понижает выход по току на 3-4%. При температуре равной 0 °С выход по току равняется %, при температуре равной 0 °С выход по току равен %. Поэтому температуру поддерживают в пределах 0 - 0 °С. 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. Если межполюсное расстояние меньше 3 см, то выход по току резко падает, так как алюминий попадает в реакционную зону, где происходит его обратное окисление. Поэтому для большинства ванн оптимальное МПР лежит в диапазоне 4-6 см. Одна из основных технологических задач - 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 по 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. Горячий ход ванны. 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. Выпадение глинозема на подину ванны, или «отравление ванны глиноземом» может происходить, если в ванну загружено глинозема больше того количества, которое может раствориться в электролите. Также это может происходить при холодном ходе ванны. Анодный эффект возникает при снижении концентрации глинозема в электролите до 1-2%, поэтому его гасят внесением глинозема в ванну. Главный признак анодного эффекта - резкое, почти мгновенное, повышение напряжения в ванне. Основной причиной анодного эффекта является ухудшение смачиваемости поверхности анода электролитом из-за увеличения поверхностного натяжения на границе раздела электролит-анод. Поэтому на поверхности анода появляется сплошная прослойка из пузырьков газа - продукта электролиза. Растет сопротивление на границе электролит-анод, что влечет за собой потери тока и резкое повышение напряжения. Чем она выше, тем реже возникает анодный эффект. Величина критической плотности тока зависит главным образом от состава электролита и температуры. Затяжной анодный эффект характеризуется тем что он длится несколько часов и его не удается ликвидировать обычным приемом - загрузкой в электролит очередной порции глинозехма. Если затяжной анодный эффект не прекратить, то неизбежен прорыв электролита и металла и даже полный выход ванны из строя. Горячий ход ванны характеризуется высокой температурой электролита, что создает условия для более усиленного окисления растворенного алюминия, что, в свою очередь, также вызывает повышение температуры и ведет к понижению выхода по току. Перегрев электролита на каком-то участке (местный перегрев) при неравномерном распределении тока. Главная причина -сильный перепад поверхности раздела металл-электролит. При этом плотность тока растёт и электролит перегревается, происходит усиленное окисление алюминия и повышается температура ванны. Нарушена параллельность между нижней поверхностью анодов и дном ванны из-за перекоса анодов после выливки алюминия и перетяжки рамы анодов.