新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的影響分析

蔣可+丁輝

摘要：把鋁液水平電流內的新型陰極鋼棒的電解槽，通過新型仿真的數值方法進行三維計算?？梢杂行У姆治龀鲣X液內的水平電流，會在新型陰極鋼棒在產生的實際作用。本文主要就是針對新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的影響。

關鍵詞：新型鋁陰極鋼棒；鋁電解槽；電熱場；水平電流；

前言：

在工業的電解槽內，氧化鋁和熔融電解質都是經過一定的化學性反應才能夠生成液態原鋁。而鋁液與電解質，這兩種不同高溫的熔體在經過重力與電磁力的作用下，會不斷的在槽膛內進行運動。而熔體不斷的運動就會導致鋁液的電解質發生變形，從而改變了熔體內部的磁場與電場分布。為了能夠更加合理的形成磁場與電場的分布，進一步讓鋁電節槽中的磁流能夠更加的穩定。通過仿真的方法實現鋁電解槽的鋼棒新型的陰極，進一步的優化鋁液內水平電流。在當前的工業中，使用最為廣泛的就是新型的陰極鋼棒。通過這種新型的陰極鋼棒，來實現對鋁液水平電流與槽內電壓的改善。

1、綜合概述新型的陰極鋼棒

如圖1所示，新型的陰極鋼棒其主要的運行模式是，先沿著傳統的陰極鋼棒長度方向把兩端較為靠近的電段，進行一段開一道的分割，形成分割縫。再把每一段鋼棒分為上下段，采用電絕緣糊來進行分割縫的填充。在鋼棒的表面上，要利用石墨把陰極陰極炭塊銜接。而并沒有被分割的鋼棒，則要在它的一側利用碳糊來實現陰極炭塊的銜接。對于已經被分割為一段的鋼棒，可以在它的側面利用碳糊進行陰極炭塊的鏈接。對于剩余的下半段可以利用電絕緣類的材料進行陰極炭塊的有效鏈接。因為電絕緣類材料的應用，讓鋼棒的與陰極碳塊的鏈接作用產生較大的變化。所以，鋁電解槽會在新型的陰極鋼棒的影響下，整體的陰極電場在分布上會出現更多的變化。不但會將鋁液內的電流產生走向變化，還會對鋁液的水平電流產生優化的作用。

2、深度分析新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的主要影響

新型的陰極鋼棒與傳統的陰極鋼棒的電解槽鋁液，在X方向的水平電流分布上，無論是水平電流的密度，還是最大值都有著較大的不同。新型的陰極鋼棒在X方向，其鋁液的水平電流流向都是X軸的負方向，也就是以電解槽的全槽軸線為準，從中軸線向鋼棒出電端延伸。同時，從電解槽的中軸線一直到桿棒的出電端，在實際的延伸水平電流密度都是由大到小的走向。當接近于槽幫位置時，受槽幫的阻隔限制，會產生反向或者減小至0的現象。由于其產生的水平電流，在反向在范圍上較小。因此，不會對磁流體的穩定性產生較大的影響。如圖2所示，最大水平電流最大的密度，都指向了X負方向的水平電流密度中最大的數值。鋁液的大部分都在水平電流的密度上，并且都處于最小的數值。而底部的距離槽幫較近的位置上的兩個區域都是較大的數值。由此可以分析出，槽幫的底部會對電流起到阻擋的作用，導致電流會發生流向與匯集的變化。在水平電流的密度上，無論是Z方向還是X方向，都會產生增大的變化。而由于鋼棒讓電流的匯集與流向產生變化，導致該區域內的電流會從鋁液的底部流出。并且，逐漸的流入到陰極碳塊，而陰極碳塊再流入到鋼棒的匯集處，形成Z方向的水平偏轉變化。但是，這一變化并不能夠對磁流體產生較大的穩定性影響。因此，新型的陰極鋼棒電解槽鋁液與傳統的電解槽鋁液相比較，新型的陰極鋼棒電解槽鋁液能夠有效的將電流的密度平均值縮小。

對鋁電解的能耗能夠產生重要影響的，就是槽電壓。我國的電解行業，一直都是在進行著電解的低電壓研究分析。從而能夠極大的降低能力的消耗。加入了絕緣材料的新型陰極鋼棒，在一定程度上會對槽電壓產生重要的影響。通過對電解槽電的熱切片模型的計算分析，從而得出了槽體的導電區域歐姆的壓降結果。新型陰極鋼棒，與傳統的陰極鋼棒電解槽相比，在槽體的歐姆壓降的數值增至到了33mV。而增加區域的陰極壓降，是因為電絕緣類材料的加入，才可導致電路的電阻迅速的增大，而隨著電阻的增大，電壓也隨之增大。

除此之外，槽體的歐姆壓降產生的變化，導致了氣泡的壓降也發生了變化。通過計算分析得出新型陰極鋼棒與傳統的陰極鋼棒，在整體電解槽體系統中的總壓降都發生了不同的變化，而新型的陰極鋼棒是3.83V，比傳統的陰極鋼棒大0.03V。而如果采用母線系統進行0.2V的降壓計算，則他們的槽電壓都會在4.00V以上。但是，由于二者在陰極的電阻上存在著一定的差異。因此，他們的整體電阻發生的變化差異較小，并且都處在正常的范圍內。但如果利用開槽陽極來進行計算分析，同時在根據磁流體與磁場的穩定性進行合理的設計研究，新型的陰極鋼棒在極距上還會有所降低，而電壓也會隨之降低，從而讓槽電壓的水平變得更低。

3、結語

綜上所述，在對鋁電節操電熱場的影響上，與傳統的陰極鋼棒相比，新型陰極鋼棒占有更大的優勢。它可可以極大的降低電解槽鋁液內的水平電流數值。從而進一步讓電解槽中的磁流體能夠變得更加的穩定。同時，有效的讓槽內電壓數值增加。因此，新型的陰極鋼棒，不僅能夠對鋁電節操電熱場產生較大的優化作用，還能夠實現節能環保的作用。

參考文獻：

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