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20kA上插式稀土熔盐电解槽设计及钨阴极腐蚀行为研究

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20kA上插式稀土熔盐电解槽设计及钨阴极腐蚀行为研究

作者：郭忠源西安建筑科技大学

学位级别：硕士

因稀土元素具有独特的化学和物理性能，稀土金属作为金属材料中的“后起之秀”在应用开发中显示出前所未有的强劲势头和速度。而我国作为世界稀土资源大国，稀土含量占全球的40%，重稀土含量占全球的60%，稀土产量占全球的90%，却在稀... 详细信息

因稀土元素具有独特的化学和物理性能，稀土金属作为金属材料中的“后起之秀”在应用开发中显示出前所未有的强劲势头和速度。而我国作为世界稀土资源大国，稀土含量占全球的40%，重稀土含量占全球的60%，稀土产量占全球的90%，却在稀土金属的制备技术方面与世界水平存在明显差距，其中装备规模较小的问题普遍存在。虽然中、小型电解槽有易操作和易调整的优点，但是，就其产能、规模、稳定性及长远的发展前景而言，大型电解槽则比中、小电解槽显示出不可比拟的优势;而且大型电解槽便于实现自动化程度更高，装备更完善的改进升级，适于集约化、规模化生产的，这对稳定生产工艺和产品质量，降低生产成本，提高生产效率有着重要意义。因此，开展大型稀土电解槽的设计优化研究具有重要的现实意义和发展潜力。针对目前大型电解槽的设计依然遵循的是简单扩大的方法，电解槽的可靠性只能依靠生产实践来检验，缺乏相应的理论依据。为此，运用应用较为广泛的ANSYS有限元分析软件模拟电解槽内部电场及温度场的分布优化辅助设计大型电解槽是本论文的首要研究内容。此外，对于实际电解生产中存在的熔盐液面上钨阴极局部快速损耗问题进行现场调研、理论分析、模拟试验揭示出其损伤机制分析和提出防护技术途径这也是本论文的另一项重要工作。主要的研究结论为：（1）遍历电解槽的各种结构，利用商业软件ANSYS进行电场和温度场的有限元模拟，确定20kA稀土熔盐电解槽的物理模型的外轮廓呈跑道型，钨阴极均匀分布在电解槽内部，石墨阳极瓦片围绕在阴极周围，其极间距范围为7cm~14cm，阳极有效深度为25cm~30cm，阳极电流密度为1.5A/cm2;5阴极和6阴极结构的电解槽可符合设计原则，5阴极电解槽的熔体电压为6.530V~6.789V，6阴极电解槽的熔体电压为5.028V~5.279V，电解槽内的电力线平均分布，电流强度分布均匀。（2）结合不同结构的电解槽单元的热平衡分析可得出，阳极内半径为11.8cm，极间距为8.8cm，熔体电压为5.279V，阴极电流密度为1.128A/cm2的6阴极双排电解槽热量收支平衡，是适宜槽体结构设计的尺寸规格。运用ANSYS有限元分析软件中的电热耦合模块对满足热平衡的电解槽进行温度场模拟，结果显示单元结构的温度场最高温度为1088℃，在考虑整体电解槽对外部的热辐射后，其整体温度可维持在1050℃。（3）考虑中间阳极位置的固定困难以及生产中不便操作的问题，为此考察了将中间的阳极瓦片去除与保留对20kA双排6阴极电解槽电场、温度的影响，结果表明前者的熔体电压为5.279V，阴极电流密度为1.128A/cm2，炉内最高温度为1088℃，且其电场及温度的分布都呈轴对称型;而后者的熔体电压为5.279V，阴极电流密度为1.104A/cm2，炉内最高温度为1105℃，其电场分布不再均匀，向缺少瓦片的一方呈现偏移。（4）对稀土电解企业实际生产中存在的钨阴极熔盐液面上局部快速损伤发生典型工况进行测量，发现钨阴极快速损耗发生在液面上70mm～80mm处，温度为700～800℃，损耗速率约为7.5mm/a（0.02mm/day），表面附着一层较厚的紫红色疏松的盐类沉积层。造成钨阴极熔盐液面上局部快速损伤的原因在于稀土氧化物熔盐电解质挥发物附着在钨阴极表面对其高温氧化产生促进破坏而引发其热腐蚀所致，并非单纯的高温氧化消耗。空气中的氧气透过熔盐蒸汽的封闭输送到钨阴极，较高温度下的阴极接触空气从而引发局部的剧烈氧化，加之存在熔盐沉积附着物的参与致使热腐蚀行为占据损伤的主导。

关键词：稀土熔盐电解槽有限元模拟钨阴极腐蚀

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神经网络在稀土熔盐电解槽槽压中的应用研究

中国稀土学报 2009年第2期27卷 306-308页

作者：张小联邓左民胡珊玲王科军郭雪锋赣南师范学院化学与生命科学学院江西赣州341000 赣州有色冶金研究所江西赣州341000

采用BP神经网络算法研究了氟化物体系稀土电解槽设计时的重要参数如极距、电流密度、槽电压等对电能效率的影响,通过对多个槽体的现场取样数据模拟测试分析,研究了一种基于BP神经网络算法的稀土电解槽槽压模型,研究表明,该模型能够较为... 详细信息

采用BP神经网络算法研究了氟化物体系稀土电解槽设计时的重要参数如极距、电流密度、槽电压等对电能效率的影响,通过对多个槽体的现场取样数据模拟测试分析,研究了一种基于BP神经网络算法的稀土电解槽槽压模型,研究表明,该模型能够较为准确地预测极距、电流密度与槽电压关系,可用于新型稀土电解槽的优化设计。

关键词：神经网络稀土熔盐电解槽槽电压

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稀土金属制备用石墨阳极特性分析

矿冶工程 2024年第5期44卷 163-167页

作者：贾宝玲徐仰涛朱珍旭孙伟高鹏李贝李宗成兰州理工大学白银新材料研究院甘肃白银730900 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 甘肃稀土新材料股份有限公司甘肃白银730922

为探究影响稀土金属制备用石墨阳极使用寿命的主要因素,采用数码显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、四探针测试仪对不同使用寿命石墨阳极的宏观和微观形貌、晶体结构、石墨化度、热学性能、电阻率进行了... 详细信息

为探究影响稀土金属制备用石墨阳极使用寿命的主要因素,采用数码显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、四探针测试仪对不同使用寿命石墨阳极的宏观和微观形貌、晶体结构、石墨化度、热学性能、电阻率进行了比较和综合评估。结果表明,石墨阳极电阻率、内部裂纹及孔隙度是造成石墨阳极使用寿命差异的主要因素。研究结果可为稀土金属制备用石墨阳极的筛选提供参考,为企业降本增效提供技术支持。

关键词：石墨阳极稀土金属石墨电极稀土熔盐电解槽

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包头稀土研究院承担的国家计委稀土项目取得较好进展

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稀土信息 2001年第2期 4-4页

作者：夏国金

包头稀土研究院承担的国家计委“万安培稀土熔盐电解槽关键技术与成套设备”产业化开发项目,取得了显著成绩,自行设计安装的6000安培、10000安培电解槽,经过长期运行,状况良好,产出的稀土金属合格率达100％。该装置实现了机械化自动加... 详细信息

包头稀土研究院承担的国家计委“万安培稀土熔盐电解槽关键技术与成套设备”产业化开发项目,取得了显著成绩,自行设计安装的6000安培、10000安培电解槽,经过长期运行,状况良好,产出的稀土金属合格率达100％。该装置实现了机械化自动加料和电解过程数据自动化采集。

关键词：包头稀土研究院国家计委万安培熔盐电解成套设备国家计划委员会稀土熔盐电解槽稀土

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政经

中国有色金属 2015年第24期 24-24页

电解铝等行业率先开展高耗能行业能效"领跑者"活动为推进工业绿色发展和转型升级,持续提升能源利用效率,日前,工业和信息化部、国家发展改革委、质检总局制定了《高耗能行业能效"领跑者"制度实施细则》,旨在建立高耗能行业能效"领跑者"... 详细信息

电解铝等行业率先开展高耗能行业能效"领跑者"活动为推进工业绿色发展和转型升级,持续提升能源利用效率,日前,工业和信息化部、国家发展改革委、质检总局制定了《高耗能行业能效"领跑者"制度实施细则》,旨在建立高耗能行业能效"领跑者"制度,定期发布单位产品能耗最低的高耗能行业能效"领跑者"企业名单及其能效指标,形成推动高耗能行业能效水平整体提升的长效机制。

关键词：高耗能行业贸易禁止高性能商品编码商品目录有色金属加工产品能耗高纯稀土锻轧领跑者电解铝原铝政经制备技术稀土熔盐电解槽

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动态

中国勘察设计 2011年第12期 83-83页

天宝公司中国研发中心正式运营近日,天宝公司(Trimble)中国研发中心在陕西西安正式开业,该中心旨在将商用产品和技术本地化,并开发本地化的商用解决方案。目前,该研发中心的核心业务是

关键词：稀土公司中华人民共和国研发中心稀土熔盐电解槽商用产品爱普生