阳极焙烧炉合理热工制度的研究

论文摘要

铝工业是国民经济发展的重要基础原材料产业,炭阳极作为铝电解生产的“心脏”,由于其直接参与电解铝中的电化学反应,其质量和工作状况对铝电解生产的电流效率等产生巨大影响。为阳极焙烧炉制定合理的热工制度,加紧对阳极焙烧炉内的焙烧过程本质进行理论研究,特别是深入了解焙烧炉焙烧过程中其流场、温度场之间的相互关系,揭示焙烧炉结构、流场分布与阳极传热之间的相互作用规律,对于焙烧炉提高焙烧阳极质量、降低能耗具有十分重要的经济意义,这也是开展焙烧炉研究的科学意义所在。本文首先对阳极进行了简单介绍,并对阳极焙烧原理、生产工艺流程及质量指标进行了简要概述。综述了目前国内外阳极焙烧技术发展状况,预测了我国在这一领域的发展趋势。以此作为本文研究的指导方向,展开了相应的研究工作。为了准确了解本文所研究倒焰式焙烧炉的热工特性及物性参数,对某公司炭素制品(生阳极、填充焦、熟阳极)所取的样品性能进行实验室测定,测定结果为以后的物料性能的研究工作及焙烧炉设计和优化工艺操作提供依据。本文将现场实测的热工参数和实验室测试的物性参数作为数值模拟的边界条件和材料属性,利用先进的CFD计算流体软件中的Fluent程序对倒焰式焙烧炉中的传热及烟气流动问题进行了模拟。本次模拟主要针对倒焰式焙烧炉火道内部结构进行了两次不同的改进,从模拟结果看,这两项措施在不同程度上对原有火道结构内的传热效果与速度分布有了相应的改善。实验室物性参数的测试与焙烧炉火道中数值模拟都为制定合理的焙烧炉热工制度做了准备。本文以某炭素厂实际焙烧曲线的改造为实例,通过Fluent软件模拟了改造后的焙烧曲线对料箱及阳极在加热过程中温度场及速度场的影响,模拟结果显示改进后的焙烧曲线与该厂实际相符合,达到了最终提升阳极质量的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阳极焙烧概述
• 1.2.1 阳极概述
• 1.2.2 阳极焙烧原理
• 1.2.3 预焙阳极的生产工艺流程
• 1.2.4 预焙阳极的质量指标
• 1.3 阳极焙烧技术发展现状
• 1.3.1 国外的阳极焙烧技术
• 1.3.2 我国的阳极焙烧技术
• 1.4 本文主要研究工作
• 第二章 炭素材料物性参数的测试
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验测定
• 2.2.1 测定内容
• 2.2.2 制备试样
• 2.2.3 水分的测定
• 2.2.4 挥发分的测定
• 2.2.5 灰分的测定
• 2.2.6 生阳极挥发分挥发速率的测定
• 2.2.7 试样的热值的测定
• 2.2.8 阳极导热系数的计算
• 2.3 实验结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 焙烧炉数值模拟
• 3.1 Fluent软件的概述
• 3.1.1 Fluent软件简介
• 3.1.2 Fluent软件求解问题的步骤
• 3.2 数学模型
• 3.3 物理模型
• 3.3.1 火道结构
• 3.3.2 火道墙结构
• 3.3.3 横墙结构
• 3.3.4 侧墙结构
• 3.3.5 炉底结构
• 3.4 边界条件和材料属性
• 3.5 阳极焙烧炉稳态模拟结果及分析
• 3.5.1 焙烧炉模型的网格划分
• 3.5.2 温度场
• 3.5.3 速度场
• 3.6 本章小结
• 第四章 阳极焙烧炉合理热工制度的讨论
• 4.1 影响焙烧质量的因素
• 4.1.1 焙烧体系中气氛的影响
• 4.1.2 压力的影响
• 4.1.3 升温速率的影响
• 4.1.4 填充料的影响
• 4.2 焙烧曲线
• 4.2.1 焙烧曲线的制定依据
• 4.2.2 制定焙烧曲线的原则
• 4.3 阳极升温曲线的制定
• 4.3.1 研究对象
• 4.3.2 原焙烧曲线
• 4.3.3 实际升温曲线
• 4.4 料箱与阳极的非稳态模拟
• 4.4.1 物理模型
• 4.4.2 边界条件与材料属性
• 4.4.3 温度场
• 4.4.4 温度曲线
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文