铝电解槽槽膛内形在线监测的研究及应用

论文摘要

一直以来铝工业界对槽膛内形的研究都有着高度的重视，因为在铝电解长期的生产实践和理论研究中表明，槽膛内形对电流分布、熔体流动、电流效率、吨铝能耗和槽寿命等均有显著的影响。目前对电解槽的槽膛内形进行连续性的直接测量十分困难，因此探求一种可以在线监测槽膛内形的方法显得尤为重要。本文以国内某铝厂230kA预焙铝电解槽为研究对象，通过对电解槽的热、电耦合场的仿真计算，对槽膛内形的在线仿真进行了研究。主要工作如下：首先采用有限容积法建立铝电解槽的准三维热、电场模型；继而借助于Fortran与Visual Basic语言，开发一套槽膛内形在线监测的软件系统；然后基于槽壳温度在线检测系统提供的槽壳温度信息，对电解槽热、电耦合场进行数值分析；最后根据实测的电解槽运行工况对模型进行验证。主要成果及结论有：1)所建立的铝电解槽准三维模型，能较准确的解析铝电解槽的热、电场，解析结果与实测结果能较好地吻合，炉帮厚度误差不超过2cm。2)利用Fortran与Visual Basic两种语言混合编程，成功地开发了一套槽膛内形在线监测软件系统。混合编程可以使二者有机结合，充分发挥各自在数值计算领域和在界面开发中的优势；同时这也是一种开发其它可视化工程设计、计算软件的有效方法。3)槽膛内形在线监测软件系统界面友好、操作简单，能够实时模拟和显示电解槽的槽膛内形，在试验电解槽上投入试用后，运行稳定、可靠；同时软件模块化程度高、独立性强、维护方便。4)槽膛内形在线监测软件系统可直接为电解槽槽况诊断专家系统提供监测和决策数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 铝电解工业概述
• 1.1.1 现代铝电解技术
• 1.1.2 铝电解工业的现状及发展
• 1.1.3 铝电解的生产工艺
• 1.1.4 铝电解槽
• 1.2 铝电解槽槽膛内形的研究
• 1.2.1 槽膛内形研究的意义
• 1.2.2 槽膛内形分类
• 1.2.3 槽膛内形的影响因素
• 1.2.4 槽膛内形的实验研究方法
• 1.3 槽膛内形的数值研究方法
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 静态数学模拟法
• 1.3.3 动态数学模拟法
• 1.4 课题来源
• 1.5 研究内容与方法
• 第二章 槽膛内形的仿真模型
• 2.1 物理模型
• 2.2 数学模型
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 定解条件
• 2.3 数学模型的数值解法
• 2.3.1 数值解法简介
• 2.3.2 控制方程的离散化
• 2.3.3 边界条件的离散化
• 2.3.4 焦耳热的计算
• 2.4 槽帮位置的确定
• 2.4.1 槽帮的消长过程
• 2.4.2 结壳节点的移动策略
• 2.4.3 节点温度与槽帮厚度的修正
• 2.5 小结
• 第三章 在线监测软件的设计及开发
• 3.1 软件开发的目标
• 3.2 软件设计思想与风格
• 3.3 软件的开发
• 3.3.1 软件的整体结构
• 3.3.2 内部程序的开发
• 3.3.3 外部程序的开发
• 3.4 小结
• 第四章 热、电场仿真模型的验证
• 4.1 研究对象
• 4.1.1 电解槽的相关参数
• 4.1.2 材料物性参数
• 4.2 槽壳温度在线检测系统
• 4.2.1 系统简介
• 4.2.2 热电偶的安装
• 4.2.3 槽壳温度的实时显示
• 4.2.4 槽壳温度的处理
• 4.3 仿真计算结果及分析
• 4.3.1 电场计算结果及分析
• 4.3.2 热场计算结果及分析
• 4.3.3 槽膛内形计算结果及分析
• 4.4 小结
• 第五章 铝电解热工过程监控系统
• 5.1 热工过程监控系统
• 5.2 槽况诊断专家系统
• 5.2.1 系统功能
• 5.2.2 系统结构
• 5.3 铝电解热工过程监控系统的应用
• 5.4 小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢