鋁電解槽的案例
鋁電解槽多物理場(chǎng)耦合分析之電熱場(chǎng)耦合計(jì)算
鋁電解槽是冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法的核心設(shè)備，也是鋁電解工業(yè)發(fā)展的最重要的標(biāo)志。一百多年來(lái)，鋁電解槽結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)優(yōu)化，尤其是陽(yáng)極結(jié)構(gòu)部分，由最初的小型預(yù)焙電解槽、側(cè)插自焙陽(yáng)極電解槽、上插自焙陽(yáng)極電解槽，發(fā)展到大型不連續(xù)、連續(xù)預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，到今天使用的中間下料大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽。鋁電解槽設(shè)計(jì)制造的容量也從160 kA、200 kA、280 kA逐步提高到320 kA、350 kA、420 kA、500 kA等大型預(yù)焙電解槽，現(xiàn)已成為鋁電解工業(yè)的主流，占世界產(chǎn)能的40%，并不斷地朝著大型化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。
雖然我國(guó)鋁產(chǎn)量處于世界第一位，但是我國(guó)鋁工業(yè)存在著許多問(wèn)題。總體上產(chǎn)能過(guò)剩，行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)激烈；國(guó)內(nèi)氧化鋁、電力供應(yīng)價(jià)格不斷上漲，原鋁的生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加；鋁土礦資源短缺；環(huán)境污染嚴(yán)重等制約著鋁產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[7]。開(kāi)發(fā)新技術(shù)，使鋁電解槽更加節(jié)能，降低鋁電解成本是鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。然而，鋁電解過(guò)程是一個(gè)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)、流場(chǎng)以及濃度場(chǎng)復(fù)雜多物理場(chǎng)共同作用的過(guò)程，分析各場(chǎng)的作用機(jī)理，才能準(zhǔn)確的描述鋁電解槽運(yùn)行規(guī)律。開(kāi)展多物理場(chǎng)仿真研究，逐步掌握鋁電解槽的運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗的鋁電解槽生產(chǎn)是鋁電解技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
電熱場(chǎng)耦合計(jì)算
1 模型說(shuō)明
電熱場(chǎng)計(jì)算模型主要包括：立柱母線、大母線、陽(yáng)極導(dǎo)桿、爆炸焊、陽(yáng)極鋼爪、磷生鐵、陽(yáng)極炭塊、電解質(zhì)、鋁液、爐幫、陰極炭塊、鋼棒、扎糊、槽殼、搖籃架以及側(cè)部和底部的保溫材料。
槽幫模型的建立是通過(guò)建立槽幫橫截面形狀再拉伸而成。
展開(kāi) 鋁電解槽多物理場(chǎng)耦合分析之電-熱-結(jié)構(gòu)耦合計(jì)算
為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，計(jì)算熱應(yīng)力時(shí)采用半槽模型進(jìn)行計(jì)算。
圖3 熱應(yīng)力計(jì)算模型
（1）溫度分布邊界直接由電熱場(chǎng)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入。
（2）位移邊界為AB梁底部的支柱固定。
（3）所施加載荷為：
重力加速度9.8m/s2
槽內(nèi)熔體的壓力：
上部結(jié)構(gòu)壓力
圖 4 溫度分布由熱場(chǎng)計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入
3 后處理結(jié)果和分析
電解槽的總位移以及X，Y，Z方向位移如圖5所示。其中X方向?yàn)闊煹蓝说匠?em>鋁端，Y方向?yàn)檫M(jìn)電端到出電端，Z方向?yàn)樨Q直方向。總位移最大值為29.8mm，位于陰極炭塊上表面。由于內(nèi)襯的熱膨脹和陰極炭塊的鈉膨脹，電解槽有上拱的趨勢(shì)，中間的炭塊上拱最明顯。
圖5 電解槽位移計(jì)算結(jié)果
電解槽應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖6所示。最大應(yīng)力為422Mpa，位于搖籃架拐角處，此處應(yīng)力集中比較嚴(yán)重。
圖6 電解槽Mises應(yīng)力
4 小結(jié)
本文建立了電解槽熱應(yīng)力-鈉膨脹耦合計(jì)算模型，提出了利用傳熱和擴(kuò)散的相似性來(lái)模擬鈉擴(kuò)散的方法，并根據(jù)計(jì)算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉(zhuǎn)化為熱膨脹，模擬了電解槽的鈉膨脹應(yīng)力和熱應(yīng)力。模型中考慮了材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內(nèi)襯的受熱收縮效應(yīng)，得出了與實(shí)際情況比較相近的結(jié)果。
展開(kāi) 最新電解鋁自動(dòng)出鋁系統(tǒng)在京研制成功
近日，由北京核心動(dòng)力科技有限公司經(jīng)過(guò)十多年努力，研制成功符合電解鋁現(xiàn)場(chǎng)出鋁要求的“現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化型天車精準(zhǔn)出鋁系統(tǒng)”，完整地解決了這一問(wèn)題。
出鋁是電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序之一，出鋁的精度決定了電解槽鋁水平的高低，也是節(jié)省能源的關(guān)鍵一環(huán)。由于電解鋁現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因高粉塵、高磁場(chǎng)、高酸氣、高溫和高電磁干擾，導(dǎo)致大部分現(xiàn)行自動(dòng)出鋁裝置都難以在此環(huán)境下長(zhǎng)期可靠工作，故障率較高，長(zhǎng)期以來(lái)這個(gè)問(wèn)題一直困擾著電解鋁的生產(chǎn)。
該系統(tǒng)為數(shù)字模塊化結(jié)構(gòu)，是樹(shù)狀自動(dòng)化控制系統(tǒng)，混合無(wú)線總線模式。與現(xiàn)行的出鋁方式共享，出鋁升級(jí)過(guò)程不影響生產(chǎn)。該系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別出鋁天車、出鋁電解槽、出鋁氣源口，甚至出鋁臺(tái)包；可跨區(qū)作業(yè)，也可以同區(qū)多天車工作；出鋁過(guò)程依據(jù)計(jì)劃出鋁量進(jìn)行全自動(dòng)實(shí)時(shí)控制，不受人為因素影響，出鋁準(zhǔn)確快速，其所有數(shù)據(jù)均保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中；系統(tǒng)各參數(shù)均由計(jì)算機(jī)設(shè)置，維護(hù)方便。
由于采用了模組結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，維修只需更換模塊，徹底解決了電解鋁出鋁現(xiàn)場(chǎng)不能可靠運(yùn)行的問(wèn)題，是電解鋁廠不可多得的最新出鋁系統(tǒng)。
展開(kāi) 淺談納米氮化硅在陶瓷中的應(yīng)用
4.鋁冶金氮化硅（VK-SiN01）陶瓷部件
氮化硅陶瓷具有的抗鋁液腐蝕的特性讓其在鑄鋁連軋生產(chǎn)線和煉鋁、熔鋁作業(yè)中，可用來(lái)制作測(cè)溫?zé)犭娕脊芴住掍X爐爐襯、鋁液包子內(nèi)襯、坩堝、鑄鋁模具、鋁電解槽等用具。例如氮化硅陶瓷制成的熱電偶管套用于鋁液測(cè)溫這一技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在我國(guó)普及，這種管套相較于常用的不銹鋼、剛玉陶瓷管套在使用性能上更加優(yōu)異，畢竟不銹鋼容易被鋁液腐蝕，連續(xù)使用20h后就會(huì)被損壞，剛玉更是經(jīng)不起熱沖擊。而在鋁液中性能長(zhǎng)期穩(wěn)定、間歇測(cè)溫1200次以上都不開(kāi)裂的氮化硅陶瓷管套在加工過(guò)程中可謂是一大利器。
總而言之，氮化硅陶瓷是工業(yè)技術(shù)特別是尖端技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵材料。目前國(guó)內(nèi)加工水平總體水平不高，因此氮化硅陶瓷有很大的發(fā)展空間。
展開(kāi) 
供電系統(tǒng)的諧波是如何產(chǎn)生的？抑制方法又是什么呢？
諧波來(lái)自于三個(gè)方面：一是發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波；三是供電系統(tǒng)的電氣設(shè)備（如變頻器、電爐等）等產(chǎn)生的諧波，其中以供電系統(tǒng)的電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波居多，具體如下：
1）晶閘管整流設(shè)備：由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。
晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋脈沖整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也含有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。
2）變頻裝置：變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的使用的增多，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。
3）電弧爐、電石爐：由于加熱原料時(shí)電爐的三相電極很難同時(shí)接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2～7次的諧波，平均可達(dá)基波的8%～20%，最大可達(dá)45%。
4）氣體放電類電光源：熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測(cè)量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。
5）家用電器：電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。
展開(kāi) 大數(shù)據(jù)智能決策.
在大數(shù)據(jù)環(huán)境下,數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與交互式共享會(huì)更加普遍,而具有分布式和分散控制的自治數(shù)據(jù)源是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的主要特征之一[16].此時(shí),多源信息融合是提升大數(shù)據(jù)價(jià)值不可或缺的技術(shù)手段.從決策應(yīng)用的角度來(lái)看,社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的企業(yè)或組織在決策時(shí)需要收集大量的數(shù)據(jù),匯集不同的觀點(diǎn),才能制定出符合客觀規(guī)律的決策.隨著數(shù)據(jù)獲取便利性的增加,信息的全面性和多源信息的協(xié)同作用將更多地被人們關(guān)注,而越來(lái)越多的決策任務(wù)的開(kāi)展,將尋求多源數(shù)據(jù)甚至是跨平臺(tái)、跨區(qū)域、跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)的參與.例如,在城市規(guī)劃決策中,政府部門(mén)需要結(jié)合路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交通流量、城市人口分布以及POIs 數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析[73]; 在醫(yī)療診斷中,有時(shí)專家需要將多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)的診斷結(jié)果進(jìn)行融合分析;在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,可以借助火眼圖像、槽音頻以及其他監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)綜合判斷鋁電解槽過(guò)熱度狀態(tài)[74].多源信息融合對(duì)于大數(shù)據(jù)決策的意義可以歸納為兩方面:一方面,信息融合有利于進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值,從眾多分散、異構(gòu)的數(shù)據(jù)源獲取隱含價(jià)值信息,豐富決策的內(nèi)涵; 另一方面,通過(guò)多源數(shù)據(jù)的交叉引證,可以降低大數(shù)據(jù)潛在的噪音、數(shù)據(jù)缺失、信息不一致和語(yǔ)義模糊等不確定性因素[72],提高決策的置信度.
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