阳极焙烧曲线优化的数值模拟(2)

?４４?

轻金属２０１１年第９期

?铝用炭素?

阳极焙烧曲线优化的数值模拟

王广稳，彭庆勇

（中国铝业股份有限公司青海分公司，青海大通８１０１０８）

摘要：根据现场的实际情况，建立了阳极焙烧的热工模型，采用数值模拟的方法对焙烧曲线进行了优化研究，模拟了不同焙烧曲线对阳极温升过程、终焙温度和内外温差的影响，结果表明：在其它参数一定的情况下，随着火焰周期的延长，阳极中心的温升曲线逐渐右移，终焙温度逐渐升高，阳极的内外温差逐渐缩小；随着火焰周期的降低，各焙烧阶段的阳极平均升温速率升高，阳极的保温时间逐渐减少。从数值模拟结果来看，最优的焙烧曲线是火焰周期为３０ｈ的焙烧曲线。

关键词：阳极；焙烧曲线；热工模型；数值模拟

中圈分类号：ＴＱｌ２７．１＋ｌ文献标识码：Ａ文章编号：１００２—１７５２（２０１１）０９—４４—４

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由煅后焦和作为粘接剂的煤沥青通过混捏和成型而制得的生阳极，在使用前必须经过焙烧，才能最终应用在铝电解槽上。焙烧曲线是阳极焙烧过程中所必须遵循的工艺曲线，是焙烧出合格阳极产品的基本保证，它决定了阳极在炉内焙烧加热时间的长短和加热温度的高低。焙烧曲线一般遵循”两头快、中间慢”的升温原则【１。Ｊ，升温速率、焙烧温度和均热时间是焙烧曲线控制的关键因素，而这些因素最终都要反应在阳极的温度控制上，只有使料箱中阳极的升温情况符合焙烧要求的焙烧曲线才是合理的。同一焙烧曲线应用在不同的焙烧炉上，会带来不同的焙烧效果，因此，焙烧曲线必须根据不同焙烧炉的结构和热工条件而定。目前国内对焙烧曲线的制定大多是凭借生产经验，缺乏理论依据，同时关于焙烧曲线对阳极内部温升速率影响方面的研究也相对较少。本文根据某焙烧炉的实际情况，建立了阳极焙烧的二维热工模型，模拟了不同焙烧曲线对阳极温升过程、终焙温度和内外温差的影响，得出来一些有价值的结论，这对该焙烧炉焙烧曲线的优化，节能降耗和提高产品质量都具有重要的现实意义。

收稿１３期：２０１１—０４—２７

１数学物理模型的建立

１．１物理模型的建立

料箱的结构尺寸为５２９０ｍｍ×７２０ｍｍ

Ｘ

５２９０ｍｍ。料箱内布置３层阳极块，每一层有７块阳极，并采用竖装方式，阳极块的尺寸为１５２０ｒａｍＸ６６３ｍｍ×５５５ｍｍ。阳极与挡墙的距离为３００ｍｍ，与火道墙的距离为７５ｍｍ，火道墙的厚度为１１６ｍｍ。在阳极块与火道墙和端墙之间，以及料箱的上部和底部均用煅后焦填充，作为阳极的保护和传热介质。其中炉底和料箱上部的铺料厚度分别为ｌＯＯｍｍ和５５０ｍｍ。根据对称性，取料箱中间截面的１／２作为计算区域，建立的实体模型如图１所示。

１．２数学模型的建立１．２．１传热方程

为了突出所研究问题的重点，做如下假定：①阳极块之间的接触热阻忽略不计；②阳极块之间的间隙忽略不计；③材料各相同性，仅是温度的函数；④火道中的温度严格按焙烧曲线来升温；⑤忽略火道内的上下和前后温差；⑥焙烧过程中填充料的凹陷

万方数据

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