李贺松，曹 曦，田应甫

(1. 中南大学 能源科学与工程学院，长沙 410083；2. 重庆天泰铝业有限公司，重庆 401328)

低能耗下铝电解槽阳极结构的优化

李贺松1，曹 曦1，田应甫2

(1. 中南大学 能源科学与工程学院，长沙 410083；2. 重庆天泰铝业有限公司，重庆 401328)

为了进一步降低铝电解工业能耗，以仿真软件ANSYS及ANSYS-FLUENT为平台，应用阳极穿孔方式对铝电解用阳极进行结构优化，并进行工业试验，以研究其工业应用并验证仿真结果。计算结果表明：新型阳极下气泡层厚度为1.28 cm，比普通阳极气泡层厚度减少0.72 cm，对应极距电压差约240 mV；阳极表面温度最低为704.3 ℃，阳极电压降为379 mV，电场分布与普通阳极保持一致；阳极碳块热应力最大值为17.4 MPa，远低于碳块的许用应力。新型阳极在3台槽上进行试验，长期运行的平均槽电压比传统电解槽的降低了229 mV，穿孔阳极结构电解槽电流效率从91.15%提高到91.85%，生产每吨铝直流电耗降低了683 kW·h。仿真结果与实验结果相符，说明此结构阳极能够快速排出气泡进而减小极距。

铝电解槽；低能耗；穿孔阳极结构；气泡层厚度；多物理场耦合；数值模拟；工业试验

霍尔−埃鲁特熔盐电解炼铝法的工业应用已有100多年，其中电解铝生产工艺过程和容量发展迅猛，使铝的产量大大提高。随着技术进步，电解铝能耗有所降低，直流电耗已由20世纪初的每吨铝40 MW·h降低到每吨铝13 MW·h[1]，但目前最先进的铝电解工艺能量利用率也只有52%左右[2]，有一半左右的电能转变成了热量散发流失了。而节能和环境保护已经成为全球共同面对的问题，因此，改进铝电解槽设备，在提高或保持电流效率的基础上，将能量利用率提高到55%～58%，甚至60%以上，将是电解铝行业科技技术的发展方向。……