10 kA底部阴极结构电解槽热平衡分析

吴富姬,杨文龙,李 建,罗 璇,欧阳健强

(赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000)

近20年来，我国稀土电解行业都采用传统电解槽，生产过程中暴露出许多问题，如电能利用率低等。热平衡是电解过程中的三大平衡之一，计算电解槽的热平衡对改进电解槽槽型、提高电流效率、降低能耗有重大意义。研究计算了10 kA底部阴极结构电解槽在不同极距和不同阴极半径条件下的热平衡，计算结果可用于指导电解工艺参数优化。

1 槽体介绍

传统的10 kA底部阴极结构电解槽采用上插式阴、阳极结构[1]，生产中暴露的问题有：1)炉口处槽体石墨和阳极石墨氧化严重，阳极有效利用率低；2)槽内温度高，电解质挥发损失严重，原料利用率较低；3)电解槽上部敞口较大，散热量大，热能损失较大。底部液态阴极结构电解槽由石墨阳极、钼导体、绝缘材料等砌筑而成，其剖面如图1所示。

图1 底部液态阴极结构电解槽的剖面

热平衡计算中，模型的相关尺寸为：石墨槽体半径64 cm，阴、阳极距12 cm，阳极半径58 cm，电解槽高度45 cm，石墨槽体外壁加入绝缘材料、耐火砖、外钢槽后外壁半径79 cm，钢槽外壁温度60 ℃，电解槽底部温度60 ℃，电解槽上部钢板温度300 ℃，电解液温度1 030 ℃，环境温度30 ℃。

2 电解槽热平衡计算

电解槽的热平衡是指在稳定状态下，供给电解槽体系的热能为电解过程中所需求的热能与从电解槽体系中损失的热能的总和，即热收入与热支出持平。良好的热平衡状态是实现电解槽高产低耗的重要保证。

2.1 电解槽热收入计算

电解槽的热量主要来自2部分：电流通入电解槽产生的热Q电[2]，石墨阳极与阳极气体发生化学反应产生的热Q化[3]。……