Numerical simulation and test analysis of magnetic field in 500 kA aluminum electrolyzer
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摘要: 利用 SolidWorks 三维建模及 COMSOL三维仿真模拟软件，对500 kA铝电解槽进行数值模拟. 对某厂家500 kA铝电解槽进行磁场测试，测试结果与模拟结果吻合较好. 得出500 kA铝电解槽的磁度分布，并对500 kA铝电解槽进行磁场优化，通过增加立柱母线和槽周母线到铝电解槽的距离降低立柱母线与槽周母线对铝液层的影响. 优化使得铝液层在Z轴方向上磁场分布趋于均匀稳定. 为改善生产工艺技术条件提供了技术支持.Abstract: Using 3D modeling of SolidWorks and 3D simulation software of COMSOL, the numerical simulation of 500 kA aluminum electrolyzer was carried out. A magnetic field test on 500 kA aluminum electrolyzer of a manufacturer is carried, and the test results are in good agreement with the simulation results. The magnetic field distribution of 500 kA aluminum electrolyzer was obtained and optimized, the influences of the column bus bar and groove bus bar on the molten aluminum layer are reduced by increasing the distance between the column bus bar and aluminum electrolyzer as well as the distance between the groove bus bar and aluminum electrolyzer. After the optimization, the magnetic field distribution of the molten aluminum layer tends to be uniform and stable along the Z-axis direction. The simulation and test provide technical support for improving the technical conditions of production process.
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图 2 铝电解槽模型图
1—横梁刚；2—铝导杆；3—阳极钢爪；4—阳极炭块；5—电解质层；6—铝液层；7—阴极炭块；8—槽周母线；9—阴极钢棒；10—电解槽槽壳；11—立柱母线.
Figure 2. Model diagram of aluminum electrolyzer
图 4 500 kA铝电解槽磁场测点分布图
Figure 4. Distribution of magnetic field measuring points of 500 kA aluminum electrolyzer
图 5 铝液层磁场测试值与模拟值对比
Figure 5. Comparison of magnetic field test value and simulation value of molten aluminum layer
图 6 增大母线距电解槽距离后Z方向磁场分布图
Figure 6. Magnetic field distribution in Z direction after increasing distance between bus bar and electrolyzer
表 1 500 kA铝电解槽参数表
Table 1. Parameters of 500 kA aluminum electrolyzer
序号 项目名称 单位 参数 1 电流强度 kA 500 2 电解质水平 mm 360 3 铝液水平 mm 170 4 阳极炭块尺寸 mm×mm×mm 1750×740×370 5 阳极炭块数 块 48 6 阳极钢爪数 个 48 7 阴极炭块尺寸 mm×mm×mm 3810×740×510 8 阴极炭块数 块 48 9 阴极钢棒尺寸 mm×mm×mm 2030×105×225 
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表 2 磁场测试与模拟结果
Table 2. Magnetic field test and simulation results
Gs 项目 测点 Bx实测 Bx模拟 By实测 By模拟 Bz实测 Bz模拟 进电侧（A侧） α1 17 16 40 38 −123 −90 α2 19 17 46 43 −84 −79 α3 40 20 25 30 −50 −61 α4 −45 −28 −48 45 −120 −92 α5 −10 −11 −33 36 −110 −89 α6 −30 −28 −44 42 −70 −68 α7 15 17 38 37 −50 −50 α8 9 11 −48 48 20 10 出电侧（B侧） β1 13 12 −38 36 36 33 β2 26 23 −41 40 30 31 β3 12 13 −44 42 40 45 β4 14 15 −52 50 39 28 β5 13 12.6 −60 62 16 11 β6 15 15 −54 50 46 45 β7 −20 −19 −44 42 43 40 β8 −15 −14 −28 30 39 26 端部测点 A1侧 14 13 −36 33 −28 −25 B1侧 10 11 −30 28 −35 32 A48侧 9 13 −26 25 −40 −38 B48侧 −15 −13.9 28 31 −60 62
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