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沙特Maaden铝项目,总体规划年产330万吨铝土矿、140万吨氧化铝和66万吨电解铝,新建2个电解系列,每个电解系列安装336台SY360预焙阳极电解槽,项目配套年产39万吨铝用阳极。该项目是当今世界最大规模的集矿山、氧化铝、电解铝和电厂于一体的大型联合项目。电解铝厂是该项目的一部分,包括电解车间、铸造车间、原材料贮运系统、生阳极车间、焙烧车间、阳极组装车间、230kV配电装置和整流所以及辅助生产系统,电解槽大修采用集中大修方式。
电解系列采用的360kA预焙阳极电解槽是在河南神火铝厂已投产的SY350电解槽设计的基础上,对神火铝厂SY350电解槽的磁场、热平衡、力场等进行测试,验证计算的准确性,通过修正计算模型和条件,对电解槽的“物理场”进行设计优化,使SY360电解槽获得更好的经济技术指标。
应用ANSYS工程软件对SY360电解槽磁场进行模拟计算,建立包含电解槽相邻电解槽、槽周围母线、内部电流、槽壳等铁磁物质以及槽周围空气等在内的三维模型,利用麦克斯韦方程组进行求解。计算时考虑了同厂房的相邻电解槽的影响,根据计算结果优化母线配置。SY360电解槽垂直磁场最大值为19.204Gs,垂直磁场四个象限绝对值的平均值分别为3.029Gs、2.460Gs、3.878Gs、3.586Gs,与SY350电解槽相比,数值更小,磁流体的稳定性更好。
在电解槽槽侧上部和阳极覆盖料形成一个良好的散热窗口,以保证槽内形成规整的炉帮。槽侧下部和底部需要良好的保温,节省能量,防止过长伸腿。应用ANSYS软件,采用有限差分的方法,进行求解。SY360电解槽采用深槽膛,不仅增加了槽侧的散热面积,同时也满足了电解槽通过降低阳极自动熄灭效应的要求。采用槽壳散热片和炭化硅结合氮化硅侧块以及防渗浇注料,使电解槽获得良好的炉膛形状。槽壳侧部最高温度由350kA电解槽的317℃降低至280℃。
通过建立1/4摇篮槽壳的有限元模型,来模拟槽壳的受力和温度,应用ANSYS软件,进行求解。通过优化设计,保证SY360电解槽摇篮槽壳具有足够的强度来防止其变形过大,槽壳最大变形小于32mm。