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传统上插阴极稀土电解槽存在熔盐挥发损失大、电解槽上部空间紧张、石墨阳极和石墨电解槽氧化严重、稀土金属溶解损失和二次氧化严重以及电流效率低等诸多弊端。同时,在大型化、自动化和节能化的稀土电解技术发展迫切要求下,开发更高性能底部液态阴极稀土电解槽,以突破传统上插阴极稀土电解槽槽型结构的限制,成为学术界和稀土产业共同关注的焦点问题。为此,本研究通过借鉴成熟的工业铝、镁电解槽的结构特点,在稀土电解现场调研和课题组前期研究的基础上,确立6kA底部液态阴极结构钕电解槽的设计目标,利用商业软件ANSYS建模计算了电解槽的电场、热场、温度场和流场,最终设计和优化出新型的槽型结构图。研究中所取得的主要结果包括:(1)通过对某稀土金属公司现场应用的10kA方形和圆形稀土电解槽内流场模拟对比分析,得出圆形槽结构具有优势,从而确定了6kA底部液态阴极结构钕电解槽的圆形槽型结构。(2)建立ANSYS辅助下电解槽设计流程包括:1)槽型主体结构确定和尺寸遍历设定,2)ANSYS辅助计算电解槽电位和电流分布,3)根据热量平衡筛选初步确定电解槽尺寸,4)通过ANSYS温度场模拟计算优选电解槽尺寸,5)通过ANSYS流场模拟计算再次优选确定电解槽尺寸。所拟定的6kA底部液态阴极电解槽结构中,根据热平衡计算结果,满足热量收支平衡的三种电解槽尺寸分别为:电解槽极距9cm,阴极半径47cm、电解槽极距11cm,阴极半径48cm和电解槽极距13cm,阴极半径49cm。(3)温度场仿真模拟结果表明,电解槽极距11cm,阴极半径48cm和电解槽极距13cm,阴极半径49cm两种尺寸电解槽的温度场分布较为合理;而经过CFD模块对温度场分布较为合理的两种电解槽型进行流场的仿真模拟对比得出最佳电解槽设计尺寸为:电解槽极距11cm,阴极半径48cm。结合工程施工要求最终确定6kA底部液态阴极结构钕电解槽结构图。