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摘要
为探明铝电解槽阴极燕尾槽内各界面的接触行为及其界面接触电阻对阴极电热应力场的影响,建立基于接触电阻的物理场计算方法,对比分析接触电阻对阴极燕尾槽电场-热场-应力场的影响,提出并构建了接触压力与接触电阻之间的双向耦合方法,考察接触应力和接触电阻两者动态平衡下的电热场分布特性。在此基础上,分析钢棒糊膨胀系数对阴极电热场的影响。研究结果表明:施加接触电阻后阴极电压降由221.69 mV增加到311.85 mV,由接触电阻引起的接触电压降为90 mV,约占整个阴极电压降的29%;而阴极电流密度由41.52 mA/mm2减小到29.90 mA/mm2,阴极电流密度下降了约28%;燕尾槽侧部接触压力高于顶部接触压力,接触压力主要集中于燕尾槽的"燕尾"处;相比未考虑接触电阻的计算结果,考虑接触电阻的铝电解槽电热场分布及计算结果更加接近生产实际,其接触压力整体上提高了约0.25 MPa;接触电阻会引起阴极高温区域向炭块底部和X轴方向扩张,导致炭块的温度梯度减小;在阴极炭块可承载范围内,通过钢棒糊膨胀系数优化计算,发现适当增大接触压力能够有效降低阴极电压降,当阴极钢棒糊的热膨胀系数增加4倍时,阴极电压降降低了12.68 mV,且温度场未出现明显变化;在铝电解槽物理场的计算过程中,需要考虑与重视燕尾槽内界面接触电阻,这有利于更加准确地认识和了解阴极物理场的分布特性。
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