本论文在总结前人研究成果的基础上,设计一种底部阴极结构稀土电解槽,以期克服上插式阴、阳极稀土电解槽存在的诸多不足,并用数值模拟的方法对槽中的电场和流场进行研究,实现稀土电解的生产效率和电流效率的提高,以适应大规模的工业生产。首先,利用ANSYS软件模拟研究底部有接收器和无接收器两种底部阴极结构电解槽,得到两种槽型中极间距为0.1m、0.12m和0.14m时电场的电位及电场强度分布,研究结果表明:(1)电场的分布是均匀的,这样有利于电极间成分的混匀和热传导,能够保证电解所需温度;(2)极间距为0.14m,无接收器时的理论槽电压最大为5.41V、有接收器时的也最大为5.52V。与10KA上插式阴、阳极结构电解槽的槽电压10V相比,底部阴极结构电解槽有着较大的节能降耗空间。其次,利用商业CFD软件FLUENT模拟计算这两种槽型的流场分布情况,同时分析了极间距变化对流场的影响,研究结果表明:(1)阳极底掌产生的气体运动对阴、阳极间电解质的扰动很小,这有利于阴极表面析出金属的收集,减少金属的二次氧化;(2)阳极侧壁和槽壁间的电解质大循环会加速氧化钕的溶解,溶解后的氧化钕会被带到阴、阳极间参与反应,使生产过程顺利进行。从合理利用电解槽和提高电解效率方面分析,极距为0.12m时有接收器的底部阴极电解槽是较理想的。
