熔盐电解制备稀土金属及其合金研究进展

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作者 许自豪 刘爱民 +3 位作者 刘风国 鲁小青 刘玉宝 石忠宁 《中国有色冶金》 北大核心 2025年第2期9-24,共16页

稀土金属及其合金在当今社会已成为必不可少的资源,其主要采用熔盐电解法制备。本文介绍了高温熔盐和室温熔盐(离子液体)体系电解制备稀土金属及其合金的研究进展。关于高温熔盐体系,介绍了氯化物熔盐和氟化物熔盐体系电解制备稀土金属... 稀土金属及其合金在当今社会已成为必不可少的资源,其主要采用熔盐电解法制备。本文介绍了高温熔盐和室温熔盐(离子液体)体系电解制备稀土金属及其合金的研究进展。关于高温熔盐体系,介绍了氯化物熔盐和氟化物熔盐体系电解制备稀土金属、不同阴极(惰性阴极、活性固态阴极、活性液态阴极)电解制备稀土合金以及我国稀土熔盐电解关于电解槽、自动化与智能化技术的研究进展。关于离子液体体系,介绍了卤素金属酸盐型、空气和水稳定型、任务特定型、深共晶溶剂几类离子液体电解制备稀土金属及其合金的研究进展。在高温熔盐体系中已经实现多种稀土金属及其合金的工业化生产,但随着“双碳”战略持续推进,稀土电解高能耗、高排放的问题已经是迫在眉睫,开发节能、环保的稀土电解新工艺及设备是稀土电解未来发展的方向。离子液体体系电解产物多为颗粒或薄膜状,制备出块体金属尚有一定困难,继续开发具有低黏度、高盐溶解度、高稳定性等优异理化性能的低成本离子液体,对于低温电解制备稀土金属及其合金具有重要意义。 展开更多

关键词 稀土 熔盐电解 高温熔盐体系 常温熔盐体系 离子液体体系 电解设备 电沉积

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NdF_(3)含量对NdF_(3)-LiF熔盐局域结构和输运性质的影响

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作者 林嘉豪 付芳忠 +6 位作者 叶昊辉 胡金 姚明灿 范鹤林 王旭 王瑞祥 徐志峰 《化工学报》 北大核心 2025年第8期3834-3841,共8页

NdF_(3)-LiF熔盐的输运性质(如电导率、黏度)对稀土金属钕的电解制备过程及电解生产的电能消耗等技术经济指标影响很大。本研究采用分子动力学模拟,在温度为1323 K的条件下研究了NdF_(3)含量对NdF_(3)-LiF熔盐局域结构和输运性质的影响... NdF_(3)-LiF熔盐的输运性质(如电导率、黏度)对稀土金属钕的电解制备过程及电解生产的电能消耗等技术经济指标影响很大。本研究采用分子动力学模拟,在温度为1323 K的条件下研究了NdF_(3)含量对NdF_(3)-LiF熔盐局域结构和输运性质的影响。结果表明,NdF_(3)含量增加时,[NdF_(9)]^(6-)和[NdF_(8)]^(5-)向[NdF_(7)]^(4-)和[NdF_(6)]^(3-)转变;氟离子连接类型中桥氟和端氟的占比均增加,其中桥氟占比上升幅度更大;[NdF_(8)]^(5-)多面体间的连接方式中,共顶角占比下降,共棱和共面的占比增加;离子的扩散能力排序为:Li^(+)>F^(-)>Nd^(3+)。随着NdF_(3)摩尔含量从20%增加到55%,熔盐黏度从3.31 mPa·s增加到7.43 mPa·s,电导率由4.84 S·cm^(-1)降低到1.78 S·cm^(-1)。本研究明确了NdF_(3)-LiF熔盐的输运性质,并揭示了其变化的本质原因,为稀土金属钕的低碳、绿色、高效制备提供了科学指导。 展开更多

关键词 黏度 电解质 分子模拟 局域结构 输运性质 电导率 熔盐电解 稀土金属

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基于遗传算法优化的稀土氧化物浓度模糊控制策略研究

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作者 费鹏宇 王新春 +1 位作者 杨培宏 王震 《中国有色冶金》 北大核心 2025年第1期76-84,共9页

针对当前稀土电解工业自动化水平较低的问题,提出一种基于遗传算法(GA)优化的稀土氧化物浓度模糊控制方法,该方法结合稀土熔盐电解工艺的特点,分析槽电阻、稀土氧化物浓度以及下料速率之间的关系,以确定相应的浓度控制策略。利用遗传算... 针对当前稀土电解工业自动化水平较低的问题,提出一种基于遗传算法(GA)优化的稀土氧化物浓度模糊控制方法,该方法结合稀土熔盐电解工艺的特点,分析槽电阻、稀土氧化物浓度以及下料速率之间的关系,以确定相应的浓度控制策略。利用遗传算法的迭代寻优能力,实现对模糊控制的量化因子与比例因子的动态调整,进而得到一个性能较好的模糊控制器。通过Simulink进行仿真验证,结果表明,当比例因子和量化因子K_(e)、K_(ec)、K_(u)分别为0.01、0.03和7.94时系统达到最优,模糊控制器超调量为0.1%,调节时间为16 s,相比于传统PID控制和模糊控制均有所改善。实际工程应用结果表明,该模糊控制方法可以将稀土氧化物浓度控制在理想区域内,能够满足现场稀土熔盐电解的工作需求。由于此方法采用遗传算法进行优化,在稀土氧化物浓度控制这种复杂系统中需要较多的计算资源和时间,后续可考虑对算法进行改进,以提高优化效率和精度。 展开更多

关键词 稀土熔盐电解 稀土氧化物浓度 槽电阻 下料速率 遗传算法 模糊控制

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通电方式对稀土熔盐电解影响的数值模拟及分析

4

作者 龚姚腾 吕招东 +3 位作者 陈泽斌 逄启寿 刘胜 万福兴 《中国有色冶金》 CAS 北大核心 2024年第1期112-118,共7页

在稀土熔盐的电解过程中,不同的通电方式对槽内各物理场影响也不同,进而会对电解槽的电解效率产生一定的影响。本文以某企业8 kA稀土电解槽为原型,通过Comsol的热电耦合模块研究通电铜板单侧与多侧分布的通电方式及通电铜板的不同位置... 在稀土熔盐的电解过程中,不同的通电方式对槽内各物理场影响也不同,进而会对电解槽的电解效率产生一定的影响。本文以某企业8 kA稀土电解槽为原型,通过Comsol的热电耦合模块研究通电铜板单侧与多侧分布的通电方式及通电铜板的不同位置分布下的电解槽电解时内部各物理场的变化情况,通过对比电流密度、电势差、电解温度的大小寻找最合适的通电方式。结果表明:只考虑电解效率时,导电板四侧中位通电最优分布方式,此时电解槽内电流密度最大,电能损耗最低,电解效果最好。若考虑制造成本以及可操作性,导电板单侧中位分布是最优解,这种设计的电解槽电解效率较高,同时也留出较大操作空间。其余几种分布均存在弊端,需要进一步完善。该研究旨在为稀土电解槽的结构优化提供参考意见。 展开更多

关键词 稀土 电解槽 通电方式 结构优化 数值模拟 电流密度 电势差 电解温度

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稀土电解槽数值模拟研究现状及发展趋势 被引量：1

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作者 刘风琴 王胜楠 +5 位作者 刘玉宝 王杰 李荣斌 张全军 黄海涛 赵洪亮 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2024年第11期225-239,共15页

稀土电解槽是熔盐电解法制备稀土金属的核心设备,优化槽型结构对制备稀土的电解工艺向着高效化、大型化方向发展具有重要意义。为了全面深入了解现有稀土电解槽流场、电场、温度场等研究现状,从上插式稀土电解槽流场、上插式稀土电解槽... 稀土电解槽是熔盐电解法制备稀土金属的核心设备,优化槽型结构对制备稀土的电解工艺向着高效化、大型化方向发展具有重要意义。为了全面深入了解现有稀土电解槽流场、电场、温度场等研究现状,从上插式稀土电解槽流场、上插式稀土电解槽电热耦合场、大型稀土电解槽和底部阴极式稀土电解槽的仿真现状四个方面进行概述。总结基于数值模拟方法对稀土电解槽开发设计及结构优化,提出仍需改进或补充的仿真工作,并展望稀土电解槽未来的发展方向。 展开更多

关键词 稀土电解槽 电热场耦合 大型化 数值模拟 优化设计

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稀土金属制备用石墨阳极特性分析

6

作者 贾宝玲 徐仰涛 +4 位作者 朱珍旭 孙伟 高鹏 李贝 李宗成 《矿冶工程》 CAS 北大核心 2024年第5期163-167,共5页

为探究影响稀土金属制备用石墨阳极使用寿命的主要因素,采用数码显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、四探针测试仪对不同使用寿命石墨阳极的宏观和微观形貌、晶体结构、石墨化度、热学性能、电阻率进行了... 为探究影响稀土金属制备用石墨阳极使用寿命的主要因素,采用数码显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、四探针测试仪对不同使用寿命石墨阳极的宏观和微观形貌、晶体结构、石墨化度、热学性能、电阻率进行了比较和综合评估。结果表明,石墨阳极电阻率、内部裂纹及孔隙度是造成石墨阳极使用寿命差异的主要因素。研究结果可为稀土金属制备用石墨阳极的筛选提供参考,为企业降本增效提供技术支持。 展开更多

关键词 石墨阳极 稀土金属 石墨电极 稀土熔盐电解槽

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全封闭底部液态阴极结构稀土电解槽的模拟与设计 被引量：8

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作者 薛娟琴 张桀 +2 位作者 唐长斌 毕强 郭忠源 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期19-22,30,共5页

利用ANSYS10.0软件对20kA底部液态阴极结构的电解槽进行温度场、电场的模拟计算,并结合计算结果设计出一种极距为10cm、半径为92cm的20kA全封闭底部液态阴极结构电解槽。该电解槽采用阳极切分方式来减轻阳极质量,且不会对电解槽的电场... 利用ANSYS10.0软件对20kA底部液态阴极结构的电解槽进行温度场、电场的模拟计算,并结合计算结果设计出一种极距为10cm、半径为92cm的20kA全封闭底部液态阴极结构电解槽。该电解槽采用阳极切分方式来减轻阳极质量,且不会对电解槽的电场造成影响,同时设计钢爪+石墨的阳极固定方式,以降低阳极残极消耗。槽盖的设计可提高电解槽的电流效率,降低能耗;N2进气口的设计可防止石墨阳极侧面被氧化消耗。 展开更多

关键词 稀土电解槽 底部液态阴极 全封闭结构 熔盐电解 ANSYS软件

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复合电解质材料的电性能及应用 被引量：5

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作者 纪媛 刘江 +3 位作者 贺天民 王金霞 裴力 苏文辉 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期265-268,共4页

利用固相法制备了不同粒度的Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)与(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08(YSZ)的复合材料(SDC与YSZ的质量比分别为1∶9,3∶7,5∶5),以其为电解质制备成片状燃料电池,X射线衍射结果表明,材料呈双相复合结构,阻抗谱和电池性能的测量结果表... 利用固相法制备了不同粒度的Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)与(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08(YSZ)的复合材料(SDC与YSZ的质量比分别为1∶9,3∶7,5∶5),以其为电解质制备成片状燃料电池,X射线衍射结果表明,材料呈双相复合结构,阻抗谱和电池性能的测量结果表明,电解质在低温和掺杂量较低时电导率比纯YSZ高,在电池工作温区(700～850℃)内电导率都较低.以它为电解质的氢氧燃料电池开路电压很低,并且随SDC掺杂量的升高下降的非常明显. 展开更多

关键词 复合电解质材料 电性能 固相法 陶瓷材料 阻抗谱 燃料电池

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氟氧化钕耐火材料的研制与应用 被引量：5

9

作者 任永红 陈国华 +3 位作者 张志军 孔向民 侯复生 唐凤凰 《耐火材料》 CAS 北大核心 2003年第3期147-149,共3页

为给大型稀土金属电解槽提供一种抗氟盐侵蚀和高温抗氧化性好 ,且对稀土金属产品无污染的内衬材料 ,以氧化钕、氟化钕及钕电解槽炉底的结瘤物为主要原料 ,将氧化钕和氟化钕或炉底料按一定比例混合、压制成块和烧成来制备熟料 ,再将熟料... 为给大型稀土金属电解槽提供一种抗氟盐侵蚀和高温抗氧化性好 ,且对稀土金属产品无污染的内衬材料 ,以氧化钕、氟化钕及钕电解槽炉底的结瘤物为主要原料 ,将氧化钕和氟化钕或炉底料按一定比例混合、压制成块和烧成来制备熟料 ,再将熟料破粉碎 ,配料成型 ,最后烧成 ,制备了以氟氧化钕为主要组成的新型耐火材料。通过实际应用表明 ,该材料具有一定的抗氟盐侵蚀能力和高温下的抗氧化能力 ,应用于大型稀土氟化物熔盐电解槽 。 展开更多

关键词 氟氧化钕 耐火材料 研制 应用 电解槽 稀土氧化物

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稀土熔盐电解槽电场的仿真模拟 被引量：24

10

作者 刘中兴 伍永福 张宏光 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2008年第1期34-37,共4页

利用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性的特点,建立了稀土电解槽的电极及熔体整体电场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度及不同极间距的电场进行了仿真模拟,得出了槽电压及电位分布与电极插入不同深度及不同极间距的关系。

关键词 稀土电解槽 电场 仿真模拟

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不同阴阳极圆心距下稀土电解槽的电解特性分析 被引量：11

11

作者 冯羽生 逄启寿 许礼刚 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期581-586,共6页

为了研究稀土熔盐电解槽的电解效率与温度场分布的关系,以15kA大电流稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了不同的阴阳极圆心距的稀土电解槽的温度场分布和电场等参数.得出了电解槽温度场分布随阴阳极圆心距位置变化... 为了研究稀土熔盐电解槽的电解效率与温度场分布的关系,以15kA大电流稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了不同的阴阳极圆心距的稀土电解槽的温度场分布和电场等参数.得出了电解槽温度场分布随阴阳极圆心距位置变化关系图,并分析了电解槽内温度场分布对整个电解反应过程的影响,为电解槽的结构优化和安装提供了参考依据. 展开更多

关键词 稀土电解槽 数值模拟 温度场

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稀土熔盐电解槽内温度场数值模拟 被引量：19

12

作者 伍永福 刘中兴 +1 位作者 李曙阳 任永红 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2012年第1期27-31,共5页

在前人电场及流场的研究基础上,考虑电热场及电解质流动对温度场分布的影响,利用差分法建立柱坐标下的能量传输方程的上风差分离散格式,采用FORTRAN97编程,对3kA钕电解槽的温度场进行了数值模拟。结果表明,电极之间的发热强度最大,但并... 在前人电场及流场的研究基础上,考虑电热场及电解质流动对温度场分布的影响,利用差分法建立柱坐标下的能量传输方程的上风差分离散格式,采用FORTRAN97编程,对3kA钕电解槽的温度场进行了数值模拟。结果表明,电极之间的发热强度最大,但并不是电解槽的最高温区,高温区在接收器内部(1 100℃),模拟结果与实测结果比较吻合。 展开更多

关键词 稀土电解槽 温度场 钕 数值模拟

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稀土电解槽气液两相流动数值模拟 被引量：16

13

作者 刘宇新 刘中兴 杨立军 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2011年第10期27-30,33,共5页

利用CFD软件,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对稀土电解槽的阳极表面化学反应自动生成气体的流场进行了数值模拟,得出了电解槽的熔体整体流场分布图及在不同位置气体浓度分布曲线图,使之更贴近于电解槽的实际工况... 利用CFD软件,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对稀土电解槽的阳极表面化学反应自动生成气体的流场进行了数值模拟,得出了电解槽的熔体整体流场分布图及在不同位置气体浓度分布曲线图,使之更贴近于电解槽的实际工况,为熔盐稀土电解槽的槽型优化提供依据。 展开更多

关键词 稀土电解槽 流场 数值模拟 钕

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稀土电解槽电极的优化模拟 被引量：9

14

作者 刘中兴 刘宇新 +3 位作者 伍永福 张桢 刘宇慧 杨晓亮 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2010年第6期30-32,共3页

利用流体软件FLUENT,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对电解槽的电极插入不同深度的流场进行了数值模拟,得出了电解槽的熔体整体流场分布图及在不同位置气体浓度分布曲线图。

关键词 稀土电解槽 电场 数值模拟

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6kA方型稀土电解槽电场的研究 被引量：8

15

作者 刘中兴 张海玲 +1 位作者 伍永福 高意如 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2009年第6期31-34,共4页

研究了阴极阳极变化对于6 kA方型稀土电解槽电场的影响,并在此基础上分析阴极半径的范围,为电解槽设计改造提供了参考依据。

关键词 稀土电解槽 电场 阴极半径

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8kA稀土电解槽阴极对电场影响的数值模拟 被引量：11

16

作者 逄启寿 王飞 +1 位作者 郜飘飘 徐金 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第2期103-105,109,共4页

针对电解过程中稀土电解槽的电能消耗大以及电极腐蚀严重等问题,利用商业软件ANSYS对8kA稀土电解槽不同阴极直径和和不同插入坩埚内的深度的电场进行数值模拟,发现当阴极直径增大时电解槽内收集器附近电压随之降低而阴极表面的电流密度... 针对电解过程中稀土电解槽的电能消耗大以及电极腐蚀严重等问题,利用商业软件ANSYS对8kA稀土电解槽不同阴极直径和和不同插入坩埚内的深度的电场进行数值模拟,发现当阴极直径增大时电解槽内收集器附近电压随之降低而阴极表面的电流密度随之增大,随着阴极插入坩埚深度的增加阴极表面的电流密度分布更加均匀,结合实际生产经验,阴极直径控制在70mm左右阴极插入深度控制在410mm左右对降低电能消耗提高生产效率最为有利。根据研究结论能够帮助确定8kA稀土电解槽合理的阴极直径尺寸和位置,为该型电解槽结构优化提供参考依据。 展开更多

关键词 稀土电解槽 数值模拟 电场 阴极

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10kA底部阴极稀土电解槽的电场仿真 被引量：5

17

作者 吴富姬 欧阳健强 +2 位作者 杨文龙 罗璇 伍昕宇 《湿法冶金》 CAS 北大核心 2017年第5期430-433,共4页

针对上插阴阳极式稀土电解槽存在结构缺陷、耗能大、生产效率低等问题,设计了一种10kA底部阴极稀土电解槽,利用ANSYS仿真软件研究了电解槽阴极半径和阴阳极距变化对电解槽电场的影响,以及对电解槽熔体电位的影响。结果表明:电解槽的阴... 针对上插阴阳极式稀土电解槽存在结构缺陷、耗能大、生产效率低等问题,设计了一种10kA底部阴极稀土电解槽,利用ANSYS仿真软件研究了电解槽阴极半径和阴阳极距变化对电解槽电场的影响,以及对电解槽熔体电位的影响。结果表明:电解槽的阴极半径在65~70cm之间、极距在14cm以下时,电位等势线平行分布,电流线分布均匀,反应区热量均匀,有利于生产效率提高和能耗降低,电解槽设计合理。研究结果可作为此类型电解槽结构优化设计参考依据。 展开更多

关键词 稀土电解槽 阴极半径 极距 电场仿真

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60kA底部阴极稀土电解槽电场数值模拟 被引量：5

18

作者 刘中兴 韩文帅 +2 位作者 伍永福 胡永胜 鞠阳 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期26-28,52,共4页

以60kA底部阴极电解槽为研究对象,利用有限元软件建立了稀土电解槽的三维电场数学模型,对90、100、110、120mm几种不同极距工况下稀土电解槽电场分布情况进行模拟,并对模拟结果进行了分析;结果表明100mm为最佳极间距。

关键词 60kA底部阴极稀土电解槽 电场 数值模拟 极距 优化

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基于电热场耦合条件下稀土电解槽电极结构优化模拟 被引量：6

19

作者 伍永福 冯怀萱 +2 位作者 刘中兴 李言钦 官卜瑞 《有色金属（冶炼部分）》 CAS 北大核心 2017年第6期32-38,共7页

以3kA钕电解槽为研究模型,考虑到电热场在电解过程中的相互影响,运用COMSOL有限元模拟软件建立了的电热耦合模型,并对不同配比的电极插入深度、极间距进行仿真模拟。结果表明,在一定槽电压下,电极插入深度与极间距之间存在配比关系,配... 以3kA钕电解槽为研究模型,考虑到电热场在电解过程中的相互影响,运用COMSOL有限元模拟软件建立了的电热耦合模型,并对不同配比的电极插入深度、极间距进行仿真模拟。结果表明,在一定槽电压下,电极插入深度与极间距之间存在配比关系,配比关系影响电流和温度分布。电热场耦合后,在4.2V槽电压下,电极插入深度为220 mm、极间距75 mm时的电流效率较高,电解过程更加稳定。 展开更多

关键词 稀土电解槽 钕 电热场 耦合 配比

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基于COMSOL软件的稀土电解过程数值模拟 被引量：4

20

作者 刘中兴 冯猛 +2 位作者 伍永福 李言钦 官卜瑞 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第13期242-248,共7页

利用硫酸铜电解工艺冷模稀土熔盐电解工艺过程,实验测定了电解过程的电场分布;并用COMSOL软件电场模型模拟该工艺的电场分布;同时将实验和模拟所得到的结果进行对比,发现模拟结果与实验相符,证明该软件能很好地模拟实际电解过程。应用... 利用硫酸铜电解工艺冷模稀土熔盐电解工艺过程,实验测定了电解过程的电场分布;并用COMSOL软件电场模型模拟该工艺的电场分布;同时将实验和模拟所得到的结果进行对比,发现模拟结果与实验相符,证明该软件能很好地模拟实际电解过程。应用该电场模型对稀土电解槽内电场进行模拟,发现模拟结果与电解槽实际运行工况测试结果相符;进而为稀土电解过程中运用COMSOL软件进行数值模拟,提供了正确性依据,为稀土电解槽的优化与改进提供理论参考。 展开更多

关键词 实验 模拟 验证 稀土电解槽

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