Metal flow performance in aluminium electrolytic cells with different side-wall types

ABSTRACT

Three-dimensional aluminium electrolytic cells with inclined surface cathodes were simulated in ANSYS and CFX to predict the influence of different side-wall types on the horizontal current and metal flow. The simulated results showed that the ledge thickness decreased with the thermal conductivity of the side wall. The graphitised side wall with the highest thermal conductivity displayed the largest ledge toe extensions of 24.6 cm at the centre of the long side and 28.0 cm at its corner. The long ledge toe extension introduced large inverted horizontal current and increased the maximum metal velocity. Above the largest ledge toe extension, the metal deviation from the equilibrium was 1.6 cm at one quarter of the cell length and 1.8 cm at the cell corner, equal to the metal wave crest in the cell (1.8 cm). With decreasing ledge toe extension, the maximum metal velocity and metal deviation above the ledge toe extension from equilibrium decreased accordingly.

RÉSUMÉ

On a modélisé en trois dimensions dans ANSYS et dans CFX des cuves d’électrolyse de l’aluminium avec des cathodes à surface inclinée afin de prédire l’influence de différents types de parois latérales sur le courant horizontal et l’écoulement du métal. Les résultats modélisés ont montré que l’épaisseur de la saillie diminuait avec la conductivité thermique de la paroi latérale. La paroi latérale graphitisée avec la conductivité thermique la plus élevée affichait les plus grandes extensions à la base de la saillie de 24.6 cm au centre du long côté et de 28.0 cm au coin de celui-ci. La grande extension à la base de la saillie introduisait un grand courant horizontal inversé et augmentait la vitesse maximale du métal. Au-dessus de la plus grande extension à la base de la saillie, la déviation de l’équilibre du métal était de 1.6 cm à un quart de la longueur de la cuve et de 1.8 cm au coin de la cuve, égale à la crête de vague de métal dans la cuve (1.8 cm). Avec la diminution de l’extension de la base de la saillie, la vitesse maximale du métal et la déviation de l’équilibre du métal au-dessus de l’extension de la base de la saillie diminuait en conséquence.

KEYWORDS:

• Inclined surface cathode
• side wall
• ledge profile
• metal flow
• aluminium electrolysis

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Notes on contributors

Yang Song is a doctoral candidate in Northeastern University, working on physical fields simulation of aluminium electrolysis.

Dr. Jianping Peng works in Northeastern University, specialized in aluminium electrolysis energy saving research.

Dr. Yaowu Wang and Dr. Yuezhong Di work in Northeastern University, specialized in novel method research for high-efficiency titanium production.

Dr. Naixiang Feng is an expert in aluminium electrolysis industry and titanium metallurgy, specialized in aluminium electrolysis energy saving research and novel method research for high-efficiency titanium production.

ORCID

Yang Song http://orcid.org/0000-0003-2391-8132

Additional information

Funding

This work was supported from the National Nature Science Foundation of China (grant number 51434005 and 51774080); the Fundamental research funds for the central universities (N150204013 and N162502002).