Numerical simulation of sludge influence on horizontal electric in metal pad of aluminum reduction cell

Simulación numérica de la influencia de los lodos en la electricidad horizontal en la almohadilla metálica de la celda de reducción de aluminio

Se han analizado las influencias de los lodos en la corriente eléctrica horizontal (CEH) en la almohadilla metálica de la celda utilizando un modelo tridimensional. Los resultados muestran que el lodo situado en el centro tiene poca influencia en la HEC. Y el lodo situado en el lateral tiene un gran efecto sobre la HEC. A medida que aumenta la longitud de los lodos, el pico negativo se desplaza del lateral al centro. Además, produce un gran pico positivo cerca del lateral. El lodo situado en el lateral influye menos en la caída de tensión del cátodo que el situado en el centro.

INTRODUCCIÓN

En una celda de reducción de aluminio, la adición de un exceso de alúmina al baño de criolita conduce a la formación de un lodo que contiene Al₂O₃ [1]. La mezcla, que es más pesada que el aluminio líquido, puede describirse como alúmina poco compacta en la que los huecos se llenan con el baño. La alúmina no disuelta puede depositarse en el fondo del carbón catódico, formando lodo (Figura 1).

Otros eventos como el golpeteo de metal, el cambio de ánodo y el efecto ánodo también generan lodos [2]. Durante el golpeteo del metal, el haz del ánodo desciende unos centímetros para mantener la distancia ánodo-cátodo. Este importante movimiento rompe la costra del canal lateral, que cae. Y durante el procedimiento de terminación de un efecto de ánodo, se forman lodos tanto por la sobrealimentación como por el derrumbamiento de la costra en algunas zonas de la olla.

Por un lado, las elevadas corrientes que atraviesan la célula producen potentes campos magnéticos. Los componentes horizontales del flujo de corriente eléctrica interactúan con el componente vertical del campo magnético, afectando negativamente al funcionamiento eficiente de la célula [3]. Furman [4] señaló que las corrientes eléctricas horizontales no son "patológicas", sino un resultado lógico de la topología del circuito de la célula. Por otra parte, la resistividad eléctrica de los lodos es mucho mayor que la del metal y el carbono, por lo que los lodos introducirán una resistencia en la trayectoria del flujo de corriente. Sin embargo, se ha prestado poca atención al estudio del efecto de los lodos en la corriente eléctrica horizontal en la almohadilla metálica de la celda de reducción de aluminio. Con el desarrollo de ordenadores y software, en este trabajo, utilizamos un modelo FEM para analizar las influencias de los lodos en HEC en la almohadilla metálica de la celda de reducción de aluminio.

MODELO Y ESPECIFICACIONES

Todos los modelos presentados en este documento se crearon utilizando el software ANSYS. Las ecuaciones de gobierno y las condiciones de contorno se ajustan a la bibliografía [5].