基于显微CT的多场耦合作用下稀土电解槽石墨内衬破损渗漏研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51564019
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0412.有色金属冶金
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31
  • 项目参与者:
    程渭民; 陈久昌; 张子岩; 涂弢; 肖志华; 王建鲁; 游拯; 汪正兵;
  • 关键词:

项目摘要

Cell life has always been a problem remained to be solved in the electrolysis industry of rare earth. The core of the problem lies in the failure and leakage problem of the pot lining in rare earth electrolysis cell, and the key to solving this problem is to achieve the precise prediction and control of the pot lining failure process. In accordance with the specific service environment of the pot lining, this project has made a fundamental research on the pot lining failure action by an entry point to the multi-field coupling effect, based on the microscopic damage mechanics and porous media flow solid coupling theory and adopting the comprehensive utilization of experimental and theoretical analysis, numerical simulation methods. The specific research idea is to create a set of coupling penetration testing and non-destruction identification technology in the whole process of stress-strain and in the environment of rare earth electrolysis based on the pot lining under the micro-CT scan, to realize the three-dimensional reconstruction and analyze the evolution law and response mechanism of the real fine view of the pot lining structure. We will establish a micro-damage constitutive equation of the pot lining and a penetration-stress-damage coupling model to carry out the finite element transplantation of the new model in the aim of achieving the microscopic numerical simulation of the pot lining penetration failure process and adopting it to predict the space-time evolution process of molten salt penetration field, stress field and damage field. Therefore, it will provide the technical parameters and theoretical basis for optimizing the preferable design and extending the life of rare earth electrolysis cell, which shows an important theoretical and practical value.
槽龄问题一直是稀土电解业亟待解决的难题,其核心就是槽内衬破损渗漏问题,而解决此问题的关键就是如何对内衬破损过程进行精准预测和控制。针对内衬所处的特定服役环境,本项目以多场耦合效应为切入点,以细观损伤力学和多孔介质流固耦合理论为基础,综合利用实验、理论分析、数值模拟等方法对内衬的破损行为进行基础性研究。具体研究思路是:构建一套基于显微CT扫描的稀土电解环境下内衬应力—应变全过程渗透耦合试验与无损识别技术,实现对内衬真实微细观结构的三维重建,分析内衬微细观结构的演化规律及其与渗透性的响应机制;以此为基础建立内衬细观损伤本构方程及渗透—应力—损伤耦合模型,并对新构的模型进行有限元移植,实现内衬渗透损伤演化过程的细观数值模拟,用于预测熔盐渗透场、应力场和损伤场的时空演化,从而为稀土电解槽的优化设计和延长槽寿命提供技术参数和理论依据,具有重要的理论和实际应用价值。

结项摘要

稀土电解槽寿命偏短一直是困扰稀土业界的难题,其中,由于缺乏对核心构件石墨内衬破损过程的预测与控制,导致其先行失效的例子屡见不鲜,成为制约延长槽寿命的主要瓶颈。为此,本项目以实验研究为基础,采用理论分析和数值计算相结合的方法,对内衬破损的时空演化规律进行了研究,获得了以下研究成果:以细观损伤力学和多孔介质流固耦合理论为基础,构建了一套基于显微CT扫描的稀土电解环境下内衬应力—应变全过程渗透耦合试验与无损识别技术,实现了对内衬真实微细观结构的三维重建,通过显微CT扫描对内衬孔隙结构进行了定量表征,利用分形维数可以很好的描述孔隙分布复杂程度,测得的孔喉参数可以用来分析空气和电解质在石墨内衬中的流动情况,进而分析内衬的氧化腐蚀程度。基于Fick定律和质量守恒定律,考虑内衬中氧化反应、气体扩散和孔隙结构演化之间耦合作用,建立了稀土熔盐电解环境下的内衬氧化扩散与孔隙结构演化数学模型,揭露了内衬氧化扩散和孔隙结构演化规律。并通过引入渗透系数与体应变之间的关系式,综合考虑氧化腐蚀—应力耦合作用,建立了内衬氧化腐蚀—应力耦合本构模型。并对新构的模型进行有限元移植,实现了内衬渗透损伤演化过程的细观数值模拟,用于预测熔盐渗透场和应力场的时空演化,从而为稀土电解槽的优化设计和延长槽寿命提供技术参数和理论依据,具有重要的理论和实际应用价值。依托该项目,发表了7篇论文,其中EI论文5篇,授权3项发明专利。培养研究生2名,参加国内外学术会议4次,顺利完成了整个项目预期研究目标。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
基于细观结构的阴极炭块钠膨胀应力数值分析及实验验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    材料研究学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘庆生;曾少军;张丹城
  • 通讯作者:
    张丹城
稀土电解槽石墨内衬氧化腐蚀-应力损伤耦合本构模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘庆生;段旭;李江霖;曾少军
  • 通讯作者:
    曾少军
稀土电解槽石墨内衬氧化扩散与孔隙结构演化模型
  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1617
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘庆生;李江霖;曾少军;廖春发
  • 通讯作者:
    廖春发
稀土电解槽石墨内衬高温氧化过程中孔隙结构演化规律及其分形特征
  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1031
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘庆生;段旭;谈成亮
  • 通讯作者:
    谈成亮
Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-La_2O_3-Al_2O_3熔盐体系密度的研究
  • DOI:
    10.13373/j.cnki.cjrm.xy18010031
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    稀有金属
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    焦芸芬;廖春发;王旭;刘庆生;周瑞
  • 通讯作者:
    周瑞

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其他文献

基于显微CT数字图像处理的铝电解阴极炭块组分识别方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料科学与工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘庆生;卢小能;曾少军
  • 通讯作者:
    曾少军
湿地翅碱蓬生物量遥感估算模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    傅新;刘高焕;黄翀;刘庆生
  • 通讯作者:
    刘庆生
现代黄河三角洲植被主要建群种野外光谱特征及TM分类试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    遥感信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋创业;刘庆生;刘高焕;姚玲
  • 通讯作者:
    姚玲
稀土电解槽内阳极气泡行为的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国稀土学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘庆生
  • 通讯作者:
    刘庆生
基于纹理特征和支持向量机的ALOS图像土地覆被分类
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    国土资源遥感
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王红;刘庆生;李玲;宁吉才
  • 通讯作者:
    宁吉才

其他文献

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刘庆生的其他基金

多场耦合胁迫下铝电解阴极炭块破损过程的声发射特征研究
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多场耦合胁迫下铝电解阴极炭块破损过程的声发射特征研究
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    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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