【摘要】 比较研究了不同颗粒级配比对阳极压实密度和微观结构的影响。

阳极的堆积密度影响Hall-Héroult工艺过程中煅烧阳极的能耗和相关碳排放。阳极的堆积密度主要取决于煅烧焦炭颗粒的压实密度。Wenyuan Hou等人[1]采用离散元方法模拟了煅烧焦炭颗粒的振动压实过程。

 

为了阐明颗粒级配的比例如何影响阳极的压实密度和微观结构，使用DEM模拟了煅烧焦炭颗粒的振动压实行为。采用赫兹-明德林接触模型来描述粒子之间的接触。研究了振动压实过程中颗粒的行为以及不同粒径级配比下颗粒间的接触信息。

 

比较研究了不同颗粒级配比对阳极压实密度和微观结构的影响。为了了解不同粒径级配比例对压实密度的影响，设计了36组模拟，以334为例，百位表示粗颗粒占30%，十位表示中颗粒占30%；一位表示细颗粒占40%。模型中产生的颗粒总质量为0.5 kg，而在不同情况下产生的阳极的压实密度差异很大。

 

从数据可以看出，有10种情况的密度大于情况334的密度。在这10种情况下，粗颗粒占30∼60%，中等颗粒占10∼40%，细颗粒占20%∼50%。可以得到一个初步的优化范围，其中压实密度大于情况334的压实密度。但这个范围很大，不是最佳的。当粗、中、细颗粒的比例为2:1:2时，最大压实密度约为1741.89 kg m−3。还可以得出结论，适当增加粗细颗粒的比例和减少中等颗粒的比例有助于提高压实密度。

 

采用三角坐标图解法对不同于传统方法的颗粒级配比进行优化。结果表明，粗颗粒和中颗粒的比例越大，颗粒之间的空隙越大，细颗粒的增加可以有效地填充颗粒之间的间隙。煅烧焦炭颗粒的临界平均直径为2.26mm，平均直径小于2.26mm即可满足标准要求。粗颗粒的最佳粒径级配为46%，中颗粒为12%，细颗粒为42%。

 

[1] Wenyuan Hou et al 2020 Mater. Res. Express 7 085605.

 

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