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濕法冶金鋅電解工藝中，電解槽是關鍵設備之一，雖然我國是世界鋅生產和消費大國，產量穩居世界第一，但我國鋅電解精煉電解設備比較落后，絕大多數采用混凝土內襯玻璃鋼防腐層結構的電解槽以及小極板電鋅工藝，由于高溫電解液的強腐蝕性，槽體與內襯材料平均線膨脹系數不同，造成槽體分層、脫落、破壞，多年來的實際應用表明，這種傳統電解槽存在可靠性差、生產效率低、電能損耗大、環境污染嚴重、制造尺寸精度差等問題。近幾年我國鋅電解精煉技術發展迅猛，隨著鋅電解大極板技術的引入，傳統電解槽不能滿足大極板鋅電解技術的要求，乙烯基樹脂混凝土整體槽成為升級換代產品，為滿足鋅電解大極板技術的發展需求，我公司設計超大型整體槽，基于有限元分析對超大型鋅用整體槽結構進行優化設計。
采用ANSYS對電解槽真實載荷進行模擬分析，測定最大主應力和變形，通過與設計值比較分析，驗證極限應力是否滿足該工況下最大主應力要求。槽體基材樹脂混凝土的應力應變基本呈線彈性，本工作采用結構線性靜力計算，設定電解槽的強度安全系數大于2.5；按照《HG/T52-2014》整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽》標準要求，側壁繞曲變形小于側壁長度的0.1%，側壁長度11000mm，撓曲變形不能大于11mm。ANSYS分析過程包含三個主要步驟：①創建有限元模型，包括創建或讀入模型，定義材料屬性，劃分網格；②施加載荷并求解，包括施加載荷及設定約束條件，求解；③查看結果，主要包括查看及分析結果，以便對模型做出評價。
模擬鋅電解工況條件，槽體承受的載荷包括自重，電解液靜液壓，陰陽極板、匯流條以及吊裝框等垂直載荷，溫度載荷。電解槽在使用過程中，槽與槽之間通過填充建立連接，槽底與支撐塊接觸處非膠接，只提供垂直向上的正應力，在支撐處約束節點的垂直位移，同時限制結構的剛體位移。
在ANSYS軟件GUI操作中選擇定義載荷-加載重力，輸入樹脂混凝土密度，加載慣性力，電解槽受向下的重力，根據慣性原理，具有向上的加速度。
將陰陽極板、匯流條以及吊裝框等垂直載荷均布加載在電解槽長側壁兩側。
在電解槽內表面施加電解液的液壓載荷。
基于以上有限元分析結果，對超大型電解槽結構做以下優化設計。FRP加強筋的設計增加槽體剛度，抵抗變形，在槽體結構層預埋dia12FRP螺紋加強筋，編織成網狀，面密度200mm×200mm，加強筋拉伸強度≥750MPa，是普通鋼筋的２倍；在應力集中及發生大變形部位編織更密集的網狀加強筋，增加載荷傳遞，避免應力集中。FRP網狀加強筋設計既提高了槽體的強度和剛度，又增加產品安全性，在使用過程，發生意外大載荷撞擊，槽體藕斷絲連，不會分離，避免造成損傷。防滲保護結構設計槽體采用三明治夾心式三層結構設計，即內防滲層（FRP）、結構層（PC）、外保護層（FRP），三層結構整體澆鑄成型。內外FRP層損壞，不影響產品正常使用；三層結構設計起雙保險作用，提高整體抗沖擊性能，確保長期工作無滲漏，同時提高產品抗腐蝕性，延長使用壽命。
有限元分析中出現應力集中部位出現在槽體邊緣處，采用圓角平滑過度處理，避免任何棱角，最大拉伸應力減低15%以上，避免應力集中，提高產品安全系數；同時槽體重量減輕7%～15%，降低運輸、安裝成本，減少基礎設施的投入。
專業從事機械產品設計│有限元分析│CAE分析│結構優化│技術服務與解決方案
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