目前小型稀土电解槽仍是许多企业制备稀土金属的主流设备,但该设备存在产量少、电解效率低和分布零散等问题,许多大型企业已经转型开发大电流稀土电解槽来解决所面临的问题,满足现在对高质量稀土金属的需求。但电解过程中会出现石墨阳极消耗快、有效工作时间短及残余浪费量大等现象,且阳极消耗后会影响槽内各物理场分布,降低了电解槽电解效率。本文以15k A稀土电解槽为研究对象,仿真模拟阳极消耗过程,观察随着阳极消耗,槽内三维电场和温度场变化规律。在此基础上对阳极结构参数加以改进,达到阳极更耐消耗且残余浪费量减少的目的,获取阳极结构的最佳优化参数,详细研究内容见下:（1）建立15k A稀土电解槽石墨阳极消耗过程的瞬态仿真模型,仿真出石墨阳极消耗过程中外形尺寸随电解时间的变化规律,分析数据获得石墨阳极消耗规律。同时,提出“α角”“β角”和“梯形”优化三种阳极结构优化方案。（2）运用有限元软件对电解槽三维电场建模,仿真模拟出槽内三维电场分布在一个电解周期内的变化情况,并比较阳极消耗开始时与更换时的电场分布,分析阳极消耗导致电场分布不均匀的影响。随后对阳极结构优化后的三维电场进行仿真模拟,得到电场分布情况、槽电压和电流密度随优化角度和距离的变化情况,获取优化后阳极结构的最佳参数,探究了阳极结构优化的合理性。（3）同样建立电解槽电热耦合模型,仿真模拟槽内三维温度场在一个电解周期的变化情况,并比较阳极消耗开始时与更换时槽内三维温度场分布,发现槽内最高温度随电解时间的增加而降低,且高温区域范围缩小。而阳极结构优化后槽内最高温度有所回升,且温度分布范围契合电解最佳温度的面积较大,能促进电解反应高效地进行。分析三种阳极结构优化对提升阳极有效使用时间和减少残余阳极浪费,对优化后的电解槽建立阳极电化学瞬态消耗仿真模型。发现阳极结构优化后阳极有效使用时间大幅提升,石墨阳极结构优化后,石墨阳极体积增加,同时残余浪费阳极减少,因此单块石墨阳极更耐消耗,阳极有效使用时间较未优化前最高可以延长43%,降低了阳极更换频率,避免了因频繁更换阳极导致槽内温度降低影响电解效率;同时残余浪费的阳极也有所减少,残余阳极浪费较优化前减少量最高达到14%。