阳极焙烧是铝工业的重要工序之一,阳极焙烧质量的好坏将直接影响到铝电解生产的电流效率和能耗。因此,如何提高阳极焙烧技术改进阳极质量就成为铝电解工业的重要课题。而加紧对阳极焙烧炉的基础理论进行深入系统研究就成为实现这一目的的必然途径。这也是国内具有自主知识产权新型焙烧炉开发设计的迫切需求。本文首先对国内外在阳极焙烧炉焙烧过程基础理论研究方面所开展的各项研究工作进行了系统详细地综述,分析了目前所进行的数值模拟和试验研究工作的优势及其不足,提出了在我国开展焙烧炉理论研究的综合思路。并以此作为本文的研究思路,展开了相应的研究工作。本文对焙烧炉进行了系统的综合测试工作,这在国内是较少开展的,炉内烟气成分的测定更是填补了国内的空白。测试的结果对于焙烧炉的操作运行具有直接的科学指导意义,并为后面数值模拟的验证提供了重要的参考数据。测试方法的运用对于今后焙烧炉的优化运行测试诊断也是一种十分有益的尝试。在对阳极焙烧炉的热工过程进行系统理论分析的基础上,本文从工艺设计的角度建立了焙烧炉热工过程的数学模型,并编写了“敞开式焙烧炉热工过程计算模拟”软件。对焙烧炉模拟计算的结果表明,该模型用于预测焙烧炉的热力行为是合理而准确的。而对焙烧的各项操作参数进行优化模拟后发现,不同的焙烧参数、燃料类型及阳极尺寸等对焙烧的能耗影响较大,实际生产中可根据具体的需求对各操作参数进行优化选取。本文所编写的软件为国内炭素行业自行编写的首个焙烧炉热工过程模拟软件,已应用于国内铝电解厂权威设计研究单位――贵阳铝镁设计研究院焙烧炉的辅助设计,具有安装简单、界面友好、使用方便、计算准确等特点,其运用对于焙烧炉的设计运行具有直接的理论指导作用。本文还从结构设计的角度应用先进的CFD软件系统考察了焙烧炉火道内的气流流动与燃烧状况,讨论分析了炉内流动场、温度场以及组分浓度场的分布规律。结果表明,焙烧炉火道内的气流流动状况对燃烧的温度场分布具有直接的影响。气流分布均匀的炉室,其温度分布也更为均匀,而且炉室内的最高温度增大,整个炉室内平均温度也随着升高。论文由此总结了进行焙烧炉火道结构优化的五条原则,为焙烧炉的结构设计提供了科学合理的参考。在此基础上,文章对现有炉室结构进行了改进。结<WP=5>果表明,火道结构经过一定的合理布置后,其温度分布、燃料燃烧以及平均温度等都有了较大的改善,有利于保证、提高焙烧炉内阳极的焙烧质量。本文最后将国际先进的PIV测试技术应用于铝电解焙烧炉内复杂流动本质特征的研究,对研究焙烧炉冷态流场模型的测试方法进行了有益的尝试,为PIV测试技术在工程实际中的应用提供了实践经验。