在现代铝电解工业中,阳极钢爪是铝电解槽阳极工作组中的必要组成部分。它长期在高温酸性腐蚀气氛中服役,是铝电解过程中损耗率较高的零件之一,它的失效和更换为电解铝企业带来了高昂的经济损失。同时,电解铝是众所周知的耗能大户,在生产环节进行节能降耗必不可少。为了改善阳极钢爪内弯问题及节能问题,文章运用ANSYS有限元软件进行数值模拟,首先,建立阳极工作组三维几何模型,测量其材料参数并赋予材料属性;其次,以实际工况下的温度及电流等施加边界条件,划分有限元网格,并进行阳极工作组的温度场、电场及应力场模拟。在此基础上,通过改变钢爪的材料、增加阳极胫板结构、增加阳极节能夹具等方法改善阳极工作组结构,得到阳极工作组在不同的结构下应力应变响应及电场响应,并分析优化结构对阳极工作组的影响。通过对比分析可知,铸钢钢爪的弯曲变形量为6.9mm,低碳钢结构钢爪的弯曲变形量为5.5 mm,低碳钢结构钢爪的变形量相对于铸钢钢爪降低了25%。在此基础上,进一步的增加阳极钢爪胫板结构,阳极钢爪胫板能够有效改善阳极钢爪的变形情况,抑制阳极钢爪内弯,其中深度为110mm的胫板在优化阳极钢爪力学行为上得到的结果最佳。单边初次变形量由5.5mm变成了4.5mm,降低了18%;同时阳极钢爪胫板使钢爪电流更加均匀,可以降低阳极工作组的电压降,胫板深度为110mm的阳极工作组电压降减少幅度最大,从225.5 mV降低到223.84mV,减少了2.2mV,约0.98%;综上所述,综合考虑经济效益和施工便利,在阳极钢爪上增加深度为110mm的胫板在节能和防变形上可达到最优结果,同时也能降低工人劳动强度,改善浇铸表面质量。增加了阳极钢爪节能夹具结构,该结构能够有效的降低阳极工作组电压降。总压降最低的夹具是高度为80mm的阳极夹具结构,总电压为198.96mV,相比于无夹具的钢爪,理论上电压降可以减少28.13 mV,总压降降低了12.4%,同时钢爪的电流均匀性增加,电流流经的方向从偏向中心位置变成了整个钢爪均匀流过。炭块的电流分布从“漏斗”状变为略带弧形的平状分布,电解槽整体运行更加平稳,炭块的消耗也更加均匀,不容易因电流偏流形成铁环粘爪现象。为验证数值模拟分析的可靠性,本文与相关文献中的实验及计算结果在钢爪变形量、电场及温度方面进行了对比分析,本文得到的结论与其他研究者的结论一致,误差在允许范围内。