【正文】 400kA預(yù)焙槽鋁電解車間設(shè)計(jì)摘 要大型化是當(dāng)今世界鋁電解技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。在現(xiàn)有的320kA~350kA大型鋁電解槽基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)并建設(shè)高效、穩(wěn)定和更為節(jié)能的400kA大型鋁電解槽技術(shù)是當(dāng)今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標(biāo)。并且我國已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級(jí)鋁電解生產(chǎn)線。我們緊隨時(shí)代步伐，設(shè)計(jì)了400kA預(yù)焙槽鋁電解車間。車間設(shè)計(jì)包括廠址選擇、電解槽設(shè)計(jì)、電壓平衡、能量平衡勞動(dòng)定員及成本核算等。該設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量為22萬噸，電流效率高達(dá)94%。經(jīng)過多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。關(guān)鍵詞：鋁電解槽，物料平衡，能量平衡，電壓平衡，車間設(shè)計(jì) The Design of 400kA Prebaked Anode Aluminum Reduction Plant ABSTRACTLargescale is the general trend of aluminium electrolysis technological development in the world nowadays．Developing more efficient，more stable and more energysaving 400kA aluminium reduction cell technology，based on the existing 320kA~350kA aluminium reduction cell，is the goal studied and chased by worldwide major aluminium panies．And there are a few aluminum electrolysis enterprises that have built 400kA grade aluminum electrolytic production line．Following the pace of times，we plete the design of the 400kA prebaked aluminum electrolysis workshop．The designs include siteselection， designs of electrolyzers，voltage balance, energy balance，labor quota and cost accounting and so on．Yield of the design reaches to the annual output of 220000 tons，and the current efficiency as high as 94%．After many discussions，we decide to choose Yichuan County Industrial Park as the site． KEY WORDS：aluminum reduction cell，material balance， energy balance，voltage balance，the design of workshop目 錄前 言 1第一章 鋁電解簡(jiǎn)介 3167。 鋁的性質(zhì)及用途 3167。 鋁的性質(zhì) 3167。 鋁的用途 3167。 鋁電解簡(jiǎn)史及發(fā)展現(xiàn)狀 4167。 鋁電解簡(jiǎn)史 4167。 6167。 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀 7167。 鋁電解用原料與原材料 9167。 鋁電解原料——氧化鋁 9167。 鋁電解熔劑——氟化鹽 10167。 鋁電解預(yù)焙陽極炭塊 11167。 鋁電解過程描述 12167。 鋁電解槽與電解槽系列 13167。 陰極裝置 13167。 陽極裝置 13167。 母線裝置 14167。 使用壽命 15第二章 廠址選擇與論證 16167。. 電力供應(yīng) 16167。. 運(yùn)輸系統(tǒng) 16167。. 外圍服務(wù) 17167。. 環(huán)境和土地 17第三章 技術(shù)經(jīng)濟(jì) 18167。 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇論證 18167。 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算 19167。 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的確定與列表 21第四章 物料平衡 23167。 物料平衡的計(jì)算 23167。 物料平衡列表 24第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26167。 概述 26167。 陽極結(jié)構(gòu) 26167。 陰極結(jié)構(gòu) 27167。 槽殼 27167。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu) 28167。 母線結(jié)構(gòu) 29167。. 陽極母線 29167。. 陰極母線 31167。 短路母線 32第六章 電壓平衡 33167。 實(shí)際分解電壓 33167。 電解質(zhì)電壓 33167。 陽極電壓降 34167。 陽極大母線電壓降 34167。 陽極軟母線電壓降 34167。 陽極立柱母線電壓降 35167。 陰極電壓降 36167。 槽底電壓降 36167。 陰極軟母線電壓降 37167。 37167。 焊點(diǎn)壓降 37167。 陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?37167。 連接母線壓降 38第七章 能量平衡 40167。 計(jì)算方法與基礎(chǔ)條件 40167。 40167。 40167。 熱量支出計(jì)算 41167。 能量平衡列表 51第八章 勞動(dòng)定員及成本核算 53167。 勞動(dòng)定員 53167。 成本核算 53第九章 環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn) 55167。 環(huán)境與衛(wèi)生 55167。 安全生產(chǎn) 55結(jié) 論 57參考文獻(xiàn) 58致 謝 5959 / 64前 言自上世紀(jì)80年代以來，我國電解鋁技術(shù)取得了很大的發(fā)展，尤其在大型預(yù)焙鋁電解槽的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域形成了自己的大型鋁電解技術(shù)體系，開發(fā)成功了300kA~400kA大型鋁電解槽。先進(jìn)的300kA~350kA大型預(yù)焙槽及其配套技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，從而減少了能量消耗和環(huán)境污染，但與國外先進(jìn)電解槽相比較，我國電解槽在設(shè)計(jì)、制作、電解槽單位面積產(chǎn)鋁量及噸鋁直流電耗等方面還存在一定差距[1]。我國自主研發(fā)的400kA級(jí)大型預(yù)焙陽極鋁電解槽技術(shù)，于08年由中國鋁業(yè)蘭州分公司、沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院研制開發(fā)獲得成功。并與2008年3月21日通過了由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定。現(xiàn)安裝于中國鋁業(yè)蘭州分公司SY400電解槽[2]，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，同比350kA，300kA電解槽具備投資省，經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，能夠滿足建設(shè)技術(shù)起點(diǎn)高、裝備先進(jìn)、大規(guī)模的鋁電解系列，單系列產(chǎn)能超過320kt/a以上，為中國鋁工業(yè)的國際化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)SY400電解技術(shù)具備是世界領(lǐng)先水平的電解技術(shù)，是當(dāng)前世界系列生產(chǎn)電流強(qiáng)度最大，單槽產(chǎn)量最大，綜合指標(biāo)最先進(jìn)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋁電解槽。與之前的300kA和350kA級(jí)的電解槽相比，400kA級(jí)大型預(yù)焙陽極鋁電解槽技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：優(yōu)化設(shè)計(jì)了合理的母線配置，提高了大型槽磁流體穩(wěn)定性；采用5段上煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于提高集氣效率和改善環(huán)境；采用電解廠房通風(fēng)和電解槽整體熱平衡相結(jié)合、搖籃架與槽殼整體焊接、槽殼外部焊接散熱片、電解槽小面采用搖籃架與槽殼焊接、電解槽槽殼和內(nèi)襯整體位于操作面下等技術(shù)，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動(dòng)環(huán)境；采用陰極炭塊與陽極炭塊投影相對(duì)應(yīng)的技術(shù)，有利于陽極和陰極的電流分布均勻；采用了電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開發(fā)了適應(yīng)大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動(dòng)技術(shù)，形成了400kA電解槽生產(chǎn)操作管理技術(shù)；采用四種不同品質(zhì)陰極炭塊進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，均達(dá)到了400kA電解槽試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。使用30%石墨質(zhì)陰極炭塊的電解槽，石墨化陰極炭塊的電解槽還有進(jìn)一步提高電流強(qiáng)度的潛力。400kA大型預(yù)焙陽極電解槽技術(shù)的研制開發(fā)成功，為我國參與國際競(jìng)爭(zhēng)，提供容量更大、技術(shù)更先進(jìn)的電解槽技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)[3]。400kA級(jí)鋁電解車間設(shè)計(jì)，是適應(yīng)了我國鋁電解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及十二五規(guī)劃總體要求：淘汰100千安及以下電解鋁預(yù)焙槽，確立綠色發(fā)展的理念，提升工業(yè)節(jié)能發(fā)展水平，推廣新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽極電流密度超大型鋁電解槽，到2015年，新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽普及率將達(dá)到80%以上[4]。本設(shè)計(jì)具有投資省、容量大、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，單槽年產(chǎn)鋁量可增加100多噸，并且有利于提高集氣效率和改善環(huán)境。同時(shí)，采用電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制了電解槽平衡與物料平衡，還采用一套適應(yīng)大型電解槽穩(wěn)定、安全的焙燒技術(shù)，形成了一套與大型電解槽配套的生產(chǎn)操作管理技術(shù)。當(dāng)前國內(nèi)外大部分鋁電解廠采用300kA級(jí)電解槽，本設(shè)計(jì)采用400kA大型鋁電解槽，不僅適應(yīng)了電解槽發(fā)展的大型化，而且引領(lǐng)著世界鋁電解行業(yè)發(fā)展方向，為我國鋁電解走國際化路線奠定了基礎(chǔ)。 第一章 鋁電解簡(jiǎn)介167。 鋁的性質(zhì)及用途167。 鋁的性質(zhì)鋁是一種銀白色的輕金屬，位列元素周期表第三周期ⅢA族，原子序數(shù)13，其主要特性如下：(1)熔點(diǎn)低，鋁的熔點(diǎn)與純度有密切關(guān)系，%的鋁熔點(diǎn)為660℃。(2)沸點(diǎn)高，液態(tài)鋁的蒸氣壓不高，沸點(diǎn)為2467℃。(3)密度小，鋁的密度只有鋼的1/3，~，隨溫度升高，鋁的密度隨之降低，在950℃ g/cm3。(4)電阻率小，純度為99%~%的鋁電阻率為(~)108Ω?m，在常用金屬中鋁的導(dǎo)電性僅次于銀和銅居第三位。鋁中添加其他元素，都會(huì)增大鋁的電阻率。固體和液體鋁的電阻率均隨溫度降低而減小，靠近0 K時(shí)，鋁的電阻率接近零。(5)鋁具有良好的導(dǎo)熱能力，鋁的導(dǎo)熱性能差不多是不銹鋼的十倍，在20℃時(shí), W/(cm℃)。(6)鋁具有良好的反光性能，~12μm的光線。(7)鋁沒有磁性，不產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)，所以在精密儀器中不會(huì)起干擾作用。(8)鋁易于加工，可用一般的方法把鋁切割、焊接或黏接，鋁易于壓延和拉絲。鋁的再生利用率高，易與多種金屬構(gòu)成合金。(9)鋁具有良好的防腐蝕性，鋁表面在空氣中和氧易結(jié)合成一層牢固的氧化鋁薄膜，這層氧化鋁薄膜是連續(xù)的、無孔的，阻止了鋁的進(jìn)一步氧化，提高了鋁的抗氧化和抗腐蝕能力。(10)鋁沒有毒性，可以用作食品包裝。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲(chǔ)能綠色環(huán)保型金屬。167。 鋁的用途由于鋁具有質(zhì)輕、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、可加工性以及構(gòu)成高強(qiáng)度、耐腐蝕性的合金和可再生循環(huán)利用等優(yōu)良的性能，因而鋁成為有色金屬中應(yīng)用最廣泛的金屬，是僅次于鋼鐵的第二大金屬。鋁工業(yè)現(xiàn)在是世界上最大的電化學(xué)冶金工業(yè)，鋁的產(chǎn)量在金屬中僅次于鋼鐵，居有色金屬之首。它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。(1)輕型結(jié)構(gòu)材料因鋁及其合金質(zhì)輕，機(jī)械性能好，易加工，所以已成為當(dāng)今制造各種交通運(yùn)輸工具的不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。近年來汽車工業(yè)用材料要求向體形小、 質(zhì)量輕的方向發(fā)展，所以用鋁量不斷增加。 kg鋼材，這樣就大大減輕了車體的質(zhì)量，這對(duì)節(jié)約燃料是非常有利的。另外，火車車廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。此外，國防工業(yè)、宇宙航空航天工業(yè)的用鋁量也在日益增長(zhǎng)。(2)建筑工業(yè)材料鋁材已在建筑方面得到廣泛的應(yīng)用。它的應(yīng)用主要是用鋁合金型材制作房屋的結(jié)構(gòu)架和門窗柜櫥一類的設(shè)施，以此代木，經(jīng)久耐用，美觀大方。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)輕，導(dǎo)電又好，所以鋁在電力輸配、器件制造等方面已成為制造電線、電纜、電容器、整流器、母線以及無線電器材的主要材料。(4)耐腐蝕材料由于鋁表面有一層很堅(jiān)硬、致密的氧化鋁薄膜，所以它有很好的耐腐蝕性。在化學(xué)工業(yè)上常用鋁及其合金制造各種反應(yīng)器、儲(chǔ)槽和管道等。(5)食品包裝材料因鋁是無毒性的金屬材料，所以在食品包裝方面也得到了廣泛應(yīng)用。目前以大型的倉庫儲(chǔ)槽、容缸到小型的食品罐頭盒子及零用包裝鋁箔都有鋁的應(yīng)用。同時(shí)，它還是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ么毒吆鸵恍┭b飾品的主要原材料。167。 167。 鋁電解簡(jiǎn)史鋁在地殼中的含量高達(dá)8%，幾乎占地殼中全部金屬總量的三分之一。金屬鋁最初用化學(xué)法制取。1825年丹麥化學(xué)家奧斯特（）用鉀汞齊還原無水氯化鋁，得到一種灰色的金屬粉末，在研磨石呈現(xiàn)金屬光澤，這是人類首次得到金屬鋁。1854年，法國德維爾(Deville) 用鈉代替鉀還原NaClAlCl3配合鹽，制取金屬鋁。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。1865年, 俄國別開托夫(Векетов)提議用鎂還原冰晶石來生產(chǎn)鋁。這一方案后來在德國 Gmelingen 鋁鎂工廠里被采用。在采用化學(xué)法煉鋁期間，1854年德國本生(Bunsen)和法國德維爾(Deville)繼英國戴維(Davy)之后研究電解法煉鋁，試驗(yàn)了各種以冰晶石為基礎(chǔ)的混合熔鹽與氧化鋁的電解法。但那時(shí)的試驗(yàn)是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價(jià)格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗(yàn)。直到1867年發(fā)明了發(fā)電機(jī)，并在1880年加以改進(jìn)之后，實(shí)現(xiàn)了三相交流輸電，這才給實(shí)現(xiàn)工業(yè)性的電解法煉鋁提供了前提條件。1883 年，美國Bradley提出利用氧化鋁可溶于熔融冰晶石的特性來電解冰晶石氧化鋁熔鹽的方案，但未獲得專利。1886年美國霍爾(Hall)和法國埃魯(Heroult)通過實(shí)驗(yàn)不約而同地申請(qǐng)了冰晶石氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利，獲得批準(zhǔn)。這就是歷來所稱的Hall Heroult(霍爾埃魯)法，簡(jiǎn)稱HH法。電解法原理就是將氧化鋁溶解在熔融的冰晶石電解質(zhì)中，通入直流電，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)得到金屬鋁。1888年，美國匹茲堡電解廠開始用冰晶石氧化鋁熔鹽電解法煉鋁。瑞士冶煉公司也在同時(shí)采用該法煉鋁。與化學(xué)法相比，電解法成本比較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，故沿用至今。電解法早期采用小型預(yù)焙電解槽，1923年側(cè)插陽極棒自焙陽極電解槽發(fā)明后，電解槽的電解容量