【正文】 中心） ，隧道工程局、工程兵科研三所等，這些單位大多是全國(guó)的行業(yè)技術(shù)歸口單位，有很強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力，為我提供強(qiáng)有力的科技支撐。因此，要求廠址區(qū)域有較大的環(huán)境容量。第三章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)167。目前電解煉鋁的電流效率一般在88%~95%。~。(7) 陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)每日分?jǐn)偟矫坎鄣年?yáng)極效應(yīng)次數(shù)稱為陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)。1. 電解槽壽命論證國(guó)外大型預(yù)焙槽壽命都在60個(gè)月即1800天以上，有的已達(dá)到100個(gè)月即3000天。綜合各種因素的考慮，本設(shè)計(jì)陽(yáng)極尺寸設(shè)計(jì)為1550mm660mm540mm，采用四個(gè)鋼爪，?個(gè)1。過(guò)大，則熱損失大，電解槽造價(jià)也高。a. 陽(yáng)極斷面尺寸陽(yáng)極總面積為：S陽(yáng)=400000/=故需陽(yáng)極炭塊數(shù)：n=(15566)=取48塊陽(yáng)極，分兩行排列，每行24組炭塊。根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐，取其值為1930kg/t。 6. 耐火材料與炭糊所選用的耐火材料必須能夠保證側(cè)部能夠良好散熱，底部保溫效果好且能夠防止電解質(zhì)和鋁液的滲透。重油用于壓縮空氣等，蒸汽用量大31536t/a，重油為9200t/a。h）2. Al2O3消耗量(1)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式Al2O32Al+3/2O2計(jì)算理論消耗量 (42)(2)實(shí)際消耗量 %—%，取其值為1930kg/t。h） (45)(3)氟化鹽的消耗量取噸鋁冰晶石單耗為5kg/t；氟化鋁單耗為25kg/t；氟化鎂單耗為5kg/t；氟化鈣單耗為4kg/t。h） (48) 氟化鈣消耗量為：4103=（槽h)碳損為： C實(shí)CC==(槽h) 167。 概述工業(yè)電解槽通常分為陰極結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、母線結(jié)構(gòu)和電氣絕緣四大部分。上部結(jié)構(gòu)可分為承重架、陽(yáng)極提升裝置、打殼下料裝置、陽(yáng)極母線和陽(yáng)極組、集氣和排煙裝置、氧化鋁超濃相輸送管道。167。(3) 鋼爪鋼爪頭直徑為160mm，長(zhǎng)為280mm。h），則單槽陽(yáng)極炭塊日消耗量：24= (54)換極周期為： (55)與前一種計(jì)算方法吻合。 槽殼槽殼采用搖籃式結(jié)構(gòu)，搖籃架是彈性變形體，這種槽殼受力不產(chǎn)生應(yīng)力集中，在電解槽的端角部位，不會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，這是搖籃式槽殼最大的優(yōu)點(diǎn)。炭塊和電解槽之間有一定的間隙，作為伸縮縫，以滿足電解槽投入生產(chǎn)后炭塊膨脹的需要。干式防滲料下面是2層保溫磚，每層厚65mm，中間用2mm厚的氧化鋁粉填縫和整平，最底部是1層65mm厚的硅酸鈣特種絕緣板。本設(shè)計(jì)采用通長(zhǎng)陰極炭塊，設(shè)計(jì)規(guī)格為3410mm660mm450mm的陰極炭塊。在大型預(yù)焙槽的設(shè)計(jì)中，母線不僅被看成把電流導(dǎo)入的導(dǎo)體，而且更重要的是它產(chǎn)生的磁場(chǎng)，母線磁場(chǎng)是影響槽內(nèi)鋁液穩(wěn)定的重要因素，直接制約著鋁的氧化損失和電流效率指標(biāo)的高低。167。(3) 立柱母線根據(jù)立柱母線電流密度可計(jì)算立柱母線橫截面積，則立柱母線橫截面積為： (511)立柱母線規(guī)格取為400mm580mm時(shí)，取一根，則它的電流密度校驗(yàn)值為： (512) 表51 陽(yáng)極母線規(guī)格表母線類型斷面規(guī)格面積電流陽(yáng)極橫母線580mm260mm陽(yáng)極軟母線600mm2mm立柱母線460mm630mm167。 短路母線電解槽停電短路采用地上短路。電解槽的平均電壓： (61)167。167。 陽(yáng)極大母線電壓降取大母線平均溫度t=66℃，=，α=，由此計(jì)算得： (64)前面計(jì)算得到陽(yáng)極導(dǎo)桿50根，每根導(dǎo)桿的電流負(fù)荷為： (65)采用功率法求電壓降，設(shè)陽(yáng)極大母線長(zhǎng)為： (66)式中660為陽(yáng)極塊寬，40為預(yù)焙陽(yáng)極間距。 陽(yáng)極軟母線電壓降軟母線規(guī)格600mm2mm，長(zhǎng)度為1550mm，t=60℃，則： (67) (68)167。得到陽(yáng)極立柱母線電壓降(包括軟母線電壓降)：167。式中——炭塊電阻系數(shù)，400～900℃時(shí)，；d——炭塊平均電流密度d=1/2（新塊電流密度+殘極電流密度）；h——炭塊的平均導(dǎo)電高度，h=1/2(h1+h2)；h1——新塊有效導(dǎo)電高度，h1=新塊高度1/2炭碗中鋼爪高度；h2——?dú)垬O有效導(dǎo)電高度，h2=殘極高度1/2炭碗中鋼爪高度；設(shè)殘極長(zhǎng)為1400mm，寬為600mm，則 (610) (611)167。由公式可計(jì)算： (613)式中 ——電流通過(guò)陰極炭塊路徑的長(zhǎng)度，cm； ——半石墨質(zhì)炭塊的電阻率，槽底炭塊溫度為850℃時(shí)，； A——槽膛寬度的一半3900/2=1950mm S——澆鑄時(shí)陰極鋼棒， B——炭塊寬度與炭縫之和，660+40=700mm，70cm； a——結(jié)殼厚度，取100mm； ——陽(yáng)極電流密度，為。端部母線平均溫度為90℃，可計(jì)算母線電壓降：因槽周陰極母線為并聯(lián)形式，故槽周陰極母線電壓降取其中最大值為：。 陽(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?陽(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)偟碾妷航蛋聪率接?jì)算： (618)式中 ——陽(yáng)極效應(yīng)次數(shù)（次/槽 連接母線壓降槽外母線包括整流所到廠房的輸電線、廠房間連接母線及槽間線等。167。(2) 計(jì)算基礎(chǔ)條件溫度基礎(chǔ)：取25℃作為計(jì)算基礎(chǔ)；時(shí)間：取1小時(shí)；體系：槽底槽殼槽罩；體系電壓：V槽底+V電解質(zhì)+V陽(yáng)極+V鐵碳+V鋼爪+V實(shí)際分壓+V效應(yīng)==；開罩時(shí)間：8min/次；換陽(yáng)極時(shí)間：6min/次；電流強(qiáng)度：400kA；陽(yáng)極氣體成分：CO2 75% CO 25%；電流效率：94%；排煙量：14400m3/h；167。h陽(yáng)極氣體中CO2占75% CO占25%，CO，CO2的生成量可按以下反應(yīng)方程式計(jì)算： Al2O3+12/7C→2Al+9/7CO2+3/7CO則： 電解溫度為940℃~950℃。V保溫磚：65mm。AA方向的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化不大，所以取與上相同的導(dǎo)熱系數(shù)k1=根據(jù)公式：Q3=kSADΔt=（650600）=(712) BD面的面積：SBD=（）=取750℃作為熱源的平均溫度，AB方向的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化不大，槽底導(dǎo)熱系數(shù)相同，即k2=根據(jù)公式：Q4=kSBDΔt=（75025） (713) = 槽殼總的熱損失： Q槽=Q1+Q2+Q3+Q4 。a. 正對(duì)槽膛底的槽殼損失槽殼底面積：S==電解質(zhì)溫度：950℃，槽殼溫度：90℃，Δt=95090=860℃底部炭塊：δ1=45cm，取平均溫度為925℃。側(cè)部：(由里向外)伸腳：平均厚度200mm；側(cè)部炭塊：125mm；鋼殼：12mm底部：(由里向外)炭塊：450mm；耐火磚：265+2mm。 熱量支出計(jì)算1. Al2O3反應(yīng)熱 Al2O3(s)→ 2Al(l)+(g)電解溫度為950℃即1223K下查的Al2O3分解的自由能計(jì)算公尺為：ΔFt=405760+可得Al2O3的分解熱為：ΔFt=405760+12231223=每槽1h可分解Al2O3 ，QAl2O3==2. 氣體帶走的熱電解槽氣體流量：14600m3/h；排煙管煙氣溫度 ：85℃；氣體(空氣、CO、CO2等)平均比熱：Cp= 熱量輸入計(jì)算(1) 電能收入，Q電=IV熱=400000=(71) =(2) 陽(yáng)極反應(yīng)所得熱每個(gè)電解槽每小時(shí)產(chǎn)鋁量為： P==400000103=計(jì)算體系可以任意選擇，但必須包括生產(chǎn)設(shè)備的基本部分，否則所進(jìn)行的計(jì)算就失去了實(shí)際意義。根據(jù)以上計(jì)算，可編制電解槽電壓平衡表如表61所示。日； ——陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生時(shí)的槽電壓（V）； ——平時(shí)的槽電壓（V）； t——陽(yáng)極效應(yīng)延續(xù)時(shí)間（min）取為5min。 焊點(diǎn)壓降陰極鋼棒鋁棒爆炸焊壓降取3mV，鋁棒與軟母線焊點(diǎn)之間的壓降取5mV。 陰極軟母線電壓降陰極軟母線長(zhǎng)度取1000mm，截面，共43片，母線平均溫度90℃，： (617)167。 槽底電壓降鋁電解槽的槽底電壓降指槽內(nèi)鋁液至陰極鋼棒棒頭之間的電壓降，～。(3) 卡具電壓降11mV。(2) 平衡母線電壓降，實(shí)測(cè)取14mV。2=8380mm。(63)167。采用炭陽(yáng)極進(jìn)行電解時(shí)，～。操作時(shí)系列停電25分鐘。如表列出了槽周陰記母線電流的分配。(1) 陽(yáng)極橫母線設(shè)計(jì)采用四端進(jìn)電方式，故母線上電流為I/8。另外所設(shè)計(jì)的母線占電解槽基建費(fèi)用的25%左右，確定合理的母線配置和結(jié)構(gòu)是十分重要的。 母線結(jié)構(gòu) 整流后的直流電通過(guò)鋁母線引入電解槽上，槽與槽之間通過(guò)鋁母線串聯(lián)而成，所以電解槽有陽(yáng)極母線、陰極母線、立柱母線和軟帶母線；槽與槽之間、廠房與廠房之間還有聯(lián)絡(luò)母線。保溫磚與耐火磚的周邊充填有耐火顆粒。(2) 槽底部?jī)?nèi)襯選擇側(cè)部為散熱型結(jié)構(gòu)，一般底部和上部要加強(qiáng)保溫。167。設(shè)殘極長(zhǎng)度為1400mm，寬為600mm，則殘極高度為： (56)167。炭塊頂部有四個(gè)裝配爪頭的碳孔，其直徑為200mm，深為100mm。導(dǎo)桿電流密度為： (51)(2) 爆炸焊結(jié)構(gòu)鋁導(dǎo)桿與鋼板的聯(lián)接采用鋁鋼爆炸焊。電解槽電氣絕緣:在電解槽系列上，系列電壓達(dá)數(shù)百伏甚至上千伏。本設(shè)計(jì)為400kA中心下料預(yù)焙電解槽。h1）/%項(xiàng)目/（kgh) CO2： (槽 C實(shí)=450103=(槽h） (46) 氟化鋁消耗量為：25103=（槽h） (43) Al2O3實(shí)際單耗為：1930103=（槽 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的確定與列表鋁電解生產(chǎn)中主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括：電流強(qiáng)度、電解槽數(shù)、電流效率、電解溫度、極距、陽(yáng)極電流密度、電解溫度、平均電壓等等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列于下表31中：表31 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)指標(biāo)名稱單位數(shù)量備注1電流強(qiáng)度kA400設(shè)計(jì)值2電解槽數(shù)臺(tái)208其中備用槽9臺(tái)3電流效率%94設(shè)計(jì)值4陽(yáng)極電流密度A/cm25電解溫度℃9409506極距cm7鋁水平cm20228電解質(zhì)水平cm22249陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)次/槽?日10電能消耗率kWh/tAl13200直流電耗11平均電壓V12氧化鋁單耗kg/tAl193013陽(yáng)極炭塊單耗kg/tAl450凈耗14冰晶石單耗kg/tAl515氟化鋁單耗kg/tAl2516氟化鎂單耗kg/tAl517分子比18單槽日產(chǎn)量kg理論值第四章 物料平衡167。7. 水、電、空氣等根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐，一般生產(chǎn)用水量為4642m3/d，生產(chǎn)用水173m3/d，循環(huán)水40695m3/d，生產(chǎn)排水2068m3/d，生活排水173m3/d，二次水重復(fù)利用率為90%。 (3) 陽(yáng)極炭塊的消耗 根據(jù)反應(yīng)方程式： Al2O3+3/2C→2Al+3/2CO2 計(jì)算理論碳耗量： (33)由于陽(yáng)極副反應(yīng)，實(shí)際生產(chǎn)中生成的氣體是CO2和CO的混合物，其中CO2約占75%，CO占25%。陽(yáng)極炭塊間距取40mm，陽(yáng)極行間距為200mm。本設(shè)計(jì)400kA電解槽陽(yáng)極到槽幫的距離為大面300mm，小面420mm，中縫為200mm。本設(shè)計(jì)所采用的槽膛深度為550mm。本設(shè)計(jì)槽壽命為2000天，即2000/365=。陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生后的持續(xù)時(shí)間約定為5min左右比較合適。(6) 電解質(zhì)水平和鋁液水平所謂電解質(zhì)水平和鋁液水平，是指他們各自的厚度而言。(2) 電解質(zhì)成分本設(shè)計(jì)400kA電解槽的電解質(zhì)成分為：~，%%，%~%。這些指標(biāo)互相影響，總的來(lái)說(shuō)，在一定時(shí)期內(nèi)盡可能地保持其相對(duì)穩(wěn)定，下面對(duì)它們分別進(jìn)行選擇論證。 ，土地資源充足，而且位于郊外，避免對(duì)中心城市的影響。目前，世界上工業(yè)生產(chǎn)鋁的工藝方法普遍采用“高溫熔鹽電解法”。現(xiàn)代化大型電解鋁廠是一個(gè)技術(shù)密集型企業(yè)，需要各種高素質(zhì)人才。產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)交通便利，二廣高速伊川出口、焦枝鐵路伊川站等均集聚區(qū)內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，如果廠址有方便的、低成本的外部運(yùn)輸系統(tǒng)，如鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，則可以大大地降低運(yùn)輸費(fèi)用。具有充裕、穩(wěn)定而廉價(jià)的電力供應(yīng)條件，是電解鋁廠廠址選擇必須首先考慮的因素。第二章 廠址選擇與論證廠址的選擇不僅直接影響基建投資、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和發(fā)展，還影響地區(qū)的交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)等的發(fā)展。為了延長(zhǎng)鋁電解槽的使用壽命，要從多方面采取措旎。