【正文】 最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)電流效率可達(dá)96%，電耗略低于13000 kW(2)槽電壓和電解穩(wěn)定性均較高,電解質(zhì)過熱度都較低，不超過10℃，槽膛內(nèi)形中爐幫和伸腿的固相結(jié)殼厚度穩(wěn)定合理，因此電流效率高，可達(dá)95%~96%，電耗可低到13000kW采用的物理場數(shù)學(xué)模型精確有效，電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量高，槽電解運(yùn)行穩(wěn)定性好，電流效率可達(dá)95%~96%。這樣不僅電流效率高、炭耗低，而且電解槽壽命長。 kg/t(Al)水平。 鋁電解生產(chǎn)所需用的原材料大致分三類：原料—氧化鋁；熔劑—氟化鹽(包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣和氟化鋰等)；預(yù)焙陽極炭塊或炭糊。它主要是不斷的補(bǔ)充電解質(zhì)中的鋁氧氟配合離子，使其保持一定范圍的濃度，以保證電解的持續(xù)進(jìn)行。水分會分解冰晶石，不僅產(chǎn)生氟化氫氣體，還會增加鋁液中的氫含量。一般要求它具有較小的吸水性，能夠較多較快地溶解在熔融冰晶石里，粒度適宜、飛揚(yáng)損失少，并且能夠嚴(yán)密地覆蓋在陽極炭塊上，當(dāng)氧化鋁覆蓋在電解質(zhì)結(jié)殼上時，可起良好的保溫作用。按照氧化鋁的物理特性，可將其分成砂型、中間型和粉型三種。粉型氧化鋁呈片狀和羽毛狀，顆粒較細(xì)，安息角大，為45176。實(shí)際上由于工業(yè)氧化鋁中大約含有Al2O3 %，以及在運(yùn)輸和加料過程中有飛揚(yáng)和機(jī)械損失，所以生產(chǎn)每噸鋁所需的工業(yè)氧化鋁量是1920~1940 kg。天然冰晶石產(chǎn)于格陵蘭島，無色或雪白色， g/cm3，℃，在自然界中貯量有限。AlF3。從理論上講冰晶石在電解過程中是不消耗的，但實(shí)際上由于冰晶石中的氟化鋁被帶進(jìn)電解液中的水分分解，或自身揮發(fā)，氟化鈉被電解槽內(nèi)襯吸收以及操作時的機(jī)械損失等原因，故冰晶石在生產(chǎn)過程中是有一定損耗的，在正常情況下大約每生產(chǎn)1 t鋁需耗冰晶石5~10 kg。(3)氟化鈉氟化鈉(NaF)是一種白色粉末，易溶于水，同樣是電解質(zhì)的一種添加劑，但它多用于電解槽的預(yù)熱或開動初期，因?yàn)樵谶@個時期，新槽的炭素內(nèi)襯對氟化鈉有選擇性的吸收，使電解質(zhì)的分子比急劇下降，同時裝新槽所用冰晶石的分子比又較低，而生產(chǎn)條件又要求分子比要高，以便提高爐溫，所以裝爐和開動初期，要加一定量的氟化鈉。氟化鈣的含量在生產(chǎn)過程中隨電解質(zhì)的損失而減少，但在生產(chǎn)中并不添加氟化鈣，這是因?yàn)樵涎趸X中含有少量的氧化鈣，氧化鈣與電解質(zhì)中的氟化鋁反應(yīng)可生成氟化鈣，所以它可自行補(bǔ)充累積。 鋁電解預(yù)焙陽極炭塊在冰晶石氧化鋁熔鹽電解生產(chǎn)中，作為導(dǎo)電的陰陽極的各種材料，既能良好導(dǎo)電，又能耐高溫、抗腐蝕，同時價格低廉的目前只有炭素材料，因此鋁工業(yè)生產(chǎn)都采用炭素材料作陰陽極和各種炭糊。預(yù)焙陽極凈耗大約每噸鋁400~450 kg，毛耗(包括殘極)為500~550 kg。直流電流通入電解槽，在陰極和陽極上起電化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)代鋁電解槽系列配置如圖11所示。167。鋁電解槽的槽膛深度一般為450～600mm。陰極棒與碳塊之間澆鑄磷生鐵或用碳糊搗固。陰極棒通過槽殼側(cè)壁上的洞口(窗口)伸出槽殼，其末端與陰極母線連接。有的電解槽還在側(cè)部碳塊下部用碳糊搗固成斜坡狀，構(gòu)成人造伸腿，用來保護(hù)側(cè)部碳塊并收縮鋁液鏡面。由陽極框架、碳陽極糊、陽極導(dǎo)電棒、氧化鋁料倉及陽極升降機(jī)構(gòu)組成。陽極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽極用。陽極框架借助滑輪組或螺旋機(jī)構(gòu)懸吊在電解槽的上部金屬結(jié)構(gòu)上，因此陽極可以上下升降。陽極鋼棒為組合式，它由鋼質(zhì)導(dǎo)電棒與上端的鋁導(dǎo)桿聯(lián)接而成，一般采用爆炸焊接。隨著陽極的消耗，用主升降機(jī)構(gòu)降低陽極母線大梁，亦即陽極本身的高度?，F(xiàn)代大容量中部下料鋁電解槽還配備定時打殼下料裝置和氧化鋁、氟化鋁料倉。也有用碳糊搗固的。加料點(diǎn)位于鋁電解槽的中心部位自成一列。167。配置母線需經(jīng)過精心設(shè)計，以求減弱磁場對電解運(yùn)行的有害影響并節(jié)省母線用量。上插棒自焙陽極鋁電解槽由安裝在陽極框套下部的集氣罩將煙氣收集于燃燒氣中，經(jīng)燃燒后的煙氣排入煙道?，F(xiàn)代鋁電解槽的平均使用壽命可達(dá)4～5a，長者可達(dá)7～8a。根據(jù)現(xiàn)場觀察，破損現(xiàn)象[9]有：(1)碳陰極中出現(xiàn)大而深的裂紋；(2)碳陰極出現(xiàn)沖蝕深坑；(3)碳陰極呈層狀剝落；(4)碳陰極向上隆起并開裂；(5)陰極棒受鋁液侵蝕并熔化，陰極棒發(fā)生變形，向上隆起；(6)槽底耐火磚和保溫材料受電解質(zhì)侵蝕，其中間部位存在棱鏡狀灰白層；(7)側(cè)部碳塊受電解質(zhì)和鋁液沖刷磨蝕產(chǎn)生孔洞；(8)鋼質(zhì)槽殼向外膨脹呈橢圓形，底部鋼板向下鼓出甚至開裂。鈉滲透到炭素材料中導(dǎo)致炭素材料體積膨脹并產(chǎn)生裂紋，鋁和電解質(zhì)沿裂縫侵入陰極，最終導(dǎo)致停槽大修。操作上要采用合適的焙燒和啟動方式，并建立平穩(wěn)的正常運(yùn)行制度等。167。167。東園以原鋁電工業(yè)園為依托，最西接近焦柳鐵路伊川站，與伊川縣規(guī)劃伊河?xùn)|縣城新區(qū)接壤，西園北至西南環(huán)高速公路，西至老洛欒路，東到洛欒快速通道。這里所說的外圍服務(wù)，是指地方提供的價格合理的人力資源、維修服務(wù)和其它生活保障體系。167。同時，土地是電解鋁廠建設(shè)的必要條件。正常生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括：電流效率、電解溫度、極距、電解只成分、陽極電流密度、鋁液水平、電解質(zhì)水平、陽極效應(yīng)系數(shù)等。本設(shè)計選取的電流效率為94%。(5) 陽極電流密度。?日即可?，F(xiàn)在國內(nèi)的較大型的電解槽壽命普遍達(dá)到1800天以上，預(yù)計可達(dá)2500天。(2) 槽膛深度槽膛深度主要取決于槽中電解質(zhì)鋁液水平及操作工藝制度。過小則不利于操作。陽極實(shí)際面積與陽極電流密度校核值為： S陽 =4815566=491040cm2 D陽=400000/491040=b. 槽膛尺寸取陽極到槽幫的距離為大面300mm，小面420mm。 (2) 氟化鹽的消耗根據(jù)國內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐可知冰晶石單耗為：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。本設(shè)計采用國際上近幾年來所采用的化學(xué)防滲技術(shù)術(shù)，即采用干式防滲料作為防滲層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋁層。167。 Al2O3理論單耗為：103=（槽則： 冰晶石消耗量為：5103=（槽h） (49)（4）陽極炭塊的消耗量根據(jù)反應(yīng)方程式：Al2O3+3/2C→2Al+3/2CO2 計算理論碳耗量： (410)由于陽極副反應(yīng)，實(shí)際產(chǎn)生的氣體為一氧化碳和二氧化碳的混合物，各占約25%和75%，由此計算理論實(shí)際碳耗量為： (411)生產(chǎn)CO2為： (412)CO為： 3/728?h (413)由于機(jī)械等原因，陽極炭塊的實(shí)際消耗量比理論值多18%20%，根據(jù)國內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐，從優(yōu)化設(shè)計的角度考慮，取噸鋁實(shí)際碳耗為450kg/t。h) (415)產(chǎn)出： 出鋁： (槽如表41所示為物料平衡表： 表41物料平衡表收入支出項(xiàng)目/（kg預(yù)焙槽根據(jù)下料方式可分為邊部打殼下料電解槽和中心打殼下料電解槽兩種。母線結(jié)構(gòu)：鋁電解槽有陽極母線、立柱母線和軟帶母線，槽之間、廠房之間還有聯(lián)絡(luò)母線。 陽極結(jié)構(gòu)(1) 鋁導(dǎo)桿陽極組數(shù)經(jīng)過計算為48組，陽極導(dǎo)桿是48根，取陽極導(dǎo)桿規(guī)格為145mm145mm2278mm，斷面尺寸為145mm145mm。設(shè)計所用陽極每組炭塊共有四個鋼爪，鋼爪間距為200mm，鋼爪上電流密度為。取陽極更換周期為22天。搖籃支架選用360mm工字鋼、厚鋼板焊制而成，槽側(cè)和端壁都設(shè)有一些搖籃架。在側(cè)部炭塊和底部炭塊之間有用炭糊扎成人造伸腿，以便形成側(cè)部電解質(zhì)爐幫。底部內(nèi)襯厚度共392mm。取陰極炭塊到槽膛端壁的距離為420mm，炭塊間的炭糊扎縫為40mm，可計算陰極炭塊數(shù)量n：1760040(n1)660n=4202 解得 n=24炭塊到端壁邊緣的距離為：(17600402366024)/2=420mm炭塊到側(cè)壁邊緣的距離為：(39003410)/2=245mm陰極鋼棒規(guī)格：4480mm200mm150mm，~，選擇D陰極=陰極截面積為：S=40000/=2000000mm2陰極鋼棒數(shù)為：2000000/(150200)=，取66根陰極鋼棒 效驗(yàn)陰極鋼棒電流密度為：d=400000/(15020066)=由槽膛尺寸及槽膛內(nèi)襯尺寸可算出槽殼尺寸：槽殼寬度=3900+2150(內(nèi)襯)+212(鋼板)+225(伸縮縫)=4274mm槽殼長度=17600+2150(內(nèi)襯)+212(鋼板)+225(伸縮縫)=17974mm槽殼深度=550+450(底部炭塊)+392(內(nèi)襯)+12(鋼板)+40(槽沿板) =1444mm167。因而所設(shè)計的母線系統(tǒng)必須很好的平衡磁場，以減少鋁液的流動和波動。陽極母線采用鑄造鋁母線，兩端用軟母線與端頭母線連接，一邊陽極母線升降。(1) 陰極軟母線母線規(guī)格為200mm2mm，則陰極軟母線片數(shù)為： 取38根 (513)校驗(yàn)電流密度： (514)(2) 槽周陰極母線根據(jù)母線配置圖可知，槽周陰極母線分為A側(cè)槽周陰極母線和B側(cè)槽周陰極母線及槽底陰極母線，電流經(jīng)過陰極鋼棒進(jìn)入A側(cè)和B側(cè)槽周陰極母線，A側(cè)經(jīng)過槽底陰極母線與B側(cè)電流交匯經(jīng)過槽間連接母線進(jìn)入到下一個槽子的立柱母線上。需要短路時將立柱母線與短路母線之間的絕緣板抽出，然后將短路母線與立柱母線用螺栓壓緊。 實(shí)際分解電壓即極化電壓，就是Al2O3理論分解電壓與陽極過電壓和陰極過電壓之和。 電解質(zhì)電壓電解質(zhì)電壓可根據(jù)克魯鮑夫提出的經(jīng)驗(yàn)公式計算： (62)式中 ： S陽極的截面積，cm2； L極間距離，cm； 2（A+B）陽極周長，cm； 電解質(zhì)的比電阻，～。大母線長一半為： 16760247。 陽極立柱母線電壓降(1) 陽極焊點(diǎn)電壓降（軟母線與平衡母線焊點(diǎn)電壓降、軟母線下焊接點(diǎn)電壓降及立柱母線與陰極母線焊接點(diǎn)電壓降），取15mV。 陽極炭塊組電壓降(1) 陽極導(dǎo)桿電壓降 設(shè)：鋁導(dǎo)桿長度L，橫截面積S，每根導(dǎo)桿通入的電流i，鋁導(dǎo)桿的電阻系數(shù)代入下式： (69)(2) 導(dǎo)桿下部電壓降 包括：鋁鋼爆炸焊接區(qū)電壓降10mV，鋼爪壓降24mV，鋼炭接觸壓降110mV。 陰極電壓降167。電流通過陰極炭塊路徑的長度按下式計算： (614)式中 H——陰極炭塊高度（55cm）； h和b——陰極鋼棒的高度和寬度，在計算中取h=23cm，b=18cm,故 (615)將選擇與求得的值代入公式中，得到炭塊槽底電壓降：(616)167。167。日），槽外母線均攤電壓根據(jù)實(shí)測取60mV。 計算方法與基礎(chǔ)條件(1) 計算方法所謂計算體系，即計算對象的邊界范圍。 能量平衡計算167。每個電解槽中： CO2的生成熱為：103=CO的生成熱為： 103=則氣體總生成熱： Q氣=+=CO的燃燒熱：CO在火炎部分燃燒，使體系內(nèi)空氣溫度升高，一般可認(rèn)為燃燒50％，CO+1/2O2=CO225℃時1kmolCO燃燒生成CO2，燃燒熱為67630kCal，則 QCO→CO2=6763050%=167。Δt=14600（8525）=262800kCal/h= (73)3. 鋁液帶走的熱量電解溫度：950℃ 鋁的熔點(diǎn)：660℃由物質(zhì)的比熱表可查得鋁的熔化熱：93kCal/kg由物質(zhì)的比熱表可查的鋁的比熱： 298K~933K時 C0==933K~1273K時 Cp=則 (74) = Q熔== (75) =所以QAl=Q固+Q熔+Q液=++= = (76)4. 殘極帶走的熱由 Al2O3+12/7→2Al+9/7CO2+3/7CO知1mol氧化鋁需12/7mol的碳，每塊殘極高度165mm，消耗375mm，故C殘：C耗=165:375則殘極的量為： (77) 由于殘極損失時表面溫度為450℃，電解質(zhì)溫度為950℃，故殘極換出溫度約為： 殘極碳比熱：Cp=+105T2 故殘極碳帶走熱量為： =(78) 殘極上覆蓋有10mm的氧化鋁，平均溫度為500℃，帶走熱量1000kCal/h殘極總帶走熱量為：+1000=5. 加熱冰晶石、氟化鋁熔化冰晶石、氟化鋁、氟化鎂等需22W/kgAl，則一小時需：22=6. 散熱損失電解槽散熱損失計算，采用傳導(dǎo)計算法，在前人的基礎(chǔ)上對角部采用分布場計算法，即槽底以下的面積采用幾何平均面積，正對槽膛底的面積用等面積進(jìn)行計算，角部用溫度分布平均值進(jìn)行計算。(1) 槽殼損失傳導(dǎo)熱損失：Q=kSΔtk值計算采用圖解法：側(cè)部：℃，本設(shè)計?。?5℃.底部：平均94℃，本設(shè)計取90℃.第一部分我槽膛底以上部分（AA），以上部分由于內(nèi)外面積相差不大，所以用幾何平均面積，余下部分由于相差較大（S2＞2S1），可分為兩部分；第二部分為槽膛底面積；第三部分為角部，采用溫度場分布，取平