【正文】 h ）I———電流強(qiáng)度,Aη———電流效率,%t———日工作時(shí)間,hQ=106=280100024106=〔t/臺(tái)現(xiàn)在鋁工業(yè)上選用NaF／～，電解溫度為9l0～950℃[17]，處在一個(gè)平臺(tái)上，這是可以理解的。降低電解溫度是一條非常好的途徑，但在各種不同大小和不同形式的電解槽上，各有不同的最佳電解溫度，不能強(qiáng)求一致。惰性陽(yáng)極和惰性陰極同低溫電解相結(jié)合，則相得益彰。因此，今后唯有同時(shí)創(chuàng)造減少熱損失的條件，才有可能在鋁工業(yè)上發(fā)展新型的低極距、低電壓電解槽。這是基本的研究思路[16]。因?yàn)殇X的熔點(diǎn)是660℃，要得到液體鋁，電解溫度只要達(dá)到850～900℃即可，大約高出鋁的熔點(diǎn)200℃以上。事前處理程序：對(duì)原工藝參數(shù)記錄中鋁中硅含量升降頻繁的槽進(jìn)行以下工藝調(diào)整：～20cm，控制槽溫在946960℃較低的范圍內(nèi)生產(chǎn)，熄滅效應(yīng)持續(xù)時(shí)間不能超過4min。高硅槽槽膛大、爐幫薄，不能有效地防止電解質(zhì)水平電流的產(chǎn)生，不能將電解生產(chǎn)的電化學(xué)過程約束在一個(gè)規(guī)則空間內(nèi)進(jìn)行，如此等于相對(duì)降低了陰極電流密度，直接導(dǎo)致電流效率的下降。該形式的高溫槽較難處理，危害性大，處理時(shí)間需4～6天，處理程序?yàn)椋孩?～，脫離槽控系統(tǒng)控制，用完全停料或定時(shí)140～180S的方法消耗氧化鋁；②關(guān)注電解質(zhì)的粘度，若流動(dòng)性太差，則立刻更換部分電解質(zhì)，用低溫液體電解質(zhì)或固體冰晶石補(bǔ)進(jìn)；③ 將氟鹽間隔設(shè)置在30～40min左右，逐步放長(zhǎng)氟鹽間隔。可以采用下述處理程序(1)若該槽電解質(zhì)水平不足，將液體電解質(zhì)補(bǔ)到槽中，盡量補(bǔ)到19cm以上(2)加大出鋁量，～：(3) ，采用長(zhǎng)NB下料設(shè)置，或長(zhǎng)定時(shí)下料110120S，拉住運(yùn)行電壓，脫離槽控系統(tǒng)控制，以防它誤判，采用RC調(diào)整及走過量下料。在預(yù)熱、啟動(dòng)和啟動(dòng)后期中的能量消耗，與常規(guī)生產(chǎn)時(shí)的能量消耗相比，顯然要多些。在啟動(dòng)后的第一周末可達(dá)到系列所規(guī)定的下料速度。控制點(diǎn)式下料器的下料量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的“供料不足”而避免“供料過量”，以達(dá)到一定的陽(yáng)極效應(yīng)頻率。槽內(nèi)的鋁液是一個(gè)良好的熱緩沖體。據(jù)報(bào)道，280kA大型預(yù)焙槽在啟動(dòng)后的前2個(gè)月內(nèi)，大約需要補(bǔ)給2t以上氟化鈉(用碳酸鈉)。其主要特征是：(1)在初始時(shí)，電解槽槽身的溫度低，尚未達(dá)到熱平衡。對(duì)大型電解槽而言，適宜的加鋁時(shí)間是在啟動(dòng)后32h；對(duì)于預(yù)熱和啟動(dòng)良好的電解槽而言，延遲加鋁時(shí)間是無害的。這是在固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)的基礎(chǔ)上，添加碳酸鈉而配成的。此時(shí)電壓宜低，保持低而穩(wěn)定的電壓可避免或減少陽(yáng)極碎裂。也有不引發(fā)陽(yáng)極效應(yīng)，只是逐步提高電壓的。隨后按照槽電壓與陽(yáng)極電流分配情況，逐漸增大電流。有兩種啟動(dòng)方式：干式啟動(dòng)與常規(guī)啟動(dòng)。此法的固有優(yōu)點(diǎn)是容易控制加熱速度，并使陰極表面均勻加熱。(2)鋁液預(yù)熱 鋁液預(yù)熱法的原理是把鋁液灌注入槽內(nèi)，覆蓋在陰極表面上，與陽(yáng)極接觸，通電后構(gòu)成電流回路，并產(chǎn)生熱量。陰極炭塊之間的底糊填充縫，在焙燒終了時(shí)不應(yīng)冒出來，而且不產(chǎn)生大的裂縫。繼續(xù)通電72h后，結(jié)束焙燒。24h后達(dá)到滿負(fù)荷電流。陽(yáng)極炭塊要乎整，導(dǎo)桿要與炭塊垂直。(1)炭粒預(yù)熱 用焦粒作發(fā)熱電阻體，這是一種比較通用的預(yù)熱方法。加之相配套的鋁電解槽初晶溫度和過熱度計(jì)算機(jī)控制軟件的使用，必然使我國(guó)鋁電解槽的技術(shù)工藝、電流效率和能耗指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水。這是當(dāng)代國(guó)際最先進(jìn)的電解槽電子計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。電解質(zhì)溫度增加時(shí)，也會(huì)使沉淀和槽幫結(jié)殼熔化，電解質(zhì)的初晶溫度上升，這反過來又使過熱度降低和電解槽側(cè)部熱損失減小。參照法國(guó)彼斯涅鋁電解的操作經(jīng)驗(yàn)，如果這種電解槽的平均過熱度能降低到8～9℃，其電流效率有可能上一個(gè)臺(tái)階。因此，最佳的電解質(zhì)過熱度必須由實(shí)踐加以確定。然而過低的電解溫度容易在槽底產(chǎn)生沉淀和造成槽膛不規(guī)整，因而會(huì)引發(fā)槽子不穩(wěn)定。在我國(guó)電解鋁廠中，直習(xí)慣于用傳統(tǒng)的低溫、低分子比來提高電流效率的方式組織生產(chǎn)。目前，國(guó)際上電解鋁廠電流效率最高的電解槽當(dāng)屬Pechiney在加拿大魁北克的325kA電解槽系列，該電解槽系列年平均電流效率為96．0％，電耗13．0kWh／kg這意味著，同樣大小電解槽在其它技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不變的情況下，以陽(yáng)極電流密度0．7A／cm2與0．8 A／cm2相比，后者電解槽的產(chǎn)量比前者高14％，這無疑使鋁電解生產(chǎn)的成本大大降低。在這些質(zhì)量指標(biāo)中，有些具有相關(guān)性，如電導(dǎo)率和導(dǎo)熱系數(shù)之間就有很強(qiáng)的相關(guān)性，這是所有固體導(dǎo)電材料固有的特性。誠(chéng)然這些措施對(duì)電解槽的壽命改善有好處，但它們并不是提高我國(guó)鋁電解槽壽命的根本措施。盡管焦粒焙燒并不是屬于我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，但對(duì)我國(guó)電解鋁廠應(yīng)該是一個(gè)技術(shù)上的進(jìn)步。電解鋁行業(yè)處于高速發(fā)展成長(zhǎng)期階段，行業(yè)優(yōu)勝劣汰，行業(yè)集中度不斷提升。中國(guó)依然是全球電解鋁增產(chǎn)的主動(dòng)力，%，中國(guó)產(chǎn)量的變化趨勢(shì)對(duì)全球電解鋁供應(yīng)起到了決定性的作用[5]。電解鋁的生產(chǎn)成本價(jià)在15000元/噸17500元/噸，而電解鋁的價(jià)格僅為13400元/噸，行業(yè)虧損嚴(yán)重。中國(guó)300KA級(jí)的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時(shí)間短。多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。有鋁的氧化物與冰晶石（3NaF 在含礦巖系中共生有半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土、鐵礦和硫鐵礦。有關(guān)部門根據(jù)已有地質(zhì)條件和成礦條件分析，我國(guó)鋁土礦資源總量預(yù)計(jì)可達(dá)50億t。擠壓、擠壓與拉拔結(jié)合生產(chǎn)的無縫管可與機(jī)械制造的有縫管和焊接管相匹敵。耐用消費(fèi)品: 家用電器 由于鋁制品質(zhì)量輕、外觀美觀、具有對(duì)各種形式加工的適應(yīng)性以及便宜的制造加工費(fèi)用，因此鋁廣泛應(yīng)用于家用器具中，質(zhì)輕是它重要的特性，可適應(yīng)于真空吸塵器、電熨斗、便?式洗碟機(jī)及食品加工機(jī)與攪拌器的要求。每臺(tái)汽車的典型鋁用量約70kg(150lb)，此數(shù)可望急劇增加，因?yàn)槠毡榈墓?jié)省燃料的要求迫使如此，而且人們還不斷強(qiáng)調(diào)回收鋁的重要性。鋁也普遍用于橋梁結(jié)構(gòu)上，特別是長(zhǎng)墩距橋梁或活動(dòng)橋梁的平衡裝置和升橋的施工中。2001年約有220家營(yíng)業(yè)中鋁材廠，其中大瀝鎮(zhèn)占151家。中國(guó)2001年回收廢鋁總計(jì)918,000。但進(jìn)入90年代后，特別是90年代后期，交通運(yùn)輸業(yè)開始占據(jù)主導(dǎo)地位。 然而，鋁合金的回收及再生又是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)工作，各種鋁制品使用范圍寬廣，使用分散，如何回收集中、分類，再來實(shí)現(xiàn)再生加工等均是十分繁雜龐大的工程。如何利用再生問題十分迫切。1997年世界鋁的生產(chǎn)量和使用量分別達(dá)到2200萬(wàn)噸及2300萬(wàn)噸。基于其化學(xué)抗藥性，鋁特別適合用在化學(xué)藥品制造和儲(chǔ)運(yùn)的構(gòu)件上，鋁對(duì)氧的親合力很高，故也大量用于鋼和鐵的除氧劑。由于鋁的化學(xué)性質(zhì)好，所以取代了很多原料既有用途，如飲料罐和建材，美國(guó)鋁的最大消耗是發(fā)生在制罐和饈業(yè)，約占全美用量的28%，接著是運(yùn)輸業(yè)約19%，再來是房屋和建筑業(yè)約18%。黏土狀的鋁土礦是鋁的重要來源，鋁土礦含有5060%的氧化鋁，制造一磅鋁約需要10千瓦的小時(shí)的電力，因此廉價(jià)的電對(duì)煉鋁工業(yè)非常重要。 可鍛性: 鋁合金可以鍛造成形狀與品種繁多的鍛件，它們的最終部件鍛造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇范圍(基於預(yù)定的用途)是很寬的。 一些鋁合金在強(qiáng)度上超過結(jié)構(gòu)鋼材，但是純鋁及某些鋁合金的強(qiáng)度和硬度極低。鋁由於它的優(yōu)良電導(dǎo)率而常被選用。近一個(gè)世紀(jì)的歷史進(jìn)程中，鋁的產(chǎn)量急劇上升，到了20世紀(jì)60年代，鋁在全世界有色金屬產(chǎn)量上超過了銅而位居首位，這時(shí)的鋁已不單屬于皇家貴族所有，它的用途涉及到許多領(lǐng)域，大至國(guó)防、航天、電力、通訊等，小到鍋碗瓢盆等生活用品。關(guān)鍵詞：鋁，電解槽，能量平衡，設(shè)計(jì) Aluminum Plant Design of Annual Output 150,000 Tons Aluminum Speciality: metallurgical engineeringStudent: Wang Peng Instructor: Dang Xiao EDesign DescriptionChina is the world39。 此外還有兩個(gè)輔助環(huán)節(jié)：炭素電極制造和氟鹽生產(chǎn)。這時(shí)的鋁十分珍貴，據(jù)說在一次宴會(huì)上，法國(guó)皇帝拿破侖第三獨(dú)自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。 鋁的表面具有高度的反射性。鋁無毒性，通常用於制造盛食品和飲料的容器。特定的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、可延展性和相應(yīng)的加工硬化率支配著允許變形量的變化。而常用鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電度約為銅的61%，鋁也有很高的導(dǎo)熱度，為銀的一半，純鋁熔點(diǎn)攝氏660度。鋁的供應(yīng)來源除了新鋁外，回收鋁也占有很高的比例，回收鋁又分為舊料回收（主要來源是飲料罐和汽車廢件）、新料回收（加式過程中的鋁屑）兩種。黏土狀的鋁土礦是鋁的重要來源，鋁土礦含有5060%的氧化鋁，制造一磅鋁約需要10千瓦的小時(shí)的電力，因此廉價(jià)的電對(duì)煉鋁工業(yè)非常重要。由于鋁的化學(xué)性質(zhì)好，所以取代了很多原料既有用途，如飲料罐和建材，美國(guó)鋁的最大消耗是發(fā)生在制罐和饈業(yè)，約占全美用量的28%，接著是運(yùn)輸業(yè)約19%，再來是房屋和建筑業(yè)約18%。隨著產(chǎn)量、使用量的增加，廢棄鋁制品量也越來越大。再生鋁在主要發(fā)達(dá)國(guó)鋁的生產(chǎn)中地位日益突出。但是，在一些環(huán)措施與工藝技術(shù)水平上，即使是新格公司的水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，但也仍然屬于國(guó)外八十年代的水平，至于一些規(guī)模小、產(chǎn)量低、環(huán)保措施不力的企業(yè)還是占大多數(shù)，技術(shù)改造和環(huán)保設(shè)施在落實(shí)上可以說是困難重重。目前年銷售量大約50億只/年。有些廢鋁經(jīng)過熔煉加工后做成各種型材、摩托車配件如輪箍、發(fā)動(dòng)機(jī)配件等返銷國(guó)外。 鋁的用途鋁廣泛的應(yīng)用于各種建筑中，如橋梁、塔樓和儲(chǔ)罐等。包裝業(yè)產(chǎn)品包括家用包裝材料、軟包裝和食品容器、瓶蓋、軟管、飲料罐與食品罐。海上應(yīng)用 鋁普及于各種各樣的海上應(yīng)用中，包括船舶的主要受力構(gòu)件如船體與艙面室，以及其它應(yīng)用如煙囪外殼、艙蓋、窗框、空氣出口、舷梯、信道、船尾、甲板、通風(fēng)設(shè)備、船用家具、以鋁代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。擠壓件其是擠壓固體金屬通過開孔模而生產(chǎn)出來的。　　據(jù)美國(guó)礦業(yè)局《Mineral Commodity Summaries》1996年資料，全世界鋁土礦儲(chǔ)量為230億t，儲(chǔ)量基礎(chǔ)為280億t，其中鋁土礦資源比較豐富的國(guó)家有：澳大利亞(儲(chǔ)量基礎(chǔ)79億t)、幾內(nèi)亞(儲(chǔ)量基礎(chǔ)59億t)、巴西(儲(chǔ)量基礎(chǔ)29億t)、牙買加(儲(chǔ)量基礎(chǔ)20億t)、印度(儲(chǔ)量基礎(chǔ)12億t)、匈牙利(儲(chǔ)量基礎(chǔ)9億t)?！　∥覈?guó)鋁土礦的另一個(gè)不利因素是適合露采的鋁土礦礦床不多，據(jù)統(tǒng)計(jì)只占全國(guó)總儲(chǔ)量的34%。 我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量分布我國(guó)鋁土礦分布高度集中，山西、貴州、河南和廣西四個(gè)省(區(qū))%(%、%、%、%)，其余擁有鋁土礦的15個(gè)省、自治區(qū)、%?！　∩綎|的鋁土礦主要分布在淄博、新泰、洪山等縣境內(nèi)，其探明鋁土礦儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的3%。大容量電解槽的開發(fā)，使中國(guó)鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，中國(guó)尚缺乏對(duì)鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。電解鋁需求增速放緩，受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，來自房地產(chǎn)和汽車行業(yè)的需求增速大幅下滑，而來自于電力設(shè)備行業(yè)的需求仍保持快速增長(zhǎng)，包裝行業(yè)對(duì)電解鋁的需求量保持穩(wěn)定，2008年電解鋁需求增速在10%左右。2006年全球電解鋁產(chǎn)量達(dá)到3380萬(wàn)噸。生產(chǎn)機(jī)器電解鋁上游行業(yè)氧化鋁產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)鏈向電解鋁行業(yè)延伸，成為電解鋁產(chǎn)能增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。?duì)鋁電解生產(chǎn)來說，影響鋁電解槽壽命的原因是多方面的：有電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，有電解槽內(nèi)襯材料選擇與內(nèi)村材料的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，有筑爐方法的問題，有筑爐質(zhì)量的問題，也有電解槽焙燒啟動(dòng)的方式、方法問題，更有電解槽早期技術(shù)管理和正常情況下電解工藝的選擇與操作問題。就我國(guó)電解鋁廠而言，電解槽內(nèi)襯材料的選擇和內(nèi)襯材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、筑爐方法、筑爐質(zhì)量，以及電解槽啟動(dòng)后的早期技術(shù)管理、正常的工藝技術(shù)操作等方面都存在不同程度的問題，都對(duì)電解槽的壽命有影響。由于供應(yīng)的多渠道和質(zhì)量檢測(cè)手段落后、不完善，檢測(cè)技術(shù)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際不接軌，缺乏對(duì)原材料性能、結(jié)構(gòu)和成份進(jìn)行配料等方面的工藝和技術(shù)研究，是造成陽(yáng)極質(zhì)量差的根本原因。這些優(yōu)點(diǎn)是鋁電解槽提高電流效率、降低電能消耗的基本保障。因此提高鋁電解槽的電流效率基本上有4種方法：①減少鋁液和電解質(zhì)熔體的攪動(dòng)，即增加鋁液鏡面動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定性；②提高鋁電解槽的陰極電流密度和盡量降低除陽(yáng)極底掌以下面積之外的陰極鋁液面積相對(duì)陽(yáng)極底掌面積的比率，如，減少電解槽陽(yáng)極到邊部的距離，或在相同的大面和小面寬度下采用更大電流強(qiáng)度的電解槽。令人驚奇的是這么高的電流效率是在973℃(325kA槽)、963℃(500kA槽)以及過熱度6．8℃(325kA槽)、9．7℃(500kA槽)的技術(shù)條件下取得的。加拿大鋁冶金專家Utigard從鋁和電解質(zhì)的表面張力、電導(dǎo)、相圖、過熱度、電解質(zhì)成份的穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等各方面，綜合分析并得出了使電解槽實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的基本技術(shù)條件是，電解質(zhì)溫度應(yīng)不低于955℃，對(duì)于添加有LiF的電解質(zhì)的電解溫度應(yīng)不低于940℃。而最近Solheim研究指出，較低的過熱度可以在鋁陰極表面沉積一層冰晶石殼膜，因而可阻止鋁的溶解損失，提高電解槽的電流效率。我國(guó)電解鋁廠目前也開始對(duì)這一技術(shù)問題加以重視。電解槽中添加AlF3對(duì)電解槽直接或間接的影響是使電解質(zhì)的初晶溫度降低，過熱度升高。計(jì)算機(jī)控制軟件所監(jiān)控的目標(biāo)有3個(gè)，初晶溫度下限、初晶溫度上限和過熱度。儀器數(shù)據(jù)處理軟件會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速運(yùn)算處理，并在極短的時(shí)間內(nèi)(數(shù)秒鐘)將數(shù)據(jù)處理完畢，然后將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式顯示在儀表盤的顯示器上。新槽包括大修理之后的電解槽。此焦粒是焙燒過的。兩排陽(yáng)極炭塊之間的中縫帶的陰極也要充分預(yù)熱，所以特意采用長(zhǎng)炭塊。槽電壓上升。觀察陰極的表面狀況。底糊的膨脹和收縮行為與溫度和加熱速度有關(guān)。此法的缺點(diǎn)是鋁液先進(jìn)入陰極裂縫中，影響槽壽命。燃料預(yù)熱法的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省電能，我國(guó)首創(chuàng)的槽外焙燒自焙陽(yáng)極的方法，可說是一種新的燃料焙燒法。用耐火氈墊覆蓋在相鄰的兩排陽(yáng)極上面，其目的是防止陽(yáng)極被空氣氧化。最后把陽(yáng)極直接擰緊在母線大梁上，稍稍提高陽(yáng)極，以升高電壓。啟動(dòng)時(shí)所用的液體電解質(zhì)，它的溫度應(yīng)該盡可能高些，接近1100℃，它的數(shù)量取決于電解槽的容量大小，最好多準(zhǔn)備些。臨熄滅效應(yīng)前，要清除浮起來的炭粉和炭粒。用堿性電解質(zhì)啟動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)