【正文】 過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行后電解槽的物理場(電場、磁場、流場)容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復正常。最近，俄羅斯鋁業(yè)啟動了電流強度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。法國彼斯涅AP系列電解技術被公認為代表當今國際領先水平?？刂扑较冗M，控制效應系數(shù)向零目標發(fā)展。對于可望替代現(xiàn)有霍爾埃魯特電解法的一些煉鋁新工藝方法，如炭熱還原法、氯化鋁雙極多室電解法等長遠課題還在繼續(xù)進行研究。(1)化學純度%的氧化鋁以及二氧化硅、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化鈉、氧化鈣和水等少量雜質。另外，氧化鋁要有良好的流動性。中間型氧化鋁介乎兩者之間。2℃。它既可以彌補電解質中氟化鋁的損失，又可以調整電解質的分子比，以保證生產(chǎn)技術條件的穩(wěn)定，其單耗為20~30 kg/t(Al)。(6)氟化鋰氟化鋰或者碳酸鋰，對降低電解溫度和提高電解質導電率有顯著效果，是提高電流效率和降低電耗的一種良好的添加劑，應當推廣應用。167。167。陰極碳塊以碳塊組型式砌筑于電解槽內(nèi)。側部碳塊與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。框架內(nèi)周為厚1mm左右的鋁板(鋁殼)，中間填充陽極糊，陽極棒從陽極框架外部與水平方向成15176。由陽極框套、陽極糊和組合陽極棒及陽極升降機構組成。(3)預焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。鋁導桿用夾具緊固于陽極母線梁上。母線為鋁質壓延母線或鋁質鑄造母線。167。在鋁電解過程中，鈉始終向碳陰極滲透。所以選擇必須詳細勘察、調查研究、綜合分析、多方案比較論證。而且，由于工廠的人員流動、零星貨物運輸、消防保安等需要，方便的道路系統(tǒng)也是必不可少的。伊川縣緊鄰洛陽市，有河南科技大學、中國人民解放軍外國語學院、中國民航飛行學院洛陽分院、洛陽師范學院、洛陽理工學院等多所高校為其提供人才保障。總之，影響電解鋁廠址選擇的因素很多，綜合考慮其經(jīng)濟因素和環(huán)境因素，伊川工業(yè)園區(qū)最為適合鋁電解的生產(chǎn)，故將廠址選于此處。(3) 電解溫度~，電解溫度940℃~950℃(4) 極距所謂極距，是指陰、陽兩極之間的距離。167。(3) 陽極到槽幫的距離陽極到槽幫襯的距離對槽子影響很大。由此可計算： 槽膛長度=2420+24660+2340=17600mm 槽膛寬帶=2300+21550+200=3900mm 槽膛深度=550mm5. 原材料消耗（按每噸鋁計）(1) 氧化鋁消耗 a. 根據(jù)化學反應式Al2O3→2Al+3/2 O2 計算理論消耗量 b. 實際消耗量 實際生產(chǎn)中由于運輸、機械、飛揚等損失，%~%。鋁電解的主要能源為電源，國內(nèi)先進預焙槽的噸鋁直流電耗達13200kWh。h） (44) Al2O3損失量為： －=（槽h) (414)單槽每小時耗碳量為：(槽h1）/%氧化鋁原鋁冰晶石冰晶石氟化鋁氟化鋁氟化鎂氟化鎂氟化鈣氟化鈣陽極炭塊碳損失量CO2生成量CO生成量氧化鋁損失合計100合計100第五章 電解槽結構的設計167。盡管人們把零電壓設在系列中點，但系列兩邊對地電壓仍高達500V左右，一旦短路，易出現(xiàn)人身和設備事故，而且，電解用直流電，槽上電氣設備用交流電，若直流竄入交流系統(tǒng)，會引起設備事故，需進行交、直流隔離，因此電解槽的許多部位需要進行絕緣。(4) 陽極炭塊陽極炭塊尺寸為：1550mm660mm540mm取殘極高度為160mm，陽極凈耗為450kg/tAl，則換極周期為： (52)另外，殘疾高度為160mm，則可消耗陽極炭塊重量為：15566(5616)=621984g= (53)（槽 內(nèi)襯及保溫絕熱結構(1) 槽側部內(nèi)襯選擇槽側部用一層炭塊，以使電解槽側部散熱型，易于形成側部槽幫。(3) 陰極結構參數(shù)的選擇與計算陰極結構可采用“長短型”，也可采用通長陰極炭塊。本設計的電解槽為400kA預焙槽，采用大面四點進電母線配置。表52 槽周陰極母線電流配置 B側I/163I/163I/16I/16A側I/8I/16I/16I/16I/16I/8取母線規(guī)格為：800mm300mm校驗電流密度A側：中間槽陰極母線上電流密度為： (515)端部槽陰極母線上電流密度為： (516)B側：端部槽周陰極母線上電流密度為： (517)中部槽周母線上電流密度為： (518)根據(jù)上述計算，可列出陰極母線規(guī)格于表53中： 表53 陰極母線規(guī)格表名稱規(guī)格數(shù)量電流密度/（A/mm2）陰極軟母線200mm2mm50槽周陰極母線 A側800mm300mm中間4端部2B側800mm200mm中間2端部2167?！５葦嗝孀冸娏髂妇€電壓降由下式算出：所以 167。(4) 預焙炭塊壓降 按公式計算。 槽周陰極母線電壓降槽周陰極母線有A側母線和B側母線，其中A側中間母線有4根，取長為6000mm，截面積600mm200mm，端部母線有兩根，取長為7000mm，截面積為600mm200mm；B側母線中間有2根，取長為5000mm，截面積為600mm200mm，端部母線有兩根，取長為2000mm，截面積為600mm200mm。電壓由4V升至40V，可計算出： (619)167。一般有兩種計算體系:第一種是以槽底槽殼槽罩為其外部邊界：另一種是以槽底槽面陽極為其計算體系邊界。℃Q氣=Cpλ1=103t=103925=℃粘土質耐火磚：δ=652=130mm氧化鋁添縫：2mmδ2=130+2=132mm，取平均溫度：870℃λ2=+103t=+103870 =℃干式防滲料：δ3=65mm，λ3=℃保溫磚：δ4=652=130mm，平均溫度450℃ λ4=+103t=+103450 =℃硅酸鈣質絕緣板：δ5=65mm，λ5≤℃鋼殼：δ6=12mm，λ6=45kCal/m2h℃ (79) 解得k=Q1=kSΔt=860=用所求得的Q驗算各層溫度是否合理：Δt=Q/kS陰極炭塊： t==℃實際平均溫度： b. 槽膛底以下的熱損失由于內(nèi)外面積相差不大，用幾何平均值： = (710)電解質溫度為950℃，槽殼面溫度為600℃，Δt=950600=350℃槽幫：δ1=15cm=，取平均溫度為900℃，則：λ1=102t+104t2=℃?zhèn)炔刻繅K：δ2=125mm，其、取平均溫度為850℃ λ2=+103t=℃鋼板：δ3=12mm，λ3=45kCal/m2h℃ (711) 解得 k=傳導熱：Q2=kSΔt=350=c. 角部熱損失AD面的散熱損失：AD面面積SAD=（）（+）2=AB面熱源是變溫熱源，溫度梯度較大，為了計算方便，取取保溫磚上表面溫度650℃作為熱源溫度。干式防滲料：65mm。h (72) =表61 槽電壓平衡表部位電壓組成電壓降，mV發(fā)熱電壓，mV陽極部分陰極軟母線立柱母線鋁導桿卡具11鋼炭接點110110鋼爪2424陽極鋁鋼焊點10陰極部分陰極軟母線槽底壓降槽周陰極母線陰極各接點8電解質17241724 續(xù)表61部位電壓組成電壓降/mV發(fā)熱電壓/mV分解電壓15501550工作電壓總計陽極效應連接母線60平均電壓總計發(fā)熱電壓總計第七章 能量平衡電解槽的能量平衡是指電解槽單位時間內(nèi)由外部供給的能量與電解槽本身在同種環(huán)境進行物質交換與能量交換過程中所消耗的能量之間的平衡。167。這包括鋁液陰極炭塊、炭塊本身、炭塊陰極鋼棒以及鋼棒本身的電壓降。(3) 壓接鋁板及壓接點的電壓降8mV。 陽極電壓降 167。第六章 電壓平衡工業(yè)電解槽的電能消耗率與電流效率和平均電壓兩個因素有關，降低平均電壓或提高電流效率都能減少電解槽的電能消耗率。，則母線截面積為： (57)取母線規(guī)格為580mm260mm，取一根，校驗母線電流密度為： (58)圖51 母線配置簡圖(2) 陽極軟母線，軟母線規(guī)格為600mm2mm，軟母線的片數(shù)為： (59)校驗電流密度： (510)軟母線長度一般為1550mm，設計?。骸ｊ枠O母線屬于上部結構的一部分，陰極母線排布在槽殼周圍或底部，陽極母線與陰極母線之間通過聯(lián)絡母線、立柱母線和軟母線連接，這樣將電解槽一個一個的串聯(lián)起來，構成一個系列。陰極炭塊為2層耐火磚，每層厚65mm，耐火磚之間用耐火泥粘結并錯縫壘砌，耐火磚下是一層65mm的干式防滲料，干式防滲料能防止電解質滲透并與滲透的電解質作用生成一層堅硬的防滲層，有利于提高電解槽壽命及降低氟化鹽單耗。 陰極結構167。鋁鋼爆炸焊片，其中鋁板規(guī)格為1651652mm3，鋼板規(guī)格為16516540mm3，鋁鋼接觸面積不超過98%，耐熱不小于350℃。陰極結構指電解槽槽體部分，由槽殼和內(nèi)襯砌體構成。h) CO： (槽h） (47) 氟化鎂消耗量為：5103=（槽 物料平衡的計算1. 鋁產(chǎn)量以一小時為計算基礎，平均電流強度為400kA，取平均電流密度為94%，計算單槽日產(chǎn)量： P== (41) =（槽Al2O3+12/7→2Al+9/7CO2+3/7CO實際碳消耗量為： (34)由于機械、殘極剩余等原因，陽極炭塊的實際消耗量比理論值多18%~20%，根據(jù)國內(nèi)外生產(chǎn)實踐，取實際消耗為：450kg/t。(4) 槽結構計算電流強度I=400kA ，陽極炭塊尺寸設計為1550mm660mm540mm。2. 單槽日產(chǎn)量設計電流強度為400kA，電流效率為94%，則Q=103 (31) =40000010324 =（kg/槽?d）3. 電解槽數(shù)量 生產(chǎn)槽數(shù)Np=年產(chǎn)量/（Q365） (32) =220000103/（3028045365）=≈199臺 大修槽數(shù)Nr=生產(chǎn)槽數(shù)/槽壽命=199/=≈36臺 備用槽數(shù)=K大修槽數(shù)大修時間=3660/365=≈9臺（K一般取12，大修時間tr=60天） 總槽數(shù)=生產(chǎn)槽數(shù)+備用槽數(shù)=199+9=208臺4. 槽結構計算(1) 陽極尺寸一般來說，電解槽容量越大，則陽極尺寸也要大一些。本設計的電解質水平選為22cm~24cm，鋁業(yè)水平為20cm~22cm。(1) 電流效率電流效率是鋁電解生產(chǎn)過程中的一項非常重要的技術經(jīng)濟指標。因為電解鋁生產(chǎn)工藝的特殊性，生產(chǎn)過程中將排放少量HF煙氣這是電解鋁廠最主要的污染源。該工業(yè)園區(qū)交通便利，保障了原材料和產(chǎn)品的運輸。洛陽伊川工業(yè)園區(qū)是以伊川電力為依托，集煤—電—鋁—鋁深加工一體化的大型工業(yè)園區(qū)，廠址選于此處，將會有伊川電力為其提供充足的電能，保證電解鋁正常的生產(chǎn)。在設計時通過精確計算，設計出強度高的槽殼，并使槽內(nèi)的熱場和磁場分布合理。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。中小型鋁電解槽一般采取縱向排列，母線配置采取雙端或單端進電方式?，F(xiàn)代化鋁