【正文】 方式，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度波動在一個很小的范圍(2％～3％)內(nèi)。依據(jù)槽容量大小及碳塊規(guī)格不同可有單塊組、雙塊組和三塊組。組合陽極棒用夾具直接連接到陽極母線上。隨著陽極消耗，取出最下面的一排陽極棒，在上方插入一排新的陽極棒。 陽極裝置視槽型而異，有三種形式。但縱向中縫一般要用碳糊搗固。通常采用長方形槽殼，槽殼型式有框架式、臂撐式和搖籃式三種。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化和澄清之后，澆鑄成商品鋁錠，%~%Al。其用途是做預(yù)焙電解槽的陽極。(4)氟化鈣氟化鈣(CaF2)也是電解質(zhì)的一種添加劑，屬于面心立方結(jié)構(gòu)，熔點1423℃。冰晶石是熔劑的主要成分，它的作用第一是能較好的溶解氧化鋁，并且所構(gòu)成的熔體可在純冰晶石熔點以下進行電解；第二在電解溫度下，冰晶石熔液的密度比鋁液密度要小10%，故電解出來的鋁液能沉積在槽底上面；第三冰晶石具有良好的導(dǎo)電性。 鋁電解熔劑——氟化鹽鋁電解熔劑包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰等，氧化鋁可溶于由冰晶石和其他幾種氟化物組成的熔劑中，構(gòu)成氟鹽氧化鋁熔液。~35176。所以鋁工業(yè)對于氧化鋁的純度提出了嚴(yán)格的要求。 鋁電解原料——氧化鋁氧化鋁是當(dāng)前冰晶石氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來的有一定粒度要求的白色粉料，流動性很好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，熔點2050℃，~ g/cm3， g/cm3。優(yōu)化電解質(zhì)組成，降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效率。(3)分子比、氧化鋁和陽極效應(yīng)系數(shù)低，說明其設(shè)計操作和控制技術(shù)水平高。600~740 kA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中。167。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，我國尚缺乏對鋁電解槽破損(常稱為陰極破損)機理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。然而由于我們在跟蹤國際電解鋁技術(shù)發(fā)展過程中實現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點，大型槽技術(shù)尚未經(jīng)過生產(chǎn)過程的逐步完善的過程，在生產(chǎn)實用技術(shù)領(lǐng)域缺乏應(yīng)有的技術(shù)積累和支撐，因此仍存在國際水平仍有較大差距[5]。目前，法國有6臺電流強度達500kA的電解槽在進行工業(yè)應(yīng)用試驗。這就是歷來所稱的Hall Heroult(霍爾埃魯)法，簡稱HH法。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。目前以大型的倉庫儲槽、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。另外，火車車廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲能綠色環(huán)保型金屬。(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, W/(cm 第一章 鋁電解簡介167。同時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)電流強度最大，單槽產(chǎn)量最大，綜合指標(biāo)最先進并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鋁電解槽。 勞動定員 53167。 焊點壓降 37167。 陽極電壓降 34167。 槽殼 27167。 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的選擇論證 18167。 陰極裝置 13167。 6167。該設(shè)計的年產(chǎn)量為22萬噸，電流效率高達94%。并且我國已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級鋁電解生產(chǎn)線。 鋁的用途 3167。 鋁電解預(yù)焙陽極炭塊 11167。. 運輸系統(tǒng) 16167。 概述 26167。 短路母線 32第六章 電壓平衡 33167。 槽底電壓降 36167。 40167。我國自主研發(fā)的400kA級大型預(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)計研究院研制開發(fā)獲得成功。本設(shè)計具有投資省、容量大、經(jīng)濟效益高的特點，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。(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。鋁的再生利用率高，易與多種金屬構(gòu)成合金。(1)輕型結(jié)構(gòu)材料因鋁及其合金質(zhì)輕，機械性能好，易加工，所以已成為當(dāng)今制造各種交通運輸工具的不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。(4)耐腐蝕材料由于鋁表面有一層很堅硬、致密的氧化鋁薄膜，所以它有很好的耐腐蝕性。金屬鋁最初用化學(xué)法制取。直到1867年發(fā)明了發(fā)電機，并在1880年加以改進之后，實現(xiàn)了三相交流輸電，這才給實現(xiàn)工業(yè)性的電解法煉鋁提供了前提條件。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，電解槽的電解容量增大，生產(chǎn)指標(biāo)隨之好轉(zhuǎn)，促進了鋁工業(yè)的發(fā)展，1952年上插陽極棒連續(xù)自焙陽極電解槽系列投產(chǎn)并取得良好的生產(chǎn)指標(biāo)。許多突出的技術(shù)問題，與我國鋁電解技術(shù)自70年代末引進160kA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國外技術(shù)開始，揭開了我國現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大(一個系列產(chǎn)能可達20萬噸以上)，巨大的用電負荷集中在一個生產(chǎn)系列上(一般達40萬kW以上)，電解系列生產(chǎn)的任何波動都會造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全?？偟膩碚f，目前就我國電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：電流效率相差23個百分點；噸鋁電耗相差300~800kwh；電解鋁用陽極生產(chǎn)過程能耗相差30kg/t左右；噸電解鋁陽極消耗相差3060kg(折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75~150kg)；電槽槽壽命相差1000天左右；該系列是在原300 kA電解槽技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的第二代超大型電解槽，該槽日產(chǎn)量3t，電流效率94%，電耗13800 kW其具有如下幾個特點[6]：(1)陽極電流密度較高，單位陰極面積產(chǎn)能大。在高電流密度、高槽電壓、高電解溫度條件下，通過槽電壓、分子比和過熱度的軟件程序控制技術(shù)，實現(xiàn)電解槽的能量平衡、物料平衡和液固相平衡，即過熱度和爐幫伸腿構(gòu)成的固相電解質(zhì)槽膛內(nèi)型穩(wěn)定合理。167。在電解過程中，那些電位比鋁正的元素的氧化物雜質(zhì)，如二氧化硅、三氧化二鐵都會優(yōu)先還原，還原出來的 Si 和 Fe等雜質(zhì)進入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低，且降低電流效率；而那些電位比鋁負的元素的氧化物雜質(zhì)，如氧化鈉、氧化鈣會分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。這些物理性能取決于氧化鋁晶體的晶型、形狀和粒度。生產(chǎn)每噸鋁所需的Al2O3量，從理論上計算等于1889 kg。冰晶石的分子式為Na3AlF6，或?qū)懗?NaF因氟化鋁用量也較大，它沒有熔化溫度，只有升華溫度，沸點為183℃，易揮發(fā)和飛揚，故在向槽內(nèi)添加時應(yīng)注意操作方法。167。 鋁電解過程描述 現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)主要采取冰晶石氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽極和炭素陰極。 鋁電解槽與電解槽系列工業(yè)鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)主要包括陰極裝置、陽極裝置、母線裝置和氣體回收裝置等[8]。陰極碳塊組由陰極碳塊同埋設(shè)其中的導(dǎo)電鋼棒(陰極棒)組成。近年來，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽極鋁電解槽的側(cè)部保溫層有所減薄，以利于凝結(jié)固體電解質(zhì)作為保護層。角度插入陽極糊內(nèi)。陽極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽極糊。由陽極碳塊組和陽極升降機構(gòu)組成。下料機構(gòu)包括4～6個打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉。鋁母線的配置方式，視電解槽的排列方式和容量的不同而異。 使用壽命鋁電解槽的陰極內(nèi)襯在使用一段時期后就會破損，這時候便需停槽大修。鈉是由兩種反應(yīng)產(chǎn)生的，一種是鈉離子在陰極上放電生成的，另一種是鋁和電解質(zhì)中氟化鈉起反應(yīng)置換出鈉。評選出經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益最優(yōu)的廠址，總結(jié)過去的實踐經(jīng)驗，廠址選擇應(yīng)遵循一定的基本原則：符合鋁工業(yè)的總體布局；充足的電、水能源供應(yīng)；靠近原料生產(chǎn)基地或產(chǎn)品消費主要地點；發(fā)達的交通運輸基礎(chǔ)；合適的建設(shè)場地條件；滿足環(huán)境保護的要求；良好的外部協(xié)作環(huán)境；良好的地理條件[10]。伊川縣地貌特殊，為了提高土地使用效率，該縣將產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)分為東西兩園。同時，洛陽市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國內(nèi)唯一以有色金屬加工行業(yè)規(guī)劃、工程設(shè)計、設(shè)備研制、科研開發(fā)及工程總承包為主的綜合性機構(gòu)）、洛銅（國家級重有色金屬檢測試驗中心） ，隧道工程局、工程兵科研三所等，這些單位大多是全國的行業(yè)技術(shù)歸口單位，有很強的研發(fā)實力，為我提供強有力的科技支撐。第三章 技術(shù)經(jīng)濟167。~。1. 電解槽壽命論證國外大型預(yù)焙槽壽命都在60個月即1800天以上，有的已達到100個月即3000天。過大，則熱損失大，電解槽造價也高。根據(jù)國內(nèi)外生產(chǎn)實踐，取其值為1930kg/t。重油用于壓縮空氣等，蒸汽用量大31536t/a，重油為9200t/a。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)碳損為： C實CC==(槽 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。167。h），則單槽陽極炭塊日消耗量：24= (54)換極周期為： (55)與前一種計算方法吻合。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。本設(shè)計采用通長陰極炭塊，設(shè)計規(guī)格為3410mm660mm450mm的陰極炭塊。167。 短路母線電解槽停電短路采用地上短路。167。 陽極軟母線電壓降軟母線規(guī)格600mm2mm，長度為1550mm，t=60℃，則： (67) (68)167。式中——炭塊電阻系數(shù)，400～900℃時，；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——殘極有效導(dǎo)電高度，h2=殘極高度1/2炭碗中鋼爪高度；設(shè)殘極長為1400mm，寬為600mm，則 (610) (611)167。端部母線平均溫度為90℃，可計算母線電壓降：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：。 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。(2) 計算基礎(chǔ)條件溫度基礎(chǔ)：取25℃作為計算基礎(chǔ)；時間：取1小時；體系：槽底槽殼槽罩；體系電壓：V槽底+V電解質(zhì)+V陽極+V鐵碳+V鋼爪+V實際分壓+V效應(yīng)==；開罩時間：8min/次；換陽極時間：6min/次；電流強度：400kA；陽極氣體成分：CO2 75% CO 25%；電流效率：94%；排煙量：14400m3/h；167。VAA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 。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。 熱量輸入計算(1) 電能收入，Q電=IV熱=400000=(71) =(2) 陽極反應(yīng)所得熱每個電解槽每小時產(chǎn)鋁量為： P==400000103=根據(jù)以上計算，可編制電解槽電壓平衡表如表61所示。 焊點壓降陰極鋼棒鋁棒爆炸焊壓降取3mV，鋁棒與軟母線焊點之間的壓降取5mV。 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，～。(2) 平衡母線電壓降，實測取14mV。(63)167。操作時系列停電25分鐘。(1) 陽極橫母線設(shè)計采用四端進電方式，故母線上電流為I/8。 母線結(jié)構(gòu) 整流后的直流電通過鋁母線引入電解槽上，槽與槽之間通過鋁母線串聯(lián)而成，所以電解槽有陽極母線、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。(2) 槽底部內(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保溫。設(shè)殘極長度為1400mm，寬為600mm，則殘極高度為： (56)167。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。本設(shè)計為400kA中心下料預(yù)焙電解槽。h) CO2： (槽h） (46) 氟化鋁消耗量為：25103=（槽 主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的確定與列表鋁電解生產(chǎn)中主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)包括：電流強度、電解槽數(shù)、電流效率、電解溫度、極距、陽極電流密度、電解溫度、平均電壓等等各項經(jīng)濟指標(biāo)列于下表31中：表31 經(jīng)濟指標(biāo)序號指標(biāo)名稱單位數(shù)量備注1電流強度kA400設(shè)計值2電解槽數(shù)臺208其中備用槽9臺3電流效率%94設(shè)計值4陽極電流密度A/cm25電解溫度℃9409506極距cm7鋁水平cm20228電解質(zhì)水平cm22249陽極效應(yīng)系數(shù)次/槽?日10電能消耗率k