【正文】 Wh/tAl13200直流電耗11平均電壓V12氧化鋁單耗kg/tAl193013陽極炭塊單耗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。 (3) 陽極炭塊的消耗 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%。本設(shè)計(jì)400kA電解槽陽極到槽幫的距離為大面300mm，小面420mm，中縫為200mm。本設(shè)計(jì)槽壽命為2000天，即2000/365=。(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。這些指標(biāo)互相影響，總的來說，在一定時期內(nèi)盡可能地保持其相對穩(wěn)定，下面對它們分別進(jìn)行選擇論證。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”。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)。具有充裕、穩(wěn)定而廉價的電力供應(yīng)條件，是電解鋁廠廠址選擇必須首先考慮的因素。為了延長鋁電解槽的使用壽命，要從多方面采取措旎。鋁電解槽破損停槽的主要標(biāo)志為槽內(nèi)鋁液中鐵含量連續(xù)不斷的增加以至于超過1％，表明碳陰極已發(fā)生破損，鋼質(zhì)陰極棒已被鋁液侵蝕，此時需停槽大修?，F(xiàn)代化大容量預(yù)焙陽極鋁電解槽一般采用橫向排列，母線配置采用多端(4端或5端)進(jìn)電方式。打洞加料自動進(jìn)行，間隔時間短的不過3min，長者為1～2h。陽極碳塊組由陽極碳塊、鋼爪和鋁導(dǎo)桿三部分組成。鋼質(zhì)導(dǎo)電棒由上部垂直插入陽極糊內(nèi)，分4排插入，高度分若干層次。陽極棒一般有4排，排向距離200mm，其中下面的兩排棒通電，上面的兩排作為后備。167。陰極碳塊組在槽殼內(nèi)排成兩行，碳塊組與碳塊組間用碳糊搗固或用碳糊漿液灌注。 陰極裝置 由槽殼、陰極碳塊、側(cè)部碳塊、耐火磚和保溫材料組成。電解產(chǎn)物在陰極上是鋁液，陽極上是CO2和CO氣體。預(yù)焙陽極炭塊是利用一定粒度、配比的石油焦和殘極，與一定比例的煤瀝青(黏結(jié)劑)，經(jīng)過混捏、成型、焙燒而成的陽極炭塊。但在多數(shù)工廠用碳酸鈉代替氟化鈉，這樣更加經(jīng)濟(jì)。氟化鈉與氟化鋁的摩爾比稱為冰晶石的分子比，分子比為3時稱為中性，分子比大于3時稱為堿性，小于3時稱為酸性，~。167。砂型氧化鋁呈球狀，顆粒較粗，安息角小，只有30176。P2O5等高價氧化物雜質(zhì)則會降低電流效率。167。開發(fā)應(yīng)用抗熔體滲透的槽襯耐火材料、熱電偶套管、優(yōu)質(zhì)炭素陰陽極、可濕潤陰極和惰性陽極等新型材料。h/t(Al)，槽壽命達(dá)2000天。目前正在開發(fā)450~500kA電解槽,預(yù)計(jì)將開展RA500電解槽試驗(yàn)。槽左右。影響我國大型槽槽壽命的問題除了我國普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計(jì)、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。大容量電解槽的開發(fā)，使我國鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。現(xiàn)代鋁電解槽正向大型化發(fā)展，電解槽由20世紀(jì)70年代的10萬A發(fā)展到現(xiàn)在的35萬~50萬A，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在電解槽上的應(yīng)用，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)大大提高。1886年美國霍爾(Hall)和法國埃魯(Heroult)通過實(shí)驗(yàn)不約而同地申請了冰晶石氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利，獲得批準(zhǔn)。1854年，法國德維爾(Deville) 用鈉代替鉀還原NaClAlCl3配合鹽，制取金屬鋁。(5)食品包裝材料因鋁是無毒性的金屬材料，所以在食品包裝方面也得到了廣泛應(yīng)用。 kg鋼材，這樣就大大減輕了車體的質(zhì)量，這對節(jié)約燃料是非常有利的。(10)鋁沒有毒性，可以用作食品包裝。固體和液體鋁的電阻率均隨溫度降低而減小，靠近0 K時，鋁的電阻率接近零。當(dāng)前國內(nèi)外大部分鋁電解廠采用300kA級電解槽，本設(shè)計(jì)采用400kA大型鋁電解槽，不僅適應(yīng)了電解槽發(fā)展的大型化，而且引領(lǐng)著世界鋁電解行業(yè)發(fā)展方向，為我國鋁電解走國際化路線奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)安裝于中國鋁業(yè)蘭州分公司SY400電解槽[2]，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，同比350kA，300kA電解槽具備投資省，經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，能夠滿足建設(shè)技術(shù)起點(diǎn)高、裝備先進(jìn)、大規(guī)模的鋁電解系列，單系列產(chǎn)能超過320kt/a以上，為中國鋁工業(yè)的國際化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 能量平衡列表 51第八章 勞動定員及成本核算 53167。 37167。 電解質(zhì)電壓 33167。 陰極結(jié)構(gòu) 27167。. 環(huán)境和土地 17第三章 技術(shù)經(jīng)濟(jì) 18167。 鋁電解槽與電解槽系列 13167。 鋁電解簡史 4167。車間設(shè)計(jì)包括廠址選擇、電解槽設(shè)計(jì)、電壓平衡、能量平衡勞動定員及成本核算等。我們緊隨時代步伐，設(shè)計(jì)了400kA預(yù)焙槽鋁電解車間。 鋁電解簡史及發(fā)展現(xiàn)狀 4167。 鋁電解過程描述 12167。. 外圍服務(wù) 17167。 陽極結(jié)構(gòu) 26167。 實(shí)際分解電壓 33167。 陰極軟母線電壓降 37167。 熱量支出計(jì)算 41167。并與2008年3月21日通過了由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定。同時，采用電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制了電解槽平衡與物料平衡，還采用一套適應(yīng)大型電解槽穩(wěn)定、安全的焙燒技術(shù)，形成了一套與大型電解槽配套的生產(chǎn)操作管理技術(shù)。鋁中添加其他元素，都會增大鋁的電阻率。(9)鋁具有良好的防腐蝕性，鋁表面在空氣中和氧易結(jié)合成一層牢固的氧化鋁薄膜，這層氧化鋁薄膜是連續(xù)的、無孔的，阻止了鋁的進(jìn)一步氧化，提高了鋁的抗氧化和抗腐蝕能力。近年來汽車工業(yè)用材料要求向體形小、 質(zhì)量輕的方向發(fā)展，所以用鋁量不斷增加。在化學(xué)工業(yè)上常用鋁及其合金制造各種反應(yīng)器、儲槽和管道等。1825年丹麥化學(xué)家奧斯特（）用鉀汞齊還原無水氯化鋁，得到一種灰色的金屬粉末，在研磨石呈現(xiàn)金屬光澤，這是人類首次得到金屬鋁。1883 年，美國Bradley提出利用氧化鋁可溶于熔融冰晶石的特性來電解冰晶石氧化鋁熔鹽的方案，但未獲得專利。1954年我國撫順鋁廠投產(chǎn)，采用當(dāng)時前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的60 kA側(cè)插陽極棒自焙陽極電解槽。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320kA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人注目?！狈⒃趯﹃帢O破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(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，電解槽難以達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，早期破損率高。槽以下，h/t，減少33%污染物。(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這樣不僅電流效率高、炭耗低，而且電解槽壽命長。 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。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。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。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。AlF3。(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。 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。直流電流通入電解槽，在陰極和陽極上起電化學(xué)反應(yīng)。167。陰極棒與碳塊之間澆鑄磷生鐵或用碳糊搗固。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。陽極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽極用。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?，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。加料點(diǎn)位于鋁電解槽的中心部位自成一列。配置母線需經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，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?，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。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。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。167。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。(5) 陽極電流密度。現(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(jì)可達(dá)2500天。過小則不利于操作。 (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。167。則： 冰晶石消耗量為：5103=（槽h) (415)產(chǎn)出： 出鋁： (槽預(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。 陽極結(jié)構(gòu)(1) 鋁導(dǎo)桿陽極組數(shù)經(jīng)過計(jì)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。取陽極更換周期為22天。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。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(jì)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。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。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。 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(jì)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，～。 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。 陰極電壓降167。167。槽外母線均攤電壓根據(jù)實(shí)測取60mV。 能量平衡計(jì)算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(jì)算，采用傳導(dǎo)計(jì)算法，在前人的基礎(chǔ)上對角部采用分布場計(jì)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(jì)算，角部用溫度分布平均值