【正文】 ，流動性很好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，熔點(diǎn)2050℃，~ g/cm3， g/cm3。~35176。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(diǎn)以下進(jìn)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。其用途是做預(yù)焙電解槽的陽極。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。 陽極裝置視槽型而異，有三種形式。組合陽極棒用夾具直接連接到陽極母線上。現(xiàn)代化鋁電解槽的下料已采用自動控制方式，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)。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。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)。因?yàn)殡娊怃X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。本設(shè)計(jì)的電解質(zhì)水平選為22cm~24cm，鋁業(yè)水平為20cm~22cm。(4) 槽結(jié)構(gòu)計(jì)算電流強(qiáng)度I=400kA ，陽極炭塊尺寸設(shè)計(jì)為1550mm660mm540mm。 物料平衡的計(jì)算1. 鋁產(chǎn)量以一小時(shí)為計(jì)算基礎(chǔ)，平均電流強(qiáng)度為400kA，取平均電流密度為94%，計(jì)算單槽日產(chǎn)量： P== (41) =（槽h) CO： (槽鋁鋼爆炸焊片，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℃。陰極炭塊為2層耐火磚，每層厚65mm，耐火磚之間用耐火泥粘結(jié)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(zhì)滲透并與滲透的電解質(zhì)作用生成一層堅(jiān)硬的防滲層，有利于提高電解槽壽命及降低氟化鹽單耗。，則母線截面積為： (57)取母線規(guī)格為580mm260mm，取一根，校驗(yàn)?zāi)妇€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(yàn)電流密度： (510)軟母線長度一般為1550mm，設(shè)計(jì)?。骸?陽極電壓降 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。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(dǎo)桿卡具11鋼炭接點(diǎn)110110鋼爪2424陽極鋁鋼焊點(diǎn)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(diǎn)8電解質(zhì)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(jì)陽極效應(yīng)連接母線60平均電壓總計(jì)發(fā)熱電壓總計(jì)第七章 能量平衡電解槽的能量平衡是指電解槽單位時(shí)間內(nèi)由外部供給的能量與電解槽本身在同種環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換與能量交換過程中所消耗的能量之間的平衡。干式防滲料：65mm?！鍽氣=Cp電壓由4V升至40V，可計(jì)算出： (619)167。(4) 預(yù)焙炭塊壓降 按公式計(jì)算。～。本設(shè)計(jì)的電解槽為400kA預(yù)焙槽，采用大面四點(diǎn)進(jìn)電母線配置。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu)(1) 槽側(cè)部內(nèi)襯選擇槽側(cè)部用一層炭塊，以使電解槽側(cè)部散熱型，易于形成側(cè)部槽幫。盡管人們把零電壓設(shè)在系列中點(diǎn)，但系列兩邊對地電壓仍高達(dá)500V左右，一旦短路，易出現(xiàn)人身和設(shè)備事故，而且，電解用直流電，槽上電氣設(shè)備用交流電，若直流竄入交流系統(tǒng)，會引起設(shè)備事故，需進(jìn)行交、直流隔離，因此電解槽的許多部位需要進(jìn)行絕緣。h) (414)單槽每小時(shí)耗碳量為：(槽鋁電解的主要能源為電源，國內(nèi)先進(jìn)預(yù)焙槽的噸鋁直流電耗達(dá)13200kWh。(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。(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。伊川縣緊鄰洛陽市，有河南科技大學(xué)、中國人民解放軍外國語學(xué)院、中國民航飛行學(xué)院洛陽分院、洛陽師范學(xué)院、洛陽理工學(xué)院等多所高校為其提供人才保障。所以選擇必須詳細(xì)勘察、調(diào)查研究、綜合分析、多方案比較論證。167。鋁導(dǎo)桿用夾具緊固于陽極母線梁上。由陽極框套、陽極糊和組合陽極棒及陽極升降機(jī)構(gòu)組成。側(cè)部碳塊與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。167。(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(zhì)導(dǎo)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(yīng)當(dāng)推廣應(yīng)用。2℃。另外，氧化鋁要有良好的流動性。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(yuǎn)課題還在繼續(xù)進(jìn)行研究。法國彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認(rèn)為代表當(dāng)今國際領(lǐng)先水平。焙燒啟動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(yùn)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(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異常現(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。167。但那時(shí)的試驗(yàn)是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價(jià)格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗(yàn)。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)輕，導(dǎo)電又好，所以鋁在電力輸配、器件制造等方面已成為制造電線、電纜、電容器、整流器、母線以及無線電器材的主要材料。(8)鋁易于加工，可用一般的方法把鋁切割、焊接或黏接，鋁易于壓延和拉絲。400kA級鋁電解車間設(shè)計(jì)，是適應(yīng)了我國鋁電解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及十二五規(guī)劃總體要求：淘汰100千安及以下電解鋁預(yù)焙槽，確立綠色發(fā)展的理念，提升工業(yè)節(jié)能發(fā)展水平，推廣新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽極電流密度超大型鋁電解槽，到2015年，新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽普及率將達(dá)到80%以上[4]。 40167。. 陰極母線 31167。. 電力供應(yīng) 16167。 鋁的性質(zhì) 3167。經(jīng)過多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。 陽極裝置 13167。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu) 28167。 陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?37167。與之前的300kA和350kA級的電解槽相比，400kA級大型預(yù)焙陽極鋁電解槽技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：優(yōu)化設(shè)計(jì)了合理的母線配置，提高了大型槽磁流體穩(wěn)定性；采用5段上煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于提高集氣效率和改善環(huán)境；采用電解廠房通風(fēng)和電解槽整體熱平衡相結(jié)合、搖籃架與槽殼整體焊接、槽殼外部焊接散熱片、電解槽小面采用搖籃架與槽殼焊接、電解槽槽殼和內(nèi)襯整體位于操作面下等技術(shù)，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動環(huán)境；采用陰極炭塊與陽極炭塊投影相對應(yīng)的技術(shù)，有利于陽極和陰極的電流分布均勻；采用了電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開發(fā)了適應(yīng)大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動技術(shù)，形成了400kA電解槽生產(chǎn)操作管理技術(shù)；采用四種不同品質(zhì)陰極炭塊進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，均達(dá)到了400kA電解槽試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)?！?。此外，國防工業(yè)、宇宙航空航天工業(yè)的用鋁量也在日益增長。1865年, 俄國別開托夫(Векетов)提議用鎂還原冰晶石來生產(chǎn)鋁。我國第一個500kA系列的288臺電解槽于2011年在甘肅連城建成、投產(chǎn)。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。國外大容量(300 kA以上)，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：電流效率93%~95%，直流電耗13000~13500 kW對鋁電解產(chǎn)生的廢渣、廢槽襯等廢物料實(shí)行有價(jià)成分再生回收并循環(huán)利用，或?qū)ζ渥鰺o害化處理，減輕鋁電解工業(yè)廢物對環(huán)境污染。(2)物理性能工業(yè)氧化鋁的物理性能，對于保證電解過程正常進(jìn)行和提高氣體凈化效率，關(guān)系很大。(1)冰晶石冰晶石分天然和人造兩種。新槽啟動時(shí)多添加氟化鈣，它的作用主要是對爐幫的形成有好處，可使?fàn)t幫比較堅(jiān)固，同時(shí)也可降低電解質(zhì)的初晶溫度，從而降低電解溫度。陽極氣體中含有70%~80% CO2和20%~30%CO，還含有少量氟化物和SO2等氣固混合物，經(jīng)過凈化之后，廢氣排放入大氣，收回的固體氟化物返回電解槽[5]。有些電解槽為提高爐底導(dǎo)電性和減去縱向中縫，特意采用通長陰極碳塊，其中放置一根通長陰極棒。陽極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電片來與陽極大母線聯(lián)接。鋁導(dǎo)桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳塊上的洼穴(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽帶有鋼質(zhì)卷簾或吊門，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導(dǎo)出。建造時(shí)要采用高質(zhì)量的砌筑材料和進(jìn)行精確的施工。167。目前電解煉鋁的電流效率一般在88%~95%。綜合各種因素的考慮，本設(shè)計(jì)陽極尺寸設(shè)計(jì)為1550mm660mm540mm，采用四個鋼爪，?個1。 6. 耐火材料與炭糊所選用的耐火材料必須能夠保證側(cè)部能夠良好散熱，底部保溫效果好且能夠防止電解質(zhì)和鋁液的滲透。h） (48) 氟化鈣消耗量為：4103=（槽上部結(jié)構(gòu)可分為承重架、陽極提升裝置、打殼下料裝置、陽極母線和陽極組、集氣和排煙裝置、氧化鋁超濃相輸送管道。 槽殼槽殼采用搖籃式結(jié)構(gòu)，搖籃架是彈性變形體，這種槽殼受力不產(chǎn)生應(yīng)力集中，在電解槽的端角部位，不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象，這是搖籃式槽殼最大的優(yōu)點(diǎn)。在大型預(yù)焙槽的設(shè)計(jì)中，母線不僅被看成把電流導(dǎo)入的導(dǎo)體，而且更重要的是它產(chǎn)生的磁場，母線磁場是影響槽內(nèi)鋁液穩(wěn)定的重要因素，直接制約著鋁的氧化損失和電流效率指標(biāo)的高低。電解槽的平均電壓： (61)167。得到陽極立柱母線電壓降(包括軟母線電壓降)：167。 陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?陽極效應(yīng)分?jǐn)偟碾妷航蛋聪率接?jì)算： (618)式中 ——陽極效應(yīng)次數(shù)（次/槽h陽極氣體中CO2占75% CO占25%，CO，CO2的生成量可按以下反應(yīng)方程式計(jì)算： Al2O3+12/7C→2Al+9/7CO2+3/7CO則： 電解溫度為940℃~950℃。a. 正對槽膛底的槽殼損失槽殼底面積：S==電解質(zhì)溫度：950℃，槽殼溫度：90℃，Δt=95090=860℃底部炭塊：δ1=45cm，取平均溫度為925℃。計(jì)算體系可以任意選擇，但必須包括生產(chǎn)設(shè)備的基本部分，否則所進(jìn)行的計(jì)算就失去了實(shí)際意義。 陰極軟母線電壓降陰極軟母線長度取1000mm，截面，共43片，母線平均溫度90℃，： (617)167。2=8380mm。如表列出了槽周陰記母線電流的分配。保溫磚與耐火磚的周邊充填有耐火顆粒。炭塊頂部有四個裝配爪頭的碳孔，其直徑為200mm，深為100mm。h1）/%項(xiàng)目/（kgh） (43) Al2O3實(shí)際單耗為：1930103=（槽陽極炭塊間距取40mm，陽極行間距為200mm。陽極效應(yīng)發(fā)生后的持續(xù)時(shí)間約定為5min左右比較合適。 ，土地資源充足，而且位于郊外，避免對中心城市的影響。一般來說，如果廠址有方便的、低成本的外部運(yùn)輸系統(tǒng)，如鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，則可以大大地降低運(yùn)輸費(fèi)用。這些破損現(xiàn)象彼此相互聯(lián)系，可能會同時(shí)出現(xiàn)。 母線裝置由陽極母線、陰極母線和立柱母線組成。與此同時(shí)靠輔助升降機(jī)構(gòu)以精確的相等速度提升陽極框套的位置，其結(jié)果是陽極框套的位置移動等于零，它相對于槽殼并未作任何移動，但陽極可以下降，補(bǔ)償其消耗。陽極框架由鋼板和型鋼焊接而成。槽膛底部是一層陰極碳塊，其下面依次是炭素墊、耐火磚層和保溫磚層，有的用氧化鋁或其他保溫材料取代保溫磚層或部分保溫磚層。因預(yù)焙陽極的消耗使得其中的雜質(zhì)被還原后以硅、鐵、鈦、釩等元素雜質(zhì)進(jìn)入到鋁液中，故對預(yù)焙陽極的理化指標(biāo)要求嚴(yán)格，在化學(xué)成分上要求灰分越低越好，尤其是對硅、鐵、鎳、釩、鈉、硫等的控制，在物理性能上要求比電阻和氣孔率要小。(2)氟化鋁氟化鋁(AlF3)是一種白色的細(xì)微粉末，屬菱形六面體結(jié)構(gòu)，其顆粒比氧化鋁稍大, 流動性次之，它是冰晶石氧化鋁熔液的一種添加劑。其中αAl2O3含量達(dá)到80%。為了取得良好的生產(chǎn)指標(biāo)，對氧化鋁的要求是非常嚴(yán)格的，主要體現(xiàn)在化學(xué)純度和物理性能上。應(yīng)用了半連續(xù)傳感器實(shí)時(shí)在線檢測控制溫度、過熱度、分子比、熔體高度和氧化鋁濃度。繼法國AP18和AP30型電解槽技術(shù)后，AP50技術(shù)[6]已問世?！鄶?shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。瑞士冶煉公司也在同時(shí)采用該法煉鋁。 167。鋁工業(yè)現(xiàn)在是世界上最大的電化學(xué)冶金工業(yè)，鋁的產(chǎn)量在金屬中僅次于鋼鐵，居有色金屬之首。(2)沸點(diǎn)高，液態(tài)鋁的蒸氣壓不高，沸點(diǎn)為2467℃。 安全生產(chǎn) 55結(jié) 論 57參考文獻(xiàn) 58致 謝 5959 / 64前 言自上世紀(jì)80年代以來，我國電解鋁技術(shù)取得了很大的發(fā)展，尤其在大型預(yù)焙鋁電解槽的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域形成了自己的大型鋁電解技術(shù)體系，開發(fā)成功了300kA~400kA大型鋁電解槽。 陽極立柱母線電壓降 35167。 物料平衡的計(jì)算 23167。 鋁電解原料——氧化鋁 9167。 4