課程設(shè)計(jì)--電解槽陰極(編輯修改稿)
2025-07-10 22:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 捷性，配置簡(jiǎn)單，容易安裝。 (4)方便鋁電解槽生產(chǎn)操作。 絕緣設(shè)施 在槽上設(shè)置道道絕緣物是保證設(shè)備和人身安全的需要 ,也是防止直流電旁路電解反應(yīng)的需要 . 在電解槽系列上，系列電壓達(dá)數(shù)百伏，甚至 上千伏。盡管人們把零電壓設(shè)在系列中點(diǎn)，但系列兩端 的槽對(duì)地電壓仍有 400500V 的電位差。 一旦 發(fā)生 短路 、接地 ， 容易造成電器設(shè)備 ， 特別是電子控制設(shè)備事故；一旦人手觸摸構(gòu)成與地回路，還會(huì)發(fā)生人身事故。若直流竄入交流回 路，也會(huì)引起設(shè)備事故。 因此，電解槽許多部位須要進(jìn)行絕緣。 具體設(shè)置絕緣物的部位是： （ 1） 為防止接地，在陰極母線（含匯流母線） —— 母線墩、槽殼 —— 槽殼支柱、 10 上部結(jié)構(gòu)煙管 —— 主煙管；槽上風(fēng)動(dòng)溜槽 —— 槽壁料箱、槽前空氣配管 —— 槽上部結(jié)構(gòu)、端頭槽外側(cè)的蓖型板 —— 廠房地坪等處設(shè)有絕緣。此外還要注意工作平臺(tái)樓板是否有露出的鋼筋頭與槽殼或母線相碰。 （ 2） 為隔離交、直流電，在馬達(dá)底座、回轉(zhuǎn)計(jì)底座、脈沖發(fā)生器底座處裝有絕緣。 （ 3） 為防止電流旁路電解反應(yīng)區(qū)，在門型支柱 —— 槽殼、爐罩的上下端、陽(yáng)極導(dǎo)桿 —— 上部結(jié)構(gòu)頂板、打殼 氣缸安裝處底座、打殼錘頭桿 —— 集氣箱、蓖型板—— 支承耳之間也安有絕緣。 （ 4） 在短路處，為防止一部分電流不從壓接面而從押解螺栓通過(guò)，故螺栓上也配備了絕緣的套圈和墊圈。 第 3 章 鋁電解槽結(jié)構(gòu)計(jì)算 陽(yáng)極電流密度 設(shè)計(jì)電解槽電流強(qiáng)度為 290KA，陽(yáng)極電流密度為 . cm2。 電流密度是電解槽設(shè)計(jì)一個(gè)重要的參數(shù)。陽(yáng)極電流密度為 : D 陽(yáng) ＝ I / S (A/cm2) 式中 I － 電解槽電流強(qiáng)度， A。 S ― 陽(yáng)極面積， cm2。 [16， 10] 陽(yáng)極炭塊尺寸 陽(yáng)極尺寸是電解槽結(jié)構(gòu)的一個(gè)重 要參數(shù)，一般說(shuō)來(lái)， 電解槽容量越大，則陽(yáng)極尺寸也要大一些。 我國(guó)現(xiàn)今 160kA～ 320kA 預(yù)焙槽，大 都采用寬度 660mm ,長(zhǎng)度1400 mm～ 1550 mm ,高度 540 mm～ 550 mm的陽(yáng)極炭塊 。 （ 1）長(zhǎng)度： 陽(yáng)極塊的長(zhǎng)度決定于槽整體陽(yáng)極寬度， 160－ 360kA 預(yù)焙槽陽(yáng)極長(zhǎng)度為 1400mm－ 1600mm 為宜。本設(shè)計(jì)方案采用 1450mm。 （ 2）寬度： 預(yù)焙槽陽(yáng)極塊過(guò)寬，將妨礙陽(yáng)極氣體逸出，會(huì)導(dǎo)致電流效率降低 。若陽(yáng)極碳?jí)K過(guò)窄則會(huì)增加陽(yáng)極的更換次數(shù)。法國(guó)鋁業(yè)公司與我國(guó)大型預(yù)焙槽均采用單塊陽(yáng)極寬度為 660mm， 因?yàn)?如果選擇陽(yáng)極塊過(guò)寬，則必須采用雙排鋼爪，在選用 750mm－ l000mm 寬碳?jí)K，就應(yīng)該考慮雙排鋼爪，必然使鋼爪總斷面及用鋼量增加，使鋼爪在生產(chǎn)中散發(fā)大量熱量，在大型預(yù)焙槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用單排鋼爪的 660mm 寬陽(yáng)極是可行且合理的。陽(yáng)極寬度選擇，應(yīng)根據(jù)電流效率，陽(yáng)極凈耗、換極的頻率綜合考慮，還要考慮與陰極碳?jí)K寬度匹配。故本設(shè)計(jì)采用660mm 的陽(yáng)極寬度。 [17] 11 表 3－ 1國(guó)內(nèi)外大型預(yù)焙槽陽(yáng)極碳?jí)K數(shù)據(jù) （ 3）高度： 陽(yáng)極碳?jí)K高度大小，決定換極周期，換極作業(yè)的勞動(dòng)消耗、陽(yáng)極的毛耗量以及陽(yáng)極本體電壓降、陽(yáng)極散熱與 保溫。 在電費(fèi)價(jià)格較高的情況下，在陽(yáng)極電流密度為 一 ，不宜采用陽(yáng)極塊較高之尺寸，采用陽(yáng)極塊高 540mm－ 600mm 較為適宜。本設(shè)計(jì)可以采用 550mm 的陽(yáng)極高度。 換極的周期，即 l 臺(tái)電解槽內(nèi)所有陽(yáng)極塊更換完畢需多少晝夜。 按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均殘極高度取 165mm，電流效率取 94％，陽(yáng)極體積密度 γ 取 ， C 凈＝ 420kg / t Al，根據(jù) λ＝ [（ H－ H 殘 ） γ 102] / ( D C 凈 ) 式中 : — 系數(shù) (它等于 24=)。 λ — 換極周期， d。 H — 陽(yáng)極總高， mm。 H 殘 — 殘極高度， mm μ— 電流效率， % 。 D — 陽(yáng)極電流密度， A /cm2 。 C 凈 — 陽(yáng)極凈耗， kg / t Al 。 γ — 陽(yáng)極體積密度， 。 代入上式，得到換極周期為 天，取陽(yáng)極更換周期為 25 天。 由上式可知，陽(yáng)極毛耗隨設(shè)計(jì)的陽(yáng)極高度增加而降低，換極周期隨設(shè)計(jì)陽(yáng)極的高度增加而提高。換極周期隨陽(yáng)極電流密度、陽(yáng)極高度增加而增加 (節(jié)省天車工作量 )。按此結(jié)論是否會(huì)得出預(yù)焙槽陽(yáng)極高度越高越好呢？實(shí)際不然， 從三方面來(lái)解釋： （ 1） 陽(yáng)極 高度越大，則電解槽立柱母線越高，上部金屬結(jié)構(gòu)位置抬高，荷重加大； （ 2）會(huì)造成 陽(yáng)極電壓降增加， 因?yàn)?一般陽(yáng)極碳素部分平均電壓降 140mv左右 (國(guó)內(nèi)常用陽(yáng)極塊高度 550mm)，如果采用 610mm 高度與 540mm 高度相比，陽(yáng)極碳素部分電壓降升高至 160mv，平均升高 20mv，每噸鋁多耗電 。 （ 3） 若陽(yáng)極高度過(guò)高，不利于陽(yáng)極上覆蓋氧化鋁的保溫作用，由于槽內(nèi)各陽(yáng)極高度差較大，造成有的陽(yáng)極塊側(cè)部加不上氧化鋁保溫料，使之高塊部分熱損失增加，特別是對(duì)窄加工面的電解槽更為不利。 故 高陽(yáng)極塊 保溫性能比低陽(yáng)極塊保溫性能差，能耗高。 [9] 12 最終炭塊尺寸取定為 1450mm 660mm 550mm。 陽(yáng)極炭塊組 數(shù)目 陽(yáng)極的組數(shù) (或塊數(shù) )直接影響著電解槽的經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，還涉及到陽(yáng)極焙燒爐結(jié)構(gòu)的合理性。陽(yáng)極數(shù)量過(guò)多必然增加陽(yáng)極的更換次數(shù)。再好的母線配置 (磁場(chǎng) )也很難避免陽(yáng)極更換頻繁引起的槽內(nèi)電流再分配，干擾生產(chǎn)的穩(wěn)定性 。反之，陽(yáng)極數(shù)量過(guò)少，更換的次數(shù)雖減少了，但又影響了陽(yáng)極氣體的排除，增加了槽內(nèi)鋁的二次反應(yīng)。，一個(gè)合理的陽(yáng)極尺寸，不僅能滿足生產(chǎn)的穩(wěn)定性，而且又能提高電解槽的經(jīng)濟(jì)性。 [14] 陽(yáng) 極斷面尺寸： S 陽(yáng) =I / D＝ 290KA / A cm2= 故需陽(yáng)極炭塊數(shù)： n＝ /(145 66)＝ 塊，取 40 塊。 采用單 陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，分兩行排列，每行 20 組炭塊。 陽(yáng)極實(shí)際面積與陽(yáng)極電流密度校核值為： S 陽(yáng) ＝ 20 2 145 66＝ 382800 cm2 D 陽(yáng) ＝ I / S 陽(yáng) ＝ 290000 / 382800= A/cm2 槽膛尺寸 選擇了窄爐膛操作面，提高了電解槽單位面積產(chǎn)能，并采用電熱模擬技術(shù)及非線形槽殼結(jié)構(gòu)有限單元優(yōu)化軟 件，設(shè)計(jì)了先進(jìn)、合理的槽內(nèi)襯及槽殼結(jié)構(gòu)，可以使電解槽處于較佳的熱平衡狀態(tài)，取得較長(zhǎng)的槽壽命，槽殼變形小，材料用量省，如 表 3－ 2，表 3－ 3 所示 。 [13,18] 表 3－ 2 350 kA 鋁電解槽主要技術(shù)參數(shù) 表 3－ 3 國(guó)內(nèi)外幾種槽型加工面尺寸比較 13 取陽(yáng)極到槽膛側(cè)壁（大面）的尺寸為 340mm，到槽膛端壁（端頭）的距離為 390mm，陽(yáng)極炭塊組間距取 40mm，陽(yáng)極行間距（中縫）取 200mm，由此可計(jì)算： 槽膛長(zhǎng)度＝ 2 390+20 660+19 40＝ 14740mm 槽膛寬度＝ 2 340+2 1450+200＝ 3780mm 槽膛深度＝ 550mm 槽殼尺寸 內(nèi)襯側(cè)部的構(gòu)成為： （ 1.） 砌體與槽殼之間留有一定縫隙，用耐火粉進(jìn)行填充； （ 2.） 側(cè)部 砌兩 層普通耐火磚， 再 用絕熱耐火混凝土澆注，陰極鋼棒與側(cè)部 澆注料 之間留有 15mm 的間隙，用耐火顆粒填充； （ 3.） 側(cè)上部用一層 125mm 厚的側(cè)部碳?jí)K背貼碳膠到鋼殼壁上； （ 4.） 側(cè)部碳?jí)K頂上用 80mm 寬、 40mm 厚的鋼板緊貼住碳?jí)K頂部焊接在槽殼上，防止碳?jí)K上抬； （ 5.） 底部碳?jí)K與側(cè)部砌體之間的周邊縫用專制的周圍糊扎成 200mm 高的人造坡形伸腿。 內(nèi)襯底部構(gòu)成為： （ 1.） 底部首先鋪一層 65mm 的
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