【文章內容簡介】 解槽母線設計優(yōu)劣的最重要的標準。也就是說，母線的設計不僅僅是計算磁感應強度的問題，而是要進一步研究在電磁力作用下熔體的穩(wěn)定性，從而保證鋁電解槽的穩(wěn)定生產。依據(jù)磁流體穩(wěn)定性分析優(yōu)化設計的母線配置，除了能提供良好的生產穩(wěn)定性之外，還必須滿足以下要求:(l)具有良好的經(jīng)濟性，即母線的用量和電能損失的綜合費用最小。(2)安全性，即在安全生產和短路狀況下，母線沒有過載現(xiàn)象。(3)簡捷性，配置簡單，容易安裝。(4)方便鋁電解槽生產操作。 絕緣設施在槽上設置道道絕緣物是保證設備和人身安全的需要,也是防止直流電旁路電解反應的需要.在電解槽系列上，系列電壓達數(shù)百伏，甚至上千伏。盡管人們把零電壓設在系列中點，但系列兩端的槽對地電壓仍有400500V的電位差。一旦發(fā)生短路、接地，容易造成電器設備，特別是電子控制設備事故；一旦人手觸摸構成與地回路，還會發(fā)生人身事故。若直流竄入交流回路，也會引起設備事故。因此，電解槽許多部位須要進行絕緣。具體設置絕緣物的部位是：（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、上部結構煙管——主煙管；槽上風動溜槽——槽壁料箱、槽前空氣配管——槽上部結構、端頭槽外側的蓖型板——廠房地坪等處設有絕緣。此外還要注意工作平臺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，在馬達底座、回轉計底座、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區(qū)，在門型支柱——槽殼、爐罩的上下端、陽極導桿——上部結構頂板、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，故螺栓上也配備了絕緣的套圈和墊圈。第3章 鋁電解槽結構計算 陽極電流密度設計電解槽電流強度為290KA， . cm2。電流密度是電解槽設計一個重要的參數(shù)。陽極電流密度為:D陽＝I / S (A/cm2)式中 I － 電解槽電流強度，A。S ― 陽極面積，cm2。[16，10] 陽極炭塊尺寸陽極尺寸是電解槽結構的一個重要參數(shù)，一般說來，電解槽容量越大，則陽極尺寸也要大一些。我國現(xiàn)今160kA～320kA 預焙槽，大都采用寬度660mm ,長度1400 mm～1550 mm ,高度540 mm～550 mm的陽極炭塊。（1）長度：陽極塊的長度決定于槽整體陽極寬度，160－360kA預焙槽陽極長度為1400mm－1600mm為宜。本設計方案采用1450mm。（2）寬度：預焙槽陽極塊過寬，將妨礙陽極氣體逸出，會導致電流效率降低。若陽極碳塊過窄則會增加陽極的更換次數(shù)。法國鋁業(yè)公司與我國大型預焙槽均采用單塊陽極寬度為660mm，因為如果選擇陽極塊過寬，則必須采用雙排鋼爪，在選用750mm－l000mm寬碳塊，就應該考慮雙排鋼爪，必然使鋼爪總斷面及用鋼量增加，使鋼爪在生產中散發(fā)大量熱量，在大型預焙槽結構設計選用單排鋼爪的660mm寬陽極是可行且合理的。陽極寬度選擇，應根據(jù)電流效率，陽極凈耗、換極的頻率綜合考慮，還要考慮與陰極碳塊寬度匹配。故本設計采用660mm的陽極寬度。[17]表3－1國內外大型預焙槽陽極碳塊數(shù)據(jù)（3）高度：陽極碳塊高度大小，決定換極周期，換極作業(yè)的勞動消耗、陽極的毛耗量以及陽極本體電壓降、陽極散熱與保溫。在電費價格較高的情況下，不宜采用陽極塊較高之尺寸，采用陽極塊高540mm－600mm較為適宜。本設計可以采用550mm的陽極高度。換極的周期，即l臺電解槽內所有陽極塊更換完畢需多少晝夜。按統(tǒng)計數(shù)據(jù)，平均殘極高度取165mm，電流效率取94％，C凈＝420kg / tAl，根據(jù)λ＝[（H－H殘）γ102] / (DC凈)式中: —系數(shù)(24=)。λ —換極周期，d。 H —陽極總高，mm。 H殘—殘極高度，mmμ—電流效率，% 。D —陽極電流密度，A /cm2 。C凈 —陽極凈耗，kg / tAl 。γ —陽極體積密度。代入上式，取陽極更換周期為25天。由上式可知，陽極毛耗隨設計的陽極高度增加而降低，換極周期隨設計陽極的高度增加而提高。換極周期隨陽極電流密度、陽極高度增加而增加(節(jié)省天車工作量)。按此結論是否會得出預焙槽陽極高度越高越好呢？實際不然，從三方面來解釋：（1）陽極高度越大，則電解槽立柱母線越高，上部金屬結構位置抬高，荷重加大；（2）會造成陽極電壓降增加，因為一般陽極碳素部分平均電壓降140mv左右(國內常用陽極塊高度550mm)，如果采用610mm高度與540mm高度相比，陽極碳素部分電壓降升高至160mv，平均升高20mv。（3）若陽極高度過高，不利于陽極上覆蓋氧化鋁的保溫作用，由于槽內各陽極高度差較大，造成有的陽極塊側部加不上氧化鋁保溫料，使之高塊部分熱損失增加，特別是對窄加工面的電解槽更為不利。故高陽極塊保溫性能比低陽極塊保溫性能差，能耗高。 [9]最終炭塊尺寸取定為1450mm660mm550mm。 陽極炭塊組數(shù)目陽極的組數(shù)(或塊數(shù))直接影響著電解槽的經(jīng)濟性和生產的穩(wěn)定性，還涉及到陽極焙燒爐結構的合理性。陽極數(shù)量過多必然增加陽極的更換次數(shù)。再好的母線配置(磁場)也很難避免陽極更換頻繁引起的槽內電流再分配，干擾生產的穩(wěn)定性。反之，陽極數(shù)量過少，更換的次數(shù)雖減少了，但又影響了陽極氣體的排除，增加了槽內鋁的二次反應。，一個合理的陽極尺寸，不僅能滿足生產的穩(wěn)定性，而且又能提高電解槽的經(jīng)濟性。[14]陽極斷面尺寸：S陽 =I / D＝290KA / Acm2=故需陽極炭塊數(shù)：n＝ /(14566)＝，取40塊。采用單陽極結構，分兩行排列，每行20組炭塊。陽極實際面積與陽極電流密度校核值為：S陽＝20214566＝382800 cm2D陽＝I / S陽＝290000 / 382800= A/cm2 選擇了窄爐膛操作面，提高了電解槽單位面積產能，并采用電熱模擬技術及非線形槽殼結構有限單元優(yōu)化軟件，設計了先進、合理的槽內襯及槽殼結構，可以使電解槽處于較佳的熱平衡狀態(tài)，取得較長的槽壽命，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 鋁電解槽主要技術參數(shù)表3－3 國內外幾種槽型加工面尺寸比較取陽極到槽膛側壁（大面）的尺寸為340mm，到槽膛端壁（端頭）的距離為390mm，陽極炭塊組間距取40mm，陽極行間距（中縫）取200mm，由此可計算：槽膛長度＝2390+20660+1940＝14740mm槽膛寬度＝2340+21450+200＝3780mm槽膛深度＝550mm內襯側部的構成為：（1.）砌體與槽殼之間留有一定縫隙，用耐火粉進行填充；（2.）側部砌兩層普通耐火磚，再用絕熱耐火混凝土澆注，陰極鋼棒與側部澆注料之間留有15m