【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 陰極裝置 由槽殼、陰極碳?jí)K、側(cè)部碳?jí)K、耐火磚和保溫材料組成。通常采用長(zhǎng)方形槽殼，槽殼型式有框架式、臂撐式和搖籃式三種。槽殼用型鋼和鋼板焊成。鋁電解槽的槽膛深度一般為450～600mm。槽膛底部是一層陰極碳?jí)K，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。陰極碳?jí)K以碳?jí)K組型式砌筑于電解槽內(nèi)。陰極碳?jí)K組由陰極碳?jí)K同埋設(shè)其中的導(dǎo)電鋼棒(陰極棒)組成。陰極棒與碳?jí)K之間澆鑄磷生鐵或用碳糊搗固。陰極碳?jí)K組在槽殼內(nèi)排成兩行，碳?jí)K組與碳?jí)K組間用碳糊搗固或用碳糊漿液灌注。但縱向中縫一般要用碳糊搗固。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(zhǎng)陰極碳?jí)K，其中放置一根通長(zhǎng)陰極棒。陰極棒通過(guò)槽殼側(cè)壁上的洞口(窗口)伸出槽殼，其末端與陰極母線連接。槽膛側(cè)壁有一層或兩層陰極碳?jí)K。側(cè)部碳?jí)K與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。近年來(lái)，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽(yáng)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(hù)層。有的電解槽還在側(cè)部碳?jí)K下部用碳糊搗固成斜坡?tīng)?，?gòu)成人造伸腿，用來(lái)保護(hù)側(cè)部碳?jí)K并收縮鋁液鏡面。167。 陽(yáng)極裝置視槽型而異，有三種形式。(1)側(cè)插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。由陽(yáng)極框架、碳陽(yáng)極糊、陽(yáng)極導(dǎo)電棒、氧化鋁料倉(cāng)及陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。陽(yáng)極框架由鋼板和型鋼焊接而成?？蚣軆?nèi)周為厚1mm左右的鋁板(鋁殼)，中間填充陽(yáng)極糊，陽(yáng)極棒從陽(yáng)極框架外部與水平方向成15176。角度插入陽(yáng)極糊內(nèi)。陽(yáng)極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽(yáng)極用。陽(yáng)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。隨著陽(yáng)極消耗，取出最下面的一排陽(yáng)極棒，在上方插入一排新的陽(yáng)極棒。陽(yáng)極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電片來(lái)與陽(yáng)極大母線聯(lián)接。陽(yáng)極框架借助滑輪組或螺旋機(jī)構(gòu)懸吊在電解槽的上部金屬結(jié)構(gòu)上，因此陽(yáng)極可以上下升降。(2)上插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。由陽(yáng)極框套、陽(yáng)極糊和組合陽(yáng)極棒及陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。陽(yáng)極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽(yáng)極糊。陽(yáng)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。鋼質(zhì)導(dǎo)電棒由上部垂直插入陽(yáng)極糊內(nèi)，分4排插入，高度分若干層次。組合陽(yáng)極棒用夾具直接連接到陽(yáng)極母線上。陽(yáng)極有兩套提升機(jī)構(gòu)。隨著陽(yáng)極的消耗，用主升降機(jī)構(gòu)降低陽(yáng)極母線大梁，亦即陽(yáng)極本身的高度。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(yáng)極框套的位置，其結(jié)果是陽(yáng)極框套的位置移動(dòng)等于零，它相對(duì)于槽殼并未作任何移動(dòng)，但陽(yáng)極可以下降，補(bǔ)償其消耗。(3)預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。由陽(yáng)極碳?jí)K組和陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)代大容量中部下料鋁電解槽還配備定時(shí)打殼下料裝置和氧化鋁、氟化鋁料倉(cāng)。陽(yáng)極碳?jí)K組由陽(yáng)極碳?jí)K、鋼爪和鋁導(dǎo)桿三部分組成。依據(jù)槽容量大小及碳?jí)K規(guī)格不同可有單塊組、雙塊組和三塊組。鋁導(dǎo)桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳?jí)K上的洼穴(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。也有用碳糊搗固的。陽(yáng)極碳?jí)K表面噴一層鋁液以防止其氧化，也有不噴鋁液的。鋁導(dǎo)桿用夾具緊固于陽(yáng)極母線梁上。下料機(jī)構(gòu)包括4～6個(gè)打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉(cāng)。加料點(diǎn)位于鋁電解槽的中心部位自成一列。打洞加料自動(dòng)進(jìn)行，間隔時(shí)間短的不過(guò)3min，長(zhǎng)者為1～2h?，F(xiàn)代化鋁電解槽的下料已采用自動(dòng)控制方式，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度波動(dòng)在一個(gè)很小的范圍(2％～3％)內(nèi)。大容量鋁電解槽的陽(yáng)極升降，一般選用蝸輪絲杠或滾珠絲杠搖板式機(jī)構(gòu)。167。 母線裝置由陽(yáng)極母線、陰極母線和立柱母線組成。母線為鋁質(zhì)壓延母線或鋁質(zhì)鑄造母線。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。配置母線需經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以求減弱磁場(chǎng)對(duì)電解運(yùn)行的有害影響并節(jié)省母線用量?，F(xiàn)代化大容量預(yù)焙陽(yáng)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。中小型鋁電解槽一般采取縱向排列，母線配置采取雙端或單端進(jìn)電方式。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽帶有鋼質(zhì)卷簾或吊門(mén)，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導(dǎo)出。上插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽由安裝在陽(yáng)極框套下部的集氣罩將煙氣收集于燃燒氣中，經(jīng)燃燒后的煙氣排入煙道。預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽用帶有筋板的鋁板構(gòu)成多片單槽罩或整體槽罩，將電解槽密封。167。 使用壽命鋁電解槽的陰極內(nèi)襯在使用一段時(shí)期后就會(huì)破損，這時(shí)候便需停槽大修。現(xiàn)代鋁電解槽的平均使用壽命可達(dá)4～5a，長(zhǎng)者可達(dá)7～8a。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(guò)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(shí)需停槽大修。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。同時(shí)碳陰極下部的耐火磚和保溫材料中也發(fā)生嚴(yán)重變化，鋼質(zhì)槽殼也伴有嚴(yán)重變形或破裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，破損現(xiàn)象[9]有：(1)碳陰極中出現(xiàn)大而深的裂紋；(2)碳陰極出現(xiàn)沖蝕深坑；(3)碳陰極呈層狀剝落；(4)碳陰極向上隆起并開(kāi)裂；(5)陰極棒受鋁液侵蝕并熔化，陰極棒發(fā)生變形，向上隆起；(6)槽底耐火磚和保溫材料受電解質(zhì)侵蝕，其中間部位存在棱鏡狀灰白層；(7)側(cè)部碳?jí)K受電解質(zhì)和鋁液沖刷磨蝕產(chǎn)生孔洞；(8)鋼質(zhì)槽殼向外膨脹呈橢圓形，底部鋼板向下鼓出甚至開(kāi)裂。這些破損現(xiàn)象彼此相互聯(lián)系，可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。在鋁電解過(guò)程中，鈉始終向碳陰極滲透。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。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。為了延長(zhǎng)鋁電解槽的使用壽命，要從多方面采取措旎。在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)精確計(jì)算，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度高的槽殼，并使槽內(nèi)的熱場(chǎng)和磁場(chǎng)分布合理。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。操作上要采用合適的焙燒和啟動(dòng)方式，并建立平穩(wěn)的正常運(yùn)行制度等。第二章 廠址選擇與論證廠址的選擇不僅直接影響基建投資、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和發(fā)展，還影響地區(qū)的交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)等的發(fā)展。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。評(píng)選出經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益最優(yōu)的廠址，總結(jié)過(guò)去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(fèi)主要地點(diǎn)；發(fā)達(dá)的交通運(yùn)輸基礎(chǔ)；合適的建設(shè)場(chǎng)地條件；滿足環(huán)境保護(hù)的要求；良好的外部協(xié)作環(huán)境；良好的地理?xiàng)l件[10]。167。具有充裕、穩(wěn)定而廉價(jià)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。洛陽(yáng)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(huì)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)。 同時(shí)廉價(jià)的煤電供應(yīng)，保證了鋁電解的長(zhǎng)久地經(jīng)濟(jì)效益[11]。167。一般來(lái)說(shuō)，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。而且，由于工廠的人員流動(dòng)、零星貨物運(yùn)輸、消防保安等需要，方便的道路系統(tǒng)也是必不可少的。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。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。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)。該工業(yè)園區(qū)交通便利，保障了原材料和產(chǎn)品的運(yùn)輸。167。這里所說(shuō)的外圍服務(wù)，是指地方提供的價(jià)格合理的人力資源、維修服務(wù)和其它生活保障體系?，F(xiàn)代化大型電解鋁廠是一個(gè)技術(shù)密集型企業(yè)，需要各種高素質(zhì)人才。伊川縣緊鄰洛陽(yáng)市，有河南科技大學(xué)、中國(guó)人民解放軍外國(guó)語(yǔ)學(xué)院、中國(guó)民航飛行學(xué)院洛陽(yáng)分院、洛陽(yáng)師范學(xué)院、洛陽(yáng)理工學(xué)院等多所高校為其提供人才保障。同時(shí)，洛陽(yáng)市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國(guó)內(nèi)唯一以有色金屬加工行業(yè)規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備研制、科研開(kāi)發(fā)及工程總承包為主的綜合性機(jī)構(gòu)）、洛銅（國(guó)家級(jí)重有色金屬檢測(cè)試驗(yàn)中心） ，隧道工程局、工程兵科研三所等，這些單位大多是全國(guó)的行業(yè)技術(shù)歸口單位，有很強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力，為我提供強(qiáng)有力的科技支撐。167。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”。因?yàn)殡娊怃X生產(chǎn)工藝的特殊性，生產(chǎn)過(guò)程中將排放少量HF煙氣這是電解鋁廠最主要的污染源。因此，要求廠址區(qū)域有較大的環(huán)境容量。同時(shí)，土地是電解鋁廠建設(shè)的必要條件。 ，土地資源充足，而且位于郊外，避免對(duì)中心城市的影響?？傊?，影響電解鋁廠址選擇的因素很多，綜合考慮其經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)境因素，伊川工業(yè)園區(qū)最為適合鋁電解的生產(chǎn)，故將廠址選于此處。第三章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yáng)極電流密度、鋁液水平、電解質(zhì)水平、陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)等。這些指標(biāo)互相影響，總的來(lái)說(shuō)，在一定時(shí)期內(nèi)盡可能地保持其相對(duì)穩(wěn)定，下面對(duì)它們分別進(jìn)行選擇論證。(1) 電流效率電流效率是鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前電解煉鋁的電流效率一般在88%~95%。本設(shè)計(jì)選取的電流效率為94%。(2) 電解質(zhì)成分本設(shè)計(jì)400kA電解槽的電解質(zhì)成分為：~，%%，%~%。(3) 電解溫度~，電解溫度940℃~950℃(4) 極距所謂極距，是指陰、陽(yáng)兩極之間的距離。~。(5) 陽(yáng)極電流密度。(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。本設(shè)計(jì)的電解質(zhì)水平選為22cm~24cm，鋁業(yè)水平為20cm~22cm。(7) 陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)每日分?jǐn)偟矫坎鄣年?yáng)極效應(yīng)次數(shù)稱(chēng)為陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)。?日即可。陽(yáng)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。167。1. 電解槽壽命論證國(guó)外大型預(yù)焙槽壽命都在60個(gè)月即1800天以上，有的已達(dá)到100個(gè)月即3000天。現(xiàn)在國(guó)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。本設(shè)計(jì)槽壽命為2000天，即2000/365=。2. 單槽日產(chǎn)量設(shè)計(jì)電流強(qiáng)度為400kA，電流效率為94%，則Q=103 (31) =40000010324 =（kg/槽?d）3. 電解槽數(shù)量 生產(chǎn)槽數(shù)Np=年產(chǎn)量/（Q365） (32) =220000103/（3028045365）=≈199臺(tái) 大修槽數(shù)Nr=生產(chǎn)槽數(shù)/槽壽命=199/=≈36臺(tái) 備用槽數(shù)=K大修槽數(shù)大修時(shí)間=3660/365=≈9臺(tái)（K一般取12，大修時(shí)間tr=60天） 總槽數(shù)=生產(chǎn)槽數(shù)+備用槽數(shù)=199+9=208臺(tái)4. 槽結(jié)構(gòu)計(jì)算(1) 陽(yáng)極尺寸一般來(lái)說(shuō)，電解槽容量越大，則陽(yáng)極尺寸也要大一些。綜合各種因素的考慮，本設(shè)計(jì)陽(yáng)極尺寸設(shè)計(jì)為1550mm660mm540mm，采用四個(gè)鋼爪，?個(gè)1。(2) 槽膛深度槽膛深度主要取決于槽中電解質(zhì)鋁液水平及操作工藝制度。本設(shè)計(jì)所采用的槽膛深度為550mm。(3) 陽(yáng)極到槽幫的距離陽(yáng)極到槽幫襯的距離對(duì)槽子影響很大。過(guò)大，則熱損失大，電解槽造價(jià)也高。過(guò)小則不利于操作。本設(shè)計(jì)400kA電解槽陽(yáng)極到槽幫的距離為大面300mm，小面420mm，中縫為200mm。(4) 槽結(jié)構(gòu)計(jì)算電流強(qiáng)度I=400kA ，陽(yáng)極炭塊尺寸設(shè)計(jì)為1550mm660mm540mm。a. 陽(yáng)極斷面尺寸陽(yáng)極總面積為：S陽(yáng)=400000/=故需陽(yáng)極炭塊數(shù)：n=(15566)=取48塊陽(yáng)極，分兩行排列，每行24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) =4815566=491040cm2 D陽(yáng)=400000/491040=b. 槽膛尺寸取陽(yáng)極到槽幫的距離為大面300mm，小面420mm。陽(yáng)極炭塊間距取40mm，陽(yáng)極行間距為200mm。由此可計(jì)算： 槽膛長(zhǎng)度=2420+24660+2340=17600mm 槽膛寬帶=2300+21550+200=3900mm 槽膛深度=550mm5. 原材料消耗（按每噸鋁計(jì)）(1) 氧化鋁消耗 a. 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式Al2O3→2Al+3/2 O2 計(jì)算理論消耗量 b. 實(shí)際消耗量 實(shí)際生產(chǎn)中由于運(yùn)輸、機(jī)械、飛揚(yáng)等損失，%~%。根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐，取其值為1930kg/t。 (2) 氟化鹽的消耗根據(jù)國(guó)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。 (3) 陽(yáng)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(yáng)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%。Al2O3+12/7→2Al+9/7CO2+3/7CO實(shí)際碳消耗量為： (34)由于機(jī)械、殘極剩余等原因，陽(yáng)極炭塊的實(shí)際消耗量比理論值多18%~20%，根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐，取實(shí)際消耗為：450kg/t。 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。本設(shè)計(jì)采用國(guó)際上近幾年來(lái)所采用的化學(xué)防滲技術(shù)術(shù)，即采用干式防滲料作為防滲層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋁層。7. 水、電、空氣等根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐，一般生產(chǎn)用水量為4642m3/d，生產(chǎn)用水173m3/d，循環(huán)水40695m3/d，生產(chǎn)排水2068m3/d，生活排水173m3/d，二次水重復(fù)利用率為90%。鋁電解的主要能源為電源，國(guó)內(nèi)先進(jìn)預(yù)焙槽的噸鋁直流電耗達(dá)13200kWh。重油用