【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)主要包括陰極裝置、陽極裝置、母線裝置和氣體回收裝置等[8]。167。 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，特意采用通長陰極碳?jí)K，其中放置一根通長陰極棒。陰極棒通過槽殼側(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，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽極鋁電解槽的側(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狀，構(gòu)成人造伸腿，用來保護(hù)側(cè)部碳?jí)K并收縮鋁液鏡面。167。 陽極裝置視槽型而異，有三種形式。(1)側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極框架、碳陽極糊、陽極導(dǎo)電棒、氧化鋁料倉及陽極升降機(jī)構(gòu)組成。陽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)，中間填充陽極糊，陽極棒從陽極框架外部與水平方向成15176。角度插入陽極糊內(nèi)。陽極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽極用。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。隨著陽極消耗，取出最下面的一排陽極棒，在上方插入一排新的陽極棒。陽極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電片來與陽極大母線聯(lián)接。陽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，因此陽極可以上下升降。(2)上插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。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。陽極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽極糊。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。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。組合陽極棒用夾具直接連接到陽極母線上。陽極有兩套提升機(jī)構(gòu)。隨著陽極的消耗，用主升降機(jī)構(gòu)降低陽極母線大梁，亦即陽極本身的高度。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極框套的位置，其結(jié)果是陽極框套的位置移動(dòng)等于零，它相對(duì)于槽殼并未作任何移動(dòng)，但陽極可以下降，補(bǔ)償其消耗。(3)預(yù)焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極碳?jí)K組和陽極升降機(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。陽極碳?jí)K組由陽極碳?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。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3min，長者為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)過精心設(shè)計(jì)，以求減弱磁場對(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。上插棒自焙陽極鋁電解槽由安裝在陽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?，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。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(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)的熱場和磁場分布合理。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)，保證了鋁電解的長久地經(jīng)濟(jì)效益[11]。167。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。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。同時(shí)，洛陽市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國內(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、科研開發(fā)及工程總承包為主的綜合性機(jī)構(gòu)）、洛銅（國家級(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、陽極電流密度、鋁液水平、電解質(zhì)水平、陽極效應(yīng)系數(shù)等。這些指標(biāo)互相影響，總的來說，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、陽兩極之間的距離。~。(5) 陽極電流密度。(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) 陽極效應(yīng)系數(shù)每日分?jǐn)偟矫坎鄣年枠O效應(yīng)次數(shù)稱為陽極效應(yīng)系數(shù)。?日即可。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。167。1. 電解槽壽命論證國外大型預(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?，F(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。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) 陽極尺寸一般來說，電解槽容量越大，則陽極尺寸也要大一些。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(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) 陽極到槽幫的距離陽極到槽幫襯的距離對(duì)槽子影響很大。過大，則熱損失大，電解槽造價(jià)也高。過小則不利于操作。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。(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。a. 陽極斷面尺寸陽極總面積為：S陽=400000/=故需陽極炭塊數(shù)：n=(15566)=取48塊陽極，分兩行排列，每行24組炭塊。陽極實(shí)際面積與陽極電流密度校核值為： S陽 =4815566=491040cm2 D陽=400000/491040=b. 槽膛尺寸取陽極到槽幫的距離為大面300mm，小面420mm。陽極炭塊間距取40mm，陽極行間距為200mm。由此可計(jì)算： 槽膛長度=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%。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，陽極炭塊的實(shí)際消耗量比理論值多18%~20%，根據(jù)國內(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)采用國際上近幾年來所采用的化學(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，國內(nèi)先進(jìn)預(yù)焙槽的噸鋁直流電耗達(dá)13200kWh。重油