【正文】 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。一般有兩種計(jì)算體系：第一種是以槽底—槽殼—槽罩為其外部便邊界；另一種是以槽底—槽面—陽極為其計(jì)算邊界。(2)計(jì)算基礎(chǔ)條件溫度基礎(chǔ)：取25℃作為計(jì)算基礎(chǔ)時間：取1小時體系：槽底—槽殼—槽罩體系電壓：V槽底+V電解質(zhì)+V陽極+V陰極+V實(shí)際分解+V效應(yīng)=開罩時間：8分/次換陽極時間：6分/次電流強(qiáng)度：300kA陽極氣體成分：CO275%；CO25%電流效率：94%排煙量：8000m3/h 能量平衡計(jì)算(1)熱量收入計(jì)算電力供給體系的能量收入，就是外部供給電解槽的直流電能，通過電解槽轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能和熱能，它等于體系中各部分電壓降之和與電流強(qiáng)度的乘積，即，A電=IV體系槽電壓(平均電壓)V體系=1)+2)+3)+4)+5)+5)+6)+7) =電流強(qiáng)度I=300103A。 Q電=IV熱=300000 =1121268kCal/h= (2)熱量支出計(jì)算1）Al2O3反應(yīng)熱 Al2O3（s）→2Al(l)+(g)臺1h1。查表得：每千克鋁反應(yīng)熱量： kWhgh1。 Q氧化鋁= = =2）氣體帶走的熱電解槽氣體流量：8000m3/h，排煙管煙氣溫度為85℃。氣體（空氣、CO、CO2等）平均比熱：CP=℃Q氣=CpV△t=8000(8525) =3）鋁液帶走的熱電解質(zhì)溫度：950℃，鋁的熔點(diǎn)：660℃由物質(zhì)的比熱表可查鋁熔化熱:93kCal/kg由物質(zhì)的比熱表可查鋁比熱：298K～933K時，C0=+933K～1273K時，Cp=則 Q固=nAl = (+)dT = Q熔== Q液=nAlCPDT== =所以 QAl= Q固+Q熔+Q液=++ =4）殘極帶走的熱Al2O3+12/7C→2Al+9/7CO2+3/7CO知1mol氧化鋁需12/7mol碳，每塊殘極高度160mm，消耗380mm，故：C殘：C耗=160：380，則殘極量為：n殘=(12/712nAl160)/(227380)=由于殘極換出時表面溫度為450℃，電解質(zhì)溫度為950℃，故殘極換出溫度約為：T殘=（450+950）/2=700℃殘極炭比熱：CP=+105T2故殘極炭帶走熱量為： Q殘=n殘（+105T2）Dt =殘極上覆蓋有10mm的氧化鋁，平均溫度為500℃，帶走熱量1000kCal/h.殘極總帶走熱量為： +1000=5）加熱冰晶石、氟化鋁溶化冰晶石、氟化鋁、氟化鎂等需22W/kgAl,則一小時需： 22=6）散熱損失電解槽散熱損失計(jì)算，采用傳導(dǎo)計(jì)算法，在前人的基礎(chǔ)上對角部采用分布場計(jì)算法，即槽底以下的面積采用幾何平均面積，正對槽膛底的面積用等面積進(jìn)行計(jì)算，角部用溫度分布平均值進(jìn)行計(jì)算。側(cè)部：（由里向外）伸腳：平均厚度200mm；側(cè)部炭塊：125mm；剛殼：12mm；底部：（由里向外）炭塊：450mm；耐火磚：2652mm；干式防滲料：65mm；保溫磚：265mm；絕緣轉(zhuǎn)：65mm。①槽殼損失?。┱龑Σ厶诺椎牟蹥p失槽殼底面積：S==電解質(zhì)溫度:950℃，殼面溫度：90℃，△t=95090=860℃底部炭塊：δ1=45cm，取平均溫度為925℃。λ1=103t=℃粘土質(zhì)耐火磚：δ=652=130mm氧化鋁添縫2mmδ2=130+2=132mm，取平均溫度：870℃ λ2=+103t=℃干式防滲料：δ3=65mm，λ3=℃保溫磚：δ4=130mm，取平均溫度450℃λ4=+103t=℃鈣酸質(zhì)絕緣板：δ5=65mm，λ5≤ kCal/m2h℃鋼殼：δ6=12mm，λ6=45 kCal/m2h℃1/k=δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+δ4/λ4+δ5/λ5+δ6/λ6 k=Q1=kS△t=860=ⅱ）槽膛底以下熱損失由于內(nèi)外面積相差不大，用幾何平均值：S=（S1S2）1/2 =[(+)2(+)2]1/2 =電解質(zhì)溫度為950℃，槽殼面溫度為600℃，△t=950600=350℃槽幫：δ1=15cm，取平均溫度為900℃，則 λ1=102t+104t2= kCal/m2h℃?zhèn)炔刻繅K：δ2=125mm，取平均溫度為850℃ λ2=+103t= kCal/m2h℃鋼板：δ3=12mm，λ3=45 kCal/m2h℃ 1/k=δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3= K=傳導(dǎo)熱：Q2=kS△t=350=ⅲ）角部熱損失角部熱損失計(jì)算較為復(fù)雜，可以簡化計(jì)算，AD面面積：（）（+）2=BD面面積：（）=K1=。k2=根據(jù)公式：Q3=kSAD△t=(650600)= Q4=KsBD△t=(75025)=槽殼總的熱量損失量：Q總=Q1+Q2+Q3+Q4=②密閉罩熱損失密閉罩散熱損失計(jì)算可分為四個部分：水平罩、端頭罩、側(cè)罩鋁板、框架。ⅰ）水平罩的輻射和對流熱損失環(huán)境溫度為25℃，表面溫度為:80℃,水平罩長1600mm，寬1125mm，寬1125mm,每側(cè)11塊共有22塊。每側(cè)的水平罩總長為112511=12375mm，寬為1600mm.加上側(cè)罩水平部分，總面積為：S=（+）=查表知A3=則 a對=A3△t1/3=551/3= 即 Q對=a對（tt0）S=55= 輻射計(jì)算公式:Q輻=εC0S[(t表/100+273/100)4(t空/100+273/100)4]kcal/h對于水平鋼板槽罩： ε= C0=(m2h℃) Q輻=Q水平罩=+=ⅱ）端頭罩熱損失它包括端頭固定罩和三角板，材料為鋼板環(huán)境25℃，表面溫度為50℃。 T計(jì)=（5025）/2= 查表得A3= 垂直壁：a對上=（5025）1/ Q對=a對（t1t2）S罩高：1100mm，上底寬：1200mm（其中端頭固定罩寬1000mm,三角板上寬200mm），下底寬：200mm,（其中端頭固定罩寬1000mm,三角板上寬1000mm）。 S=(+)22= Q對=（5025）=輻射熱損失：ε=，C0=(m2h℃)ψ= Q輻=[（50/100+273/1004(25/100+273/100)4] =Q斷頭罩=+=ⅲ）側(cè)罩鋁板熱損失環(huán)境溫度：25℃，表面溫度：65℃每塊鋁板長：1000mm，寬：500mm，共有48塊。鋁板總面積： S=48=24m2 T計(jì)=（6525）/2=20℃查表：A3= a對=（6525）1/3=4,45對流熱損失：ε=，ψ=， C0=(m2h℃),輻射熱損失： Q輻=24[（65/100+273/100）4(25/100+273/100)4] = Q鋁板=4272+=ⅳ)框架熱損失環(huán)境溫度：25℃，表面溫度：60℃框架長度：12374mm，寬：1650mm總面積減去鋁板面積，即為純框架面積。 S總=2= S架== T計(jì)=（6025）/2=查表：A3= a對=(6025)1/3=對流熱損失： Q對=（60 25）=輻射熱損失： ε=，ψ=，C0=(m2h℃) Q輻=[(60/100+273/100)4(25/100+273/100)4] =框架總損失： Q框架=+=罩總損失：Q罩=+++ =③開罩熱損失開罩時間：每天換陽極一次：6分/次。每兩小時加工一次：8分/次。ⅰ)加工面熱損失由于每次加工半面，所以只開半面，計(jì)算熱損失也計(jì)算半面。 S= =,C0=,a= Q 工面=（95025）+[（950/100+273/100）4(25/100+273/100)4]=20535+=ⅱ）未加工面熱損失環(huán)境溫度：25℃，氧化鋁溫度：135℃為了加強(qiáng)上部保溫，炭塊上部覆蓋有許多氧化鋁，所以，炭塊露出部分很少。因此在計(jì)算時都按氧化鋁面計(jì)算。 t計(jì)=（13525）/2=55查表得： A3= a計(jì)=（13525）1/3= a對上== ε=，ψ=，C0=m℃熱損失： Q未加工面=（13525）+ [（135/100+273/100）4(25/100+273/100)4] =則 每小時熱損失： Q=+=每小時開罩時間： 6/2460+8/602=則 開罩熱損失： Q開罩=+= kCal/h=④槽沿板熱損失環(huán)境溫度：25℃，表面溫度:120℃?zhèn)妊匕澹簩?25+14030=435mm,除去罩殼住部分為350mm，總長（1200350）2=23350mm。端部沿板：分兩部分：一部分:長：18002=3600mm 寬。110mm(450mm除去罩住部分325mm)令一部分：長：25002=5000mm 寬：450（775mm除去罩住部分325mm）槽沿板散熱面積： S=++=散熱損失： t計(jì)=(12025)/2=查表得：A3= a對=(12025)1/3= a上== ε=，ψ= a上=（12025）+ [(120/100+273/100)4(25/100+273/100)4] =⑤陰極棒頭熱損失陰極棒表面截面：150110mm2，伸出長度為：406mm，由于對輻射計(jì)算復(fù)雜，所以用傳導(dǎo)計(jì)算。表面溫度140℃，℃，槽膛至槽殼的距離為165mm,m2℃。 K=45/= 30個陰極棒 Q=30（） = 能量平衡列表表23 300kA電解槽的能量平衡表收入支出項(xiàng)目數(shù)量（kJ/h）項(xiàng)目數(shù)量（kJ/h）1．直流電密閉罩開罩槽沿板陰極鋼棒頭合計(jì)合計(jì)其它損失能量支出/能量收入=，符合預(yù)期的94%的電流效率。3 鋁電解槽炭陽極與陽極炭塊 陽極炭塊及炭塊組炭陽極是鋁電解槽的主體部件，它由陽極本體(陽極炭塊)、陽極導(dǎo)電金屬棒(桿)升降裝置及其附件構(gòu)成。鋁電解槽炭陽極分為連續(xù)自焙陽極(簡稱自焙陽極)和預(yù)焙陽極兩種。自焙陽極按導(dǎo)電金屬棒從上部或側(cè)部插入，分為上插自焙陽極和側(cè)插自焙陽極預(yù)焙陽極導(dǎo)電桿在上部。預(yù)焙陽極電解槽和陽極炭塊幾乎與現(xiàn)代煉鋁方法同時誕生。1880年，美國的霍爾(Hall)利法國的埃魯(Heroult)同時提出冰晶石—氧化鋁溶解煉鋁法。1888年，美國匹茲堡電解廠把這種煉鋁方法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，建成了世界上最早的預(yù)焙陽極電解槽，所用陽極炭塊以木炭作為原料，采用模壓法生產(chǎn)，單個陽極模截面積只有8～10cm 2，其質(zhì)量指標(biāo)也比較落后。之后，瑞士、法國、英國、德國等幾個國家都使用了類似的預(yù)焙陽極，用電解法生產(chǎn)鋁。鋁電解發(fā)展初期，采用擠壓法生產(chǎn)的小型預(yù)焙陽極，單個陽極尺寸甚小，陽極電流4000A。1924年，挪威人索德貝格發(fā)明了連續(xù)自焙陽極，使陽極面積逐步擴(kuò)大，電解槽電流容量隨之提高。1934年，法國彼施涅(Pechiney)鋁業(yè)公司研制成功上插自焙陽極，隨后又用多功能天車進(jìn)行陽極操作，20世紀(jì)50年代之后，用擠壓和振動成型機(jī)制造大規(guī)模預(yù)焙陽極成功，預(yù)焙陽極又逐漸被廣泛采用。20世紀(jì)80年代后期，預(yù)焙陽極電解系列，電流容量達(dá)280～350KA。最新的預(yù)焙陽極電解槽電流達(dá)500kA。由于以預(yù)焙陽極炭塊為本體構(gòu)成的預(yù)焙陽極操作比較簡單．陽極電壓降比自焙陽極低，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化，且消除了電解過程中的瀝青煙害，有利于電解槽向大容量方向發(fā)展。因此，20世紀(jì)末，已普遍采用預(yù)焙陽極煉鋁。國外用振動成型法生產(chǎn)的陽極炭塊，最大的尺寸為2250mm750mm2500mm，單塊重為2500kg。預(yù)焙炭陽極通常安裝在電解槽上部，強(qiáng)大的直流電流60～3