【正文】 由兩個半圓環(huán)組合而成，在預焙槽陽極炭塊的每個鋼爪上套一個。用石墨冷搗糊將兩半圓環(huán)粘接。再用細鐵絲固定。組裝到預焙槽陽極鋼爪上后，利用電解槽的熱量，使保護環(huán)經(jīng)過軟化排出分解聚合焦化后，達到足夠的溫度，能有效抵御電解質的侵蝕與沖刷，達到防止陽極鋼爪被電解質侵蝕的目的，延長了鋼爪的經(jīng)濟使用壽命。（4）．陽極炭塊陽極炭塊尺寸為1500mm660mm540mm，陽極碳塊上部有4個直徑180mm,深100mm的孔，用于生鐵澆注鋼爪固定， A/cm2,陽極板總面積為SA=280000/=383562則每槽陽極碳塊書N=383562/15066= 38塊 6 槽膛尺寸 每個電解槽有38塊陽極炭塊，陽極炭塊采用兩排配置，每排各19塊。電解槽采用中間自動打殼下料，取陽極到槽膛側壁（大面）尺寸為300mm,到槽膛端壁（小面）距離為420mm,陽極炭塊組間距取40mm,陽極行間距為200mm。槽膛深度選取550mm，電解槽槽膛結構如圖所示。由此可計算： 槽膛長度=2420+19660+1840=14100mm 槽膛寬度=2300+21500+200=3800mm 槽膛深度=550mm 陰極結構陰極結構指電解槽槽體部分，由鋼制槽殼、陰極炭塊和保溫材料砌體三部分構成。 槽殼鋁電解槽的槽殼是用鋼板焊接而成的，它分為有底和無底槽殼，并且有背撐式和搖籃式兩種支撐方式。本設計采用有底搖籃式結構，搖籃架是彈性變形體，其優(yōu)點是槽殼受力不會產(chǎn)生應力集中，這樣在電解槽的端角部位，不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象。搖籃支架用工字鋼和厚鋼板焊接而成，槽側以及端壁都設有一些搖籃架。搖籃架共有14個，其中搖籃支架兩端最外的兩組與殼體焊成一體，其余14個用螺栓與翼板聯(lián)結在一起，中間墊以10285300mm的隔熱石棉板。 槽殼結構示意圖搖籃架和槽體之間以鋼墊塊隔開，鋼墊塊焊在槽殼上，其規(guī)格為1350200mm,槽底和搖籃架頂部墊有尺寸101404370mm的石棉板，以使搖籃架在低于200℃下工作，槽殼座落在兩根規(guī)格為25013000mm的工字鋼梁上，有4根支持梁與工字梁相聯(lián)接，用于支撐槽底陰極母線。每臺槽槽殼總質量約為30噸。 內(nèi)襯以及保溫絕熱結構⑴槽側部內(nèi)襯選擇本設計采用的電解槽是側部散熱、底部保溫型的電解槽，電解槽側部用一層碳塊，使電解槽成側部散熱型，易于形成側部爐幫。內(nèi)襯側部炭塊規(guī)格為520400125mm，側部炭塊與電解槽側壁鋼板間有一定的間隙作為伸縮縫，一般約5mm，避免電解槽投入生產(chǎn)后碳塊受熱膨脹以使槽內(nèi)襯側部變形。底部碳塊和側部碳塊之間的周邊縫用“周圍糊”扎成高200mm，寬250mm的坡形伸腿，以便形成側部的電解質爐幫。⑵槽底部內(nèi)襯選擇由于槽側部為散熱型結構，所以底部要加強保溫。槽底部內(nèi)襯為兩層耐火磚，每層厚65mm，耐火磚之間用耐火泥粘結并錯縫壘砌，耐火磚下是一層65mm的干式防滲料，可以防止電解質滲透，并與電解質作用產(chǎn)生一層堅硬的防滲層，有利于提高電解槽壽命。干式防滲料下面是兩層保溫磚，每層65mm,中間用20mm厚的氧化鋁粉填縫和整平，最底部是一層65mm厚的硅酸鈣特種絕緣板，保溫磚與耐火磚的周邊用耐火顆粒充填。這樣的底部結構就能達到底部保溫的要求。⑶陰極結構參數(shù)的選擇及計算為了使電解槽電場分布均勻，減少磁場對鋁液產(chǎn)生的流動、隆起等不利于生產(chǎn)的影響，本設計采用陰極炭塊寬度等于陽極炭塊的寬度，對槽殼通風冷卻和形成良好槽幫也有好處。 A B C D 陰極鋼棒與陰極炭塊組合類型圖中A、B、C型比較而言，C型的最好，炭塊接縫數(shù)目一樣并且更均勻。而D型長炭塊幾乎貫穿全槽的寬度，炭塊接縫數(shù)是最少的，可使電解質和鋁液滲出的可能性減少至最小，同時減少由于上抬和推積力引起的機械破損。發(fā)展趨勢是通長炭塊和通長陰極棒。本設計陰極鋼棒與陰極組合類型采用D型，即通長陰極碳塊。設計規(guī)格為3370mm660mm450mm。取陰極碳塊到槽膛端壁的距離為420mm，碳塊間的碳糊扎縫為40mm，可計算陰極碳塊的數(shù)量n:14100（n1）402420=660n解之得 n=19碳塊到端壁邊緣尺寸為：（14100401866019）/2=420 mm碳塊到側壁邊緣尺寸為：（38003370）/2=215 mm取陰極鋼棒規(guī)格為4480mm200mm150mm,～ A/= A/mm2,則陰極截面積為：S=280000/=1166667 mm2則陰極鋼棒數(shù)為：1166667/150200=；故取38根陰極鋼棒。效驗陰極鋼棒的電流密度：d== A/mm2⑷槽殼結構及尺寸的計算根據(jù)上面陰極碳塊規(guī)格以及槽底部內(nèi)襯選擇以及槽側部選擇和槽膛尺寸情況，現(xiàn)在進行槽殼尺寸的計算。即槽殼尺寸如下：槽殼寬度=3800+1252+52=4060 mm槽殼長度=14100+1252+52=14360 mm槽殼深=550+450+652+652+65+65+20=1410 mm 電解槽基礎200KA中間下料預焙電解槽每臺槽有8個基柱，A、B側兩側基柱之間的距離為4500mm，基柱高940mm。為了防止潮濕，基柱表面上鋪有2402403mm的石棉板。電解槽與地絕緣要達到1M。 母線配置電壓衡算 母線結構及配置整流后的直流電通過鋁母線引入到電解槽上，槽與槽之間鋁母線串聯(lián)而成，電解槽的母線由由陽極母線，陰極母線，立柱母線和軟帶母線四部分組成，槽與槽之間、廠房之間還有聯(lián)絡母線，母線通常采用鑄造鋁母線。陽極母線屬于上部結構的一部分，陰極母線排布在槽殼在槽殼周圍和底部，陽極母線和陰極母線之間通過聯(lián)絡母線，立柱母線和軟母線連接起來，將電解槽一個一個的串聯(lián)起來，構成一個系列。在大型電解槽的設計中，母線不僅被看作引入電流的導體，而且更看重它所產(chǎn)生的磁場，有電流通過的母線所產(chǎn)生的磁場是影響鋁液穩(wěn)定的重要因素，直接制約著鋁的氧化損失和電流效率指標，因此設計母線系統(tǒng)應該能夠很好的使通電母線所產(chǎn)生的磁場平衡均勻，這樣可以減少鋁液的流速和波動。另外鋁母線占電解槽基建費用的25%左右，因此確定合理的母線配置和結構也是十分重要的。本設計的電解槽是280KA的大型預焙電解槽，采用大面四點進電母線配置。為減少磁場對鋁液的影響，設計了合理的母線配置。四根立柱的進電平均為70KA。圖 母線配置示意圖 陽極母線陽極母線陽極母線采用鑄造鋁母線，用軟鋁母線與端頭母線壓緊，以便陽極母線升降。1． 陽極橫母線：設計采用四端進電方式，故母線上電流為。 A/mm2，母線的截面積為：Sm=（I/8）/Dm=（280000/8）/= mm2根據(jù)上面的截面積，取母線規(guī)格為480mm240mm，取一根，效驗母線電流密度為：D=（I/8）/S=（280000/8）/（480240）=故陽極母線斷面積為480240mm 2， A/mm2,長度10500mm。與立柱母線的連接采用壓接。2．陽極軟母線：陽極軟母線的經(jīng)濟電流密度范圍為：～ A/cm 2， A/mm2,取軟母線的規(guī)格為600mm2mm，則軟母線的片數(shù)為：n== =，取209片。效驗電流密度：D= = A/mm2軟母線長度一般為1550mm。3．立柱母線： A/mm2,則立柱母線橫截面積為：S立柱== =200000 mm2立柱母線規(guī)格取為420mm480mm時，取一根效驗電流密度為：D立柱== = A/mm2則立柱母線共有4柱，斷面尺寸420mm480mm，與上臺槽陰極母線以氬弧焊接，與陽極端頭母線壓接。列出陽極母線規(guī)格表，如表4－1所示。 表4－1 陽極母線規(guī)格表陽極母線規(guī)格表母線類型斷面規(guī)格面積電流陽極橫母線480mm200mm A/mm2陽極軟母線600mm2mm A/mm2立柱母線420mm4800mm 陰極母線1．陰極軟母線：母線規(guī)格為200mm2mm， A/mm2,則陰極軟母線片數(shù)為： n== = 取44，則效驗電流密度：D陰軟= =上式中：N鋼——陰極鋼棒數(shù)，為通長型； D陰軟——陰極軟母線電流密度； S陰軟——陰極母線截面積。2． 槽周陰極母線：根據(jù)母線配置示意圖可知，槽周陰極母線分為A側槽周陰極母線和B側槽周陰極母線以及槽底陰極母線，電流通過陰極鋼棒分股進入A側和B側槽周陰極母線，A側經(jīng)過槽底陰極母線與B側電流匯流分股經(jīng)過槽間連接母線進入到下一個槽子的立柱母線上。下表4－2列出槽周陰極母線上電流的分配。 表4－2 槽周陰極母線上電流的配置槽周陰極母線上電流的配置A側I/8 I/16 I/16 I/16I/6 I/8B側I/16 3I/16 3I/16I/16取母線規(guī)格600mm200mm效驗電流密度A側：中間槽周陰極母線上電流密度為 DA中=（I/16）/S陰軟= = A/mm2 端部槽周陰極母線上電流密度為DA端= = =B側：端部槽周陰極母線上電流密度為 DB端= = = A/mm2中間槽周陰極母線上電流密度為 DB中= = =根據(jù)上述計算，可列出陰極母線規(guī)格于下表4－3： 表4－3 陰極母線規(guī)格表陰極母線規(guī)格表 名稱規(guī)格數(shù)量電流密度[A/(mmmm)]陰極軟母線200mm2mm44槽周陰極母線A側600mm200mm中間4端部2B側600mm200mm中間2端部23． 短路母線：短路母線位于立柱母線下方，由絕緣板將其隔開。需要短路時將立柱母線與短路母線之間的絕緣板抽出，然后將短路母線與立柱母線用螺栓壓緊。操作時需系列停電25min。 圖 短路口簡圖 能量和物料平衡核算及電壓衡算 物料平衡1. 鋁產(chǎn)量 以1h為計算基礎，所設計電流強度為280KA電解槽，電流效率94%，由此計算單槽鋁產(chǎn)量P=P理=CI=280000103 ==2. 氧化鋁的消耗量氧化鋁分解化學反應式為式 Al2O3→2Al+O2 其理論消耗量為：C （Al2O3）== kg/t⑵實際消耗量 實際生產(chǎn)中由于運輸、機械、飛揚等損失，%～%，＋（％～％）＝～，取其值為1940 kg/t。則氧化鋁的實際消耗量為==氧化鋁的理論消耗量為=102/54=氧化鋁的損失量為==3. 氟化鹽的消耗量冰晶石單耗為：5 kg/t；氟化鋁單耗為：25 kg/t；氟化鈣單耗為：2 kg/t。則冰晶石消耗量為：5103= kg/槽h； 氟化鋁消耗量為：25103= kg/槽h； 氟化鈣消耗量為：2103=h；4．陽極炭塊的消耗鋁電解的總反應式：Al2O3+（3/1+N）C=2AL+（3N/1+N）CO2+[3（1N）/1+N] CO當一次陽極氣體的成分為100% CO2，則CO是產(chǎn)生AL與CO2作用的結果，一次反應電流利用率為100%，由此一次反應式為：Al2O3+C→2Al+CO2若電流利用率為，其二次反應式為2（1 ）AL+3（1 ）CO2=（1 ）Al2O3+3（1 ）CO則N=（1）/[（1）]+3（1）=21 N=則理論炭消耗量為=（3/）（）=取實際炭耗量為445Kg/則單槽實際炭耗量為445103==炭耗指數(shù)=（）100%=%5. 反應過程中生成氣體量為CO2生成量=[3] 44CO生成量=[3（）/] 28：出鋁 CO為 表4－4 物料平衡表收入支出項目kg/h%項目kg/h%氧化鋁原鋁冰晶石冰晶石氟化鋁氟化鋁氟化鈣氟化鈣陽極炭塊碳損失量二氧化碳生成量一氧化碳生成量氧化鋁損失量合計100合計100 電壓平衡工業(yè)電解槽的電流消耗率，與電流效率和平均電壓兩個因素有關，降低平均電壓或提高電流效率都能夠減少電解槽的電能消耗率。電解槽的平均電壓V=E實際+△V陽+△V陰+△V電解質+△V母線+△V效應+△V聯(lián)1．實際分解電壓即極化電壓，就是Al2O3理論分解電壓與陽極過熱電壓和陰極過熱電壓之和。采用炭陽極進行電解時，～,?！?。2．電解質電壓電解質電壓可根據(jù)柯魯鮑夫提出的經(jīng)驗公式計算：△V電解質=式中 S——陽極的截面積，㎝2。 L——極間距離，cm?！?，； 2（A+B）——陽極周長，cm。 ——電解質比電阻，Ωcm，～， Ωcm。 △V電解質= = = V=1566 mV3．陽極電壓降（1）陽極大母線電壓降：陽極母線采用鋁母線。取大母線平均溫度t=66℃，0=mm2/m,=，有此計算：t=0（1+t）=(1+*66)=mm2/m前面計算得到陽極炭塊38組，故陽極導桿38根，每根導桿的電流負荷為：I==采用功率法求電壓降，陽極炭塊寬660mm,陽極炭塊組間距40mm,28塊陽極炭塊分2行排列，