【正文】 列所規(guī)定的下料速度。(6)啟動后，槽上的陽極宜盡早按照常規(guī)的程序逐漸更換。只要槽電壓和溫度適宜．經(jīng)3～5天使可陸續(xù)更換。換下來的陽極多數(shù)仍然可用于生產(chǎn)作業(yè)。系列中的其他電解槽在結(jié)束預(yù)熱之后，要把槽內(nèi)的陽極取出來，換上早先啟動時換下的陽極進(jìn)行啟動?，F(xiàn)代的中部下料電解槽，為使陽極間的中縫得到充分的焙燒，焙燒時必須用長陽極覆蓋到中縫附近。但是此種長陽極會妨害中部下料，所以必須在焙燒結(jié)束之后換上常規(guī)的陽極，以保持原設(shè)計所規(guī)定的中縫寬度。所以，預(yù)熱時采用長陽極是一種權(quán)宜之計。在預(yù)熱、啟動和啟動后期中的能量消耗，與常規(guī)生產(chǎn)時的能量消耗相比，顯然要多些。 病槽及病槽治理 鋁電解槽在生產(chǎn)過程中，由于外界的影響和自身的原因，使正常生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)和熱平衡遇到破壞，便產(chǎn)生病槽，病槽使電流效率和鋁的質(zhì)量下降、電能和原材料消耗增加、電解槽壽命縮短、工人勞動強(qiáng)度增加，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，因此在日常生產(chǎn)中，必須精心操作，注意各項技術(shù)參數(shù)的變化，認(rèn)真觀察電解槽的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況要及時調(diào)整和消除，維護(hù)好電解槽的熱平衡，盡可能避免病槽的產(chǎn)生，一旦病槽產(chǎn)生，就要用最有效、最快捷手段，將其恢復(fù)正常生產(chǎn)。預(yù)焙槽常見的病槽大致有：爐底沉淀結(jié)殼槽、冷槽、熱槽、高硅槽四種。（1）結(jié)殼槽處理處理程序為:(1)將槽溫壓在950～965℃ 間；(2)將電解質(zhì)補(bǔ)到正常值，并維持?。?3)逐步加大出鋁量，將鋁水平降至18～；(4)～，以防止針振，同時延長氧化鋁下料間隔5～10s，減少下料量，此時槽溫會有一定幅度的上揚(yáng)；(5)待槽溫微微上揚(yáng)時，縮短氟化鹽下料間隔，中和因槽溫上揚(yáng)使部分槽幫、面殼化開及槽底結(jié)殼而上升電解質(zhì)含堿量，使分子比維持不變或變動量少。這樣的做法可以使整體槽溫不明顯上升，槽波動幅度小，爐底結(jié)殼清理完畢。控制得好可以達(dá)到槽溫基本不變，槽幫也不化開，結(jié)殼卻己消失的效果。（2）冷槽處理，且繼續(xù)在不斷下降，此時槽溫低于945℃，采用單純提電壓己無濟(jì)于事，十幾天都無法提高分子比與槽溫。如果采用停料等效應(yīng)提溫的辦法，爐幫會大量熔化，此后新的穩(wěn)定熱平衡在短時間內(nèi)難以形成:采用添加純堿提升分子比的方法，成本高，而且純堿含結(jié)晶水，高分子比結(jié)殼直接添加在出鋁口，有一定危險性，出鋁口也易生成難以熔化的物質(zhì)。可以采用下述處理程序(1)若該槽電解質(zhì)水平不足，將液體電解質(zhì)補(bǔ)到槽中，盡量補(bǔ)到19cm以上(2)加大出鋁量，～：(3) ，采用長NB下料設(shè)置，或長定時下料110120S，拉住運(yùn)行電壓，脫離槽控系統(tǒng)控制，以防它誤判，采用RC調(diào)整及走過量下料?！S持這種情況1418h，槽溫就已提起，待槽溫提到955℃時，再恢復(fù)聯(lián)機(jī)控制。（3）熱槽處理熱槽一般是指槽溫975℃以上的電解槽。有兩種形式：～，～%；，～% ，還伴有大量沉淀的出現(xiàn)。兩種形式的熱槽處理原則均是以降槽溫與降氧化鋁濃度并進(jìn)為中心，因此偏向采用定時下料或高NB逐漸向低NB過渡。第一種形式是由于工藝參數(shù)調(diào)控不當(dāng)，槽走熱行程，熔化部分槽幫及面殼所致，因此氧化鋁濃度也偏高。第一種形式的高溫槽較易處理，恢復(fù)正常時間短，采取如下處理程序:①減少出鋁量，讓鋁水平在19～20cm間； ②采用槽外添加氟鹽的方法，降分子比，每天槽外添加不要超過100kg；③ 同時脫離槽況系統(tǒng)控制，采用定時下料120130S或完全停料，%以下，再回到聯(lián)機(jī)；(不脫離，直接拉長NB也可)④ 槽電壓可實行小幅先降電壓，待槽溫開始下降時，在965℃左右，～；⑤ 降溫不可太快，注意降到965℃時，開始減少氟鹽添加量，970℃以上時可用10℃/天的速度降溫，965℃以下時開始用3℃/天的速度控制降溫。第二種形式的熱槽是因為發(fā)生下料器大漏料，導(dǎo)致槽底大量積料，或電壓長時間低運(yùn)行，人工未提起電壓，導(dǎo)致極距過短，鋁發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)導(dǎo)致的。該形式的高溫槽較難處理，危害性大，處理時間需4～6天，處理程序為：① ～，脫離槽控系統(tǒng)控制，用完全停料或定時140～180S的方法消耗氧化鋁；②關(guān)注電解質(zhì)的粘度，若流動性太差，則立刻更換部分電解質(zhì)，用低溫液體電解質(zhì)或固體冰晶石補(bǔ)進(jìn)；③ 將氟鹽間隔設(shè)置在30～40min左右，逐步放長氟鹽間隔。④ 減少出鋁量，按1000～1200kg/日出，直到槽溫回到960℃以下；⑤ % 內(nèi)，槽溫降到970℃以下后，恢復(fù)聯(lián)機(jī)控制。（4）高硅槽處理高硅槽是指原鋁硅含量持續(xù)升高，而鐵含量在正常范圍內(nèi)，未與硅含量同比例升高。槽運(yùn)行以來，高硅槽斷斷續(xù)續(xù)一直產(chǎn)生，嚴(yán)重影響后續(xù)鑄造產(chǎn)品電工鋁桿的質(zhì)量。對于高硅槽的產(chǎn)生原因及處理對策，目前還有許多技術(shù)細(xì)節(jié)尚未解決。高硅槽產(chǎn)生的原因：所有硅槽的硅含量快速升高方式并非是均勻持續(xù)升高，而是分一、兩個時間段，每個時間段只有2到5天，～%間，其余時間基本維持不變。比較硅含量快速上升的時間段槽工況所能反映出來的各種特征參數(shù)，發(fā)現(xiàn)存在區(qū)別正常槽的如下共性： 效應(yīng)次數(shù)頻繁或效應(yīng)的峰壓與均壓都偏高，均大于35V以上；②分子比、槽溫快速大幅度上升，～，槽溫上升幅度在1327℃之間；③ 電解質(zhì)中的氟化鈣成分也存在微量上升的現(xiàn)象，～%；高硅槽的危害：高硅槽不僅使原鋁含硅量嚴(yán)重超標(biāo)，影響原鋁質(zhì)量，且其反映出的槽工況嚴(yán)重不良:槽膛不規(guī)整、爐幫薄、側(cè)部炭一碳氮化硅磚部分裸露。這種槽膛內(nèi)型直接導(dǎo)致三個后果:電流效率下降。高硅槽槽膛大、爐幫薄，不能有效地防止電解質(zhì)水平電流的產(chǎn)生，不能將電解生產(chǎn)的電化學(xué)過程約束在一個規(guī)則空間內(nèi)進(jìn)行，如此等于相對降低了陰極電流密度，直接導(dǎo)致電流效率的下降。槽運(yùn)行不穩(wěn)定，自我平衡能力弱。鋁電解生產(chǎn)要求有良好的穩(wěn)定與平衡，如：熱平衡、磁平衡、物料平衡等，而任一平衡打破以后，它會用爐幫厚度的變化來建立新的平衡，以此來維護(hù)電解槽的平穩(wěn)運(yùn)行。高硅槽爐幫薄，伸腿短小，槽自我平衡能力減弱，也影響了鋁液及電解質(zhì)的正常循環(huán)流動，使電解質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生紊流或波動，且有趨于激烈的傾向。槽壽命嚴(yán)重受損。爐幫薄或沒有則無法有力保護(hù)側(cè)部氮化硅磚，無法有效地防止由于電解質(zhì)的沖刷而造成的機(jī)械磨損，特別是對焙燒效果相對差的“人造伸腿”及底部扎縫。高硅槽硅含量異常已持續(xù)兩三個月，爐幫已非常薄，只要電解槽起一個強(qiáng)烈的熱行程，若槽管理者又處理不當(dāng)，鋁液極有可能向下或向側(cè)部滲透，引起漏爐的嚴(yán)重事故。高硅槽的處理：處理高硅槽的基本原則就是如何能生成規(guī)整爐幫、如何使?fàn)t幫不被繼續(xù)熔化。事前處理程序：對原工藝參數(shù)記錄中鋁中硅含量升降頻繁的槽進(jìn)行以下工藝調(diào)整：～20cm，控制槽溫在946960℃較低的范圍內(nèi)生產(chǎn)，熄滅效應(yīng)持續(xù)時間不能超過4min。事中處理程序：Ⅰ. 先將氧化鋁NB適當(dāng)加大至5～15S，若槽溫高于980℃，則考慮脫離槽控系統(tǒng)控制而采用定時下料120～150S一段時間后，再恢復(fù)聯(lián)機(jī)，讓槽控曲線走正。Ⅱ. 同時縮短氟化鋁間隔，若槽溫高于975℃，則采用槽外添加氟化鋁，但一定要控制降溫速度，不可太快，擬用3～6天的時間，均勻降分子比，緩慢下降槽溫至955℃左右穩(wěn)定住2～4天。Ⅲ. 同時逐步減少出鋁量，～20cm，～，以保持極距。Ⅳ. 在槽溫下降的同時逐步縮回氧化鋁NB，待硅含量不再上升時，再次縮短氧化鋁NB5～1OS ，加大下料量，提供其生成爐幫的需要。整個處理過程需8～12天時間，原鋁硅含量可持續(xù)下降直到正常值。事后糾正程序：當(dāng)原鋁硅含量已經(jīng)在一高度持續(xù)很長時間，槽溫在960℃以下低溫區(qū)徘徊時，則應(yīng)先提起槽溫至965～970℃間，～，先處理爐底沉淀與結(jié)殼，待爐底潔凈后再按事中處理的(2)，（3)，(4)程序操作，經(jīng)10～15天時間，即可將高硅槽糾正為正常槽。 低溫鋁電解低溫鋁電解的目標(biāo)是要降低工業(yè)槽的電解溫度，即從950～970℃，逐步降低到850～900℃，仍然得到液體鋁。因為鋁的熔點(diǎn)是660℃，要得到液體鋁，電解溫度只要達(dá)到850～900℃即可，大約高出鋁的熔點(diǎn)200℃以上。低溫鋁電解中選用的原料仍然是氧化鋁，而不是氯化鋁，因為氧化鋁價格較低，而且吸水性較?。阌谶\(yùn)輸和貯存，電解時產(chǎn)生C02氣體(用炭陽極時)和O2(用情性陽極時)，而不是Cl2。 低溫鋁電解的研究1956年邱竹賢在Jiahhep教授指導(dǎo)下研究鋁電解添加氟化鎂，完成了一篇論文。以后撫順鋁廠在60000A工業(yè)電解槽上采納此項技術(shù)，用MgF2作添加劑，結(jié)果提高電流效率2％。1959年邱竹賢用氟—氯化合物電解質(zhì)，添加NaCl、MgFCaF2和LiF，在此體系中尋找到若干低熔點(diǎn)電解質(zhì)組成，可以在850～900℃之間進(jìn)行電解。1978年他用Na3A1F6十A1F3十A12O3三元共晶點(diǎn)組成的電解質(zhì)，％％％的混合物，在750℃下電解，得到一顆5g重的電解質(zhì)。因此，對于低物質(zhì)的量比電解質(zhì)的研究充滿了信心。但是，這些都是實驗室的研究，當(dāng)然不可能在短期內(nèi)就在工業(yè)上實現(xiàn)，而是需要很長時間逐步實現(xiàn)的。這是基本的研究思路[16]。何鳴鴻和李慶峰在此項研究中系統(tǒng)地測量了低熔點(diǎn)電解質(zhì)體系的物理化學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)以及電解的電流效率。邱竹賢等人在1985年AIME年會上發(fā)表了低溫電解的論文。盧惠民、高炳亮分別和邱竹賢研究了純氟化物、氯—氟化物和純氯化物電解。至今我們?nèi)栽谘芯浚蚨鴮Φ蜏劁X電解有了較多的認(rèn)識。電解與節(jié)能的關(guān)系保持鋁電解槽能量平衡的基本原理是：在減少電解槽能量收入之時，必須同時減少其能量支出。這就是說，減少電解槽槽身的熱損失量就為降低槽電壓創(chuàng)造了先決條件。沒有這種先決條件，槽電壓無法降低。因此，今后唯有同時創(chuàng)造減少熱損失的條件，才有可能在鋁工業(yè)上發(fā)展新型的低極距、低電壓電解槽。為了減少電解槽的熱量損失，目前在鋁工業(yè)上一般采取加強(qiáng)保溫的辦法，例如增加槽面氧化鋁覆蓋層的厚度，以及加強(qiáng)槽體的保溫能力。這些措施是有效的，但是有一定的限度，因為當(dāng)槽體保溫層過厚時，基建投資要增多，而且保溫效果未必理想。故不得不轉(zhuǎn)而尋求新的途徑——降低電解溫度。在已經(jīng)建立起穩(wěn)定的能量平衡的條件下，經(jīng)電解槽內(nèi)壁向外傳導(dǎo)出來的熱量等于其外表面的對流和輻射熱量之和。降低電解溫度對于節(jié)電的另外一個重要作用是提高電流效率。根據(jù)長期的測定結(jié)果，在工業(yè)電解槽的溫度范圍940～960℃內(nèi)，每降低溫度10℃，大約提高電流效率1％。當(dāng)然，在較低的溫度范圍內(nèi)，提高電流效率的幅度會稍小些。惰性陽極和惰性陰極同低溫電解相結(jié)合，則相得益彰。此外，降低電解溫度還能延長電解槽的壽命，這也是節(jié)能的一種形式。值得注意的一個重要問題是：低溫電解時的理論能耗量是否會增多?鋁電解的理論能耗量是由兩部分構(gòu)成的：(1)加熱氧化鋁和炭陽極所需的能量；(2)分解氧化鋁的能量，其中包括分解氧化鋁所做的電功和氧化鋁分解過程中的束縛能變化。研究表明：隨著溫度降低，分解氧化鋁所做的電功增多；但由于能耗量中的另外兩部分能耗均隨溫度降低而減少，特別是束縛能降低甚多，而且減少的能量足以抵消電功所增多的部分，所以，總的說來，鋁電解的理論能耗量隨著溫度的降低而稍稍減少。從950℃降低到800℃，鋁電解的理論能耗量可節(jié)省70kWh／t(A1)。 低溫鋁電解的展望對于低溫鋁電解的展望：(1)降低鋁電解的溫度，并不是偶然發(fā)生的，而是一種必然的趨勢。一百多年以來，鋁工業(yè)不斷地尋求增加單槽鋁產(chǎn)量，節(jié)省電能消耗量，改善勞動條件，降低生產(chǎn)成本的各種途徑。降低電解溫度是一條非常好的途徑，但在各種不同大小和不同形式的電解槽上，各有不同的最佳電解溫度，不能強(qiáng)求一致。鋁電解的溫度總是趨向于降低，這需要時間并不斷探索。因為低物質(zhì)的量比電解質(zhì)在低溫下應(yīng)用還有若干困難。(2)目前鋁工業(yè)上正在積極研制各種惰性電極材料，將來惰性陽極、惰性陰極和絕緣側(cè)壁三者如果在工業(yè)鋁生產(chǎn)上應(yīng)用，配合以低溫電解質(zhì)，則這些材料的抗腐蝕性將增大。使用壽命可以延長，鋁生產(chǎn)的電能消耗量可望明顯減少，生產(chǎn)成本相應(yīng)大幅度降低。(3)氧化鋁來源廣泛，自然界中儲存量巨大。在今后若干年內(nèi)，仍將是鋁電解的原料。(4)值得強(qiáng)調(diào)指出，用氧化鋁作為原料生產(chǎn)鋁的電解溫度，并不是愈低愈好，因為在很低的溫度下，電解質(zhì)中的Na3A1F6也會沉積在電極上，使陰極過電壓升高，不能維持正常的電解過程?，F(xiàn)在鋁工業(yè)上選用NaF／～，電解溫度為9l0～950℃[17]，處在一個平臺上，這是可以理解的。因為鋁工業(yè)是一種大規(guī)模的生產(chǎn)，必須謹(jǐn)慎從事，穩(wěn)步前進(jìn)。通過不斷研制新型電解質(zhì)組成和電極材料，建立低溫電解槽，在今后若干年內(nèi)可望逐漸實現(xiàn)900℃以下的工業(yè)低溫電解。我們應(yīng)充分認(rèn)識到這是一個很艱難的課題，而不希望這僅僅是一種猜想。 設(shè)計內(nèi)容與目的我國是當(dāng)今世界的產(chǎn)鋁大國，鋁的性能優(yōu)越，并且可以與其他多種金屬構(gòu)成各式各樣的合金，在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門廣泛應(yīng)用，成為不可缺少的金屬材料。本設(shè)計通過對電解槽槽型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算，對電解槽能量平衡及物料平衡計算，以及對電解相關(guān)的處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計，在計算的基礎(chǔ)上，掌握電解車間設(shè)計的基本原理，為今后從事相關(guān)的技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。2 電解槽設(shè)計及相關(guān)計算本設(shè)計要求鋁年產(chǎn)量為15萬噸，通過比較，選擇中間下料預(yù)焙陽極電解槽，電解槽容量為280KA，電流效率為94%。 基礎(chǔ)計算(1)基礎(chǔ)計算電解槽日產(chǎn)原鋁量按下式計算 Q=（t/d）,式中： ———鋁的電化學(xué)當(dāng)量, g/（Ah ）I———電流強(qiáng)度,Aη———電流效率,%t———日工作時間,hQ=106=280100024106=〔t/臺天〕(2)電解槽槽數(shù)的確定1）工作槽數(shù)的確定年產(chǎn)鋁15萬噸，則電解槽臺屬N計算如下N=α式中：Q———電解槽日產(chǎn)原鋁量 〔t/臺天〕α———年工作天數(shù) 定為365天N=15000/365=194（臺）2）備用槽槽數(shù)n=t t———大修一臺槽時間 d 此處取為30天N———系列生產(chǎn)槽數(shù) 臺2000———電解槽內(nèi)襯平均壽命 d n==19430/2000= 取為3臺3）電解槽理論噸鋁直流電耗的計算W=10(KWh/t)式中 :V———電