【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3～5天使可陸續(xù)更換。換下來的陽極多數仍然可用于生產作業(yè)。系列中的其他電解槽在結束預熱之后，要把槽內的陽極取出來，換上早先啟動時換下的陽極進行啟動。現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，所以必須在焙燒結束之后換上常規(guī)的陽極，以保持原設計所規(guī)定的中縫寬度。所以，預熱時采用長陽極是一種權宜之計。在預熱、啟動和啟動后期中的能量消耗，與常規(guī)生產時的能量消耗相比，顯然要多些。 病槽及病槽治理 鋁電解槽在生產過程中，由于外界的影響和自身的原因，使正常生產的技術參數和熱平衡遇到破壞，便產生病槽，病槽使電流效率和鋁的質量下降、電能和原材料消耗增加、電解槽壽命縮短、工人勞動強度增加，嚴重時可能導致生產事故，因此在日常生產中，必須精心操作，注意各項技術參數的變化，認真觀察電解槽的運行狀況，發(fā)現不正常情況要及時調整和消除，維護好電解槽的熱平衡，盡可能避免病槽的產生，一旦病槽產生，就要用最有效、最快捷手段，將其恢復正常生產。預焙槽常見的病槽大致有：爐底沉淀結殼槽、冷槽、熱槽、高硅槽四種。（1）結殼槽處理處理程序為:(1)將槽溫壓在950～965℃ 間；(2)將電解質補到正常值，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；(5)待槽溫微微上揚時，縮短氟化鹽下料間隔，中和因槽溫上揚使部分槽幫、面殼化開及槽底結殼而上升電解質含堿量，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，爐底結殼清理完畢。控制得好可以達到槽溫基本不變，槽幫也不化開，結殼卻己消失的效果。（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，而且純堿含結晶水，高分子比結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?？梢圆捎孟率鎏幚沓绦?1)若該槽電解質水平不足，將液體電解質補到槽中，盡量補到19cm以上(2)加大出鋁量，～：(3) ，采用長NB下料設置，或長定時下料110120S，拉住運行電壓，脫離槽控系統(tǒng)控制，以防它誤判，采用RC調整及走過量下料?！S持這種情況1418h，槽溫就已提起，待槽溫提到955℃時，再恢復聯(lián)機控制。（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。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調控不當，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；(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，導致槽底大量積料，或電壓長時間低運行，人工未提起電壓，導致極距過短，鋁發(fā)生強烈的氧化反應導致的。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關注電解質的粘度，若流動性太差，則立刻更換部分電解質，用低溫液體電解質或固體冰晶石補進；③ 將氟鹽間隔設置在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，槽溫降到970℃以下后，恢復聯(lián)機控制。（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，未與硅含量同比例升高。槽運行以來，高硅槽斷斷續(xù)續(xù)一直產生，嚴重影響后續(xù)鑄造產品電工鋁桿的質量。對于高硅槽的產生原因及處理對策，目前還有許多技術細節(jié)尚未解決。高硅槽產生的原因：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，發(fā)現存在區(qū)別正常槽的如下共性： 效應次數頻繁或效應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 電解質中的氟化鈣成分也存在微量上升的現象，～%；高硅槽的危害：高硅槽不僅使原鋁含硅量嚴重超標，影響原鋁質量，且其反映出的槽工況嚴重不良:槽膛不規(guī)整、爐幫薄、側部炭一碳氮化硅磚部分裸露。這種槽膛內型直接導致三個后果: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水平電流的產生，不能將電解生產的電化學過程約束在一個規(guī)則空間內進行，如此等于相對降低了陰極電流密度，直接導致電流效率的下降。槽運行不穩(wěn)定，自我平衡能力弱。鋁電解生產要求有良好的穩(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，以此來維護電解槽的平穩(wěn)運行。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的正常循環(huán)流動，使電解質內部產生紊流或波動，且有趨于激烈的傾向。槽壽命嚴重受損。爐幫薄或沒有則無法有力保護側部氮化硅磚，無法有效地防止由于電解質的沖刷而造成的機械磨損，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烈的熱行程，若槽管理者又處理不當，鋁液極有可能向下或向側部滲透，引起漏爐的嚴重事故。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、如何使爐幫不被繼續(xù)熔化。事前處理程序：對原工藝參數記錄中鋁中硅含量升降頻繁的槽進行以下工藝調整：～20cm，控制槽溫在946960℃較低的范圍內生產，熄滅效應持續(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，再恢復聯(lián)機，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：當原鋁硅含量已經在一高度持續(xù)很長時間，槽溫在960℃以下低溫區(qū)徘徊時，則應先提起槽溫至965～970℃間，～，先處理爐底沉淀與結殼，待爐底潔凈后再按事中處理的(2)，（3)，(4)程序操作，經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。因為鋁的熔點是660℃，要得到液體鋁，電解溫度只要達到850～900℃即可，大約高出鋁的熔點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，而且吸水性較小．便于運輸和貯存，電解時產生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，用MgF2作添加劑，結果提高電流效率2％。1959年邱竹賢用氟—氯化合物電解質，添加NaCl、MgFCaF2和LiF，在此體系中尋找到若干低熔點電解質組成，可以在850～900℃之間進行電解。1978年他用Na3A1F6十A1F3十A12O3三元共晶點組成的電解質，％％％的混合物，在750℃下電解，得到一顆5g重的電解質。因此，對于低物質的量比電解質的研究充滿了信心。但是，這些都是實驗室的研究，當然不可能在短期內就在工業(yè)上實現，而是需要很長時間逐步實現的。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)地測量了低熔點電解質體系的物理化學性質、電化學性質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。至今我們仍在研究，因而對低溫鋁電解有了較多的認識。電解與節(jié)能的關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)上一般采取加強保溫的辦法，例如增加槽面氧化鋁覆蓋層的厚度，以及加強槽體的保溫能力。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。故不得不轉而尋求新的途徑——降低電解溫度。在已經建立起穩(wěn)定的能量平衡的條件下，經電解槽內壁向外傳導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。根據長期的測定結果，在工業(yè)電解槽的溫度范圍940～960℃內，每降低溫度10℃，大約提高電流效率1％。當然，在較低的溫度范圍內，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量，節(jié)省電能消耗量，改善勞動條件，降低生產成本的各種途徑。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。因為低物質的量比電解質在低溫下應用還有若干困難。(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、惰性陰極和絕緣側壁三者如果在工業(yè)鋁生產上應用，配合以低溫電解質，則這些材料的抗腐蝕性將增大。使用壽命可以延長，鋁生產的電能消耗量可望明顯減少，生產成本相應大幅度降低。(3)氧化鋁來源廣泛，自然界中儲存量巨大。在今后若干年內，仍將是鋁電解的原料。(4)值得強調指出，用氧化鋁作為原料生產鋁的電解溫度，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，必須謹慎從事，穩(wěn)步前進。通過不斷研制新型電解質組成和電極材料，建立低溫電解槽，在今后若干年內可望逐漸實現900℃以下的工業(yè)低溫電解。我們應充分認識到這是一個很艱難的課題，而不希望這僅僅是一種猜想。 設計內容與目的我國是當今世界的產鋁大國，鋁的性能優(yōu)越，并且可以與其他多種金屬構成各式各樣的合金，在國民經濟的各個部門廣泛應用，成為不可缺少的金屬材料。本設計通過對電解槽槽型選擇、結構設計、計算，對電解槽能量平衡及物料平衡計算，以及對電解相關的處理系統(tǒng)等進行設計，在計算的基礎上，掌握電解車間設計的基本原理，為今后從事相關的技術工作奠定基礎。2 電解槽設計及相關計算本設計要求鋁年產量為15萬噸，通過比較，選擇中間下料預焙陽極電解槽，電解槽容量為280KA，電流效率為94%。 基礎計算(1)基礎計算電解槽日產原鋁量按下式計算 Q=（t/d）,式中： ———鋁的電化學當量, g/（Ah ）I———電流強度,Aη———電流效率,%t———日工作時間,hQ=106=280100024106=〔t/臺天〕(2)電解槽槽數的確定1）工作槽數的確定年產鋁15萬噸，則電解槽臺屬N計算如下N=α式中：Q———電解槽日產原鋁量 〔t/臺天〕α———年工作天數 定為365天N=15000/365=194（臺）2）備用槽槽數n=t t———大修一臺槽時間 d 此處取為30天N———系列生產槽數 臺2000———電解槽內襯平均壽命 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