【導(dǎo)讀】主要設(shè)備進(jìn)行選型和車間平面設(shè)計(jì)及總圖運(yùn)輸方案確定。本文也介紹了電解過。設(shè)計(jì)中選用現(xiàn)行鋁電解工藝中較為成熟的基本工藝參。數(shù)，電流強(qiáng)度選用300KA，槽型選用中間下料四點(diǎn)下料預(yù)焙槽，并備有操控機(jī)。母線為四點(diǎn)進(jìn)入，電流效率為94%，總生產(chǎn)能力為18萬噸。專題論文鋁電解過程煙氣污染及控制的寫作。

　　

【正文】 63℃ (500kA槽 )以及過熱度 ℃(325kA 槽 )、 ℃ (500kA 槽 )的技術(shù)條件下取得的。這是當(dāng)今國外采取的高電解溫度、較高電解質(zhì)初晶溫度、低過熱度、高電解槽穩(wěn)定性、低電解質(zhì)電阻、低 第 14 頁 過電壓、低效應(yīng)系數(shù)、高電流效率的鋁電解槽工藝操作技術(shù)路線。我國同類型的 300kA 電解槽的電流效率一般在 93％ 左右，系列年平均電流效率很難突破94％，對于其它類型的大型預(yù)焙陽極電解槽的電流效率也一般都徘徊在 ％左右。 在我國電解鋁廠中，一直習(xí)慣于用傳統(tǒng)的低溫、低分子比來提高電流效率的方式組織生產(chǎn)。這也不能說完全不對，實(shí)驗(yàn)研究表明，低溫、低電解質(zhì)分子比確實(shí)有降低鋁在電解質(zhì)熔體中的溶解度和溶解速度，減少鋁的溶解損失，顯著提高電流效率的作用。但低溫、低電解質(zhì)分子比的負(fù)面作用是，電解質(zhì)成份的穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性大大降低，由于電解質(zhì)成份不穩(wěn)定性增加，容易產(chǎn)生沉淀，而沉淀又不容易溶解，槽幫不結(jié)殼，伸腿過長、過大，造成水平電流 大，槽電壓不穩(wěn)，鋁水?dāng)[動(dòng)大，效應(yīng)系數(shù)多，電解質(zhì)電阻大，反電動(dòng)勢高等缺點(diǎn)。而不容易使低溫、低分子比操作達(dá)到理想的提高電流效率的目的。此外，由于電解槽的熱穩(wěn)定性降低，電解槽陰極內(nèi)的電流分布不均，槽內(nèi)襯應(yīng)力不均勻，也容易降低電解槽的壽命。 加拿大鋁冶金專家 Utigard 從鋁和電解質(zhì)的表面張力、電導(dǎo)、相圖、過熱度、電解質(zhì)成份的穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等各方面，綜合分析并得出了使電解槽實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的基本技術(shù)條件是，電解質(zhì)溫度應(yīng)不低于 955℃，對于添加有 LiF 的電解質(zhì)的電解溫度應(yīng)不低于 940℃。 過熱度 對我國電解鋁廠 來說，過熱度是一個(gè)新概念，所謂過熱度即電解質(zhì)溫度與電解質(zhì)初晶溫度之差。一般認(rèn)為，最好的電流效率是在不失去電解槽的穩(wěn)定性的情況，用盡可能低的電解溫度實(shí)現(xiàn)的。然而過低的電解溫度容易在槽底產(chǎn)生沉淀和造成槽膛不規(guī)整，因而會(huì)引發(fā)槽子不穩(wěn)定。 有些文獻(xiàn)報(bào)道，電解溫度每降低 10℃，可使電流效率提高 2％～ 3％。實(shí)驗(yàn)室研究表明，降低電解溫度會(huì)使電流效率連續(xù)升高，但在工業(yè)電解槽上，當(dāng)過熱度恒定時(shí)，電解溫度的高低對電流效率幾乎是沒有什么影響。國際著名的鋁冶金專家豪平 (Haupin)對大量的電流效率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，電解槽的電流 效率更依賴于過熱度，而不是電解質(zhì)溫度，其原因現(xiàn)在尚未搞清。最初，人們把較低過熱度對電流效率提高所取的效益歸結(jié)于，適當(dāng)?shù)倪^熱度會(huì)使電解槽形成較好的槽幫結(jié)殼。而最近 Solheim 研究指出，較低的過熱度可以在鋁陰極表面沉積一層冰晶石殼膜，因而可阻止鋁的溶解損失，提高電解槽的電流效率。Haupin 也同意這種觀點(diǎn)。然而過熱度太低時(shí)也會(huì)引起過多的冰晶石沉積和沉淀，而導(dǎo)致電解槽的不穩(wěn)定。因此，最佳的電解質(zhì)過熱度必須由實(shí)踐加以確定。最佳的過熱度的大小應(yīng)與電解質(zhì)的分子比、電解質(zhì)初晶溫度有關(guān)。分子比較低時(shí)，需要適當(dāng)提高一點(diǎn)過熱 度，因?yàn)樵诖藭r(shí)，電解質(zhì)的初晶溫度的變化受電解質(zhì)分子比變化的影響較大。目前國外大型預(yù)焙陽極電解槽的過熱度一般在 8～ 10℃，法國彼斯涅 AP50 電解槽的電解質(zhì)過熱度為 ℃，電解質(zhì)的初晶溫度 953℃， 第 15 頁 電解質(zhì)的分子比 ，電流效率 ％； AP35(350kA)電解槽，電解質(zhì)分子比～ ，平均電解質(zhì)初晶溫度 ℃，過熱度 ℃，電流效率 ％。由此可見，國外大型預(yù)焙陽極電解槽電解質(zhì)的過熱度一般都在 8～ 10℃，并將這一數(shù)值作為電解槽的重要工藝技術(shù)參數(shù)和控制指標(biāo)。我國電解鋁廠目前也開始對這一 技術(shù)問題加以重視。我們與沈陽東英冶金工程科技有限公司共同用自己開發(fā)和制造的儀器，對撫順鋁廠 200kA 系列電解槽電解質(zhì)初晶溫度、電解溫度和過熱度進(jìn)行測量得出，電解質(zhì)熔體的過熱度在 9～ 20℃之間，各電解槽電解質(zhì)初晶溫度和過熱度的差別較大?？偟膩碚f，我國電解鋁廠電解質(zhì)的初晶溫度較低，而過熱度較大，系列電解槽的平均電流效率在 ％左右。參照法國彼斯涅鋁電解的操作經(jīng)驗(yàn)，如果這種電解槽的平均過熱度能降低到 8～ 9℃，其電流效率有可能上一個(gè)臺(tái)階。如果全國鋁廠都能將過熱度作為一個(gè)重要的工藝技術(shù)參數(shù)加以控制并確定在 8～ 10℃的范圍內(nèi)，可以預(yù)見，我國電解鋁廠電解槽的電流效率將會(huì)打破現(xiàn)在的水平，上升到一個(gè)新水平。 本設(shè)計(jì)的目的和內(nèi)容 （ 1）設(shè)計(jì)目的 本次設(shè)計(jì)主要是讓我們對電解鋁廠的主要設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，讓我們學(xué)會(huì)怎樣去設(shè)計(jì)一個(gè)電解鋁廠，包括鋁電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電解槽的能量平衡、物料平衡、熱平衡等的計(jì)算。我設(shè)計(jì)了電解鋁的廠房、生產(chǎn)流程和設(shè)備的連接，對電解的工藝流程進(jìn)行了選擇。這次的設(shè)計(jì)可以使我把以前學(xué)過的知識和實(shí)際的生產(chǎn)聯(lián)系起來。讓我們更好的了解實(shí)踐與理論的 差異 和聯(lián)系。 （ 2）設(shè)計(jì)內(nèi)容 1）通過查閱資料和實(shí)習(xí)，了鋁冶煉工藝 的原料及產(chǎn)品，以及國內(nèi)外鋁冶煉工藝的技術(shù)進(jìn)展。確定本設(shè)計(jì)冶煉工藝，寫出文獻(xiàn)綜述。 2） 據(jù)給定的已知條件以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，進(jìn)行電解系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及選型。 3） 主要技術(shù)指標(biāo)的選擇與論證；物料平衡、能量平衡；電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。 4）設(shè)計(jì)圖紙（ 繪制工藝流程圖、電解車間設(shè)備圖及電解槽構(gòu)造圖 3 張 ）。 5） 編寫工藝設(shè)計(jì)說明書，完成 10000 字以上的設(shè)計(jì)論文一篇。 第 16 頁 2 電解槽的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求鋁年產(chǎn)量為 18 萬噸，通過比較，選擇中間下料預(yù)焙陽極電解槽，設(shè)計(jì)電流強(qiáng)度為 300KA，電流效率為 94%。 基礎(chǔ)計(jì)算 (1)單槽日產(chǎn)量 電解槽日產(chǎn)原鋁量按下式計(jì)算 Q= t179。 610? （ t/d） ,式中 ： ——— 鋁的電化學(xué)當(dāng)量 , g/(A178。 h) I——— 電流強(qiáng)度 ,A η ——— 電流效率 ,% t——— 日工作時(shí)間 ,h Q= t179。 106 =179。 300179。 1000179。 179。 24179。 106 =(t/臺(tái)178。天 ) (2)電解槽槽數(shù)的確定 1）工作槽數(shù)的確定年產(chǎn)鋁 18 萬噸，則電解槽臺(tái)數(shù) N計(jì)算如下 N=Qa180000 式中： Q——— 電解槽日產(chǎn)原鋁量 （ t/臺(tái)178。天） α ——— 年工作天數(shù) 定為 340 天 N=180000/179。 340=233（臺(tái)） 2）備用槽槽數(shù) n=2021? t t——— 大修一臺(tái)槽時(shí)間 d 此處取為 30 天 N——— 系列生產(chǎn)槽數(shù) 臺(tái) 2021——— 電解槽內(nèi)襯平均壽命 d n=2021? t=233179。 30/2021= 取為 4 臺(tái) 3）電解槽理論噸鋁直流電耗的計(jì)算 第 17 頁 W=? V179。 103 (KW178。 h/t) 式中 : V——— 電解槽平均電壓 W=? 179。 103 =12895(KW178。 h/t) 4）電流密度 電流密度也是鋁電解槽的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，隨著電解槽電流強(qiáng)度的提高，電流密度降低，電解槽電流密度 的降低，單位產(chǎn)品的電耗會(huì)隨之下降，這使鋁的單位成本降低。但同時(shí)電流密度的降低又會(huì)使電解槽尺寸加大，使基建投資等費(fèi)用增加。反映到成本上，又使成本增加。因此，在一定條件下，應(yīng)有一個(gè)最適宜的電流密度。在此電流密度下，作用相反的因素互相處于那樣一種條件下，使得生產(chǎn)單位成本達(dá)到最低，此時(shí)的電流密度即成本電流密度 D。 D=??? 式中 : D——— 成本方面的經(jīng)濟(jì)電流密度 A/cm2 A——— 電解槽及所有附屬設(shè)備，建筑物與低平等的費(fèi)用 ε ——— 電價(jià) 元 /(KW178。 h) β ——— 電解槽的總電阻包括效應(yīng)電阻平均值 ? 由于經(jīng)濟(jì)電流密度的計(jì)算需要大量技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料，而這些資料的獲得，總是帶有或大或小的誤差，一定程度上影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以目前鋁電解槽設(shè)計(jì)中多采用經(jīng)驗(yàn)值，此處參考法鋁 300KA 預(yù)焙陽極電解槽經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 D = A/cm2 鋁電解槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 （ 1）陽極尺寸 陽極尺寸是鋁電解槽一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。一般說來，電解槽容量越大，則陽極尺寸也要越大一些。預(yù)焙陽極炭塊尺寸，視陽 極排列與組數(shù)不同，長度各異，而寬度在 500750 mm 之間。在這里，炭塊的高度是一個(gè)主要參數(shù)。一般傾向于采用稍高一些的炭塊，綜合各種因子的考慮，本設(shè)計(jì)陽極尺寸設(shè)計(jì)為1550mm179。 1335mm179。 600mm。 陽極炭塊數(shù)目 ,陽極電流密度 :I= A/cm2 ， 則陽極總面積 S 陽為： 第 18 頁 S 陽 == cm2 每塊陽極的水平截面積 S=155179。 = cm2 故需陽極炭塊數(shù)目 N=陽極炭塊組由陽極鋁導(dǎo)桿，鋁鋼爆炸焊片，鋼連接板梁，鋼爪頭和陽極炭塊組成，陽極鋁導(dǎo)桿長 2278mm，斷面為 130mm179。 130mm 純鋁材質(zhì)，面積電流 A/mm2；鋁鋼爆炸焊片其中鋁板規(guī)格 165mm179。 165mm179。 12mm， 鋼板規(guī)格 165mm179。 165 mm179。 40mm。鋁鋼接觸面積超過 98%，抗拉強(qiáng)度不小于 ，抗彎強(qiáng)度不小于，耐熱不小于 350℃。鋼 連接板梁的鋼板規(guī)格為 150mm179。 890mm179。 16mm，面積電流 A/mm2，共 5片組成。鋼爪頭直徑 160mm，長 280mm,爪間距 200mm，面積電流 ,每組陽極炭塊共有四個(gè)鋼爪頭。 取 20 塊陽極，分兩行排列，每行 10 組炭塊。行間距離要便于安裝下料裝置，一般采用 200 mm ～ 300 mm，本次設(shè)計(jì)取 250 mm，組間距離一般采用 40 mm～50 mm，本設(shè)計(jì)取為 50 mm。陽極升降速度和下料點(diǎn)數(shù)選擇經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，升降速度50mm/min，升降距離 400mm，下料點(diǎn)數(shù) 4個(gè)。 （ 2）槽膛尺寸 ①槽膛深度 槽膛深度主要取決于槽中電解質(zhì)與鋁液水平及操作工藝制度。一般在400mm～ 600mm 之間，槽膛過深則使電解槽造價(jià)增加，生產(chǎn)中熱損失大，因此，目前不喜歡過深，常采用 400mm～ 500mm。而在預(yù)焙槽上由于向陽極表面上加一厚層氧化鋁（保溫料），因此槽膛有些深，故本設(shè)計(jì)槽膛深度取為 550mm。 ②槽膛寬度與長度 陽極炭塊至槽膛側(cè)壁之距離（大面），一般在 300mm～ 500mm 之間，本設(shè)計(jì)取 500mm，陽極炭塊至槽膛側(cè)壁之距離（小面）稍小些，一般在 450mm～ 550mm之間，本設(shè)計(jì)取 450mm 。所以 槽膛寬度 =2179。 500+2179。 1550+250=4350mm 槽膛長度 =10179。 1335+9179。 50+2179。 450=14700mm。 （ 3）槽殼尺寸 電解槽有長方形剛體槽殼，槽外壁和槽底用型鋼加固，槽殼側(cè)壁砌一層炭塊，總厚 180mm，槽底鋪一層陰極炭塊（ 450mm），兩層耐火磚（ 2179。 65mm），一層氧化鋁粉（ 40mm）和兩層保溫磚（ 2179。 65mm），以及一層 65mm 厚的硅酸鈣特種保溫磚。此外，在槽膛內(nèi)砌一道斜坡。在中部下料預(yù)焙槽上，其側(cè)壁保溫層有所減薄，故敷設(shè) 100mm 碳化硅層，以適應(yīng)生長邊部凝固電解質(zhì) 層的需要。 槽殼寬度 4350+2179。 180+2179。 100=4910mm 槽殼長度 14700+2179。 180+2179。 100=15260mm 槽殼深度 550+450+40+2179。 65+40+2179。 65+65=1405mm 第 19 頁 （ 4）陰極炭塊數(shù)目 本設(shè)計(jì)陰極炭塊設(shè)計(jì)規(guī)格為 3340mm179。 515mm179。 450mm 的陰極炭塊。陽極氧化為：新陽極 0，殘極 ，平均氧化 。 每個(gè)陽極實(shí)際尺寸： 長： 155－ 2179。 = 寬： － 2179。 = 扇形參數(shù)： F=+179。 = 陽極有效面積： AA=（ +2179。 ）（ +2179。 ）179。 20= 陰極有效面積： AC=（ +3179。 ）（ +3179。 ）179。 20= 每塊陰極的水平截面積： 334179。 =17201cm2 陰極炭