【正文】 λ1=103t=103925=℃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=+103870 =℃干式防滲料：δ3=65mm，λ3=℃保溫磚：δ4=652=130mm，平均溫度450℃ λ4=+103t=+103450 =℃硅酸鈣質(zhì)絕緣板：δ5=65mm，λ5≤℃鋼殼：δ6=12mm，λ6=45kCal/m2h℃ (79) 解得k=Q1=kSΔt=860=用所求得的Q驗(yàn)算各層溫度是否合理：Δt=Q/kS陰極炭塊： t==℃實(shí)際平均溫度： b. 槽膛底以下的熱損失由于內(nèi)外面積相差不大，用幾何平均值： = (710)電解質(zhì)溫度為950℃，槽殼面溫度為600℃，Δt=950600=350℃槽幫：δ1=15cm=，取平均溫度為900℃，則：λ1=102t+104t2=℃?zhèn)炔刻繅K：δ2=125mm，其、取平均溫度為850℃ λ2=+103t=℃鋼板：δ3=12mm，λ3=45kCal/m2h℃ (711) 解得 k=傳導(dǎo)熱：Q2=kSΔt=350=c. 角部熱損失AD面的散熱損失：AD面面積SAD=（）（+）2=AB面熱源是變溫?zé)嵩?，溫度梯度較大，為了計(jì)算方便，取取保溫磚上表面溫度650℃作為熱源溫度。干式防滲料：65mm。℃Q氣=Cph (72) =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邊界：另一種是以槽底槽面陽(yáng)極為其計(jì)算體系邊界。表61 槽電壓平衡表部位電壓組成電壓降，mV發(fā)熱電壓，mV陽(yáng)極部分陰極軟母線立柱母線鋁導(dǎo)桿卡具11鋼炭接點(diǎn)110110鋼爪2424陽(yáng)極鋁鋼焊點(diǎn)10陰極部分陰極軟母線槽底壓降槽周陰極母線陰極各接點(diǎn)8電解質(zhì)17241724 續(xù)表61部位電壓組成電壓降/mV發(fā)熱電壓/mV分解電壓15501550工作電壓總計(jì)陽(yáng)極效應(yīng)連接母線60平均電壓總計(jì)發(fā)熱電壓總計(jì)第七章 能量平衡電解槽的能量平衡是指電解槽單位時(shí)間內(nèi)由外部供給的能量與電解槽本身在同種環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換與能量交換過(guò)程中所消耗的能量之間的平衡。電壓由4V升至40V，可計(jì)算出： (619)167。167。 槽周陰極母線電壓降槽周陰極母線有A側(cè)母線和B側(cè)母線，其中A側(cè)中間母線有4根，取長(zhǎng)為6000mm，截面積600mm200mm，端部母線有兩根，取長(zhǎng)為7000mm，截面積為600mm200mm；B側(cè)母線中間有2根，取長(zhǎng)為5000mm，截面積為600mm200mm，端部母線有兩根，取長(zhǎng)為2000mm，截面積為600mm200mm。這包括鋁液陰極炭塊、炭塊本身、炭塊陰極鋼棒以及鋼棒本身的電壓降。(4) 預(yù)焙炭塊壓降 按公式計(jì)算。(3) 壓接鋁板及壓接點(diǎn)的電壓降8mV。等斷面變電流母線電壓降由下式算出：所以 167。 陽(yáng)極電壓降 167?！?。第六章 電壓平衡工業(yè)電解槽的電能消耗率與電流效率和平均電壓兩個(gè)因素有關(guān)，降低平均電壓或提高電流效率都能減少電解槽的電能消耗率。表52 槽周陰極母線電流配置 B側(cè)I/163I/163I/16I/16A側(cè)I/8I/16I/16I/16I/16I/8取母線規(guī)格為：800mm300mm校驗(yàn)電流密度A側(cè)：中間槽陰極母線上電流密度為： (515)端部槽陰極母線上電流密度為： (516)B側(cè)：端部槽周陰極母線上電流密度為： (517)中部槽周母線上電流密度為： (518)根據(jù)上述計(jì)算，可列出陰極母線規(guī)格于表53中： 表53 陰極母線規(guī)格表名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量電流密度/（A/mm2）陰極軟母線200mm2mm50槽周陰極母線 A側(cè)800mm300mm中間4端部2B側(cè)800mm200mm中間2端部2167。，則母線截面積為： (57)取母線規(guī)格為580mm260mm，取一根，校驗(yàn)?zāi)妇€電流密度為： (58)圖51 母線配置簡(jiǎn)圖(2) 陽(yáng)極軟母線，軟母線規(guī)格為600mm2mm，軟母線的片數(shù)為： (59)校驗(yàn)電流密度： (510)軟母線長(zhǎng)度一般為1550mm，設(shè)計(jì)?。?。本設(shè)計(jì)的電解槽為400kA預(yù)焙槽，采用大面四點(diǎn)進(jìn)電母線配置。陽(yáng)極母線屬于上部結(jié)構(gòu)的一部分，陰極母線排布在槽殼周?chē)虻撞?，?yáng)極母線與陰極母線之間通過(guò)聯(lián)絡(luò)母線、立柱母線和軟母線連接，這樣將電解槽一個(gè)一個(gè)的串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)系列。(3) 陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算陰極結(jié)構(gòu)可采用“長(zhǎng)短型”，也可采用通長(zhǎng)陰極炭塊。陰極炭塊為2層耐火磚，每層厚65mm，耐火磚之間用耐火泥粘結(jié)并錯(cuò)縫壘砌，耐火磚下是一層65mm的干式防滲料，干式防滲料能防止電解質(zhì)滲透并與滲透的電解質(zhì)作用生成一層堅(jiān)硬的防滲層，有利于提高電解槽壽命及降低氟化鹽單耗。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu)(1) 槽側(cè)部?jī)?nèi)襯選擇槽側(cè)部用一層炭塊，以使電解槽側(cè)部散熱型，易于形成側(cè)部槽幫。 陰極結(jié)構(gòu)167。(4) 陽(yáng)極炭塊陽(yáng)極炭塊尺寸為：1550mm660mm540mm取殘極高度為160mm，陽(yáng)極凈耗為450kg/tAl，則換極周期為： (52)另外，殘疾高度為160mm，則可消耗陽(yáng)極炭塊重量為：15566(5616)=621984g= (53)（槽鋁鋼爆炸焊片，其中鋁板規(guī)格為1651652mm3，鋼板規(guī)格為16516540mm3，鋁鋼接觸面積不超過(guò)98%，耐熱不小于350℃。盡管人們把零電壓設(shè)在系列中點(diǎn)，但系列兩邊對(duì)地電壓仍高達(dá)500V左右，一旦短路，易出現(xiàn)人身和設(shè)備事故，而且，電解用直流電，槽上電氣設(shè)備用交流電，若直流竄入交流系統(tǒng)，會(huì)引起設(shè)備事故，需進(jìn)行交、直流隔離，因此電解槽的許多部位需要進(jìn)行絕緣。陰極結(jié)構(gòu)指電解槽槽體部分，由槽殼和內(nèi)襯砌體構(gòu)成。h1）/%氧化鋁原鋁冰晶石冰晶石氟化鋁氟化鋁氟化鎂氟化鎂氟化鈣氟化鈣陽(yáng)極炭塊碳損失量CO2生成量CO生成量氧化鋁損失合計(jì)100合計(jì)100第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)167。h) CO： (槽h) (414)單槽每小時(shí)耗碳量為：(槽h） (47) 氟化鎂消耗量為：5103=（槽h） (44) Al2O3損失量為： －=（槽 物料平衡的計(jì)算1. 鋁產(chǎn)量以一小時(shí)為計(jì)算基礎(chǔ)，平均電流強(qiáng)度為400kA，取平均電流密度為94%，計(jì)算單槽日產(chǎn)量： P== (41) =（槽鋁電解的主要能源為電源，國(guó)內(nèi)先進(jìn)預(yù)焙槽的噸鋁直流電耗達(dá)13200kWh。Al2O3+12/7→2Al+9/7CO2+3/7CO實(shí)際碳消耗量為： (34)由于機(jī)械、殘極剩余等原因，陽(yáng)極炭塊的實(shí)際消耗量比理論值多18%~20%，根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐，取實(shí)際消耗為：450kg/t。由此可計(jì)算： 槽膛長(zhǎng)度=2420+24660+2340=17600mm 槽膛寬帶=2300+21550+200=3900mm 槽膛深度=550mm5. 原材料消耗（按每噸鋁計(jì)）(1) 氧化鋁消耗 a. 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式Al2O3→2Al+3/2 O2 計(jì)算理論消耗量 b. 實(shí)際消耗量 實(shí)際生產(chǎn)中由于運(yùn)輸、機(jī)械、飛揚(yáng)等損失，%~%。(4) 槽結(jié)構(gòu)計(jì)算電流強(qiáng)度I=400kA ，陽(yáng)極炭塊尺寸設(shè)計(jì)為1550mm660mm540mm。(3) 陽(yáng)極到槽幫的距離陽(yáng)極到槽幫襯的距離對(duì)槽子影響很大。2. 單槽日產(chǎn)量設(shè)計(jì)電流強(qiáng)度為400kA，電流效率為94%，則Q=103 (31) =40000010324 =（kg/槽?d）3. 電解槽數(shù)量 生產(chǎn)槽數(shù)Np=年產(chǎn)量/（Q365） (32) =220000103/（3028045365）=≈199臺(tái) 大修槽數(shù)Nr=生產(chǎn)槽數(shù)/槽壽命=199/=≈36臺(tái) 備用槽數(shù)=K大修槽數(shù)大修時(shí)間=3660/365=≈9臺(tái)（K一般取12，大修時(shí)間tr=60天） 總槽數(shù)=生產(chǎn)槽數(shù)+備用槽數(shù)=199+9=208臺(tái)4. 槽結(jié)構(gòu)計(jì)算(1) 陽(yáng)極尺寸一般來(lái)說(shuō)，電解槽容量越大，則陽(yáng)極尺寸也要大一些。167。本設(shè)計(jì)的電解質(zhì)水平選為22cm~24cm，鋁業(yè)水平為20cm~22cm。(3) 電解溫度~，電解溫度940℃~950℃(4) 極距所謂極距，是指陰、陽(yáng)兩極之間的距離。(1) 電流效率電流效率是鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?？傊绊戨娊怃X廠址選擇的因素很多，綜合考慮其經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)境因素，伊川工業(yè)園區(qū)最為適合鋁電解的生產(chǎn)，故將廠址選于此處。因?yàn)殡娊怃X生產(chǎn)工藝的特殊性，生產(chǎn)過(guò)程中將排放少量HF煙氣這是電解鋁廠最主要的污染源。伊川縣緊鄰洛陽(yáng)市，有河南科技大學(xué)、中國(guó)人民解放軍外國(guó)語(yǔ)學(xué)院、中國(guó)民航飛行學(xué)院洛陽(yáng)分院、洛陽(yáng)師范學(xué)院、洛陽(yáng)理工學(xué)院等多所高校為其提供人才保障。該工業(yè)園區(qū)交通便利，保障了原材料和產(chǎn)品的運(yùn)輸。而且，由于工廠的人員流動(dòng)、零星貨物運(yùn)輸、消防保安等需要，方便的道路系統(tǒng)也是必不可少的。洛陽(yáng)伊川工業(yè)園區(qū)是以伊川電力為依托，集煤—電—鋁—鋁深加工一體化的大型工業(yè)園區(qū)，廠址選于此處，將會(huì)有伊川電力為其提供充足的電能，保證電解鋁正常的生產(chǎn)。所以選擇必須詳細(xì)勘察、調(diào)查研究、綜合分析、多方案比較論證。在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)精確計(jì)算，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度高的槽殼，并使槽內(nèi)的熱場(chǎng)和磁場(chǎng)分布合理。在鋁電解過(guò)程中，鈉始終向碳陰極滲透。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。167。中小型鋁電解槽一般采取縱向排列，母線配置采取雙端或單端進(jìn)電方式。母線為鋁質(zhì)壓延母線或鋁質(zhì)鑄造母線?，F(xiàn)代化鋁電解槽的下料已采用自動(dòng)控制方式，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度波動(dòng)在一個(gè)很小的范圍(2％～3％)內(nèi)。鋁導(dǎo)桿用夾具緊固于陽(yáng)極母線梁上。依據(jù)槽容量大小及碳?jí)K規(guī)格不同可有單塊組、雙塊組和三塊組。(3)預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。組合陽(yáng)極棒用夾具直接連接到陽(yáng)極母線上。由陽(yáng)極框套、陽(yáng)極糊和組合陽(yáng)極棒及陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。隨著陽(yáng)極消耗，取出最下面的一排陽(yáng)極棒，在上方插入一排新的陽(yáng)極棒?？蚣軆?nèi)周為厚1mm左右的鋁板(鋁殼)，中間填充陽(yáng)極糊，陽(yáng)極棒從陽(yáng)極框架外部與水平方向成15176。 陽(yáng)極裝置視槽型而異，有三種形式。側(cè)部碳?jí)K與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。但縱向中縫一般要用碳糊搗固。陰極碳?jí)K以碳?jí)K組型式砌筑于電解槽內(nèi)。通常采用長(zhǎng)方形槽殼，槽殼型式有框架式、臂撐式和搖籃式三種。167。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過(guò)凈化和澄清之后，澆鑄成商品鋁錠，%~%Al。167。其用途是做預(yù)焙電解槽的陽(yáng)極。(6)氟化鋰氟化鋰或者碳酸鋰，對(duì)降低電解溫度和提高電解質(zhì)導(dǎo)電率有顯著效果，是提高電流效率和降低電耗的一種良好的添加劑，應(yīng)當(dāng)推廣應(yīng)用。(4)氟化鈣氟化鈣(CaF2)也是電解質(zhì)的一種添加劑，屬于面心立方結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)1423℃。它既可以彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，以保證生產(chǎn)技術(shù)條件的穩(wěn)定，其單耗為20~30 kg/t(Al)。冰晶石是熔劑的主要成分，它的作用第一是能較好的溶解氧化鋁，并且所構(gòu)成的熔體可在純冰晶石熔點(diǎn)以下進(jìn)行電解；第二在電解溫度下，冰晶石熔液的密度比鋁液密度要小10%，故電解出來(lái)的鋁液能沉積在槽底上面；第三冰晶石具有良好的導(dǎo)電性。2℃。 鋁電解熔劑——