【正文】 h/t)式中 :V———電。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 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/（A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)。我們應(yīng)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。因為鋁工業(yè)是一種大規(guī)模的生產(chǎn)，必須謹慎從事，穩(wěn)步前進。(4)值得強調(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。(3)氧化鋁來源廣泛，自然界中儲存量巨大。(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。鋁電解的溫度總是趨向于降低，這需要時間并不斷探索。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。h／t(A1)。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。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。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。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。故不得不轉(zhuǎn)而尋求新的途徑——降低電解溫度。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。沒有這種先決條件，槽電壓無法降低。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。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。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(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。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。1978年他用Na3A1F6十A1F3十A12O3三元共晶點組成的電解質(zhì)，％％％的混合物，在750℃下電解，得到一顆5g重的電解質(zhì)。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％。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\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。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。Ⅲ. 同時逐步減少出鋁量，～20cm，～，以保持極距。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，讓槽控曲線走正。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。爐幫薄或沒有則無法有力保護側(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。槽運行不穩(wěn)定，自我平衡能力弱。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。槽運行以來，高硅槽斷斷續(xù)續(xù)一直產(chǎn)生，嚴重影響后續(xù)鑄造產(chǎn)品電工鋁桿的質(zhì)量。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)機控制。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，或電壓長時間低運行，人工未提起電壓，導(dǎo)致極距過短，鋁發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)導(dǎo)致的。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。有兩種形式：～，～%；，～% ，還伴有大量沉淀的出現(xiàn)?！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)機控制。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)?？刂频煤每梢赃_到槽溫基本不變，槽幫也不化開，結(jié)殼卻己消失的效果。（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(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。 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、工人勞動強度增加，嚴重時可能導(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，認真觀察電解槽的運行狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況要及時調(diào)整和消除，維護好電解槽的熱平衡，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)。所以，預(yù)熱時采用長陽極是一種權(quán)宜之計?，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。換下來的陽極多數(shù)仍然可用于生產(chǎn)作業(yè)。(6)啟動后，槽上的陽極宜盡早按照常規(guī)的程序逐漸更換。由于自動添加氧化鋁的程序具有充分的彈性，足以防止電解槽內(nèi)的氧化鋁濃度不致過多。在此種程序中，“供料不足”和“供料過量”周期輪換執(zhí)行，用來控制氧化鋁濃度。添加冰晶石，有助于在電解液表面上生成結(jié)殼[12]。在陽極效應(yīng)的熄滅程序中，要求下料迅速，但要避免陽極做上下移動。(5)在啟動后的前4個班內(nèi)，每個班應(yīng)發(fā)生l～2次陽極效應(yīng)。在兩星期以內(nèi)達到最終的電壓目標(biāo)。每次熄滅陽極效應(yīng)后要扒撈炭渣，然后調(diào)整電壓。在偶爾發(fā)生的長時間陽極效應(yīng)時，它可以防止結(jié)殼的熔化，從而避免液體電解質(zhì)的組成和溫度急劇的改變，以及由此而來的生產(chǎn)失常。反之，電磁場平衡較差的電解槽，即使電流較小，也要取較高的鋁液水平20cm[9]。最終的金屬高度，取決于電解槽的熱場和電磁場的狀況。如果鋁液水平低于預(yù)定的目標(biāo)則不必出鋁。(3)在啟動后期中要逐漸提高槽內(nèi)鋁液水平。調(diào)整時用碳酸鈉，然后逐漸降到正常值。酸度大的電解質(zhì)不能很好地溶解氧化鋁，氧化鋁容易沉淀下來。同時，加人的氧化鋁量逐漸趨于正常。所以在后期中電解槽要保持較高的電壓和陽極效應(yīng)系數(shù)，以保持較高的溫度。系列中的所有電解槽，通過技術(shù)參數(shù)的逐漸調(diào)整，最終達到各自的熱平衡和電磁平衡。 預(yù)焙槽的啟動后期鋁電解槽的啟動后期是從啟動終了到正常生產(chǎn)之間的一個調(diào)整階段，大約延續(xù)1個月。標(biāo)準(zhǔn)的做法是，灌入量大約占最終的金屬量的50％(指正常生產(chǎn)期內(nèi)所宜保持的金屬量)。避免過早往新槽中灌注鋁液的用意在于：讓陰極中的細小裂縫先被冰晶石填充滿，讓內(nèi)襯中的底糊繼續(xù)焙燒好并且體積膨脹，而不讓鋁液先進去。確切的時間往往由廠房內(nèi)的出鋁時間決定。用堿性電解質(zhì)啟動的主要優(yōu)點，還在于免除在前幾個星期內(nèi)發(fā)生熱平衡的驟然變動，以及提高氧化鋁的溶解度。此種電解質(zhì)組成有益于延長電解槽的使用壽命。但是現(xiàn)代電解槽，改用大約含有5％過量A1F3的電解質(zhì)啟動。啟動時所用的電解質(zhì)組成，按照慣例，含有2％過量NaF。臨熄滅效應(yīng)前，要清除浮起來的炭粉和炭粒。當(dāng)灌注液體電解質(zhì)結(jié)束以后，加入少量氧化鋁，其加入量一般是按照啟動結(jié)束后2h發(fā)生頭一次陽極效應(yīng)來估計。灌完電解質(zhì)之后、陽極效應(yīng)電壓宜穩(wěn)定地保持在20v以下。當(dāng)電解質(zhì)覆蓋在整個陰極表面上時，稍稍提升陽極。啟動時所用的液體電解質(zhì)，它的溫度應(yīng)該盡可能高些，接近1100℃，它的數(shù)量取決于電解槽的容量大小，最好多準(zhǔn)備些。通常在啟動之前要仔細檢查電解槽的上部結(jié)構(gòu)，其中包括；陽極母線梁的升降裝置和行程，擰緊夾具，檢測各部位的絕緣性能。隨后的操作方法同常規(guī)啟動槽。當(dāng)槽內(nèi)熔融電解質(zhì)達到適當(dāng)高度時，可引發(fā)陽極效應(yīng)以加速熔化電解質(zhì)，同時撈出炭渣，最后熄滅陽極效應(yīng)。最后把陽極直接擰緊在母線大梁上，稍稍提高陽極，以升高電壓。當(dāng)陰極溫度逐漸升高時，槽電壓自然降落，此時要逐漸提升電流。陽極導(dǎo)桿經(jīng)軟母線與母線梁連接。開始通人全電流的1／3。用耐火氈墊覆蓋在相鄰的兩排陽極上面，其目的是防止陽極被空氣氧化。在安放陽極之前要仔細洗刷干凈陰極表面，然后用真空吸塵器清理，表面還要平整，使二者接觸良好。前者適用于啟動新系列中的頭幾臺槽，當(dāng)時電解廠房內(nèi)尚無現(xiàn)成的熔融電解質(zhì)可供使用，只好在本槽內(nèi)熔化所需的全部電解質(zhì)；后者則是常規(guī)的啟動方法，在開始時往槽內(nèi)倒人從其他槽中取出的熔融電解質(zhì)，以加速啟動過程，并縮短啟動時間。 預(yù)焙槽的啟動鋁電解槽啟動是緊接著焙燒之后的一道工序，其任務(wù)是在槽內(nèi)熔化電解質(zhì)，同時開始鋁電解。燃料預(yù)熱法的優(yōu)點是可以節(jié)省電能，我國首創(chuàng)的槽外焙燒自焙陽極的方法，可說是一種新的燃料焙燒法。經(jīng)過氧化的碳，對鈉的親和力較大，因此體膨脹率大，結(jié)果造成破裂，電解質(zhì)更多地滲透進來。其缺點是操作比較復(fù)雜，為了放入燃燒器不得不在陰極和陽極之間留出較大的空當(dāng)；其次，燃燒時所用的過量空氣會使陰極和陽極表面氧化。加熱陰極時，依靠傳導(dǎo)、對流和輻射，熱量傳輸?shù)狡渌课簧?。此法的缺點是鋁液先進入陰極裂縫中，影響槽壽命。在鋁液預(yù)熱法的實施中，先往槽膛內(nèi)灌入鋁液，成鋁板，然后在其上進行陽極鑄型，通電焙燒。由于鋁液本身的電阻很小，大部分熱量是由陽極和陰極產(chǎn)生。％[8]。底糊的膨脹和收縮行為與溫度和加熱速度有關(guān)。在預(yù)熱過程中，底糊先軟化，黏結(jié)劑分解出其中的揮發(fā)分，隨后焦化，炭結(jié)晶出來，故底糊先膨脹后收縮。陰極炭塊的溫度在焙燒終了時，稍高于900℃?？v向中縫處呈現(xiàn)淺紅色，表示焙燒得很好，并未過熱。觀察陰極的表面狀況。在焙燒終了時要把各個陽極炭塊擰緊到陽極母線大梁，然后拆除用來連接陽極導(dǎo)桿的軟母線。槽日功率是指正常生產(chǎn)時每槽每日的電流與電壓的乘積。通電24h后，達到滿負荷電流I。槽電壓上升。槽電壓在起始時略高于3v，在通電后槽電壓逐漸降低，拆除第一段并聯(lián)電阻之前，降低到3v以下。再經(jīng)過72h后結(jié)束預(yù)熱。此種并聯(lián)電阻體用鋼制作，具有適當(dāng)?shù)拈L度和截面積，換言之，它有一定的電阻值。兩排陽極炭塊之間的中縫帶的陰極也要充分預(yù)熱，所以特意采用長炭塊。陽極母線梁、軟母線和陽極導(dǎo)桿三者之間的接觸面要洗刷干凈。要求陽極的密度大而且電導(dǎo)率好。所用的陽極要經(jīng)過仔細挑選，要求沒有外部的和內(nèi)部的裂縫，這可用鐵錘敲擊陽極而判定。此焦粒是焙燒過的。在焦粒預(yù)熱法中，采用適當(dāng)厚的焦粒層和適當(dāng)大小的焦粒，鋪在槽底上。其原理是在電解槽的陰極上鋪設(shè)一層焦粒(冶金焦的顆粒)作為電阻體。 鋁電解槽的預(yù)熱 鋁工業(yè)上有3種預(yù)熱方法。新槽包括大修理之后的電解槽。木章詳細論述正常生產(chǎn)階段中的各項技術(shù)參數(shù)和病槽治理等。 預(yù)焙槽煉鋁的生產(chǎn)技術(shù)預(yù)焙槽煉鋁過程的3個階段：預(yù)熱、啟動(包括啟動后期)以及正常生產(chǎn)?，F(xiàn)在一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型鋁電解槽電解質(zhì)熔體初晶溫度和過熱度測量儀在沈陽面世，這種新型的測量儀器具有與上述一樣的測定原理，且溫度傳感器可多次使用，多次測量，測量方法也簡便，測一個電解槽的電解質(zhì)初晶溫度和過熱度僅需一分鐘左右的時間，其成本僅是國外產(chǎn)品的1／60～1／30，價格不到國外產(chǎn)品的1／3，性價比極高，適合我國國情，可望能在國內(nèi)電解鋁廠推廣使用。儀器數(shù)據(jù)處理軟件會對數(shù)據(jù)進行快速運算處理，并在極短的時間內(nèi)(數(shù)秒鐘)將數(shù)據(jù)處理完畢，然后將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示在儀表盤的顯示器上。 工業(yè)鋁電解槽電解質(zhì)初晶溫度和過熱度的測量一種由國內(nèi)代理商代理，國外生產(chǎn)制造的工業(yè)鋁電解槽電解質(zhì)熔體初晶溫度和過熱度的測定儀已在我國的個別電解鋁廠演示。 通過上述電解質(zhì)成份(分子比)和電解溫度的穩(wěn)定控制，可以肯定，我國鋁電解槽的電流效率的提高，電耗指標(biāo)的下降，效應(yīng)系數(shù)減少，陽極和氟化鹽消耗的降低，都將是明顯的。而最終達到的目標(biāo)是，電解質(zhì)成份的穩(wěn)定和電解溫度的穩(wěn)定，即真正的電解質(zhì)分子比控制和溫度控制。計算機控制軟件所監(jiān)控的目標(biāo)有3個，初晶溫度下限、初晶溫度上限和過熱度。電解槽的物料平衡的穩(wěn)定(Al2O3加料和AlF3成份穩(wěn)定)和熱平衡穩(wěn)定(溫度的穩(wěn)定)的控制是可以通過正確的電解質(zhì)初晶溫度和過熱度的控制戰(zhàn)略實現(xiàn)的。因此有可能由于極距的增加而導(dǎo)致的熱損失增加比預(yù)計的要小。如果極距增加，輸入到電解槽中的能量就會增加，直接的影響就是使電解質(zhì)的溫度增加和過熱度增加。電解槽中添加AlF3對電解槽直接或間接的影響是使電解質(zhì)的初晶溫度降低，過熱度升高。而電解槽的物料平衡是通過對氧化鋁和AlF3的合理加料制度來實現(xiàn)的。如果全國鋁廠都能將過熱度作為個重要的工藝技術(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打破現(xiàn)在的水平，上升到一個新水平[7]?？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93．5％左右。我國電解鋁廠目前也開始對這一技術(shù)問題加以重視。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9．7℃，電解質(zhì)的初晶溫度9