【正文】 t）=(1+*66)=取大母線平均溫度t=66℃，0=cm。 ——電解質(zhì)比電阻，Ω L——極間距離，cm。采用炭陽極進行電解時，～,。h；4．陽極炭塊的消耗鋁電解的總反應(yīng)式：Al2O3+（3/1+N）C=2AL+（3N/1+N）CO2+[3（1N）/1+N] CO當一次陽極氣體的成分為100% CO2，則CO是產(chǎn)生AL與CO2作用的結(jié)果，一次反應(yīng)電流利用率為100%，由此一次反應(yīng)式為：Al2O3+C→2Al+CO2若電流利用率為，其二次反應(yīng)式為2（1 ）AL+3（1 ）CO2=（1 ）Al2O3+3（1 ）CO則N=（1）/[（1）]+3（1）=21 N=則理論炭消耗量為=（3/）（）=取實際炭耗量為445Kg/則單槽實際炭耗量為445103==炭耗指數(shù)=（）100%=%5. 反應(yīng)過程中生成氣體量為CO2生成量=[3] 44CO生成量=[3（）/] 28：出鋁 CO為 表4－4 物料平衡表收入支出項目kg/h%項目kg/h%氧化鋁原鋁冰晶石冰晶石氟化鋁氟化鋁氟化鈣氟化鈣陽極炭塊碳損失量二氧化碳生成量一氧化碳生成量氧化鋁損失量合計100合計100 電壓平衡工業(yè)電解槽的電流消耗率，與電流效率和平均電壓兩個因素有關(guān)，降低平均電壓或提高電流效率都能夠減少電解槽的電能消耗率。h； 氟化鋁消耗量為：25103= kg/槽則氧化鋁的實際消耗量為==氧化鋁的理論消耗量為=102/54=氧化鋁的損失量為==3. 氟化鹽的消耗量冰晶石單耗為：5 kg/t；氟化鋁單耗為：25 kg/t；氟化鈣單耗為：2 kg/t。％～操作時需系列停電25min。mm)]陰極軟母線200mm2mm44槽周陰極母線A側(cè)600mm200mm中間4端部2B側(cè)600mm200mm中間2端部23． 短路母線：短路母線位于立柱母線下方，由絕緣板將其隔開。下表4－2列出槽周陰極母線上電流的分配。 表4－1 陽極母線規(guī)格表陽極母線規(guī)格表母線類型斷面規(guī)格面積電流陽極橫母線480mm200mm A/mm2陽極軟母線600mm2mm A/mm2立柱母線420mm4800mm 陰極母線1．陰極軟母線：母線規(guī)格為200mm2mm， A/mm2,則陰極軟母線片數(shù)為： n== = 取44，則效驗電流密度：D陰軟= =上式中：N鋼——陰極鋼棒數(shù)，為通長型； D陰軟——陰極軟母線電流密度； S陰軟——陰極母線截面積。3．立柱母線： A/mm2,則立柱母線橫截面積為：S立柱== =200000 mm2立柱母線規(guī)格取為420mm480mm時，取一根效驗電流密度為：D立柱== = A/mm2則立柱母線共有4柱，斷面尺寸420mm480mm，與上臺槽陰極母線以氬弧焊接，與陽極端頭母線壓接。2．陽極軟母線：陽極軟母線的經(jīng)濟電流密度范圍為：～ A/cm 2， A/mm2,取軟母線的規(guī)格為600mm2mm，則軟母線的片數(shù)為：n== =，取209片。 A/mm2，母線的截面積為：Sm=（I/8）/Dm=（280000/8）/= mm2根據(jù)上面的截面積，取母線規(guī)格為480mm240mm，取一根，效驗?zāi)妇€電流密度為：D=（I/8）/S=（280000/8）/（480240）=故陽極母線斷面積為480240mm 2， A/mm2,長度10500mm。圖 母線配置示意圖 陽極母線陽極母線陽極母線采用鑄造鋁母線，用軟鋁母線與端頭母線壓緊，以便陽極母線升降。為減少磁場對鋁液的影響，設(shè)計了合理的母線配置。另外鋁母線占電解槽基建費用的25%左右，因此確定合理的母線配置和結(jié)構(gòu)也是十分重要的。陽極母線屬于上部結(jié)構(gòu)的一部分，陰極母線排布在槽殼在槽殼周圍和底部，陽極母線和陰極母線之間通過聯(lián)絡(luò)母線，立柱母線和軟母線連接起來，將電解槽一個一個的串聯(lián)起來，構(gòu)成一個系列。電解槽與地絕緣要達到1M。即槽殼尺寸如下：槽殼寬度=3800+1252+52=4060 mm槽殼長度=14100+1252+52=14360 mm槽殼深=550+450+652+652+65+65+20=1410 mm 電解槽基礎(chǔ)200KA中間下料預(yù)焙電解槽每臺槽有8個基柱，A、B側(cè)兩側(cè)基柱之間的距離為4500mm，基柱高940mm。取陰極碳塊到槽膛端壁的距離為420mm，碳塊間的碳糊扎縫為40mm，可計算陰極碳塊的數(shù)量n:14100（n1）402420=660n解之得 n=19碳塊到端壁邊緣尺寸為：（14100401866019）/2=420 mm碳塊到側(cè)壁邊緣尺寸為：（38003370）/2=215 mm取陰極鋼棒規(guī)格為4480mm200mm150mm,～ A/= A/mm2,則陰極截面積為：S=280000/=1166667 mm2則陰極鋼棒數(shù)為：1166667/150200=；故取38根陰極鋼棒。本設(shè)計陰極鋼棒與陰極組合類型采用D型，即通長陰極碳塊。而D型長炭塊幾乎貫穿全槽的寬度，炭塊接縫數(shù)是最少的，可使電解質(zhì)和鋁液滲出的可能性減少至最小，同時減少由于上抬和推積力引起的機械破損。⑶陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計算為了使電解槽電場分布均勻，減少磁場對鋁液產(chǎn)生的流動、隆起等不利于生產(chǎn)的影響，本設(shè)計采用陰極炭塊寬度等于陽極炭塊的寬度，對槽殼通風冷卻和形成良好槽幫也有好處。干式防滲料下面是兩層保溫磚，每層65mm,中間用20mm厚的氧化鋁粉填縫和整平，最底部是一層65mm厚的硅酸鈣特種絕緣板，保溫磚與耐火磚的周邊用耐火顆粒充填。⑵槽底部內(nèi)襯選擇由于槽側(cè)部為散熱型結(jié)構(gòu)，所以底部要加強保溫。內(nèi)襯側(cè)部炭塊規(guī)格為520400125mm，側(cè)部炭塊與電解槽側(cè)壁鋼板間有一定的間隙作為伸縮縫，一般約5mm，避免電解槽投入生產(chǎn)后碳塊受熱膨脹以使槽內(nèi)襯側(cè)部變形。每臺槽槽殼總質(zhì)量約為30噸。搖籃架共有14個，其中搖籃支架兩端最外的兩組與殼體焊成一體，其余14個用螺栓與翼板聯(lián)結(jié)在一起，中間墊以10285300mm的隔熱石棉板。本設(shè)計采用有底搖籃式結(jié)構(gòu)，搖籃架是彈性變形體，其優(yōu)點是槽殼受力不會產(chǎn)生應(yīng)力集中，這樣在電解槽的端角部位，不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象。由此可計算： 槽膛長度=2420+19660+1840=14100mm 槽膛寬度=2300+21500+200=3800mm 槽膛深度=550mm 陰極結(jié)構(gòu)陰極結(jié)構(gòu)指電解槽槽體部分，由鋼制槽殼、陰極炭塊和保溫材料砌體三部分構(gòu)成。電解槽采用中間自動打殼下料，取陽極到槽膛側(cè)壁（大面）尺寸為300mm,到槽膛端壁（小面）距離為420mm,陽極炭塊組間距取40mm,陽極行間距為200mm。組裝到預(yù)焙槽陽極鋼爪上后，利用電解槽的熱量，使保護環(huán)經(jīng)過軟化排出分解聚合焦化后，達到足夠的溫度，能有效抵御電解質(zhì)的侵蝕與沖刷，達到防止陽極鋼爪被電解質(zhì)侵蝕的目的，延長了鋼爪的經(jīng)濟使用壽命。用石墨冷搗糊將兩半圓環(huán)粘接。鋼爪與碳塊澆注處裝有陽極保護環(huán)，由于陽極鋼爪被電解質(zhì)侵蝕現(xiàn)象時有發(fā)生，被侵蝕的鋼爪、磷升鐵熔化到鋁液中，使鋁液品位下降，降低了陽極鋼爪的利用率，給生產(chǎn)帶來了不利影響，因此采用陽極保護環(huán)加以保護。選擇每組陽極炭塊共有4個鋼爪頭，鋼爪間距為300mm。鋼連接板規(guī)格為106016080mm，下部與鋼爪焊接。（2）．爆炸復(fù)合焊結(jié)構(gòu)鋁導(dǎo)桿與鋼板的聯(lián)結(jié)采用鋁鋼爆炸復(fù)合焊，鋼板下面焊接圓柱型鋼爪。設(shè)計陽極鋁導(dǎo)桿規(guī)格為130mm130mm2280mm, 鋁導(dǎo)桿的長度低于1700mm，鋁導(dǎo)桿的斷面尺寸為：130mm130mm。陽極碳塊組由鋁導(dǎo)桿、鋁鋼爆炸焊片、鋼連接板梁、鋼爪頭和預(yù)焙陽極碳塊組成。 陽極結(jié)構(gòu) 陽極由盒式夾具壓在陽極母線上，夾持力235200KN，扭轉(zhuǎn)力矩392N電解槽煙罩密閉時，煙氣的捕集效率，若按規(guī)程作業(yè)可達98%。排煙管下部與槽頂水平密封罩板焊在一起，上部有絕緣和調(diào)節(jié)閥門，槽頂水平密封罩板與桁架焊在一起，密封罩板A、B側(cè)各留有8個缺口，以便能進入陽極導(dǎo)桿。門式支架與槽殼的連接出有絕緣墊板。門式支架由鋼板制成門字形，其下端鉸接在槽殼上，這種連接方式既消除了高溫下桁架伸長的變形，又便于大修時拆卸。 桁架與門式支架電解槽的上部結(jié)構(gòu)承重均由鋼制的桁架和門式支架承擔。,換向器的使用是使轉(zhuǎn)動方向直接換向，速比為1：1，聯(lián)接軸直徑為60mm，兩側(cè)聯(lián)接軸之間距離為900mm，起重機構(gòu)有4臺螺旋起重器。螺旋起重機行程為400mm,上部有導(dǎo)向軌，升降速度為100mm/min。．陽極升降裝置陽極提升裝置由螺旋起重機、起重機架、減速機、換向器、聯(lián)接軸和電機組成。氧化鋁等原料進入壓力容器，采用濃相輸送經(jīng)單管輸送到40t緩沖倉中，然后經(jīng)超濃相風動溜槽至下料裝置，再經(jīng)下料管加入電解槽中。 大型中間下料預(yù)焙槽結(jié)構(gòu)示意圖 上部結(jié)構(gòu) 打殼下料裝置每臺槽共有5套打殼下料機構(gòu)，其中4套是正常加工打殼下料裝置，另外一套是出鋁打殼下料裝置，另外一套是出鋁打殼下料裝置。其采用點式下料器，每臺電解槽有5個打殼下料裝置，定期向槽中加料，具有保持工藝條件穩(wěn)定，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度穩(wěn)定的優(yōu)點，并可以實現(xiàn)計算機模糊智能控制，是一種具有較高電流效率，能耗低，產(chǎn)量高，勞動生產(chǎn)率高的槽型，同時，生產(chǎn)煙塵少，便于采用干式凈化回收。預(yù)焙陽極電解槽根據(jù)下料的方式可以分為邊部打殼下料電解槽和中心下料打殼電解槽，其之間的不同是中心下料打殼電解槽有自動打殼和下料裝置。聯(lián)絡(luò)母線用于槽之間、廠房之間聯(lián)絡(luò)。上部結(jié)構(gòu)可分為桁架門支架、陽極提升裝置、打殼下料裝置、陽極母線和陽極組、槽密閉排煙裝置、氧化鋁超濃相輸送管道。鋁電解槽是煉鋁的主要設(shè)備，現(xiàn)代鋁工業(yè)主要兩類四種形式電解槽：（1）自焙陽極電解槽：側(cè)插棒式自焙陽極電解槽和上插棒式自焙陽極電解槽（2）預(yù)焙陽極電解槽：不連續(xù)式預(yù)焙陽極電解槽和連續(xù)式預(yù)焙陽極電解槽 概述工業(yè)電解槽通常分為陰極結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)，母線結(jié)構(gòu)和電氣絕緣四大部分。第四章 電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：產(chǎn)量：16萬噸/年 鋁錠容量：280KA陽極電流密度：效應(yīng)系數(shù)：電流效率：94%直流電耗：13400KWh/t AL當前，世界各國正在競相發(fā)展大型中間下料預(yù)焙槽，此種預(yù)焙槽并不是簡單的重復(fù)，而是向大型化、大電流、自動下料、自動處理陽極效應(yīng)，電子計算機控制的具有當前先進科學(xué)技術(shù)水平的現(xiàn)代化方向發(fā)展。序號指標名稱單位數(shù)量備注1電流強度kA280設(shè)計值2電解槽數(shù)臺224其中備用槽10臺3電流效率%94設(shè)計值4陽極電流密度A/cm25電解溫度℃9506極距cm～7鋁水平cm18～218電解質(zhì)水平cm22～249陽極效應(yīng)系數(shù)次/槽～ 鋁電解生產(chǎn)中的主要技術(shù)經(jīng)濟指標的確定鋁電解生產(chǎn)中的主要技術(shù)經(jīng)濟指標包括：電流強度、電解槽數(shù)、電流效率、電解溫度、極距、陽極電流密度、電解溫度、平均電壓等等。在同一臺電解槽上，槽電壓常隨生產(chǎn)操作而變動，因此只能控制在一定電壓范圍之內(nèi)。此上就是我對主要技術(shù)經(jīng)濟指標的選擇與論證。表3－5 鋁電解槽選用的陽極電流密度鋁廠電解槽型陽極電流密度/A對于強化生產(chǎn)時的情況下，陽極電流密度增大，則有可能使上述因素向不利方面轉(zhuǎn)化，而使電流效率降低。此時，單位面積上的氣體析出量減少，排出速度降低，攪拌作用減弱，氧化區(qū)域縮小，擴散厚度增大。 陽極不變，而電流增加，如強化生產(chǎn)時。陽極電流密度的改變存在兩種情況：① 陽極電流密度陽極電流密度是電解槽設(shè)計一個重要參數(shù)，一般來說，低面積電流槽電壓低，電耗隨之降低，但并不是每個技術(shù)上可行的面積電流都是合理的，因為面積電流過低，會使電解槽各部尺寸加大，使基建成本費加大。但是從另一方面說來，陽極效應(yīng)宜適當?shù)臏p少，這是因為：⑴ 陽極效應(yīng)發(fā)生的時候，槽電壓很高，耗費很多的電能；⑵ 電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)的時候，由于蒸發(fā)，損失了氟鹽，這是很貴重的，以后還要往槽內(nèi)添加氟化鋁以補充其損失；⑶ 在陽極效應(yīng)發(fā)生前后的一段時間內(nèi)，電流效率會明顯降低，并減產(chǎn)鋁；⑷ 當陽極效應(yīng)發(fā)生時，系列電流往往會下降，因而使系列中其他電解槽減產(chǎn)，并使它們的溫度降低。陽極效應(yīng)是鋁電解生產(chǎn)中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象，它的發(fā)生通常與陽極近層液中缺乏氧化鋁有著密切關(guān)系。而電解質(zhì)水平過低則熱穩(wěn)定性差，氧化鋁溶解少，不宜操作。另外此時，會使水平電流加大，垂直磁場增強，導(dǎo)致生產(chǎn)不平衡，這些都會造成電流效率下降。但是爐膛有一定深度，鋁水平過高，散熱快，已生成沉淀，從局部導(dǎo)致槽電壓降增加，甚至導(dǎo)致病槽，反而會使電流效率下降。實踐證明，鋁電解生產(chǎn)中，鋁水平有一定值，高于或低于此值均使電流效率下降。表3－4某廠某月兩水平與陽極效應(yīng)系數(shù)表月份87611兩水平（cm）23/效應(yīng)系數(shù)(次/槽晝夜)0．10．0770．0920．082在鋁電解槽內(nèi)，電解液和鋁液兩層液體按照密度差別而分為上下兩層。東予鋁廠175～前蘇聯(lián)實驗槽2602～482～3鄭州鋁廠