【正文】 傳遞溫度，表面和槽底內(nèi)部溫差較大；陰極表面易燒損、氧化；容易在陰極表面和扎固糊產(chǎn)生大裂縫；在灌電解質(zhì)時(shí)，要在很短的時(shí)間內(nèi)灌進(jìn)去，否則易造成電解質(zhì)流動(dòng)性不好而凝固。② 燃料噴嘴焙燒燃料為重油，液化氣或天然氣等。缺點(diǎn)：高溫的鋁水直接沖擊陰極炭塊及扎糊表面，液體金屬鋁過(guò)早地滲入陰極裂縫中，是電解槽早期破損的主要途徑之一。① 鋁液焙燒通過(guò)電解槽的直流電流釋放出的焦耳熱是熱的來(lái)源，鋁作為介質(zhì)。焙燒啟動(dòng)這一過(guò)程在電解槽的使用期內(nèi)雖然很短，但對(duì)電解槽使用壽命起著重要影響。其主要特性如下：*抬包有效容量 ～（）*吸鋁能力 ～*壓縮空氣壓力 *壓縮空氣耗量 *手輪回轉(zhuǎn)力 190N*外型尺寸（長(zhǎng)寬高） 第五章 鋁電解槽的焙燒與啟動(dòng)第一節(jié) 鋁電解槽的焙燒新鋁電解槽或大修后電解槽在進(jìn)入生產(chǎn)之前，必須經(jīng)過(guò)焙燒與啟動(dòng)這一重要過(guò)程。每個(gè)夾具的夾持重量不小于3250kg，夾具和支腿與框架的絕緣值不小于2MΩ，單臺(tái)設(shè)備總重約14870kg，設(shè)備起吊重量約13300kg。:陽(yáng)極提升框架為定期調(diào)整陽(yáng)極母線與陽(yáng)極導(dǎo)桿的裝夾位置，每棟廠房設(shè)1臺(tái),共2臺(tái)，其包括實(shí)腹板梁結(jié)構(gòu)框架、陽(yáng)極夾具、滑動(dòng)架、起吊架、支腿、地面支承架、行走裝置(包括行走氣動(dòng)馬達(dá)2臺(tái))、扳手機(jī)構(gòu)（包括氣動(dòng)馬達(dá)2臺(tái)）、夾緊機(jī)構(gòu)（包括薄膜氣缸32只）、操作盒（手柄）、氣路系統(tǒng)(包括氣動(dòng)三聯(lián)體)等。⑸液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)包括油箱、液壓泵、閥件、管路、執(zhí)行器（油缸、油馬達(dá)等）、附件、傳感器、指示器等。⑷電氣系統(tǒng)：電氣系統(tǒng)包括配電設(shè)備（配電、控制、操作、照明）、PLC系統(tǒng)、編程軟件系統(tǒng)、編程器、變頻器、遙控器（發(fā)射和接收）、電纜（動(dòng)力和控制）、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和控制器、絕緣和漏電檢測(cè)。車架與垂直導(dǎo)向輪通過(guò)絕緣節(jié)聯(lián)成一體，在車架梁下面裝有兩個(gè)圓柱形垂直車輪，每個(gè)車輪都裝有驅(qū)動(dòng)裝置。車架由4輪支承，每一根端梁有一套驅(qū)動(dòng)裝置（1/2驅(qū)動(dòng)）。工具車的車架是由兩根端梁和兩個(gè)門架組成，供安裝工具回轉(zhuǎn)裝置和打殼機(jī)構(gòu)、換陽(yáng)極裝置等用。在非供電側(cè)（煙道側(cè)）的端梁下面有兩個(gè)安全卡。主梁為箱型截面，梁內(nèi)設(shè)有橫向隔板和縱向加筋板，安裝軌道處外側(cè)有橫向筋板和翼板聯(lián)接，使主梁在較大的彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下有足夠的剛度和強(qiáng)度。⑴縱向運(yùn)行大車：大車包括由兩根主梁和兩根端梁組成的橋架、軌道、走臺(tái)、欄桿、扶手梯及其他附件。為保證安全操作，各機(jī)構(gòu)均有聯(lián)鎖、限位、限速措施，并設(shè)有各種故障報(bào)警信號(hào)。它處于高溫熔鹽、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)、多粉塵和氟化氫氣氛的環(huán)境中，如：重要電氣元器件（PLC等）采取了屏蔽防磁、防干擾；有可能與電解槽接觸的零部件，如：扳手?jǐn)Q頭、陽(yáng)極導(dǎo)桿夾頭、出鋁吊鉤、加料管等采用防磁材料。它集打殼、更換陽(yáng)極、覆蓋氧化鋁、出鋁、輔助提升陽(yáng)極母線等各種功能于一體。 ：南平鋁業(yè)公司鋁電解用多功能天車（）是由貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)、沈陽(yáng)冶金機(jī)械制造公司制造安裝的鋁電解生產(chǎn)專用設(shè)備，每棟廠房配置2臺(tái)，共4臺(tái)。④為防止槽與槽之間短路，在槽與槽間鋼格蓋板的支撐角鋼槽殼之間設(shè)有絕緣。②為隔離交、直流，在陽(yáng)極提升電機(jī)底座、回轉(zhuǎn)計(jì)底座處裝有絕緣。電解槽系列使用大功率的直流電，而槽上陽(yáng)極提升電機(jī)、回轉(zhuǎn)計(jì)使用的是交流電，若直流竄入交流回路，也會(huì)引起設(shè)備事故，因此對(duì)兩者也有進(jìn)行絕緣的必要。在電解系列上，系列電壓達(dá)數(shù)百伏，甚至上千伏。內(nèi)襯結(jié)構(gòu)圖如下圖4－3： 圖4－3 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)示意圖3．槽罩結(jié)構(gòu)～，每臺(tái)槽的槽罩由34塊大面槽罩、4塊角部槽罩與4塊小面槽罩構(gòu)成。 側(cè)部結(jié)構(gòu)：一層厚120mm的側(cè)部炭－碳氮化硅復(fù)合塊，大面?zhèn)炔刻繅K下部是高強(qiáng)防滲料及保溫磚伸縮縫砌體，小面?zhèn)炔繌?fù)合塊下部是輕質(zhì)澆注料，所有底部炭塊間縫以及側(cè)部復(fù)合塊與底部炭塊間均采用炭素糊扎固，在槽膛內(nèi)壁用炭素糊扎制人造伸腿。槽上部結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)下圖42： 圖4－2 槽上部示意圖 陰極結(jié)構(gòu)包括鋼槽殼與內(nèi)襯兩大部分鋼槽殼系采用搖蘭式小船型結(jié)構(gòu)，它由長(zhǎng)側(cè)板、短側(cè)板，底板和搖蘭托架等焊接組裝而成。兩條陽(yáng)極大母線懸掛在螺旋起重絲桿上，16組陽(yáng)極通過(guò)卡具卡緊在大母線上。在電解槽一端另設(shè)有專供出鋁用的打殼裝置。筒式定容下料器安裝在料箱的下側(cè)部。當(dāng)氣缸充氣活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，便帶動(dòng)錘頭上、下運(yùn)動(dòng)而打擊熔池表面結(jié)殼，下料系統(tǒng)由槽上料箱、下料器組成。16組雙陽(yáng)極分兩排配置于兩組陽(yáng)極母線外側(cè)，利用卡具將陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿壓緊在陽(yáng)極母線上，鋁導(dǎo)桿和陽(yáng)極鋼爪之間的過(guò)渡采用鋁鋼爆炸焊塊，鋼爪與炭塊用磷生鐵澆注，鋼爪爪頭安裝炭素保護(hù)環(huán)，保護(hù)鋼爪不被電解質(zhì)侵蝕，陽(yáng)極示意圖見(jiàn)圖4－1：圖4－1 陽(yáng)極示意圖打殼裝置是為加料而打開(kāi)殼面用的，它由打殼氣缸和打擊頭組成。日以下。③ 先進(jìn)的鋁電解控制系統(tǒng)在鋁電解控制技術(shù)方面，采用電解槽自適應(yīng)控制技術(shù)及電解槽智能模糊控制系統(tǒng)技術(shù),～3％范圍內(nèi)，電解溫度可有效地控制在950177。2. 240KA電解槽設(shè)備配置優(yōu)勢(shì)有：① 優(yōu)化的母線配置結(jié)合國(guó)外先進(jìn)鋁廠母線配置的經(jīng)驗(yàn)，采用先進(jìn)的電、磁及磁流體動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型及計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)設(shè)計(jì)的大面“四點(diǎn)進(jìn)電”母線配置，可使電解槽獲得最佳的磁流體動(dòng)力學(xué)效果和穩(wěn)定性，并采用“當(dāng)量?jī)?yōu)化法”模型對(duì)母線系統(tǒng)的斷面和電流分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可獲得最低的母線投資和電能消耗。 ⑤ 低污染240kA預(yù)焙槽采用密閉電解生產(chǎn)，其電解系列采用先進(jìn)的干法凈化系統(tǒng)。 ③ 低投資 240kA預(yù)焙槽具有電解系列基建投資低的特點(diǎn)，在電解系列等規(guī)模條件下，比200kA預(yù)焙電解系列節(jié)約投資6％。第二節(jié) 電解槽的工藝特點(diǎn)與技術(shù)參數(shù)1. 南平鋁業(yè)的240kA預(yù)焙鋁電解槽具有如下技術(shù)特點(diǎn)： ① 大容量(高產(chǎn)) 240kA預(yù)焙槽具有大容量的鮮明特點(diǎn)，其單槽日產(chǎn)原鋁可達(dá)～，且具有單位面積產(chǎn)能高的特點(diǎn)，電解槽平方米單位面積產(chǎn)鋁量～45kg，處于國(guó)內(nèi)鋁電解領(lǐng)先水平。南平鋁業(yè)順應(yīng)時(shí)勢(shì)，本著高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高技術(shù)的原則將原有的60KA側(cè)插自焙槽進(jìn)行更新?lián)Q代，優(yōu)化升級(jí)，改造成接近當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平的高產(chǎn)、高效、低能耗、低污染的240KA大型中間點(diǎn)式下料預(yù)焙槽。至今為止電解煉鋁雖然仍舊是建立在霍爾埃魯特的冰晶石－氧化鋁熔鹽電解的基礎(chǔ)上，但是無(wú)論是理論上還是工藝上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并繼續(xù)向前發(fā)展。第四章 鋁電解槽的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 鋁冶金的發(fā)展概況1886年美國(guó)人霍爾（Hall）與法國(guó)人埃魯特（Heroult）不約而同地提出了利用冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利，開(kāi)創(chuàng)了電解法煉鋁階段，最初是采用小型預(yù)焙電解槽，二十世紀(jì)初出現(xiàn)了小型側(cè)部導(dǎo)電的自焙陽(yáng)極電解槽，二十世紀(jì)四十年代出現(xiàn)了上部導(dǎo)電的自焙陽(yáng)極電解槽，五十年代起大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽的出現(xiàn)，使電解鋁技術(shù)邁向了大型化、現(xiàn)代化發(fā)展的新階段，電解槽容量到目前為止世界最大電解槽容量已達(dá)到500KA，電解槽的設(shè)計(jì)、安裝、操作控制都建立在現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)上，電解煉鋁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境保護(hù)水平都全然改觀、遠(yuǎn)非往昔可比。要求碳陽(yáng)極含雜質(zhì)盡量少，特別是鐵、硅、礬、鈦、鎳、硫等氧化物。，數(shù)量不多于3處。，深度不大于60mm,不得多于兩處。表3－5鋁電解用預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（YS/T2851998）牌號(hào)灰分％電阻率熱膨脹率％CO2反應(yīng)性Mg/() 耐壓強(qiáng)度MPa體積密度g/cm3真密度g/cm3不大于不小于TY1554532TY2605030TY3655529除理化指標(biāo)外，在外觀上也有嚴(yán)格要求：。預(yù)焙陽(yáng)極塊是預(yù)焙電解槽的陽(yáng)極材料，它是由焦炭按不同的粒度組成，與一定比例的瀝青配料、混捏，振動(dòng)成型，經(jīng)過(guò)高溫焙燒而成。⑷ 氟化鋰 氟化鋰分子式為L(zhǎng)iF，是鋁電解生產(chǎn)的一種良好的添加劑，它可以降低電解質(zhì)的初晶溫度，增加電解質(zhì)的導(dǎo)電度，改善電解質(zhì)的性質(zhì)，比氟化鎂、氟化鈣效果更顯著，但氟化鋰比較昂貴，鋁電解廠有時(shí)用碳酸鋰（Li2CO3）代替氟化鋰，降低成本。是鋁電解質(zhì)的一種添加劑，用以調(diào)整由于新槽的炭素內(nèi)襯選擇性吸收鈉鹽及裝爐時(shí)裝入大量低分子比冰晶石所造成的分子比下降。在正常的鋁電解生產(chǎn)中，往電解質(zhì)中添加一定數(shù)量的氟化鈣能降低電解質(zhì)的熔點(diǎn)，多被用于電解槽啟動(dòng)前裝爐，其作用是對(duì)爐幫形成有好處，可形成比較堅(jiān)固的爐幫。國(guó)產(chǎn)冰晶石和氟化鋁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表33和表34。冰晶石分子式為Na3AlF6,或?qū)懗蔀?NaF2. 氟化鹽： 鋁電解生產(chǎn)中所用氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有一些用來(lái)調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑，如：氟化鎂、氟化鋰、氟化鈣、氟化鈉。）灼 減（％）累 計(jì) （％）44μm74μm砂 狀中間狀粉 狀3040455 1530405060405060708090 因?yàn)樯盃钛趸X具有流動(dòng)性好，溶解快，對(duì)氟化氫氣體吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，正好滿足預(yù)焙槽的生產(chǎn)。根據(jù)氧化鋁的物理性能不同，可分為三類：砂狀、粉狀和中間狀，下表3－2列出三種氧化鋁的特性。 表31 國(guó)產(chǎn)氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（YS/T2741998）氧化鋁的化學(xué)成分等級(jí)牌號(hào)化學(xué)成份（％）Al2O3含量不少于雜質(zhì)含量不大于SiO2Fe2O3Na2O灼堿一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)AO1AO2AO3AO4 除化學(xué)成分外，中間點(diǎn)式下料預(yù)焙槽對(duì)氧化鋁的物理性能有特殊要求: a. 具有較小的吸水性，在電解質(zhì)中溶解性好；b．粒度適宜，加料時(shí)飛揚(yáng)損失少，能嚴(yán)密地覆蓋在陽(yáng)極炭塊上，防止陽(yáng)極在空氣中氧化；c. 保溫性能好，活性大，從而能有效地吸收HF氣體。P2O3（五氧化二磷）會(huì)影響電流效率。因?yàn)檠趸X中那些電位正于鋁元素的氧化物，例如SiO2(二氧化硅)和Fe2O3(氧化鐵)，在電解過(guò)程中會(huì)被鋁還原，或者優(yōu)先于鋁離子在陰極析出。 氧化鋁在電解生產(chǎn)中的作用是：a. 不斷地補(bǔ)充電解質(zhì)中的鋁離子，使其濃度保持在一定的范圍內(nèi)，保證電解生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行；，覆蓋在陽(yáng)極炭塊上防止陽(yáng)極氧化；，用來(lái)吸附電解煙氣中的氟化氫（HF）氣體。它的流動(dòng)性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過(guò)真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在混合爐內(nèi)凈化澄清之后，澆注成鋁錠，或生產(chǎn)其它鑄造產(chǎn)品等。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁是溶質(zhì)被溶解，以碳素作為陽(yáng)極（預(yù)焙陽(yáng)極塊），鋁液作為陰極，通入直流電流后，在940℃～970℃下，電解槽兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，即電解。 C＋CO2＝2CO在陽(yáng)極副反應(yīng)中，鋁和二氧化碳的反應(yīng)是電解過(guò)程中降低電流效率的主要原因，生產(chǎn)中應(yīng)盡量控制這類不利反應(yīng)的發(fā)生。9. 鋁的二次反應(yīng)冰晶石—氧化鋁熔鹽電解陽(yáng)極一次產(chǎn)物是二氧化碳?xì)怏w，但是在所有工業(yè)電解槽幫上對(duì)陽(yáng)極氣體的測(cè)量結(jié)果均不是100%的二氧化碳，一氧化碳的產(chǎn)生一般認(rèn)為是電解發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)，伴隨著一系列副反應(yīng)所致，主要過(guò)程為溶解于電解質(zhì)中的鋁被帶到陽(yáng)極區(qū)間與二氧化碳接觸而被氧化，即鋁的二次反應(yīng)。 d. 陽(yáng)極效應(yīng)的影響與危害性：發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)電壓驟升，揮發(fā)劇烈，消費(fèi)大量的電能和各種原材料，又影響鋁水品位，增加勞動(dòng)量，惡化環(huán)境等。臨界電流密度是指在一定條件下，發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)的陽(yáng)極電流密度。槽電壓驟升到數(shù)十伏，并聯(lián)在電壓表上的指示信號(hào)燈也亮了起來(lái)。電解質(zhì)對(duì)陽(yáng)極的濕潤(rùn)變壞，由于氣體薄膜的作用，和陽(yáng)極表面性質(zhì)改變而電阻增大，則電壓升高，于是陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生。隨著氧化鋁含量的逐漸減少，F(xiàn)離子開(kāi)始放電（與O2離子一起放電），生成碳氟類絡(luò)合物，而后分解生成COF2或CF4。在正常電解時(shí)，電解質(zhì)中的氧化鋁含量較高，此時(shí)在陽(yáng)極上總是含O2離子放電，連續(xù)析出CO2和CO氣體。③ 碳化鋁（Al4C3）的生成:在高溫條件下，鋁可與碳發(fā)生反應(yīng)生成碳化鋁 4Al+3C＝Al4C3 ⑵ 陽(yáng)極副反應(yīng) ① 陽(yáng)極效應(yīng): 陽(yáng)極效應(yīng)是鋁電解過(guò)程中發(fā)生在陽(yáng)極上的一種特殊現(xiàn)象。 Na＋+e＝Na在堿性電解質(zhì)中，溶解的鋁也可能發(fā)生下列反應(yīng)而置換出鈉。 Al(液)－e＝Al＋ ② 金屬鈉的析出:在陰極的主反應(yīng)是析出鋁而不是鈉,因?yàn)殁c的析出電位比鋁低。 2Al+Al3＋＝3Al＋ Al+6Na＋＝Al3＋+3Na2＋b. 在堿性電解質(zhì)中，鋁與氟化鈉發(fā)生置換反應(yīng)。厘米）表面張力和濕潤(rùn)性增加氟化鈉含量降低提高降低降低提高降低增加氟化鋁含量降低降低降低降低增加降低增加增加氟化鈣含量降低降低增加降低增加增加氟化鎂含量降低降低增加降低增加增加氧化鋁含量降低降低增加降低降低提高電解質(zhì)溫度提高降低降低增加提高降低炭粒含量增加增加降低降低8. 兩極副反應(yīng)在鋁電解過(guò)程中,除前面講的兩極主反