【正文】 鋁電解槽開發(fā)現(xiàn)狀及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280KA、320KA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人矚目。擠壓、擠壓與拉拔結(jié)合生產(chǎn)的無縫管可與機(jī)械制造的有縫管和焊接管相匹敵。具有軸對(duì)稱的設(shè)計(jì)件特別適合于用擠壓形式生產(chǎn)。另一類是非通用的產(chǎn)品，這是為了某個(gè)特定用途而設(shè)定的產(chǎn)品，包括擠壓型材、鍛件、沖擠件、鑄件、沖壓件、粉末冶金零件、機(jī)加工件和鋁基復(fù)合材料。鋁及其合金可以用已知的所有方法澆鑄成鑄件或加工成材。家具：質(zhì)輕、低維護(hù)費(fèi)用、抗蝕、經(jīng)久耐用和美麗的外觀是鋁制家具的主要優(yōu)點(diǎn)。鋁因其高強(qiáng)度/密度之比率、抗腐蝕性和重量功效而得到廣泛應(yīng)用，特別是用在壓縮的設(shè)計(jì)中。航空航天：鋁實(shí)際上用于飛機(jī)、導(dǎo)彈和宇宙飛船工業(yè)的所有部分。鐵路車輛：鋁用于制造鐵路底卸車、冷凍車和槽車，鋁亦廣泛用于鐵路客車，特別是那些公共交通系統(tǒng)的車輛。由于使用擠壓的車身縱梁、車架下梁和橫梁，卡車自重已減小。每臺(tái)汽車的典型鋁用量約70kg，此數(shù)據(jù)正在急劇增加，因?yàn)槠毡榈墓?jié)省燃料的要求迫使如此，而且人們還不斷強(qiáng)調(diào)回收鋁的重要性。鋁箔頗適用于包裝，箔制盒，包括用于盛食品與藥劑，并可作家用。包裝業(yè)一直是用鋁的市場(chǎng)之一，且發(fā)展最快。吊車、輸送機(jī)和重載裝卸系統(tǒng)包含了大量的鋁材。鋁也普遍用于橋梁結(jié)構(gòu)上，特別是長墩距橋梁或活動(dòng)橋梁的平衡裝置和升橋的施工中。雖然結(jié)構(gòu)鋼型材與板材的基建投資費(fèi)用較低，但當(dāng)人們考慮到工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)、質(zhì)輕或抗腐蝕性時(shí)，通常采用了鋁。鋁在空氣中表面會(huì)生成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜可以阻止鋁的進(jìn)一步氧化和腐蝕；而鋁粉可燃鐃，和氧氣反應(yīng)發(fā)出強(qiáng)烈白光，生成氧化鋁；鋁能與非金屬發(fā)生反應(yīng)（如硫等）生成鋁的化合物（如Al2S3等）；鋁也能與不活動(dòng)金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的混合物就是我們熟知的鋁熱劑；此外鋁還能與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，能與熱水發(fā)生緩慢的反應(yīng)生成Al(OH)3并釋放氫氣等。鋁具有兩性的特點(diǎn)，遇酸顯堿性，遇堿顯酸性，和堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽，和酸反應(yīng)生成鋁鹽。輻射能、可見光、輻射熱和電波都能有效地被鋁反射，而陽極氧化和深色陽極氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，拋光后的鋁在很寬波長范圍內(nèi)具有優(yōu)良的反射性，因而具有各種裝飾用途及具有反射功能性的用途。鋁沒有磁性和毒性，具有良好的延展性、導(dǎo)熱性以及良好的反射光、熱的能力；鋁的導(dǎo)電性僅次于銀和銅（導(dǎo)電率為銅的64%，而密度為銅的30%）?！?，沸點(diǎn)為2467℃。鋁及其合金的優(yōu)良特點(diǎn)是其外觀好、質(zhì)輕，可塑加工性、物理和力學(xué)性能好，以及抗腐蝕性好，從而使鋁及鋁合金在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。近一個(gè)世紀(jì)的歷史進(jìn)程中，鋁的產(chǎn)量急劇上升，到了20世紀(jì)60年代，鋁在全世界有色金屬產(chǎn)量上超過了銅而位居首位，這時(shí)的鋁已不單屬于皇家貴族所有，它的用途涉及到許多領(lǐng)域，大至國防、航天、電力、通訊等，小到鍋碗瓢盆等生活用品。直到1889年，倫敦化學(xué)會(huì)還把鋁和金制的花瓶與杯子作為貴重的禮物送給門捷列夫。這時(shí)的鋁十分珍貴，據(jù)說在一次宴會(huì)上，法國皇帝拿破侖獨(dú)自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨(dú)特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬。 Design目 錄目 錄 31 緒論 1 鋁的物理化學(xué)性質(zhì)和用途 1 鋁的簡(jiǎn)介及物化性質(zhì) 1 鋁的用途 2 3 國內(nèi)外鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 3 電解鋁工業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 4 電解鋁生產(chǎn) 4 鋁電解工藝流程 4 鋁電解的原料：氧化鋁 5 鋁電解的熔劑：氟鹽 7 冰晶石 7 氟化鋁 8 氟化鈣 8 氟化鎂 8 電解鋁機(jī)理 9 鋁電解的總反應(yīng) 9 陰極反應(yīng) 9 陽極反應(yīng) 10 鋁電解的主要設(shè)備—鋁電解槽簡(jiǎn)介 10 電解槽槽型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)剖析 10 鋁電解槽槽型的發(fā)展趨勢(shì) 11 我國電解鋁技術(shù)存在的問題 11 電解槽壽命 11 陽極質(zhì)量 12 電流密度 13 電流效率 13 過熱度 14 本設(shè)計(jì)的目的和內(nèi)容 152 電解槽的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 16 基礎(chǔ)計(jì)算 16 鋁電解槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 17 鋁電解槽的電壓分配 20 極化電動(dòng)勢(shì) 21 電解質(zhì)電壓降 22 陽極電壓降 23 陰極電壓降 23 鋁母線電壓降、陽極效應(yīng)均攤電壓降 24 物料平衡 25 物料平衡計(jì)算 25 物料平衡列表 26 能量平衡 26 計(jì)算方法與基礎(chǔ)條件 26 能量平衡計(jì)算 27 能量平衡列表 333 鋁電解槽炭陽極與陽極炭塊 34 陽極炭塊及炭塊組 34 預(yù)焙陽極操作 35 炭陽極生產(chǎn)工藝及設(shè)備流程 35 原料庫和瀝青庫 37 煅燒 38 破碎磨粉工段及配料混捏 38 成型、焙燒 39 主要設(shè)備 394 預(yù)焙槽煉鋁的生產(chǎn)技術(shù) 41 鋁電解槽的預(yù)熱 41 預(yù)焙槽的啟動(dòng) 42 預(yù)焙槽的啟動(dòng)后期 44 病槽及病槽治理 455 低溫鋁電解 49 低溫鋁電解的研究 49 低溫鋁電解的展望 506 參考文獻(xiàn) 51專 題 527 致 謝 61 第 62 頁1 緒論 鋁的物理化學(xué)性質(zhì)和用途 鋁的簡(jiǎn)介及物化性質(zhì)鋁是地球上含量極豐富的金屬元素，其蘊(yùn)藏量在金屬中居第2位。 Energy Balance。編制設(shè)計(jì)說明書，繪制電解槽結(jié)構(gòu)圖，車間平面圖和工藝流程圖，并完成專題論文鋁電解過程煙氣污染及控制的寫作。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)。 年產(chǎn)18萬噸電解鋁的鋁電解車間工藝設(shè)計(jì)專 業(yè)：冶金工程學(xué) 生：指導(dǎo)老師：設(shè)計(jì)總說明電解槽是鋁生產(chǎn)的主要設(shè)備，本設(shè)計(jì)在分析了大量文獻(xiàn)資料和實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)鋁電解槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)生產(chǎn)電解鋁工藝過程的能量平衡、電壓平衡、物料平衡進(jìn)行了計(jì)算，以熟悉鋁電解過程，并在計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)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程物理化學(xué)反應(yīng)，鋁電解質(zhì)體系的性質(zhì)，電解槽的啟動(dòng)和常規(guī)作業(yè)流程以及電解車間設(shè)計(jì)的基本原理。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。關(guān)鍵詞：鋁；電解槽；能量平衡；設(shè)計(jì) The Plant Design of 180,000 Tons of Aluminum Electrolytic Aluminum Speciality: Metallurgical EngineeringStudent: Xu Zhi fei Instructor: Ma Hong zhouDesign DescriptionLianlv aluminium cell is the main equipment, the design in the analysis of a large number of literature and field research on the basis of aluminium cell structure of the design, electrolytic aluminum production process of the energy balance is calculated to familiar with the aluminum Electrolysis process, and in the calculation on the basis of major equipment selection and workshop graphic design and the total transport scheme for the plans. This paper also introduced the electrolytic process of physical and chemical reactions, electrolyte aluminum nature of the system, the startup cell and conventional electrolysis processes and the basic principles of design workshops. Design selection of the aluminum electrolytic process of basic parameters, current intensity selection of 300KA, groove type selection of intermediate material four point feeding prebaked pot, and a control machine. The bus is four point of entry, current efficiency is 94%, the total production capacity of 180,000tons.System design specification, drawing the electrolytic trough structure, workshop floor plan and process flow diagram, and plete the study of aluminum electrolysis flue gas pollution and its control in writing.Keywords: Aluminum。 Electric Cell。至19世紀(jì)末，鋁才嶄露頭角，成為在工程應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的金屬，且風(fēng)行一時(shí)。1854年，法國化學(xué)家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通入氯氣后加熱得到NaCl，AlCl3復(fù)鹽，再將此復(fù)鹽與過量的鈉熔融，得到了金屬鋁。泰國當(dāng)時(shí)的國王曾用過鋁制的表鏈；1955年巴黎國用博覽會(huì)上，展出了一小塊鋁，標(biāo)簽上寫到：“來自粘土的白銀”，并將它放在最珍貴的珠寶旁邊。1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨(dú)立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。它的化合物用途非常廣泛, 不同的含鋁化合物在醫(yī)藥、有機(jī)合成、石油精煉等方面發(fā)揮著重要的作用。 純凈的鋁是具有銀白色光澤的金屬，179。鋁具有良好的低溫強(qiáng)度特性，強(qiáng)度隨溫度降低而增大，即使溫度降低到198℃鋁仍不變脆。鋁的表面具有高度的反射性。鋁元素位于元素周期表第三周期第三主族，最外層有3個(gè)電子，容易發(fā)生還原反應(yīng)失去這3個(gè)最外層電子形成+3價(jià)鋁離子。應(yīng)指出的是，在常溫下濃硫酸和濃硝酸會(huì)使鋁鈍化，但加熱時(shí)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)；只有鹽酸和稀硫酸等才會(huì)跟鋁發(fā)生置換反應(yīng)，生成鹽并放出氫氣。 鋁的用途鋁廣泛的應(yīng)用于各種建筑中，如橋梁、塔樓和儲(chǔ)罐等。 鋁可用于橋梁與公路的輔助結(jié)構(gòu)上，如橋梁欄桿、公路護(hù)欄、照明標(biāo)準(zhǔn)件、交通指揮塔、交通標(biāo)志和連接圍欄等。 腳手架、爬梯、變電所構(gòu)筑物及其它公用工程構(gòu)筑物，常使用的鋁材形式主要是結(jié)構(gòu)型材和特殊擠壓型材。儲(chǔ)水大罐常用鋁合金建造，以增強(qiáng)抗腐蝕性并形成引人注意的外觀。包裝業(yè)產(chǎn)品包括家用包裝材料、軟包裝和食品容器、瓶蓋、軟管、飲料罐與食品罐。變形鋁制品和鑄造鋁制品在汽車結(jié)構(gòu)中應(yīng)用頗廣?？ㄜ囉捎谥亓康南拗萍叭藗兿朐黾佑行лd重量的愿望，制造商已增加鋁在駕駛室、拖車和卡車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。擠壓的模板及鍛造的駕駛盤已常見。海上應(yīng)用：鋁普及于各種各樣的海上應(yīng)用中，包括船舶的主要受力構(gòu)件如船體與艙面室，以及其它應(yīng)用如煙囪外殼、艙蓋、窗框、空氣出口、舷梯、信道、船尾、甲板、通風(fēng)設(shè)備、船用家具、以鋁代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。制造機(jī)身、引擎、附件、液體燃料和氧化劑的容器設(shè)備。家用電器：由于鋁制品質(zhì)量輕、外觀美觀、具有對(duì)各種形式加工的適應(yīng)性以及便宜的制造加工費(fèi)用，因此鋁廣泛應(yīng)用于家用器具中，質(zhì)輕是它重要的特性，可適應(yīng)于真空吸塵器、電熨斗、便式洗碟機(jī)及食品加工機(jī)與攪拌器的要求。機(jī)械與設(shè)備：鋁材也被廣泛地應(yīng)用在加工設(shè)備、紡織設(shè)備、煤礦機(jī)械、移動(dòng)式灌溉管與工具。鋁及其合金的加工產(chǎn)品可以劃分為兩類：一類是通用產(chǎn)品，包括薄板、厚板、箔、棒材、線材、管材以及結(jié)構(gòu)型材，其中板材可細(xì)分為圓形棒和非圓形棒，其中管材可細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)圓管和非標(biāo)準(zhǔn)圓形管。擠壓件其實(shí)是擠壓固體金屬通過開孔模而生產(chǎn)出來的。使用現(xiàn)行的工藝，也能擠壓復(fù)雜的、有心軸的和不對(duì)稱的外形，精密擠壓可顯出非同尋常的嚴(yán)格尺寸和表面光潔度，工件的主要尺寸通常不需要機(jī)加工；擠壓后產(chǎn)品的精度可容許用簡(jiǎn)單的切割、鉆孔、擴(kuò)孔和其它小量的機(jī)加工來達(dá)到。 國內(nèi)外鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀中國鋁電解技術(shù)自70年代末引進(jìn)160KA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國外技術(shù)開始，揭開了中國現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。大容量電解槽的開發(fā)，使中國鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大（一個(gè)系列產(chǎn)能可達(dá)20萬噸以上），巨大的用電負(fù)荷集中在一個(gè)生產(chǎn)系列上（一般達(dá)40萬KW以上），電解系列生產(chǎn)的任何波動(dòng)都會(huì)造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。影響中國大型槽槽壽命的問題除了中國普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計(jì)、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動(dòng)、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。中國300KA級(jí)的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時(shí)間短。焙燒啟動(dòng)過程中電流分布不均的問題