【正文】 面下等技術(shù)，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動環(huán)境；采用陰極炭塊與陽極炭塊投影相對應(yīng)的技術(shù)，有利于陽極和陰極的電流分布均勻；采用了電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開發(fā)了適應(yīng)大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動技術(shù)，形成了400kA電解槽生產(chǎn)操作管理技術(shù)；采用四種不同品質(zhì)陰極炭塊進行工業(yè)試驗，均達到了400kA電解槽試驗?zāi)繕?biāo)?，F(xiàn)安裝于中國鋁業(yè)蘭州分公司SY400電解槽[2]，技術(shù)指標(biāo)先進，同比350kA，300kA電解槽具備投資省，經(jīng)濟效益高的特點，能夠滿足建設(shè)技術(shù)起點高、裝備先進、大規(guī)模的鋁電解系列，單系列產(chǎn)能超過320kt/a以上，為中國鋁工業(yè)的國際化奠定堅實的基礎(chǔ)。我國自主研發(fā)的400kA級大型預(yù)焙陽極鋁電解槽技術(shù)，于08年由中國鋁業(yè)蘭州分公司、沈陽鋁鎂設(shè)計研究院研制開發(fā)獲得成功。 安全生產(chǎn) 55結(jié) 論 57參考文獻 58致 謝 5959 / 64前 言自上世紀(jì)80年代以來，我國電解鋁技術(shù)取得了很大的發(fā)展，尤其在大型預(yù)焙鋁電解槽的設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域形成了自己的大型鋁電解技術(shù)體系，開發(fā)成功了300kA~400kA大型鋁電解槽。 成本核算 53第九章 環(huán)境保護和安全生產(chǎn) 55167。 能量平衡列表 51第八章 勞動定員及成本核算 53167。 40167。 計算方法與基礎(chǔ)條件 40167。 陽極效應(yīng)分攤電壓降 37167。 37167。 槽底電壓降 36167。 陽極立柱母線電壓降 35167。 陽極大母線電壓降 34167。 電解質(zhì)電壓 33167。 短路母線 32第六章 電壓平衡 33167。. 陽極母線 29167。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu) 28167。 陰極結(jié)構(gòu) 27167。 概述 26167。 物料平衡的計算 23167。 綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的計算 19167。. 環(huán)境和土地 17第三章 技術(shù)經(jīng)濟 18167。. 運輸系統(tǒng) 16167。 使用壽命 15第二章 廠址選擇與論證 16167。 陽極裝置 13167。 鋁電解槽與電解槽系列 13167。 鋁電解預(yù)焙陽極炭塊 11167。 鋁電解原料——氧化鋁 9167。 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀 7167。 鋁電解簡史 4167。 鋁的用途 3167。 鋁的性質(zhì)及用途 3167。經(jīng)過多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。車間設(shè)計包括廠址選擇、電解槽設(shè)計、電壓平衡、能量平衡勞動定員及成本核算等。并且我國已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級鋁電解生產(chǎn)線。 400kA預(yù)焙槽鋁電解車間設(shè)計摘 要大型化是當(dāng)今世界鋁電解技術(shù)發(fā)展的大趨勢。在現(xiàn)有的320kA~350kA大型鋁電解槽基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)并建設(shè)高效、穩(wěn)定和更為節(jié)能的400kA大型鋁電解槽技術(shù)是當(dāng)今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標(biāo)。我們緊隨時代步伐，設(shè)計了400kA預(yù)焙槽鋁電解車間。該設(shè)計的年產(chǎn)量為22萬噸，電流效率高達94%。關(guān)鍵詞：鋁電解槽，物料平衡，能量平衡，電壓平衡，車間設(shè)計 The Design of 400kA Prebaked Anode Aluminum Reduction Plant ABSTRACTLargescale is the general trend of aluminium electrolysis technological development in the world nowadays．Developing more efficient，more stable and more energysaving 400kA aluminium reduction cell technology，based on the existing 320kA~350kA aluminium reduction cell，is the goal studied and chased by worldwide major aluminium panies．And there are a few aluminum electrolysis enterprises that have built 400kA grade aluminum electrolytic production line．Following the pace of times，we plete the design of the 400kA prebaked aluminum electrolysis workshop．The designs include siteselection， designs of electrolyzers，voltage balance, energy balance，labor quota and cost accounting and so on．Yield of the design reaches to the annual output of 220000 tons，and the current efficiency as high as 94%．After many discussions，we decide to choose Yichuan County Industrial Park as the site． KEY WORDS：aluminum reduction cell，material balance， energy balance，voltage balance，the design of workshop目 錄前 言 1第一章 鋁電解簡介 3167。 鋁的性質(zhì) 3167。 鋁電解簡史及發(fā)展現(xiàn)狀 4167。 6167。 鋁電解用原料與原材料 9167。 鋁電解熔劑——氟化鹽 10167。 鋁電解過程描述 12167。 陰極裝置 13167。 母線裝置 14167。. 電力供應(yīng) 16167。. 外圍服務(wù) 17167。 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的選擇論證 18167。 主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的確定與列表 21第四章 物料平衡 23167。 物料平衡列表 24第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計 26167。 陽極結(jié)構(gòu) 26167。 槽殼 27167。 母線結(jié)構(gòu) 29167。. 陰極母線 31167。 實際分解電壓 33167。 陽極電壓降 34167。 陽極軟母線電壓降 34167。 陰極電壓降 36167。 陰極軟母線電壓降 37167。 焊點壓降 37167。 連接母線壓降 38第七章 能量平衡 40167。 40167。 熱量支出計算 41167。 勞動定員 53167。 環(huán)境與衛(wèi)生 55167。先進的300kA~350kA大型預(yù)焙槽及其配套技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，從而減少了能量消耗和環(huán)境污染，但與國外先進電解槽相比較，我國電解槽在設(shè)計、制作、電解槽單位面積產(chǎn)鋁量及噸鋁直流電耗等方面還存在一定差距[1]。并與2008年3月21日通過了由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定。同時SY400電解技術(shù)具備是世界領(lǐng)先水平的電解技術(shù)，是當(dāng)前世界系列生產(chǎn)電流強度最大，單槽產(chǎn)量最大，綜合指標(biāo)最先進并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鋁電解槽。使用30%石墨質(zhì)陰極炭塊的電解槽，石墨化陰極炭塊的電解槽還有進一步提高電流強度的潛力。400kA級鋁電解車間設(shè)計，是適應(yīng)了我國鋁電解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及十二五規(guī)劃總體要求：淘汰100千安及以下電解鋁預(yù)焙槽，確立綠色發(fā)展的理念，提升工業(yè)節(jié)能發(fā)展水平，推廣新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽極電流密度超大型鋁電解槽，到2015年，新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽普及率將達到80%以上[4]。同時，采用電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制了電解槽平衡與物料平衡，還采用一套適應(yīng)大型電解槽穩(wěn)定、安全的焙燒技術(shù)，形成了一套與大型電解槽配套的生產(chǎn)操作管理技術(shù)。 第一章 鋁電解簡介167。 鋁的性質(zhì)鋁是一種銀白色的輕金屬，位列元素周期表第三周期ⅢA族，原子序數(shù)13，其主要特性如下：(1)熔點低，鋁的熔點與純度有密切關(guān)系，%的鋁熔點為660℃。(3)密度小，鋁的密度只有鋼的1/3，~，隨溫度升高，鋁的密度隨之降低，在950℃ g/cm3。鋁中添加其他元素，都會增大鋁的電阻率。(5)鋁具有良好的導(dǎo)熱能力，鋁的導(dǎo)熱性能差不多是不銹鋼的十倍，在20℃時, W/(cm(6)鋁具有良好的反光性能，~12μm的光線。(8)鋁易于加工，可用一般的方法把鋁切割、焊接或黏接，鋁易于壓延和拉絲。(9)鋁具有良好的防腐蝕性，鋁表面在空氣中和氧易結(jié)合成一層牢固的氧化鋁薄膜，這層氧化鋁薄膜是連續(xù)的、無孔的，阻止了鋁的進一步氧化，提高了鋁的抗氧化和抗腐蝕能力。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲能綠色環(huán)保型金屬。 鋁的用途由于鋁具有質(zhì)輕、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、可加工性以及構(gòu)成高強度、耐腐蝕性的合金和可再生循環(huán)利用等優(yōu)良的性能，因而鋁成為有色金屬中應(yīng)用最廣泛的金屬，是僅次于鋼鐵的第二大金屬。它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在下面幾個方面。近年來汽車工業(yè)用材料要求向體形小、 質(zhì)量輕的方向發(fā)展，所以用鋁量不斷增加。另外，火車車廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。(2)建筑工業(yè)材料鋁材已在建筑方面得到廣泛的應(yīng)用。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)輕，導(dǎo)電又好，所以鋁在電力輸配、器件制造等方面已成為制造電線、電纜、電容器、整流器、母線以及無線電器材的主要材料。在化學(xué)工業(yè)上常用鋁及其合金制造各種反應(yīng)器、儲槽和管道等。目前以大型的倉庫儲槽、容缸到小型的食品罐頭盒子及零用包裝鋁箔都有鋁的應(yīng)用。167。 鋁電解簡史鋁在地殼中的含量高達8%，幾乎占地殼中全部金屬總量的三分之一。1825年丹麥化學(xué)家奧斯特（）用鉀汞齊還原無水氯化鋁，得到一種灰色的金屬粉末，在研磨石呈現(xiàn)金屬光澤，這是人類首次得到金屬鋁。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。這一方案后來在德國 Gmelingen 鋁鎂工廠里被采用。但那時的試驗是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗。1883 年，美國Bradley提出利用氧化鋁可溶于熔融冰晶石的特性來電解冰晶石氧化鋁熔鹽的方案，但未獲得專利。這就是歷來所稱的Hall Heroult(霍爾埃魯)法，簡稱HH法。1888年，美國匹茲堡電解廠開始用冰晶石氧化鋁熔鹽電解法煉鋁。與化學(xué)法相比，電解法成本比較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，故沿用至今。1954年我國撫順鋁廠投產(chǎn)，采用當(dāng)時前蘇聯(lián)設(shè)計的60 kA側(cè)插陽極棒自焙陽極電解槽。目前，法國有6臺電流強度達500kA的電解槽在進行工業(yè)應(yīng)用試驗。除此法外，世界各國科學(xué)家也一直在研究許多的煉鋁新方法，如：電熱法煉鋁、氯化鋁電解法、礦石直接煉鋁法、高爐煉鋁法、錳還原法、惰性陽極和可濕潤陰極電解槽等。167。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320kA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進步令人注目。然而由于我們在跟蹤國際電解鋁技術(shù)發(fā)展過程中實現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點，大型槽技術(shù)尚未經(jīng)過生產(chǎn)過程的逐步完善的過程，在生產(chǎn)實用技術(shù)領(lǐng)域缺乏應(yīng)有的技術(shù)積累和支撐，因此仍存在國際水平仍有較大差距[5]。由于開發(fā)時間短，對我國大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實際運行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國際先進水平還有較大差距。鋁電聯(lián)營是我國電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢之一，但同時在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。——缺乏建立在對陰極破損機理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達到設(shè)計壽命，早期破損率高。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，我國尚缺乏對鋁電解槽破損(常稱為陰極破損)機理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。——缺乏先進的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行后電解槽的物理場(電場、磁場、流場)容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。槽以下，167。現(xiàn)代化預(yù)焙電解槽的電流強度繼續(xù)向超大型化發(fā)展。最近，俄羅斯鋁業(yè)啟動了電流強度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。h/t，減少33%污染物。600~740 kA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中。h/t(Al)；最先進的技術(shù)指標(biāo)電流效率可達96%，電耗略低于13000 kW法國彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認為代表當(dāng)今國際領(lǐng)先水平。(2)槽電壓和電解穩(wěn)定性均較高,電解質(zhì)過熱度都較低，不超過10℃，槽膛內(nèi)形中爐幫和伸腿的固相結(jié)殼厚度穩(wěn)定合理，因此電流效率高，可達95%~96%，電耗可低到13000kW(3)分子比、氧化鋁和陽極效應(yīng)系數(shù)低，說明其設(shè)計操作和控制技術(shù)水平高。采用的物理場數(shù)學(xué)模型精確有效，電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量高，槽電解運行穩(wěn)定性好，電流效率可達95%~96%。控制水平先進，控制效應(yīng)系數(shù)向零目標(biāo)發(fā)展。這樣不僅電流效率高、炭耗低，而且電解槽壽命長。優(yōu)化電解質(zhì)組成，降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效率。 kg/t(Al)水平。對于可望替代現(xiàn)有霍爾埃魯特電解法的一些煉鋁新工藝方法，如炭熱還原法、氯化鋁雙極多室電解法等長遠課題還在繼續(xù)進行研究。 鋁電解生產(chǎn)所需用的原材料大致分三類：原料—氧化鋁；熔劑—氟化鹽(包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣和氟化鋰等)；預(yù)焙陽極炭塊或炭糊。 鋁電解原料——氧化鋁氧化鋁是當(dāng)前冰晶石氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來的有一定粒度要求的