【正文】 統(tǒng)，會(huì)引起設(shè)備事故，需進(jìn)行交、直流隔離，因此電解槽的許多部位需要進(jìn)行絕緣。 陽極結(jié)構(gòu)(1) 鋁導(dǎo)桿陽極組數(shù)經(jīng)過計(jì)算為48組，陽極導(dǎo)桿是48根，取陽極導(dǎo)桿規(guī)格為145mm145mm2278mm，斷面尺寸為145mm145mm。鋁鋼爆炸焊片，其中鋁板規(guī)格為1651652mm3，鋼板規(guī)格為16516540mm3，鋁鋼接觸面積不超過98%，耐熱不小于350℃。設(shè)計(jì)所用陽極每組炭塊共有四個(gè)鋼爪，鋼爪間距為200mm，鋼爪上電流密度為。(4) 陽極炭塊陽極炭塊尺寸為：1550mm660mm540mm取殘極高度為160mm，陽極凈耗為450kg/tAl，則換極周期為： (52)另外，殘疾高度為160mm，則可消耗陽極炭塊重量為：15566(5616)=621984g= (53)（槽取陽極更換周期為22天。 陰極結(jié)構(gòu)167。搖籃支架選用360mm工字鋼、厚鋼板焊制而成，槽側(cè)和端壁都設(shè)有一些搖籃架。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu)(1) 槽側(cè)部?jī)?nèi)襯選擇槽側(cè)部用一層炭塊，以使電解槽側(cè)部散熱型，易于形成側(cè)部槽幫。在側(cè)部炭塊和底部炭塊之間有用炭糊扎成人造伸腿，以便形成側(cè)部電解質(zhì)爐幫。陰極炭塊為2層耐火磚，每層厚65mm，耐火磚之間用耐火泥粘結(jié)并錯(cuò)縫壘砌，耐火磚下是一層65mm的干式防滲料，干式防滲料能防止電解質(zhì)滲透并與滲透的電解質(zhì)作用生成一層堅(jiān)硬的防滲層，有利于提高電解槽壽命及降低氟化鹽單耗。底部?jī)?nèi)襯厚度共392mm。(3) 陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算陰極結(jié)構(gòu)可采用“長(zhǎng)短型”，也可采用通長(zhǎng)陰極炭塊。取陰極炭塊到槽膛端壁的距離為420mm，炭塊間的炭糊扎縫為40mm，可計(jì)算陰極炭塊數(shù)量n：1760040(n1)660n=4202 解得 n=24炭塊到端壁邊緣的距離為：(17600402366024)/2=420mm炭塊到側(cè)壁邊緣的距離為：(39003410)/2=245mm陰極鋼棒規(guī)格：4480mm200mm150mm，~，選擇D陰極=陰極截面積為：S=40000/=2000000mm2陰極鋼棒數(shù)為：2000000/(150200)=，取66根陰極鋼棒 效驗(yàn)陰極鋼棒電流密度為：d=400000/(15020066)=由槽膛尺寸及槽膛內(nèi)襯尺寸可算出槽殼尺寸：槽殼寬度=3900+2150(內(nèi)襯)+212(鋼板)+225(伸縮縫)=4274mm槽殼長(zhǎng)度=17600+2150(內(nèi)襯)+212(鋼板)+225(伸縮縫)=17974mm槽殼深度=550+450(底部炭塊)+392(內(nèi)襯)+12(鋼板)+40(槽沿板) =1444mm167。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周圍或底部，陽極母線與陰極母線之間通過聯(lián)絡(luò)母線、立柱母線和軟母線連接，這樣將電解槽一個(gè)一個(gè)的串聯(lián)起來，構(gòu)成一個(gè)系列。因而所設(shè)計(jì)的母線系統(tǒng)必須很好的平衡磁場(chǎng)，以減少鋁液的流動(dòng)和波動(dòng)。本設(shè)計(jì)的電解槽為400kA預(yù)焙槽，采用大面四點(diǎn)進(jìn)電母線配置。陽極母線采用鑄造鋁母線，兩端用軟母線與端頭母線連接，一邊陽極母線升降。，則母線截面積為： (57)取母線規(guī)格為580mm260mm，取一根，校驗(yàn)?zāi)妇€電流密度為： (58)圖51 母線配置簡(jiǎn)圖(2) 陽極軟母線，軟母線規(guī)格為600mm2mm，軟母線的片數(shù)為： (59)校驗(yàn)電流密度： (510)軟母線長(zhǎng)度一般為1550mm，設(shè)計(jì)?。?。(1) 陰極軟母線母線規(guī)格為200mm2mm，則陰極軟母線片數(shù)為： 取38根 (513)校驗(yàn)電流密度： (514)(2) 槽周陰極母線根據(jù)母線配置圖可知，槽周陰極母線分為A側(cè)槽周陰極母線和B側(cè)槽周陰極母線及槽底陰極母線，電流經(jīng)過陰極鋼棒進(jìn)入A側(cè)和B側(cè)槽周陰極母線，A側(cè)經(jīng)過槽底陰極母線與B側(cè)電流交匯經(jīng)過槽間連接母線進(jìn)入到下一個(gè)槽子的立柱母線上。表52 槽周陰極母線電流配置 B側(cè)I/163I/163I/16I/16A側(cè)I/8I/16I/16I/16I/16I/8取母線規(guī)格為：800mm300mm校驗(yàn)電流密度A側(cè)：中間槽陰極母線上電流密度為： (515)端部槽陰極母線上電流密度為： (516)B側(cè)：端部槽周陰極母線上電流密度為： (517)中部槽周母線上電流密度為： (518)根據(jù)上述計(jì)算，可列出陰極母線規(guī)格于表53中： 表53 陰極母線規(guī)格表名稱規(guī)格數(shù)量電流密度/（A/mm2）陰極軟母線200mm2mm50槽周陰極母線 A側(cè)800mm300mm中間4端部2B側(cè)800mm200mm中間2端部2167。需要短路時(shí)將立柱母線與短路母線之間的絕緣板抽出，然后將短路母線與立柱母線用螺栓壓緊。第六章 電壓平衡工業(yè)電解槽的電能消耗率與電流效率和平均電壓兩個(gè)因素有關(guān)，降低平均電壓或提高電流效率都能減少電解槽的電能消耗率。 實(shí)際分解電壓即極化電壓，就是Al2O3理論分解電壓與陽極過電壓和陰極過電壓之和?！?。 電解質(zhì)電壓電解質(zhì)電壓可根據(jù)克魯鮑夫提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (62)式中 ： S陽極的截面積，cm2； L極間距離，cm； 2（A+B）陽極周長(zhǎng)，cm； 電解質(zhì)的比電阻，～。 陽極電壓降 167。大母線長(zhǎng)一半為： 16760247。等斷面變電流母線電壓降由下式算出：所以 167。 陽極立柱母線電壓降(1) 陽極焊點(diǎn)電壓降（軟母線與平衡母線焊點(diǎn)電壓降、軟母線下焊接點(diǎn)電壓降及立柱母線與陰極母線焊接點(diǎn)電壓降），取15mV。(3) 壓接鋁板及壓接點(diǎn)的電壓降8mV。 陽極炭塊組電壓降(1) 陽極導(dǎo)桿電壓降 設(shè)：鋁導(dǎo)桿長(zhǎng)度L，橫截面積S，每根導(dǎo)桿通入的電流i，鋁導(dǎo)桿的電阻系數(shù)代入下式： (69)(2) 導(dǎo)桿下部電壓降 包括：鋁鋼爆炸焊接區(qū)電壓降10mV，鋼爪壓降24mV，鋼炭接觸壓降110mV。(4) 預(yù)焙炭塊壓降 按公式計(jì)算。 陰極電壓降167。這包括鋁液陰極炭塊、炭塊本身、炭塊陰極鋼棒以及鋼棒本身的電壓降。電流通過陰極炭塊路徑的長(zhǎng)度按下式計(jì)算： (614)式中 H——陰極炭塊高度（55cm）； h和b——陰極鋼棒的高度和寬度，在計(jì)算中取h=23cm，b=18cm,故 (615)將選擇與求得的值代入公式中，得到炭塊槽底電壓降：(616)167。 槽周陰極母線電壓降槽周陰極母線有A側(cè)母線和B側(cè)母線，其中A側(cè)中間母線有4根，取長(zhǎng)為6000mm，截面積600mm200mm，端部母線有兩根，取長(zhǎng)為7000mm，截面積為600mm200mm；B側(cè)母線中間有2根，取長(zhǎng)為5000mm，截面積為600mm200mm，端部母線有兩根，取長(zhǎng)為2000mm，截面積為600mm200mm。167。167。日），電壓由4V升至40V，可計(jì)算出： (619)167。槽外母線均攤電壓根據(jù)實(shí)測(cè)取60mV。表61 槽電壓平衡表部位電壓組成電壓降，mV發(fā)熱電壓，mV陽極部分陰極軟母線立柱母線鋁導(dǎo)桿卡具11鋼炭接點(diǎn)110110鋼爪2424陽極鋁鋼焊點(diǎn)10陰極部分陰極軟母線槽底壓降槽周陰極母線陰極各接點(diǎn)8電解質(zhì)17241724 續(xù)表61部位電壓組成電壓降/mV發(fā)熱電壓/mV分解電壓15501550工作電壓總計(jì)陽極效應(yīng)連接母線60平均電壓總計(jì)發(fā)熱電壓總計(jì)第七章 能量平衡電解槽的能量平衡是指電解槽單位時(shí)間內(nèi)由外部供給的能量與電解槽本身在同種環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換與能量交換過程中所消耗的能量之間的平衡。 計(jì)算方法與基礎(chǔ)條件(1) 計(jì)算方法所謂計(jì)算體系，即計(jì)算對(duì)象的邊界范圍。一般有兩種計(jì)算體系:第一種是以槽底槽殼槽罩為其外部邊界：另一種是以槽底槽面陽極為其計(jì)算體系邊界。 能量平衡計(jì)算167。h (72) =每個(gè)電解槽中： CO2的生成熱為：103=CO的生成熱為： 103=則氣體總生成熱： Q氣=+=CO的燃燒熱：CO在火炎部分燃燒，使體系內(nèi)空氣溫度升高，一般可認(rèn)為燃燒50％，CO+1/2O2=CO225℃時(shí)1kmolCO燃燒生成CO2，燃燒熱為67630kCal，則 QCO→CO2=6763050%=167。℃Q氣=CpΔt=14600（8525）=262800kCal/h= (73)3. 鋁液帶走的熱量電解溫度：950℃ 鋁的熔點(diǎn)：660℃由物質(zhì)的比熱表可查得鋁的熔化熱：93kCal/kg由物質(zhì)的比熱表可查的鋁的比熱： 298K~933K時(shí) C0==933K~1273K時(shí) Cp=則 (74) = Q熔== (75) =所以QAl=Q固+Q熔+Q液=++= = (76)4. 殘極帶走的熱由 Al2O3+12/7→2Al+9/7CO2+3/7CO知1mol氧化鋁需12/7mol的碳，每塊殘極高度165mm，消耗375mm，故C殘：C耗=165:375則殘極的量為： (77) 由于殘極損失時(shí)表面溫度為450℃，電解質(zhì)溫度為950℃，故殘極換出溫度約為： 殘極碳比熱：Cp=+105T2 故殘極碳帶走熱量為： =(78) 殘極上覆蓋有10mm的氧化鋁，平均溫度為500℃，帶走熱量1000kCal/h殘極總帶走熱量為：+1000=5. 加熱冰晶石、氟化鋁熔化冰晶石、氟化鋁、氟化鎂等需22W/kgAl，則一小時(shí)需：22=6. 散熱損失電解槽散熱損失計(jì)算，采用傳導(dǎo)計(jì)算法，在前人的基礎(chǔ)上對(duì)角部采用分布場(chǎng)計(jì)算法，即槽底以下的面積采用幾何平均面積，正對(duì)槽膛底的面積用等面積進(jìn)行計(jì)算，角部用溫度分布平均值進(jìn)行計(jì)算。干式防滲料：65mm。(1) 槽殼損失傳導(dǎo)熱損失：Q=kSΔtk值計(jì)算采用圖解法：側(cè)部：℃，本設(shè)計(jì)?。?5℃.底部：平均94℃，本設(shè)計(jì)取90℃.第一部分我槽膛底以上部分（AA），以上部分由于內(nèi)外面積相差不大，所以用幾何平均面積，余下部分由于相差較大（S2＞2S1），可分為兩部分；第二部分為槽膛底面積；第三部分為角部，采用溫度場(chǎng)分布，取平均值計(jì)算。λ1=103t=103925=℃粘土質(zhì)耐火磚：δ=652=130mm氧化鋁添縫：2mmδ2=130+2=132mm，取平均溫度：870℃λ2=+103t=+103870 =℃干式防滲料：δ3=65mm，λ3=℃保溫磚：δ4=652=130mm，平均溫度450℃ λ4=+103t=+103450 =℃硅酸鈣質(zhì)絕緣板：δ5=65mm，λ5≤℃鋼殼：δ6=12mm，λ6=45kCal/m2h℃ (79) 解得k=Q1=kSΔt=860=用所求得的Q驗(yàn)算各層溫度是否合理：Δt=Q/kS陰極炭塊： t==℃實(shí)際平均溫度： b. 槽膛底以下的熱損失由于內(nèi)外面積相差不大，用幾何平均值： = (710)電解質(zhì)溫度為950℃，槽殼面溫度為600℃，Δt=950600=350℃槽幫：δ1=15cm=，取平均溫度為900℃，則：λ1=102t+104t2=℃?zhèn)炔刻繅K：δ2=125mm，其、取平均溫度為850℃ λ2=+103t=℃鋼板：δ3=12mm，λ3=45kCal/m2h℃ (711) 解得 k=傳導(dǎo)熱：Q2=kSΔt=350=c. 角部熱損失AD面的散熱損失：AD面面積SAD=（）（+）2=AB面熱源是變溫?zé)嵩?，溫度梯度較大，為了計(jì)算方便，取取保溫磚上表面溫度650℃作為