170-KA的鋁電解槽的設(shè)計(jì)22頁

1、目 錄一鋁工業(yè)的介紹1.鋁電解工業(yè)現(xiàn)狀.12.電解鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢23.全球電解鋁市場供求狀況3二熔鹽電解1.熔鹽電解質(zhì) 42.影響熔鹽電解質(zhì)的因素 5三電解生產(chǎn)工藝流程 6四鋁電解槽的設(shè)計(jì)計(jì)算1.陽極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算.72.電解槽槽體結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算. .83.陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計(jì)算.9五.鋁電解槽導(dǎo)電部件的選擇計(jì)算1.陽極部分導(dǎo)電部件的選擇與計(jì)算. 102.陰極部分導(dǎo)電部件的選擇與計(jì)算.11六.鋁電解槽電壓平衡計(jì)算1.陽極部分 .122.電解質(zhì)電壓降 133.陰極部分電壓降 144.陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷?55.連接母線壓降16七. 電解槽電壓平衡表17八. 鋁電解槽工作制度18九. 設(shè)計(jì)心得

2、19十附圖20170 KA的鋁電解槽的設(shè)計(jì)一鋁工業(yè)的介紹由于鋁電解生產(chǎn)需要大量的電能，故降低單位鋁產(chǎn)量的電能消耗量是歷來追求的目標(biāo)。在鋁工業(yè)生產(chǎn)初期，每千克鋁電耗量高達(dá)3040kwh-1。以后，隨著供電設(shè)備的更新，電解槽生產(chǎn)能力的增大，陽極和導(dǎo)電母線電流密度的減小，電解槽結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和生產(chǎn)操作的改善，電耗率亦相應(yīng)地有所降低，現(xiàn)在一般電耗率為1315kwh-1/kg，有的甚至降低到12.5kwh-1/kg。1.鋁電解工業(yè)現(xiàn)狀 本世紀(jì)八十年代以來，國外新增電解系列已普遍采用大型預(yù)焙陽極電解槽，系列電流強(qiáng)度普遍達(dá)到180350kA，噸鋁直流電耗降至1290014000 kw.h.t-1。目前，西方國家

3、用于生產(chǎn)的電解槽最大電流強(qiáng)度為350 kA，且絕大多數(shù)企業(yè)為280320 kA的超大型預(yù)焙槽，電流效率平均達(dá)到了94 96。近年來，我國新建槽多采用180300 kA的大型槽，改造舊槽因投資等方面的原因，多采用75kA或160240 kA之間的槽型，其技術(shù)與世界先進(jìn)水平比仍有一定的差距，到目前為止，國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)采用技術(shù)上與世界一流企業(yè)基本同步的280320kA之間的槽 型。目前，我國生產(chǎn)使用的鋁電解槽，最大的槽型是電流強(qiáng)度為350kA的槽型(應(yīng)用于平果鋁業(yè)公司)，還有電流強(qiáng)度僅24kA的槽型，我國電解槽電流效率 平均僅為8690。2003年底全國833.82萬t產(chǎn)能中，280kA以上特大型

4、預(yù)焙槽產(chǎn)能為152.6萬t，占總產(chǎn)能的18.3； 160240 kA大型預(yù)焙槽產(chǎn)能為387.1萬t，占總產(chǎn)能的465 ；小型預(yù)焙槽產(chǎn)能為190.24萬t， 占總產(chǎn)能的22.8；還有103.88萬t產(chǎn)能仍然是使用落后的自焙槽，占總產(chǎn)能的12.5?？梢姡m然通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)和裝備，我 國電解鋁行業(yè)整體裝備水平有顯著提高，但是，我國還有約100萬t的自焙槽和約200萬t的小型預(yù)焙槽，約占全國總產(chǎn)能的35 ，這些低檔次的生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，雖然具有生產(chǎn)工藝簡單、投資省、見效快等優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)裝備水平較低，能耗、原材料消耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差。表13 20002006全球電解鋁市場

5、供求狀況項(xiàng)目2000200120022003200420052006產(chǎn)量（萬噸）2442244526092801292530813280消費(fèi)量（萬噸）2484240825502748291530503300供求（“-”號表示消費(fèi)缺口）-4213675875369131-12表14 2005年底我國按電流強(qiáng)度區(qū)分的電解槽數(shù)量、產(chǎn)量和能力電流強(qiáng)度實(shí)有槽數(shù)2005年底開工數(shù)生產(chǎn)能力產(chǎn)量個(gè)個(gè)萬t萬t合計(jì)21740178161020777.8其中320350kA59655653.547.9280300kA35542774265.7159.0115240kA102208976526.4460.51090k

6、A71005512174.4110.4電解鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢（1）世界鋁工業(yè)的組織結(jié)構(gòu)日趨規(guī)?；?、集團(tuán)化、國際化 此外，目前世界上新建鋁企業(yè)的規(guī)模都比較大。西方新建或改造電解鋁的起步規(guī)模平均在25-50萬噸之間。如加拿大鋁業(yè)公司投資19億美元正在建設(shè)的阿爾瑪 （Alma）鋁廠，年產(chǎn)能40萬噸；2001年6月，由比利頓（Billiton）礦業(yè)公司控股的莫桑比克鋁冶煉公司，投資10億美元建設(shè)與一期相同的原 鋁能力25.3萬噸；法國普基鋁業(yè)公司計(jì)劃在委內(nèi)瑞拉建設(shè)一個(gè)年產(chǎn)能達(dá)46萬噸的電解鋁廠；幾內(nèi)亞擬在未來4-5年內(nèi)投資25億美元新建一個(gè)年產(chǎn)能達(dá)30 萬噸的電解鋁廠及相關(guān)項(xiàng)目。年產(chǎn)50萬噸電解鋁的海灣

7、巴林鋁廠擬擴(kuò)產(chǎn)到70萬噸規(guī)模。擴(kuò)大產(chǎn)能的目的是節(jié)約成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加強(qiáng)競爭力。（2）鋁電解槽日趨大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越來越高 冰晶石-氧化鋁電解法發(fā)明110多年來，電解槽設(shè)計(jì)逐漸合理，容量大幅度增加，其科技含量、智能化程度越來越高，發(fā)展大型或超大型高效率、智能化的鋁電解 槽已經(jīng)成為當(dāng)今電解鋁企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志和趨勢，世界鋁電解工業(yè)的技術(shù)及裝備水平已經(jīng)有了很大提高，在生產(chǎn)規(guī)模、電解槽容量、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)械化和自動(dòng)化 程度以及煙氣治理等方面都有了較大的進(jìn)步變化。（3）電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽和低污染的方向加快進(jìn)步 西方國家先進(jìn)電解鋁技術(shù)的發(fā)展，體

8、現(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性上：1）槽型大，電流強(qiáng)度達(dá)到300kA以上；2）電流效率高，一般達(dá)到94%-95%，個(gè)別 企業(yè)已經(jīng)提高到96%；3）噸鋁直流電耗低，一般為13200-13400kWh，個(gè)別企業(yè)已經(jīng)降低到13000kWh。（4）世界鋁工業(yè)向電力充裕廉價(jià)、鋁土礦資源豐富的地區(qū)轉(zhuǎn)移 目前，世界原鋁生產(chǎn)成本中電費(fèi)占據(jù)相當(dāng)大的比重，因此，如何降低發(fā)電成本和電價(jià)，降低原鋁生產(chǎn)電耗，是綠工業(yè)生存和發(fā)展的重要研究課題。 雖然日本是鋁的消費(fèi)大國，但鋁產(chǎn)量卻一直下降。日本現(xiàn)在主要靠在海外投資來獲取金屬鋁，仍保持人均年耗鋁28kg的高水平。日本鋁工業(yè)的衰落，除資源貧乏 之外，最主要的是能源短缺，鋁用石油電價(jià)

9、高達(dá)7.5美分/kWh，超過國際鋁業(yè)平均用電價(jià)格2.0-2.1美分/kWh數(shù)倍。日本鋁工業(yè)的興衰發(fā)人深思， 電價(jià)漸漸變成左右鋁工業(yè)發(fā)展的制約因素。當(dāng)今世界鋁工業(yè)被迫向電力充裕廉價(jià)的地區(qū)轉(zhuǎn)移，向鋁土礦資源豐富區(qū)域和發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。二熔鹽電解在電化順序中，極為活潑的金屬不能從鹽類的水溶液中獲得。因?yàn)樵谒芤褐?，該金屬將與水作用而析出氫，并生成該金屬的氫氧化物。抽取此類金屬，當(dāng)以熱還原法有困難時(shí)，經(jīng)常采用電解該金屬的熔融鹽或溶于熔鹽的氧化物。有時(shí)熔鹽電解是某些金屬惟一的制備方法。如鋁 鈣 鈹 鋰 鈉 等均以熔鹽電解法制備。許多稀有金屬也可用熔鹽電解法制得，如釷 鈮 鋯 鉭 等利用電能加熱并轉(zhuǎn)換為化學(xué)

10、能，將某些金屬的鹽類熔融并作為電解質(zhì)進(jìn)行電解，以提取和提純金屬的過程。熔鹽電解在19世紀(jì)初已開始應(yīng)用，隨著熔鹽電化學(xué)的迅速發(fā)展，至19世紀(jì)末期就以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)鋁、鎂等輕金屬。以后，又用于稀有金屬的生產(chǎn)。 酸只有在水溶液中才可以電解 1.熔鹽電解質(zhì)熔鹽是熔融狀態(tài)的鹽類，其中主要是鹵化物。熔鹽是離子熔體，有較高的電導(dǎo)率；在比熔點(diǎn)稍高的溫度時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)雖然由于熱運(yùn)動(dòng)而松散、潰亂，但在一定的距離內(nèi)仍保持一定的有序性，稱為近程序結(jié)構(gòu)。 在電解中使用的熔鹽電解質(zhì)應(yīng)該具有較低的熔點(diǎn)，適當(dāng)?shù)恼扯取⒚芏?、表面張力，足夠高的電?dǎo)率，以及相當(dāng)?shù)偷膿]發(fā)性和不溶解被電解出來的金屬熔體等性質(zhì)。為了達(dá)到這些要求，常常使用由

11、幾種鹽類組成的混合物。它們常具有比純組分更低的熔點(diǎn),但也有不少例外。所以，必須通過實(shí)驗(yàn)來選擇適當(dāng)?shù)幕旌消}組成。通常，電解鎂用NaCl-KCl-MgCl2混合熔鹽；電解鋁用Na3AlF6-Al2O3混合熔鹽。電解鉭則用K2TaF7-Ta2O5混合熔鹽；電解鈹用BeF2NaF-BaF2或NaCl-BeCl2混合熔鹽。 2.影響熔鹽電解的因素和水溶液電解質(zhì)一樣，當(dāng)熔融電解質(zhì)與金屬接觸時(shí)，兩者之間將產(chǎn)生一定的電勢差，即電極電勢。在同一熔鹽中插入兩個(gè)電極，并利用外加電壓通過直流電，當(dāng)電壓達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，熔鹽中的某些組分將分解，平衡狀態(tài)下化合物開始分解的電壓稱為分解電壓（表1）。常見金屬的電化當(dāng)量見表2

12、。熔鹽的性質(zhì)和它的組成、金屬離子和陰離子的性質(zhì)都會(huì)影響電化順序中各金屬的相對位置。 在大多數(shù)情況下，熔鹽電解的電流效率低于水溶液電解。影響電流效率的因素有：溫度、電流密度、極間距離和電解質(zhì)的性質(zhì)。其中電解質(zhì)對金屬的溶解是降低電流效率的主要因素之一。某些金屬可與其高價(jià)化合物作用，生成低價(jià)化合物，例如： CaCl2+Ca2CaCl AlCl3+2Al3AlCl 低價(jià)化合物重溶于熔鹽中，并易被空氣或陽極析出的氣體氧化而成為高價(jià)化合物，因而引起更多的金屬被溶解，降低電流效率。此外，析出的金屬也可從熔鹽中置換出其他金屬，而溶解于熔鹽中。 陰極反應(yīng) 熔鹽電解時(shí)陰極上進(jìn)行的反應(yīng)為： Men+neMe 式中M

13、e為金屬,n為得失電子數(shù)。當(dāng)熔鹽溫度高于金屬的熔點(diǎn)時(shí)，所得金屬為液態(tài)。在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)液態(tài)金屬即成為陰極表面，如電解鋁；由于工藝要求及電解槽構(gòu)造的不同，有時(shí)生成的液態(tài)金屬迅速自金屬陰極離開，如電解鎂、鋰、鈉等。若熔鹽溫度低于金屬熔點(diǎn)時(shí)，所得金屬為固態(tài)。隨著條件的不同，可以得到金屬粉末、片狀晶體或薄層覆蓋物。由于高熔點(diǎn)金屬的廣泛應(yīng)用，熔鹽電解法在這些金屬的制備中也獲得更大的進(jìn)展。如鈹、鋯、鉭、鈮、釷等都可用此法制備。 陽極反應(yīng) 在電沉積時(shí)常使用碳電極作為陽極,而在電解精煉時(shí)則使用粗金屬電極。使用碳電極時(shí),如MgCl2的電解，陽極反應(yīng)可以使氯離子放電而析出氯氣： 2Cl-Cl22e 也可以是碳與

14、氧的化合,如Al2O3在冰晶石熔體中的電解，生成CO或CO2： 2O2-CCO24e 在電解精煉中，粗金屬作為陽極，其反應(yīng)為： MeMen+ne 電極電勢較被提取金屬為正的雜質(zhì)將不溶解，而電極電勢較被提取金屬為負(fù)的雜質(zhì)，雖溶解于熔鹽內(nèi)，但不能在陰極析出，從而起到提純的作用。 三電解生產(chǎn)工藝流程1.電解原理 工業(yè)生產(chǎn)鋁，主要采用冰晶石氧化鋁熔鹽電解發(fā)。主要設(shè)備是電解槽，電解法原理為：直流電流通入電解槽，在陽極和陰極上起電化學(xué)反應(yīng)，電解產(chǎn)物在陰極上析出率，陽極上是co2（約75%80%）和co（約20%25%）.電解槽內(nèi)，電解質(zhì)通常有冰晶石。氧化鋁和添加劑組成，電解溫度為940950，密度為2.1

15、g|cm3，鋁液密度為2.3 g、cm3，二者因密度差而分我上下層，鉛液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化。澄清和配料之后，澆鑄成商品鋁錠。其純度課達(dá)含鋁量99.5%99.8%.陽極氣體中含有少量有害的氟化物和瀝青煙氣，經(jīng)凈化后，廢氣排入大氣，收回的載氟氧化氯返回電解槽。鋁電解工藝流程如圖所示 工業(yè)鋁電解槽槽型有側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽(見電解槽)、上插棒自焙鋁電解槽(圖1)和預(yù)焙陽極鋁電解槽(圖2)，三者各有特點(diǎn)。自焙陽極鋁電解槽按其陽極消耗情況定期地從上部添加陽極糊，利用電解槽運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，將新加入的陽極糊焙燒成為堅(jiān)實(shí)的固體陽極。陽極因此能連續(xù)使用，正好與電解的連續(xù)過程相適應(yīng)。但自焙陽極鋁電解槽在鋁

16、電解運(yùn)行中焙燒陽極時(shí)散發(fā)出有害的瀝青煙氣，污染生產(chǎn)廠房和外部環(huán)境，回收煙氣并加以凈化較為困難，回收凈化費(fèi)用也較高。預(yù)焙陽極鋁電解槽 使用預(yù)先焙燒過的陽極，待陽極消耗到一定的高度時(shí)就要更換。把舊陽極取出，換上新陽極，不能連續(xù)使用。由此產(chǎn)生了殘極，而且在更換陽極時(shí)會(huì)影響鋁電解生產(chǎn)。預(yù)焙陽極鋁電解槽由于其陽極事先已在專用的焙燒爐中焙燒好，焙燒過程中產(chǎn)生的煙氣可用作為焙燒爐的燃料，因此產(chǎn)出的是無瀝青煙氣，回收凈化較為容易，凈化費(fèi)用較低，廠房內(nèi)外環(huán)境較好。就機(jī)械化和自動(dòng)化程度而論，以預(yù)焙陽極鋁電解槽最高，特別是中部下料的預(yù)焙陽極鋁電解槽；上插棒自焙陽極鋁電解槽次之；側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽最低。電極電壓降

17、高低的順序?yàn)椋荷喜灏糇员宏枠O鋁電解槽最高，側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽居中，預(yù)焙陽極鋁電解槽最低。從投資來看，預(yù)焙陽極鋁電解槽的上部結(jié)構(gòu)和陽極裝置比較簡單，電解槽本身造價(jià)較低，但制造預(yù)焙陽極需要額外的陽極成型、陽極焙燒和陽極組裝等一整套設(shè)備，增加投資較多，一般適用于大型鋁電解廠。上插棒自焙陽極鋁電解槽上部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，投資較高。側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽投資則相對較低。按電解槽容量而言，預(yù)焙陽極鋁電解槽容量最大，上插棒自焙陽極鋁電解槽次之，側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽最小。近年來，由于預(yù)焙陽極鋁電解槽，特別是中部加料的預(yù)焙陽極鋁電解槽在鋁電解過程中無瀝青煙害，密閉程度高，煙氣收集和凈化效率好，陽極電壓降低，操

18、作運(yùn)行機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，適于電子計(jì)算機(jī)控制管理，因而為世界上大多新建的大型鋁廠所采用。而中小型鋁廠則一般采用自焙陽極鋁電解槽?；窘Y(jié)構(gòu) 工業(yè)鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)主要包括陰極裝置、陽極裝置、母線裝置和氣體回收裝置等。陰極裝置 由槽殼、陰極碳塊、側(cè)部碳塊、耐火磚和保溫材料組成。通常采用長方形槽殼，槽殼型式有框架式、臂撐式和搖籃式三種。槽殼用型鋼和鋼板焊成。鋁電解槽的槽膛深度一般為450600mm。槽膛底部是一層陰極碳塊，其下面依次是炭素墊、耐火磚層和保溫磚層，有的用氧化鋁或其他保溫材料取代保溫磚層或部分保溫磚層。陰極碳塊以碳塊組型式砌筑于電解槽內(nèi)。陰極碳塊組由陰極碳塊同埋設(shè)其中的導(dǎo)電鋼棒(陰極棒

19、)組成。陰極棒與碳塊之間澆鑄磷生鐵或用碳糊搗固。陰極碳塊組在槽殼內(nèi)排成兩行，碳塊組與碳塊組間用碳糊搗固或用碳糊漿液灌注。但縱向中縫一般要用碳糊搗固。有些電解槽為提高爐底導(dǎo)電性和減去縱向中縫，特意采用通長陰極碳塊，其中放置一根通長陰極棒。陰極棒通過槽殼側(cè)壁上的洞口(窗口)伸出槽殼，其末端與陰極母線連接。槽膛側(cè)壁有一層或兩層陰極碳塊。側(cè)部碳塊與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。近年來，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽極鋁電解槽的側(cè)部保溫層有所減薄，以利于凝結(jié)固體電解質(zhì)作為保護(hù)層。有的電解槽還在側(cè)部碳塊下部用碳糊搗固成斜坡狀，構(gòu)成人造伸腿，用來保護(hù)側(cè)部碳塊并收縮鋁液鏡面。陽極裝置 視槽型而

20、異，有三種形式。(1)側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極框架、碳陽極糊、陽極導(dǎo)電棒、氧化鋁料倉及陽極升降機(jī)構(gòu)組成。陽極框架由鋼板和型鋼焊接而成?？蚣軆?nèi)周為厚1mm左右的鋁板(鋁殼)，中間填充陽極糊，陽極棒從陽極框架外部與水平方向成15角度插入陽極糊內(nèi)。陽極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽極用。陽極棒一般有4排，排向距離200mm，其中下面的兩排棒通電，上面的兩排作為后備。隨著陽極消耗，取出最下面的一排陽極棒，在上方插入一排新的陽極棒。陽極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電片來與陽極大母線聯(lián)接。陽極框架借助滑輪組或螺旋機(jī)構(gòu)懸吊在電解槽的上部金屬結(jié)構(gòu)上，因此陽極可以上下升降。(2)上插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極框套

21、、陽極糊和組合陽極棒及陽極升降機(jī)構(gòu)組成。陽極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽極糊。陽極鋼棒為組合式，它由鋼質(zhì)導(dǎo)電棒與上端的鋁導(dǎo)桿聯(lián)接而成，一般采用爆炸焊接。鋼質(zhì)導(dǎo)電棒由上部垂直插入陽極糊內(nèi)，分4排插入，高度分若干層次。組合陽極棒用夾具直接連接到陽極母線上。陽極有兩套提升機(jī)構(gòu)。隨著陽極的消耗，用主升降機(jī)構(gòu)降低陽極母線大梁，亦即陽極本身的高度。與此同時(shí)靠輔助升降機(jī)構(gòu)以精確的相等速度提升陽極框套的位置，其結(jié)果是陽極框套的位置移動(dòng)等于零，它相對于槽殼并未作任何移動(dòng)，但陽極可以下降，補(bǔ)償其消耗。(3)預(yù)焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極碳塊組和陽極升降機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)代大容量中部下料鋁電解槽還配備定時(shí)打

22、殼下料裝置和氧化鋁、氟化鋁料倉。陽極碳塊組由陽極碳塊、鋼爪和鋁導(dǎo)桿三部分組成。依據(jù)槽容量大小及碳塊規(guī)格不同可有單塊組、雙塊組和三塊組。鋁導(dǎo)桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳塊上的洼穴(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。也有用碳糊搗固的。陽極碳塊表面噴一層鋁液以防止其氧化，也有不噴鋁液的。鋁導(dǎo)桿用夾具緊固于陽極母線梁上。下料機(jī)構(gòu)包括46個(gè)打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉。加料點(diǎn)位于鋁電解槽的中心部位自成一列。打洞加料自動(dòng)進(jìn)行，間隔時(shí)間短的不過3min，長者為12h。現(xiàn)代化鋁電解槽的下料已采用自動(dòng)控制方式，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度波動(dòng)在一個(gè)很小的范圍(23)內(nèi)。大容量鋁電解槽的陽極升降，一般選用蝸

23、輪絲杠或滾珠絲杠搖板式機(jī)構(gòu)。母線裝置 由陽極母線、陰極母線和立柱母線組成。母線為鋁質(zhì)壓延母線或鋁質(zhì)鑄造母線。鋁母線的配置方式，視電解槽的排列方式和容量的不同而異。配置母線需經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以求減弱磁場對電解運(yùn)行的有害影響并節(jié)省母線用量。現(xiàn)代化大容量預(yù)焙陽極鋁電解槽一般采用橫向排列，母線配置采用多端(4端或5端)進(jìn)電方式。中小型鋁電解槽一般采取縱向排列，母線配置采取雙端或單端進(jìn)電方式。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽帶有鋼質(zhì)卷簾或吊門，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導(dǎo)出。上插棒自焙陽極鋁電解槽由安裝在陽極框套下部的集氣罩將煙氣收集于燃燒氣中，經(jīng)燃燒后的煙氣排入煙道。預(yù)焙陽極鋁電解槽用帶有筋板

24、的鋁板構(gòu)成多片單槽罩或整體槽罩，將電解槽密封。使用壽命 鋁電解槽的陰極內(nèi)襯在使用一段時(shí)期后就會(huì)破損，這時(shí)候便需停槽大修?，F(xiàn)代鋁電解槽的平均使用壽命可達(dá)45a，長者可達(dá)78a。鋁電解槽破損停槽的主要標(biāo)志為槽內(nèi)鋁液中鐵含量連續(xù)不斷的增加以至于超過1，表明碳陰極已發(fā)生破損，鋼質(zhì)陰極棒已被鋁液侵蝕，此時(shí)需停槽大修。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。同時(shí)碳陰極下部的耐火磚和保溫材料中也發(fā)生嚴(yán)重變化，鋼質(zhì)槽殼也伴有嚴(yán)重變形或破裂。根據(jù)現(xiàn)場觀察，破損現(xiàn)象有：(1)碳陰極中出現(xiàn)大而深的裂紋；(2)碳陰極出現(xiàn)沖蝕深坑；(3)碳陰極呈層狀剝落；(4)碳陰極向上隆起并開裂；(5)陰極棒受鋁液侵蝕并熔化，陰極棒發(fā)生

25、變形，向上隆起；(6)槽底耐火磚和保溫材料受電解質(zhì)侵蝕，其中間部位存在棱鏡狀灰白層；(7)側(cè)部碳塊受電解質(zhì)和鋁液沖刷磨蝕產(chǎn)生孑L洞；(8)鋼質(zhì)槽殼向外膨脹呈橢圓形，底部鋼板向下鼓出甚至開裂。這些破損現(xiàn)象彼此相互聯(lián)系，可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。大多數(shù)人認(rèn)為鋁電解槽破損主要是由于鈉對碳陰極的侵蝕。在鋁電解過程中，鈉始終向碳陰極滲透。鈉是由兩種反應(yīng)產(chǎn)生的，一種是鈉離子在陰極上放電生成的，另一種是鋁和電解質(zhì)中氟化鈉起反應(yīng)置換出鈉。鈉滲透到炭素材料中導(dǎo)致炭素材料體積膨脹并產(chǎn)生裂紋，鋁和電解質(zhì)沿裂縫侵入陰極，最終導(dǎo)致停槽大修。為了延長鋁電解槽的使用壽命，要從多方面采取措旎。在設(shè)計(jì)時(shí)通過精確計(jì)算，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度高的槽殼，

26、并使槽內(nèi)的熱場和磁場分布合理。建造時(shí)要采用高質(zhì)量的砌筑材料和進(jìn)行精確的施工。操作上要采用合適的焙燒和啟動(dòng)方式，并建立平穩(wěn)的正常運(yùn)行制度等。展望 鋁電解槽的主要發(fā)展方向有：(1)采用惰性電極代替碳電極，例如采用氧化錫基或氧化鎳基陽極，以及采用硼化鈦基陰極，以減少電能量消耗；(2)通過加大現(xiàn)有鋁電解槽的電流容量，提高單槽的生產(chǎn)能力并減少能量消耗的辦法，來達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的；(3)實(shí)現(xiàn)連續(xù)下料作業(yè)，使鋁電解槽的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，如氧化鋁濃度，冰晶石比、電解溫度等基本達(dá)到穩(wěn)定，把鋁電解電流效率提高到95以上，噸鋁能量消耗降低到12000kWh。四鋁電解槽的設(shè)計(jì)計(jì)算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：產(chǎn)量：10萬噸年 鋁錠 容

27、量：170KA 陽極電流密度：0.7A/cm2 效應(yīng)系數(shù): 0.2次槽日 電流效率：94% 陽極炭塊尺寸：1450*660*550單槽原鋁產(chǎn)量： 日產(chǎn) 170*0.94*0.3355*24=1286.7Kg 年產(chǎn) 1286.7*365*0.001=496t1.陽極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算： S陽=1700000.7=242857.1 cm2 需陽極炭塊數(shù)為： n=242857（145x66）=25.4 取26塊陽極，分兩行排列，每行13組炭塊 陽極實(shí)際面積校核值為： S陽=26*145*66=248820 cm2 D陽=170000248820=0.683 A/cm2槽膛尺寸 取陽極到槽膛側(cè)壁尺寸

28、為380mm，到槽膛端壁之間的距離為460mm，陽極炭塊組之間距離取45mm，陽極行間距取250mm，由此計(jì)算：槽膛長度=2*460+13*660+12*45=10040mm槽膛寬度=2380+21450+250=3910 mm槽膛深度=560 mm2.電解槽槽體結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算槽內(nèi)襯選擇與計(jì)算5.1槽側(cè)部內(nèi)襯選擇 側(cè)壁用一層炭塊，通常用炭糊再打一層斜坡，但“伸腿”不易扎固，采用梯形側(cè)部炭塊就不用打炭糊“伸腿”.炭塊與槽殼之間留有25mm伸縮縫，用耐火顆粒填充5.2槽底內(nèi)襯選擇 側(cè)部為散熱性結(jié)構(gòu)，一般底部和上部要加強(qiáng)保溫。在陰極炭塊下面有炭素底墊（30mm），三層耐火磚（365mm），一層氧化鋁粉

29、（100mm），三層保溫磚（365mm），硅酸鹽保溫磚一層（65mm）。由此可計(jì)算；底部厚度=450（底部炭塊）+30+365+100+365+65=1035mm槽深=1035+560（槽膛深）=1595mm5.3槽底槽底部陰極炭塊的選擇可采用1680545450mm，分兩行排列，亦可采用通常陰極炭塊，其規(guī)格3370515450mm，單行排列共17組，炭塊間用炭糊扎縫（30mm），由此可計(jì)算陰極炭塊側(cè)部到槽膛側(cè)壁與端壁之距離分別為；炭塊到端壁邊緣尺寸=145mm炭塊到側(cè)壁邊緣尺寸=（3910-3370）/2=270mm5.4槽殼結(jié)構(gòu)及尺寸槽殼結(jié)構(gòu)有臂撐式和搖籃式兩大類。搖籃架是彈性變形體，這種

30、槽殼受力不產(chǎn)生應(yīng)力集中，在電解槽的端角部位，不能發(fā)生斷裂現(xiàn)象，這是搖籃式槽殼最大優(yōu)點(diǎn)。搖籃支架選用360mm工字鋼，厚鋼板焊制而成，槽側(cè)壁及端臂都沒有一些搖籃架。根據(jù)槽膛及槽內(nèi)襯尺寸可以算出槽殼尺寸：槽殼寬度=3910+2150（內(nèi)襯）+213（鋼板）+227（伸縮縫） =4290mm槽殼長度=10040+2150（內(nèi)襯）+213（鋼板）+227 （伸縮縫） =10420mm槽殼深度=560+1035（底部內(nèi)襯厚度）+13（鋼板）+40（槽沿板） =1648mm3.陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計(jì)算陰極電流密度一般取0.180.25A/mm，選擇D陰=0.2A/ mm時(shí)，陰極截面積為 S陰=170000

31、/0.2=850000 mm陰極鋼棒規(guī)格為200140mm，可算出陰極鋼棒數(shù)為： n=850000/1801302=18.16故取18根陰極鋼棒。這與前面得到的18組陰極炭塊結(jié)果是相同的五鋁電解槽導(dǎo)電部件的選擇計(jì)算 1.陽極部分導(dǎo)電部件的選擇與計(jì)算1.陽極橫母線 取母線電流密度為0.334A/c m，母線的橫截面積為： S=母線規(guī)格為520230mm時(shí)，選用1片。母線配置采用雙端進(jìn)電，可減小磁場對電解槽鋁液的影響。、2陽極軟母線 取軟母線經(jīng)濟(jì)電流密度為0.22A/ mm（一般為0.20.3A/ mm），軟母線規(guī)格為6002mm，可算出軟母線的片數(shù)； n=3陽極導(dǎo)桿 陽極組數(shù)經(jīng)計(jì)算為26組，陽極

32、導(dǎo)桿為26根，取陽極導(dǎo)桿斷面尺寸為130130mm，長度為1953mm。導(dǎo)桿電流密度為 2.陰極部分導(dǎo)電部件的選擇與計(jì)算1陰極鋼棒 根據(jù)陰極鋼棒數(shù)及其斷面尺寸，可以計(jì)算陰極鋼棒電流密度； d陰棒= mm2 陰極大母線 陰極大母線規(guī)格遠(yuǎn)端600150mm，近端600125mm，電流密度分別為： d遠(yuǎn)= mm d 近= mm3陰極小母線 母線規(guī)格為2002mm，小母線電流密度取0.42A/ mm，則陰極小母線片數(shù)為； n=六.鋁電解槽電壓平衡計(jì)算1.陽極部分陽極大母線電壓降 取大母線平均溫度t=66，0=0.028mm2 =0.0038由此計(jì)算得 t=0(1+t)=0.035mm2陽極導(dǎo)桿26根，

33、每根導(dǎo)桿的電流負(fù)荷為： I=17000026=6538.50A設(shè)陽極大母線長為L： L=660*13+45*12=8460mm等斷面變電流母線電壓降： V=1/3IR（I=1700004=42500A R=t*L/S=0.035*4230/520*230=0.001275） V母線=1/3*42500*0.001275=18 mV陽極軟母線電壓降 軟母線規(guī)格為600*2mm，長度取為1550mm，t=60，則： t=0(1+t)=0.0344mm2 V軟母=42500*（1550/600*151*2）*0.0344=1.25 mV（3）陽極立柱母線電壓降 包括：1）陽極焊接點(diǎn)電壓降，實(shí)測取16

34、mV；2)平衡母線電壓降，實(shí)測取15mV；3）壓接鋁板及壓接點(diǎn)的電壓降9mV，由此得到陽極立柱母線電壓降 1.25+15+16+9=41.25mV（4）陽極炭塊組電壓降1)陽極導(dǎo)桿壓降 設(shè)：鋁導(dǎo)桿長度（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)（t）代入下式： V=i*（L/S）*t=170000/26*0.035*420/（130*130）=5.7mV2)導(dǎo)桿下部電壓降 包括：鋁-鋼焊接區(qū)壓降10mv，鋼爪壓降26mv，鋼-炭接觸壓降115mv。3)卡具電壓降 12mv4）預(yù)焙炭塊壓降 按公式V=d* *h計(jì)算式中 炭塊電阻系數(shù)，400900時(shí)，炭=55*104cm；

35、d炭塊平均電流密度，d=1/2； h炭塊的平均導(dǎo)電高度，h=1/2（h1+h2）； h1新快有效導(dǎo)電高度，h1=新塊高度-1/2*炭碗中鋼爪長度； h2殘極有效導(dǎo)電高度，h2=殘極高度-1/2*炭碗中鋼爪長度。 h1=500-40=460mm，h2=110-40=70mm，h=265mm 設(shè)殘極長為1300mm，寬為600mm則： A/c m2 V炭=d* *h=0.768*55*104*26.5=0.112V2.電解質(zhì)電壓降根據(jù)克魯鮑夫提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算電解質(zhì)電壓降； V質(zhì)=式中 S陽極的截面積，c m； L極間距離，c m； 2（A+B）陽極周長，c m； 電解質(zhì)的比電阻.cm，取0.47

36、.cm. V質(zhì)= =1.404V(1404mV) 3.陰極部分電壓降1槽底電壓降 由公式可計(jì)算； V=L導(dǎo)炭10+（3.9310A+2.87a）D陽式中 L導(dǎo)電流通過陰極炭塊路徑的長度，cm； 炭炭的電阻率，槽底炭塊溫度850C時(shí)，炭=3.7210.cm： A槽膛寬度的一半 S澆鑄時(shí)陰極鋼棒截面積，（200+20）（140+20）=35200 mm，352cm； B炭塊寬度與炭縫之和，515+30=545mm，54.5cm； a結(jié)殼厚度，取100mm； D陽陽極電流密度，取0.699A/ cm電流通過陰極炭塊路徑的長度L導(dǎo)，按下式算出：L導(dǎo)=2.5+0.92H-1.1h+式中 H陰極炭塊高度（

37、45cm）； h和b分別為陰極鋼棒（包括澆鑄磷鐵）的高度和寬度，在計(jì)算中取h=23cm，b=17cm，故 L導(dǎo)=2.5+0.9245-1.123+=26.36cm將選擇與求得的數(shù)值代入公式中，得到炭塊槽底電壓降 V=26.363.721010+（3.9310195.5+2.87100）0.699 =306.7mV （2）陰極母線電壓降 陰極母線根據(jù)槽殼長，寬尺寸以及槽間距離計(jì)算，遠(yuǎn)端母線長度取17000mm，近端母線長度取9358mm，母線平均溫度90，由此，算出母線電阻率t=0（1+t）=0.028（1+0.0038*90）=0.0376mm2/m代入下式可求出： V遠(yuǎn)=Ld=0.0376*

38、17000/90000*170000/8=151mv V近=Ld=0.0376*9385/75000*170000/8=99.8mv V平=（151+99.8）/2=125.4mv（3）陰極小母線電壓降 陰極小母線長取1000mm，截面為200*2共28片，母線平均溫度90，t=0.0376mm2/m V=0.0376*1000/11200*170000/34=16.8mv（4）焊點(diǎn)壓降 陰極鋼棒-鋁棒爆炸焊壓降取3mv，鋁棒與小母線焊點(diǎn)壓降取5mv4.陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷宏枠O效應(yīng)系數(shù)取0.5次/日槽，每次5min，電壓由4v升至36v，由此可算出： V效應(yīng)=0.5（36-4）*5/（26*60）

39、=0.051v5.連接母線壓降槽外母線包括整流所到廠房的輸電線、廠房間連接母線及槽間母線等，槽外母線均攤電壓降數(shù)據(jù)實(shí)測取60mV 據(jù)以上計(jì)算，可編制電解槽電壓平衡表如圖所列七. 電解槽電壓平衡表部 位電 壓 組 成電 壓 降 mV發(fā) 熱 電 壓陽極部分 陽極橫母線 立柱母線 鋁導(dǎo)桿 卡具 鋼-炭接點(diǎn) 鋼爪 陽極 鋁-鋼焊點(diǎn)1841.255.7121152611212115112陰極部分 陰極母線 陰極軟母線 槽底壓降 陰極各接點(diǎn)125.416.8306.78306.7其他部分電解質(zhì)分解電壓1404165014041650工作電壓總計(jì)陽極效應(yīng)連接母線3865.7516051平均電壓總計(jì)3976.7發(fā)熱電壓總計(jì)3638.7八工作制度作業(yè)管理 1.車間嚴(yán)格按生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn),根據(jù)車間設(shè)備和人員精心組織生產(chǎn); 2.生產(chǎn)流通確認(rèn)以后,任何人不得隨意更改,如在