28萬噸電解鋁及2×300MW機組發(fā)電工程初步設(shè)計電解工藝篇

1、山西山西 xxxx 鋁電有限公司鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 及及 2300mw2300mw 機組發(fā)電工程機組發(fā)電工程 初初 步步 設(shè)設(shè) 計計 第二篇第二篇 電電解解工工藝藝篇篇 工程編號： 沈沈陽陽x xx x 設(shè)設(shè)計計研研究究院院 二二 三三 年年八八月月 山西山西 xxxx 鋁電有限公司鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 及及 2300mw2300mw 機組發(fā)電工程機組發(fā)電工程 初初 步步 設(shè)設(shè) 計計 第二篇第二篇 電電解解工工藝藝篇篇 工程編號： 院 長： 總 工 程 師： 總 設(shè) 計 師： 二二 三三 年年八八月月 本本 篇篇 主主 要要 編編 寫寫 人人員

2、員 總總 目目 次次 篇 號 篇 名 工程編號 第一篇 綜合篇 第二篇 電解工藝篇 第三篇 碳素工藝篇 第四篇 煙氣治理篇 第五篇 供電整流篇 第六篇 公用設(shè)施篇 第七篇 環(huán)境保護篇 第八篇 勞動安全衛(wèi)生篇 第九篇 建筑與結(jié)構(gòu)篇 第十篇 消防篇 第十一篇 節(jié)能篇 第十二篇 投資概算及技術(shù)經(jīng)濟篇 第十三篇 設(shè)備總冊 本本 篇篇 目目 次次 1.1. 電解工藝電解工藝 .1 1 2.2. 電解槽技術(shù)參數(shù)的選擇電解槽技術(shù)參數(shù)的選擇 .3 3 2.1 技術(shù)方案選擇原則.3 2.2 電解槽型的選擇.3 2.3 主要工藝設(shè)備的選擇.4 3.3. 電解槽的設(shè)計理論電解槽的設(shè)計理論 .5 5 4.4. 母線設(shè)

3、計方案母線設(shè)計方案 .7 7 4.1 sy300 電解槽磁感應(yīng)強度計算方法 .8 4.2 sy300 電解槽的磁感應(yīng)強度計算結(jié)果 .9 4.3 sy300 電解槽母線優(yōu)化設(shè)計 .13 4.4 sy300 電解槽的磁流體穩(wěn)定性分析方法 .15 4.5 sy300 電解槽磁穩(wěn)定的計算結(jié)果 .17 5.5. 熱平衡分析熱平衡分析 .1818 5.1 內(nèi)襯設(shè)計模型、電、熱模型.18 5.2 sy300 槽內(nèi)襯設(shè)計 .19 6.6. 槽殼受力分析槽殼受力分析 .2020 6.1 設(shè)計軟件.20 6.2 計算結(jié)果.21 7.7. sy300sy300 電解槽電解槽 .2121 7.1 sy300 預(yù)焙槽的

4、主要技術(shù)參數(shù) .21 7.2 電解槽的上部結(jié)構(gòu).22 7.3 電解槽槽殼及內(nèi)襯結(jié)構(gòu).24 8.8. 電解槽的母線電解槽的母線 .2525 9.9. sy300sy300 電解槽的電壓平衡電解槽的電壓平衡 .2626 10.10. 電解工藝電解工藝 .2727 10.1 鋁電解生產(chǎn)用原材料技術(shù)要求.27 10.2 電解鋁的名義規(guī)模.30 10.3 電解槽數(shù)量的確定.30 10.4 電解系列的生產(chǎn)能力.31 10.5 電解系列的電力制度.31 10.6 電解車間配置.34 10.7 電解生產(chǎn)工藝操作制度.36 10.8 電解多功能天車的選取.38 10.9 集中大修工藝設(shè)備的選取.43 10.10

5、 電解車間的物料單耗及用量.44 10.11 電解槽焙燒啟動用料量.45 10.12 電解鋁工藝綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo).46 11.11. 氧化鋁及氟化鹽貯運系統(tǒng)氧化鋁及氟化鹽貯運系統(tǒng) .4747 11.1 概述.47 11.2 技術(shù)方案的選擇.47 11.3 氧化鋁及氟化鹽的貯運能力.50 11.4 新鮮氧化鋁貯槽.50 11.5 新鮮氧化鋁輸送系統(tǒng).50 11.6 天車加料系統(tǒng).51 11.7 氟化鹽貯運系統(tǒng).52 11.8 氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng).52 12.12. 鑄造車間鑄造車間 .5353 12.1 鑄造工藝.53 12.2 鑄造車間配置.55 12.3 主要設(shè)備的選擇與計算.56 12.

6、4 金屬平衡.58 12.5 重熔用鋁錠質(zhì)量要求.58 13.13. 陽極組裝車間陽極組裝車間 .5959 13.1 車間的任務(wù).59 13.2 陽極組技術(shù)參數(shù)(雙陽極).59 13.3 工藝流程.60 13.4 陽極組裝車間配置.65 13.5 陽極組裝車間的設(shè)計產(chǎn)能.65 14.14. 化驗室化驗室 .6868 15.15. 引進設(shè)備引進設(shè)備 .6969 15.1 電解車間.69 15.2 陽極組裝及殘極處理車間.71 15.3 鑄造車間.71 15.4 化驗設(shè)備.71 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：

7、初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 1 - 1.1. 電解工藝電解工藝 電解鋁生產(chǎn)采用熔鹽電解法。鋁電解生產(chǎn)所需的原材料為氧化鋁 和氟化鹽等，電解所需的直流電由整流所供給。熔解在電解質(zhì)中的氧 化鋁在直流電的作用下，還原出金屬鋁。生產(chǎn)電解鋁的直接設(shè)備稱作 為電解槽。電解槽主要由炭素材料為主體的陽極和陰極組成。 本工程電解鋁生產(chǎn)所需的氧化鋁由中鋁山西分公司三期 80 萬噸氧 化鋁工程的氧化鋁貯運系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至 4600 噸新鮮氧化鋁貯槽，(80 萬噸 氧化鋁投產(chǎn)前電解鋁廠所需要的

8、氧化鋁由山西分公司一、二期氧化鋁 生產(chǎn)系統(tǒng)用 30t 汽車槽車將氧化鋁運至 4600 t 新鮮氧化鋁貯槽；)計量 后由氣墊式皮帶直接輸送至一系列電解車間三個日用新鮮氧化鋁貯槽 內(nèi)，一系列日用新鮮氧化鋁貯槽下部濃相輸送系統(tǒng)將氧化鋁輸送至二 系列日用新鮮氧化鋁貯槽。新鮮氧化鋁經(jīng)電解煙氣凈化系統(tǒng)后成為載 氟氧化鋁，由氣力提升機送入載氟氧化鋁貯槽，再由超濃相輸送系統(tǒng) 送至每臺電解槽的料箱內(nèi)。按電解鋁生產(chǎn)過程中氧化鋁用量要求，由 槽控箱控制打殼、加料，加入電解槽內(nèi)的電解質(zhì)中。 為方便計量山西 xx 鋁電有限公司與山西分公司之間氧化鋁供應(yīng)， 在 4600 噸新鮮氧化鋁貯槽進出口分別設(shè)有計量儀表，進口由山西

9、分公 司負(fù)責(zé)管理，出口由山西 xx 鋁電有限公司負(fù)責(zé)管理。 氟化鋁和冰晶石從廠外運至廠內(nèi)氟化鹽倉庫，一部分袋裝氟化鋁 在倉庫內(nèi)拆袋裝入汽車槽車，用氣力輸送至載氟氧化鋁貯槽內(nèi)氟化鹽 貯倉，參與載氟氧化鋁配料；另一部分袋裝氟化鋁拆袋后裝入汽車槽 車，用氣力輸送至兩電解廠房間的 80 t 高位料倉，氟化鋁經(jīng)風(fēng)動溜槽 送到電解車間內(nèi)的電解多功能機組的氟化鋁料箱內(nèi)，再由電解多功能 機組加入到每臺電解槽氟化鋁料箱內(nèi)，參與電解質(zhì)分子比的調(diào)整，按 需向槽內(nèi)添加。冰晶石由電解工根據(jù)工藝要求直接加到電解質(zhì)中。 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初

10、步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 2 - 鋁電解生產(chǎn)用的陽極組，由陽極組裝車間供給。生產(chǎn)過程中從電 解槽換下的殘極送往陽極組裝及殘極處理車間處理。殘極組經(jīng)電解質(zhì) 清理機、殘極壓脫機、磷鐵環(huán)壓脫機處理后，殘極炭塊返回陽極生產(chǎn) 車間作為原料使用；鋁導(dǎo)桿按工藝要求處理后與新陽極重新組裝成陽 極組。殘極上清理下來的電解質(zhì)經(jīng)殘極處理車間的電解質(zhì)破碎工段破 碎后，由汽車槽車送至兩個電解廠房間的電解質(zhì)貯槽，通過風(fēng)動溜槽 送到電解多功能機組工具小車料箱內(nèi)，由多功能機組加

11、入到電解槽殼 面上作為換極時的覆蓋料。 當(dāng)電解槽陰極裝置需要大修或更換時，由陰極搬運天車吊運至大 修通道處，再由電解車間龍門整體轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至機修車間，電解多 功能機組需要維修時，同樣由龍門整體轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至機修車間，而 在機修車間修理好的或備用的陰極裝置或電解多功能機組再返回電解 車間。 鋁電解生產(chǎn)用的直流電能，由毗鄰的整流所，通過連接母線導(dǎo)入 串聯(lián)的電解槽。 電解槽產(chǎn)出的液態(tài)原鋁，通過由壓縮空氣造成的負(fù)壓吸入真空出 鋁抬包，送往鑄造車間。 在鑄造車間計量后,根據(jù)需要將真空抬包中鋁液注入傾翻式保持爐 內(nèi)，按原鋁預(yù)分析結(jié)果和產(chǎn)品牌號及品種的要求進行合理調(diào)配、鋁液 經(jīng)攪拌、精煉、扒渣和靜止，并調(diào)

12、質(zhì)降溫到設(shè)定鑄造工藝溫度，通過 鑄造機，澆鑄成重熔用鋁錠。鑄造成品經(jīng)質(zhì)量檢驗、堆垛捆扎、稱重 后由內(nèi)燃叉車送入成品堆場。每垛產(chǎn)品入庫前必須經(jīng)過檢驗,合格后標(biāo) 明產(chǎn)品質(zhì)量等級及重量。 為檢查原材料的成份及產(chǎn)品質(zhì)量，由專門為電解鋁生產(chǎn)服務(wù)的化 驗室完成。 電解生產(chǎn)工藝流程圖見附圖 sg8909cs-2 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 3 - 2.2. 電

13、解槽技術(shù)參數(shù)的選擇電解槽技術(shù)參數(shù)的選擇 2.12.1 技術(shù)方案選擇原則技術(shù)方案選擇原則 一百多年來，霍爾埃魯特熔鹽電解煉鋁技術(shù)得到了不斷的發(fā)展 和完善。由于能源、原材料、勞務(wù)等費用不斷上漲，環(huán)境保護要求日 趨嚴(yán)格，因此鋁工業(yè)發(fā)展的總趨勢是采用高產(chǎn)能、高效率、節(jié)省投資、 節(jié)省能源、計算機智能化控制和新的陰陽極技術(shù)的大容量點式下料預(yù) 焙陽極電解槽，工藝方案及配套設(shè)備也應(yīng)遵循高效率、低能耗、低投 資和有利于環(huán)境治理的原則。 2.22.2 電解槽型的選擇電解槽型的選擇 鋁電解槽是電解鋁廠生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，鋁電解槽技術(shù)實際上也 代表著鋁廠的技術(shù)水平。隨著電解槽容量的增大，電流產(chǎn)生的磁場對 槽內(nèi)熔體流動、

14、波動產(chǎn)生劇烈影響，槽內(nèi)電熱狀況復(fù)雜。因此，能夠 準(zhǔn)確定量地確立槽內(nèi)熱、電、流體力學(xué)特性及槽殼受力的數(shù)學(xué)模型， 對大容量電解槽的穩(wěn)定生產(chǎn)，并獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)十分重要。 sy300 型預(yù)焙陽極電解槽是沈陽 xx 設(shè)計研究院推出的新一代大型 預(yù)焙陽極電解槽型。在 sy300 型預(yù)焙槽設(shè)計過程中充分總結(jié)了 sy190、sy200、sy230 型預(yù)焙槽的設(shè)計、制作、安裝、生產(chǎn)全過程中正 反兩個方面的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研制開發(fā)而成的，集成了各種先進的技術(shù) 和成果，代表著我國目前鋁電解槽的最先進技術(shù)。該槽型已應(yīng)用于伊 川鋁廠 200 kt/a 電解鋁工程(256 臺)、新安鋁廠 120 kt/a 電解鋁工程

15、 (148 臺)、南山鋁廠 140 kt/a 電解鋁工程(156 臺)和山西關(guān)鋁 220 kt/a 電解鋁工程(276 臺)，自 2002 年 6 月中旬至今，伊川鋁廠、新安 鋁廠已經(jīng)全部啟動成功，生產(chǎn)運行穩(wěn)定。sy300 型預(yù)焙陽極電解槽的設(shè) 計是成功的。 根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策和本工程的建設(shè)規(guī)模，本工程選用 sy300 型預(yù) samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3

16、 - 4 - 焙陽極電解槽技術(shù)。 2.32.3 主要工藝設(shè)備的選擇主要工藝設(shè)備的選擇 1) 電解車間 電解多功能機組是電解車間主要的設(shè)備之一，電解生產(chǎn)的主要操 作除電解槽打殼加料、效應(yīng)加工等外，其余的工藝操作基本都由電解 多功能機組完成或協(xié)助完成，其所承擔(dān)的各種工藝操作任務(wù)繁多作用 關(guān)鍵。因此，選擇質(zhì)量可靠、數(shù)量合理、功能完備的電解多功能機組 不僅可以保證電解鋁生產(chǎn)的正常進行，而且還可以提高工作效率，降 低工人勞動強度，改善工作環(huán)境，減少工程投資。 根據(jù)電解多功能機組制造商的投標(biāo)保證和國內(nèi)多家鋁廠的設(shè)備運行 經(jīng)驗，進口或中外聯(lián)合制造的電解多功能機組的持續(xù)運轉(zhuǎn)率不小 于 75(平均每天無故障工作

17、時間為 18 小時)，國產(chǎn)電解多功能機組的持 續(xù)運轉(zhuǎn)率不小于 65(平均每天無故障工作時間為 15.6 小時)。因此本 工程中的電解多功能機組全部采用國外引進或采用中外聯(lián)合制造的產(chǎn) 品。 另外，本設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為 28 萬噸/年，安裝生產(chǎn)槽數(shù) 345 臺，按 電解槽平均壽命 1800 天計，年修電解槽 70 臺；平均月修電解槽 6 臺。 如此大量的電解槽修理工作，若采用以往的就地大修方式，不僅維修 工人的勞動條件無法改善及安全存在隱患，而且影響電解車間的正常 生產(chǎn)及管理更無法保證電解槽大修的質(zhì)量，因此電解槽修理工作采用 國際上發(fā)達國家同等規(guī)模電解鋁廠普遍采用的集中大修方式。該過程 主要由陰極搬運

18、天車和龍門整體轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(包括天車軌道提升梁)等設(shè) 備共同作用下完成，其余維修設(shè)備由機修專業(yè)考慮。 目前國內(nèi)的鋁廠沒有采取此方式修理電解槽陰極裝置和電解多功 能機組，且國內(nèi)還沒有廠商能夠制造提供上述設(shè)備，并且這些設(shè)備所 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 5 - 承擔(dān)的責(zé)任與風(fēng)險重大，在產(chǎn)品設(shè)計與制造質(zhì)量等方面稍有疏漏，便 會釀成大禍造成經(jīng)濟財產(chǎn)的重大損失

19、。因此，該工藝裝備全部采用產(chǎn) 品有運行成熟的、質(zhì)量可靠的國外專業(yè)設(shè)計制造公司引進。并且需由 我院與設(shè)備提供方密切配合完成。 真空抬包及拖車、陽極母線提升框架等選用優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)設(shè)備。 2) 氧化鋁貯運系統(tǒng) 自二十世紀(jì)九十年代以來，我國氧化鋁輸送技術(shù)取得了長足的進 步，自行研制開發(fā)了超濃相輸送技術(shù)，對引進的濃相輸送技術(shù)進行消 化和國產(chǎn)化應(yīng)用，技術(shù)水平接近或達到了國際同行業(yè)水準(zhǔn)。因此本工 程中氧化鋁貯運系統(tǒng)全部采用國產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備。 3) 鑄造車間 鑄造車間的主要設(shè)備有鋁保持爐、鋁錠連續(xù)鑄造機組、橋式起重機 等。 由于國產(chǎn)鋁錠連續(xù)鑄造機組存在產(chǎn)能低(小于 16 t/h)、鑄錠質(zhì)量 差、故障率高等缺點，不適

20、合大規(guī)?，F(xiàn)代化鋁廠，因此采用國外引進 的鋁錠連續(xù)鑄造機組。其它選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)設(shè)備. 4) 陽極組裝及殘極處理車間 從陽極組裝及殘極處理車間的工藝流程看，它所用設(shè)備多，且相 互連接制約，一旦其中的一臺關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障，將影響整個陽極組 裝線的正常生產(chǎn)。根據(jù)國內(nèi)多家鋁廠陽極組裝車間設(shè)備運行使用情況 看，國產(chǎn)設(shè)備故障率高，自動化程度低，產(chǎn)能低，往往采用多臺備用 的方式保障生產(chǎn)。因此，為了確保本工程陽極組裝系統(tǒng)穩(wěn)妥可靠地運 行，本車間的關(guān)鍵設(shè)備(裝卸站、電解質(zhì)清理設(shè)備、殘極拋丸機、殘極 壓脫機、磷鐵環(huán)壓脫機和陽極澆鑄機)從國外引進，其它選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 設(shè)備。 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤

21、鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 6 - 3.3. 電解槽的設(shè)計理論電解槽的設(shè)計理論 電解生產(chǎn)實踐證明電解槽的穩(wěn)定性是獲得良好生產(chǎn)指標(biāo)的根本保 證。從設(shè)計理論來看,要解決電解槽的穩(wěn)定性問題必須要解決如下三個 主要問題。一是磁流體穩(wěn)定性問題,以保證電解槽在高電流強度下能夠 平穩(wěn)地生產(chǎn)；二是熱平衡問題，以解決電解槽既要保溫又要散熱的矛 盾,使電解槽能夠長期在穩(wěn)定條件下高效運行；三是電解槽殼的應(yīng)力變 形

22、問題，要求槽殼有足夠的剛度，以抵御由于陰極炭塊熱膨脹和滲鈉 所產(chǎn)生的強大外推力，長期保持電解槽所必須的良好形狀。一般來說， 這三個問題解決的成功與否在很大的程度上決定著電解槽設(shè)計的優(yōu)劣。 下面介紹 sy300 電解槽如何解決這三個方面的問題。 下圖為電解槽 優(yōu)化設(shè)計程序圖。 槽殼結(jié)構(gòu)分析電場、熱場計算磁場計算 調(diào)整結(jié)構(gòu) 調(diào)整內(nèi)襯調(diào)整母線 調(diào)整母線 磁流體穩(wěn)定性分析 母線用量優(yōu)化 短路設(shè)計 調(diào)整母線 內(nèi)襯設(shè)計方案 槽殼設(shè)計方案 母線設(shè)計方案 電解槽基礎(chǔ)參數(shù) ? ? ? ? samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步

23、設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 7 - 4.4. 母線設(shè)計方案母線設(shè)計方案 電解槽周圍母線及內(nèi)部電流在熔體中產(chǎn)生磁感應(yīng),這種磁感應(yīng)強度 與熔體中的電流相互作用產(chǎn)生電磁力,這種電磁力導(dǎo)致了熔體的流動、 鋁液隆起以及鋁液/電解質(zhì)界面的波動。過快的熔體流動會嚴(yán)重沖刷爐 幫甚至危害側(cè)部炭塊。而界面的變形和波動加劇了電解質(zhì)中溶解鋁與 陽極底部 co2的反應(yīng),降低了電流效率,同時,又導(dǎo)致了電解槽極距的不 穩(wěn)定,即電解槽生產(chǎn)的不穩(wěn)定。隨著研究深入,已經(jīng)普遍把滿足磁流體 穩(wěn)定性的要求作為

24、評判電解槽母線設(shè)計優(yōu)劣的最重要的標(biāo)準(zhǔn)；也就是 說母線的設(shè)計不僅僅是計算磁感應(yīng)強度的問題，而是要進一步研究在 電磁力作用下熔體的穩(wěn)定性，從而保證電解槽的穩(wěn)定生產(chǎn)。 依磁流體穩(wěn)定性分析優(yōu)化設(shè)計的母線配置,除了能提供良好的生產(chǎn) 穩(wěn)定性之外,還必須滿足以下要求: 具有良好的經(jīng)濟性,即母線的用量和電能損失的綜合費用最小。 安全性,即在正常生產(chǎn)和短路狀況下,母線沒有過載現(xiàn)象。 簡捷性,配置簡單,容易安裝。 方便電解槽生產(chǎn)操作。 進行磁流體穩(wěn)定性分析的基本方法和步驟如圖 a。從下面的基本 方法可以看出：首先必須計算磁感應(yīng)強度，然后用磁流體穩(wěn)定性分析 母線配置是否合理。下面分別敘述了 sy300 電解槽的磁感

25、應(yīng)強度、磁 流體穩(wěn)定的計算方法和結(jié)果。 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 8 - 4.14.1 sy300sy300 電解槽磁感應(yīng)強度計算方法電解槽磁感應(yīng)強度計算方法 熔體中磁感應(yīng)強度的分布是進行磁流體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之 一,因此它的獲取方法和準(zhǔn)確性及可靠性就顯得十分重要。sy300 電解 槽磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)的獲取采用了麥克斯韋方程組方法。多年的研究

26、結(jié) 果表明：這種方式計算的磁感應(yīng)強度與實際測量值最為相近。當(dāng)然，還 有其他的方式可以獲得磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)，但是其準(zhǔn)確度與實際值相差較 大。 sy300 電解槽就是采用這種方式來獲得磁感應(yīng)強度數(shù)據(jù)。利用麥 鐵磁物質(zhì) 磁流體穩(wěn)定性分 析 流 速界面變形界面波動 電、熱場計算 磁 場 計 算 熔體中電流分布母線電流 熔體中磁場分布 jb 電解槽基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 電磁力 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號

27、：工程編號：sg8909cs3 - 9 - 克斯韋方程組求解包含槽周母線、內(nèi)部電流、槽殼以及槽周圍空氣等 在內(nèi)的三維模型。從計算模型和計算方法來看,這是目前最準(zhǔn)確的也是 最復(fù)雜的方法之一。只有大型的工程軟件才能完成這樣的計算工作,如 ansys 工程軟件，這是一個國際上通用的工程計算軟件。sy300 電解槽 就是采用麥克斯韋方程組方法，并借助 ansys 計算軟件來獲得磁感應(yīng) 強度分布數(shù)據(jù)。 4.24.2 sy300sy300 電解槽的磁感應(yīng)強度計算結(jié)果電解槽的磁感應(yīng)強度計算結(jié)果 磁感應(yīng)強度分布圖 -7.110 -6.274 -5.437 -4.601 -3.764 -2.928 -2.091

28、 -1.255 -0.418 0.418 1.255 2.091 2.928 3.764 4.601 5.437 6.274 7.110 -1.800 0.450 -15.000 -10.000 -5.000 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 -1.800 -1.350 -0.900 -0.450 0.000 0.450 0.900 1.350 1.800 圖 4-1 z 方向磁感應(yīng)強度 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2

29、23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 10 - 標(biāo)高=2.401 m(y 方向磁感應(yīng)強度) -7.11 -6.274 -5.437 -4.601 -3.764 -2.928 -2.091 -1.255 -0.418 0.418 1.255 2.091 2.928 3.764 4.601 5.437 6.274 7.11 -1.8 0.45 -15 -10 -5 0 5 10 15 gs m m -1.8 -1.35 -0.9 -0.45 0 0.45 0.9 1.35 1.8 圖 4-2 y 方向磁感應(yīng)強度 下表列出了 sy30

30、0 電解槽的詳細磁感應(yīng)強度計算結(jié)果。 標(biāo)高=2.401 m(垂直磁感應(yīng)強度) 表 4-1 x(m)y(m)-1.800-1.350-0.900-0.4500.0000.4500.9001.3501.800 -7.110-4.203-2.0810.1752.6495.7728.69710.44910.9819.646 -6.6920.215-1.5431.6513.9058.52812.95814.58116.54113.199 -6.2749.2856.9026.2358.89410.40011.75213.91012.4758.856 -5.85512.97410.2099.97910.13

31、810.52210.78610.4849.6856.852 -5.43712.01410.95810.5039.7629.5009.2088.4698.1557.292 -5.0198.2329.2017.8578.6048.0487.5198.5367.6738.663 -4.6016.6266.5467.5746.3856.9597.5296.4017.5807.404 -4.1829.7898.9797.7427.5926.7475.8765.6844.4403.628 -3.76412.87810.4789.0817.9596.8885.7854.5733.0730.597 -3.34

32、611.4678.5828.2097.0276.6136.1454.7154.0290.926 -2.9288.4207.1805.7376.6395.9015.1365.8804.3003.212 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 11 - x(m)y(m)-1.800-1.350-0.900-0.4500.0000.4500.9001.3501.8

33、00 -2.5097.5196.6646.8865.0475.2855.5894.1245.1155.228 -2.0916.2856.4935.7915.3834.9444.5864.5694.6736.359 -1.6735.5265.5785.1345.4365.1754.9685.4925.6017.015 -1.2557.0085.7416.2235.0695.5396.0575.0605.9195.626 -0.8368.9147.3245.5316.0435.0994.1754.6953.0122.129 -0.4187.1534.7304.9333.8293.5873.3322

34、.0061.9920.408 0.0002.6762.1411.8711.7321.6741.6881.8032.1172.921 0.418-1.805-0.438-1.178-0.359-0.2460.0181.5482.1435.252 0.836-3.571-3.013-1.745-2.565-1.786-0.903-1.2900.8763.292 1.255-1.773-1.399-2.409-1.598-2.281-2.905-1.882-2.426-0.798 1.673-0.167-1.149-1.293-1.987-1.984-1.943-2.556-2.614-3.297

35、2.091-0.502-1.903-1.916-1.953-1.801-1.637-1.771-2.048-3.844 2.509-1.127-1.903-2.965-1.609-2.139-2.619-1.264-2.365-2.586 2.928-1.885-2.358-1.775-3.156-2.691-2.052-2.771-0.9271.094 3.346-5.387-3.866-4.230-3.474-3.298-2.900-1.3020.0545.189 3.764-7.498-5.961-5.101-4.326-3.456-2.390-0.9501.3516.160 4.182

36、-4.958-4.625-3.741-3.869-3.205-2.374-1.989-0.1272.455 4.601-2.144-2.239-3.516-2.574-3.326-3.945-2.681-3.500-2.683 5.019-3.706-4.796-3.719-4.720-4.336-3.841-4.696-3.470-4.049 5.437-6.901-6.301-6.262-5.814-5.708-5.400-4.387-3.368-1.017 5.855-6.724-5.144-5.557-6.072-6.609-6.822-6.165-4.3451.451 6.274-1

37、.887-1.229-1.355-4.420-6.109-7.453-9.339-7.031-0.785 6.6928.6078.4874.6232.011-2.817-7.332-8.903-10.568-6.082 7.11015.07212.78010.3427.6834.4181.397-0.437-1.242-1.161 z 分量第一象限絕對值的平均值：2.952 z 分量第二象限絕對值的平均值：6.419 z 分量第三象限絕對值的平均值：6.699 z 分量第四象限絕對值的平均值:3.527 磁感應(yīng)強度 z 分量最大值為：16.541；位于 x，y=-6.692，1.350 表 4

38、-2 x(m)y(m)-1.800-1.350-0.900-0.4500.0000.4500.9001.3501.800 -7.1100.1324.4665.1844.4073.6874.6665.4384.095-2.144 -6.692-7.6434.97511.14911.1648.68511.88312.6387.552-3.463 -6.274-12.329-2.5141.8554.5866.3685.6324.2232.276-2.097 -5.855-8.354-1.2543.0465.0145.2526.3246.0094.6773.092 -5.437-2.283-0.334

39、2.3963.9604.4225.5976.0536.3259.253 -5.0190.659-2.131-1.8310.2593.1472.1012.2554.94411.893 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 12 - x(m)y(m)-1.800-1.350-0.900-0.4500.0000.4500.9001.3501.800 -4.601

40、-0.7031.6063.4014.0733.1485.8747.4018.68110.542 -4.182-3.789-3.242-2.114-0.4091.4541.2471.6113.5337.572 -3.764-7.397-3.563-1.0420.3151.0141.7652.2752.6642.781 -3.346-9.974-2.7940.4271.1320.7782.3263.1872.654-0.779 -2.928-6.325-4.506-3.912-2.5250.010-1.495-1.579-0.0341.314 -2.5092.7622.5503.0812.8351

41、.4513.8215.2436.0397.421 -2.0917.7151.239-0.218-0.0820.9040.7571.5403.80610.215 -1.6734.356-0.021-1.120-1.0000.444-0.3510.2312.0186.164 -1.255-2.4940.8682.1141.7120.7132.2383.2782.878-0.048 -0.836-6.506-4.531-3.839-2.731-0.654-2.304-2.791-2.252-2.117 -0.418-5.683-1.1441.1081.158-0.0441.5332.0611.281

42、-1.095 0.000-1.328-1.015-0.498-0.1510.1150.3930.7881.4141.785 0.4182.835-0.898-2.110-1.4600.276-0.740-0.4681.5824.908 0.8363.3422.4602.8192.4180.8833.1104.4265.2076.831 1.255-0.459-3.000-3.179-2.057-0.504-1.429-1.5920.1934.149 1.673-7.162-2.226-0.0270.589-0.2851.1341.4861.235-2.223 2.091-11.198-3.62

43、7-1.042-0.424-0.824-0.0360.155-0.426-4.861 2.509-6.561-5.068-4.468-3.451-1.467-3.193-3.649-2.756-1.523 2.9282.6351.8262.3841.797-0.1242.0153.0062.9493.134 3.3466.114-0.160-2.119-1.973-0.985-1.910-1.937-0.1643.845 3.7642.7750.249-0.828-1.264-1.308-1.439-1.146-0.394-0.113 4.182-2.060-0.3940.094-0.633-

44、1.830-1.000-0.541-1.220-3.880 4.601-5.238-5.378-5.492-5.188-3.614-5.727-6.394-6.245-6.757 5.019-5.900-1.473-0.220-1.427-3.731-2.114-1.417-2.590-8.193 5.437-1.973-2.786-4.293-5.161-5.156-5.845-5.540-4.434-5.395 5.8555.175-1.202-4.684-6.197-6.131-6.853-5.950-3.573-0.708 6.27410.4920.860-3.098-5.646-7.

45、324-6.424-4.674-2.1302.653 6.6928.437-5.487-11.773-11.927-9.599-12.863-13.561-8.3700.932 7.1102.650-3.579-4.787-4.598-4.438-5.752-6.717-5.6150.442 y 分量第一象限絕對值的平均值：3.137 y 分量第二象限絕對值的平均值：3.579 y 分量第三象限絕對值的平均值：3.015 y 分量第四象限絕對值的平均值：3.153 磁感應(yīng)強度 y 分量最大值為：13.561：位于 x，y=6.692，0.9 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有

46、限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 13 - 4.4.3 3 sy300sy300 電解槽母線優(yōu)化設(shè)計電解槽母線優(yōu)化設(shè)計 母線的配置不能只考慮磁感應(yīng)強度問題，還要考慮經(jīng)濟性、安全 性、操作性問題。獲得同樣效果的磁感應(yīng)強度分布可能有多種的母線 配置，其中有些母線配置需要較多的鋁用量,難以滿足經(jīng)濟性要求；有 些母線配置難以滿足安全性要求；有些母線配置會妨礙電解槽的日常 作業(yè)；有些母線配置難以滿足短路時的電平衡

47、等要求；這其中最重要、 最復(fù)雜的問題是母線用量的經(jīng)濟性問題。結(jié)合已經(jīng)取得的成功經(jīng)驗， 形成了一套行之有效的設(shè)計模式。母線優(yōu)化設(shè)計流程圖如下。 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 14 - 母線優(yōu)化設(shè)計流程圖母線優(yōu)化設(shè)計流程圖 y n n n n y y 磁感應(yīng)強度 計算 電場計算結(jié)果電解槽基礎(chǔ)參數(shù) 母線電流 鐵磁物質(zhì) 調(diào)整母線 磁感應(yīng)強度分布 jb 電磁

48、力 磁流體穩(wěn)定性分析 調(diào)整母線 流速、界面變形、界面波動 母線經(jīng)濟性分析 調(diào)整母線 母線配置方案 ? ? ? n n y y samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 15 - 為了補償相鄰列槽的磁感應(yīng)強度，母線采用了不對稱配置。sy300 電解槽熔體中的磁感應(yīng)強度分布，垂直磁感應(yīng)強度關(guān)于 x、y 軸反對稱，數(shù) 值普遍較小，最大值為16.510-4特斯拉。四個

49、象限垂直磁感應(yīng)強度絕 對 值的平均值分別為2.9510-4特斯拉、6.4110-4特斯拉、6.7010-4特 斯拉和 3.5310-4特斯拉，比較接近，說明垂直分布均勻。反映到熔 體的流動場上，sy300 電解槽的流動形狀對稱性較好，流速的最大值為 15 cm/s。從總體上分析，sy300 槽的母線設(shè)計具有良好的磁穩(wěn)定性。 sy300 電解槽陰極母線總重約為 35.3 t，電流分布均勻，陰極鋼 棒電流最大相對偏差小于 1.5%，滿足設(shè)計要求。短路口設(shè)在操作平面 以上，操作方便，又不妨礙電解槽的其他作業(yè)。 4.44.4 sy300sy300 電解槽的磁流體穩(wěn)定性分析方法電解槽的磁流體穩(wěn)定性分析方

50、法 長期的生產(chǎn)實踐及理論分析認(rèn)為，電解槽內(nèi)熔體的流動除了有利 于氧化鋁的溶解和擴散之外，對電解槽沒有其他益處。相反，過快的 流速會導(dǎo)致爐幫不規(guī)整，造成電解槽生產(chǎn)不穩(wěn)定?，F(xiàn)代電解槽設(shè)計理 論要求鋁液的流速越小越好；鋁液/電解質(zhì)界面越平越穩(wěn)定越好；熔體 的流動呈軸對稱，至少要關(guān)于長軸對稱，以免造成不規(guī)整的爐幫形狀。 sy300 電解槽的磁流體穩(wěn)定性分析采用磁流體模型進行數(shù)值仿真。 該方法可以分析熔體的流動狀態(tài)，如流速大小、流動方向、界面變形 和界面波動等。 4.4.14.4.1 磁流體數(shù)值仿真法磁流體數(shù)值仿真法 sy300 采用了磁流體數(shù)值仿真法來分析其磁流體的穩(wěn)定性。在電 解槽中，由電磁力引起的

51、熔體流動可用 navier-stokes 方程描述,在鋁 液和電解質(zhì)層均有 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 16 - (1)vp 1 g 1 vv t v 式中 v 為流速、p 為壓力、g 為重力加速度、 為密度、 為動 力粘度系數(shù)。 按照電解槽的幾何形狀以三維暫態(tài)方式求解式(1)不但可以求解出 熔體的流動狀態(tài)和界面變形,而且還可以分析各種干擾因素如

52、換極、出 鋁、沉淀、電流波動等對界面的擾動,考察界面的穩(wěn)定性。采用這種方 法進行磁流體分析十分復(fù)雜。 更通常的做法是對式(1)進行一些簡化,首先去掉暫態(tài)頂,把問題簡 化為穩(wěn)態(tài)的;然后再根據(jù)熔體幾何形狀的特征,把問題簡化成平面的,以 著重分析熔體的水平流動和界面靜態(tài)變形；也就是求解二維穩(wěn)態(tài) navier-stokes 方程。為了在模型中能表示熔體在厚度方向的能量傳遞， 進行了不同程度簡化處理。這些簡化使磁流體的分析變得簡單,很容易 研究不同母線配置所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度對流動的影響。但是另一方面 這些簡化也使得這種方法失去了分析界面波動的能力。為此，必須建 立專門用于分析界面波動的模型以做為補充。也

53、就是說求解二維穩(wěn)態(tài) navier-stokes 方程和界面波動方程 ,同樣可得到熔體流速分布 ,界 面靜態(tài)變形以及界面波動狀態(tài) ,這種方法上世紀(jì)八十年代開始在國外 比較流行。 sy300 磁流體穩(wěn)定分析就采用這種方式的計算。流動場計算軟件 和波動場分析軟件是與國內(nèi)知名大學(xué)合作開發(fā)的，特別是波動分析軟 件是國內(nèi)所特有的。 4.4.24.4.2 磁流體穩(wěn)定分析法的驗證磁流體穩(wěn)定分析法的驗證 八十年代末,曾經(jīng)全面應(yīng)用磁流體穩(wěn)定性分析方法指導(dǎo)了 280 ka 試驗槽的母線設(shè)計。試驗槽運行表明了該槽的總體設(shè)計是成功的，但 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬

54、噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 17 - 測試結(jié)果也顯示了母線設(shè)計還不完善，主要表現(xiàn)在實測的垂直磁感應(yīng) 強度過大，鋁液流速過快。如前所述，磁感應(yīng)強度偏差過大是由當(dāng)時 計算軟件所引起的，采用該軟件計算的磁感應(yīng)強度來進行流動性分析 實際上已失去了指導(dǎo)意義，其計算結(jié)果也難以用測量結(jié)果來評判。類 似的情況顯然也存在于早期設(shè)計的其他大型預(yù)焙槽中。下表列出了國 內(nèi)幾種槽型鋁液流速的設(shè)計值和實測值，從中可知：早期國內(nèi)設(shè)計的 大型預(yù)焙槽鋁液流速普

55、遍偏大，并且測量值比設(shè)計值大很多。 國內(nèi)大型電解槽鋁液的流速(單位：cm/s) 新安 160 ka 槽平果 160 ka 槽貴鋁 186 ka 槽280 ka 試驗槽槽型 項目 設(shè)計值實測值設(shè)計值實測值設(shè)計值實測值設(shè)計值實測值 v最大值 16.11711.12510.42812.9530 v平均值 8.1122.98162.9614.612.5116 蘭州鋁廠應(yīng)用的 sy200 電解槽采用 ansys 軟件計算磁感應(yīng)強度， 然后在此基礎(chǔ)上進行磁流體分析，計算出了流體的流速分布和界面波 動情況。由于磁感應(yīng)強度計算準(zhǔn)確性得到了極大的提高，才有可能用 流速的測量結(jié)果來考查設(shè)計軟件。上表顯示出流速實測

56、的最大值與計 算值極好地吻合，這是目前我國大型鋁電解槽流速最低的。 新安鋁廠 sy160 ka 電解槽磁感應(yīng)強度、流場的測試結(jié)果不僅驗證 了計算軟件和計算模型的準(zhǔn)確性，同時也驗證了所采用的設(shè)計思路和 標(biāo)準(zhǔn)的正確性，揭示出了磁感應(yīng)強度分布與熔體流動的內(nèi)在關(guān)系。 4.54.5 sy300sy300 電解槽磁穩(wěn)定的計算結(jié)果電解槽磁穩(wěn)定的計算結(jié)果 sy300 電解槽鋁液的流動速度見下圖，其流動狀態(tài)呈良好的軸對 稱，最大流速為 15.3 cm/s，界面變形最大值為 1.3 cm。 samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步設(shè)計設(shè)計階段：初步

57、設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 18 - 5.5. 熱平衡分析熱平衡分析 電解槽內(nèi)襯的設(shè)計關(guān)系到電解槽生產(chǎn)的指標(biāo)和槽壽命。一般認(rèn)為， 良好的內(nèi)襯設(shè)計要能滿足電解槽熱平衡的特殊要求，在槽側(cè)的上部要 形成一個良好的散熱窗口，以保證槽內(nèi)形成規(guī)整的爐幫。槽側(cè)下部和 底部需要良好的保溫，節(jié)省能量，防止過長伸腿。另外要特別注意通過 底部保溫材料的選擇和組合確保900溫度線落在陰極炭塊之下，800 等溫線位于保溫磚之上。要保證設(shè)計滿足上述要求，需要使用先進的計 算手段對電解槽在生產(chǎn)狀況

58、下熱平衡情況進行模擬分析評價，并指導(dǎo) 內(nèi)襯設(shè)計。 5.15.1 內(nèi)襯設(shè)計模型、電、熱模型內(nèi)襯設(shè)計模型、電、熱模型 在電解槽的熱電場控制體內(nèi)，熱場與電場的計算區(qū)域不同。熱場 計算區(qū)域要扣除熔池區(qū)域，電場計算區(qū)域要扣除絕緣區(qū)域。 計算區(qū)域內(nèi)的電場分布滿足拉普拉斯方程: (1)0) 1 () 1 () 1 ( zzzyyyxxx 計算區(qū)域內(nèi)的熱場分布滿足泊松方程: (2)0)()()( q z t kz zy t ky yx t kx x sy300 電解槽流動場(vmax=15.3cm/s) samisami 山西華澤鋁電有限公司山西華澤鋁電有限公司 2828 萬噸電解鋁萬噸電解鋁 設(shè)計階段：初步

59、設(shè)計設(shè)計階段：初步設(shè)計 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院沈陽鋁鎂設(shè)計研究院及及 2 23 30 00 0m mw w 機機組組發(fā)發(fā)電電工工 程程工程編號：工程編號：sg8909cs3 - 19 - 式中 為電位，t 為溫度， 為電阻率，k 為導(dǎo)熱系數(shù)，q 為單 位體積發(fā)出的熱量。 計算過程中，電場和熱場相互影響，需要同時求解，因此就是一 個電、熱耦合問題。采用有限差分的數(shù)學(xué)方法，編制了適合電解槽結(jié) 構(gòu)的專用計算機軟件，能夠較好求解上述方程。 5.25.2 sy300sy300 槽內(nèi)襯設(shè)計槽內(nèi)襯設(shè)計 由于采用了船形槽殼，sy300 槽內(nèi)襯的設(shè)計充分吸收了 sy190、sy200、sy230 電解槽和 280

60、ka 試驗槽的成功經(jīng)驗，同時又吸 收了近年來的技術(shù)成果，主要體現(xiàn)在如下兩個方面： 1) 窄加工面: 采用窄加工爐面是中間下料預(yù)焙槽發(fā)展的一種趨勢，它不僅可以 節(jié)省電解槽的材料用量，而且還有利于生產(chǎn)指標(biāo)的提高，這一點無論 在理論上還是生產(chǎn)中都已得到了驗證。當(dāng)然采用窄加工面設(shè)計是要以 準(zhǔn)確的熱平衡設(shè)計為前提的。 sy200、sy230 全系列的電解槽均采用窄加工面，其大面加工面為 300 mm，實踐證明生產(chǎn)效果良好。本設(shè)計采用 300 mm 的大面加工面。 2) 采用干防滲材料: 從近年來國外鋁廠的應(yīng)用來看采用干防滲材料可以有效地阻止電 解質(zhì)向陰極保溫層內(nèi)滲漏，從而達到延長槽壽命的目的。要有效地發(fā)