鋁電解車間工藝設(shè)計(jì)

1、鋁電解車間工藝設(shè)計(jì)鋁電解車間工藝設(shè)計(jì)2主要內(nèi)容主要內(nèi)容概述概述主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇冶金計(jì)算冶金計(jì)算車間配置車間配置3鋁電解的基本知識鋁電解的基本知識1 1、鋁的性質(zhì)與應(yīng)用、鋁的性質(zhì)與應(yīng)用 密度小、導(dǎo)電性好密度小、導(dǎo)電性好, ,熔點(diǎn)熔點(diǎn)為為660.37660.37，萬能金屬，萬能金屬綠色、低碳、節(jié)能、生態(tài)綠色、低碳、節(jié)能、生態(tài)4一一.概述概述 現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)普遍采用現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)普遍采用冰晶石冰晶石氧化鋁氧化鋁熔鹽電解法。電解熔鹽電解法。電解鋁鋁在熔鹽電解在熔鹽電解槽中進(jìn)行，以氧化鋁為原料，熔融的槽中進(jìn)行，以氧化鋁為原料，熔融的Na

2、3AlF6 -Al2O3為電解質(zhì)。采用炭素材料為電解質(zhì)。采用炭素材料作陽極，鋁液作陰極，在直流電作用下作陽極，鋁液作陰極，在直流電作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。5一一冰晶石冰晶石氧化鋁氧化鋁氟化鹽氟化鹽炭素材料炭素材料直流電解直流電解氣體凈化氣體凈化載氟氧化鋁載氟氧化鋁廢氣廢氣陽極氣體陽極氣體鋁液鋁液鑄造鑄造鋁錠鋁錠澄清或凈化澄清或凈化殘極殘極返回炭素生產(chǎn)線返回炭素生產(chǎn)線煙氣煙氣6原料原料鋁電解過程的主要原料鋁電解過程的主要原料AlAl2 2O O3 3 鋁電解對其化學(xué)純度要求：鋁電解對其化學(xué)純度要求： 比鋁更正電性元素的氧化物（比鋁更正電性元素的氧化物（FeFe2 2O O3 3、S

3、iOSiO2 2、TiOTiO2 2、V V2 2O O5 5等）含量有要求等）含量有要求； 比鋁負(fù)電性元素，如堿及堿土金屬等，電解時(shí)與氟化鋁反應(yīng)，使其損比鋁負(fù)電性元素，如堿及堿土金屬等，電解時(shí)與氟化鋁反應(yīng)，使其損失，分子比改變；失，分子比改變； 水分也是有害成分，分解電解質(zhì)中氟化物，產(chǎn)生水分也是有害成分，分解電解質(zhì)中氟化物，產(chǎn)生HFHF。鋁電解對其物理性能要求：鋁電解對其物理性能要求： 具有吸水性小，活性大，粒度適宜，在電解質(zhì)中溶解性好等，同時(shí)要具有吸水性小，活性大，粒度適宜，在電解質(zhì)中溶解性好等，同時(shí)要求能夠嚴(yán)密地覆蓋陽極，以防止陽極暴露在空氣中被氧化，保溫性能要好。求能夠嚴(yán)密地覆蓋陽極，

4、以防止陽極暴露在空氣中被氧化，保溫性能要好。 這些性質(zhì)主要取決于氧化鋁晶體的晶型、粒度和幾何形狀。這些性質(zhì)主要取決于氧化鋁晶體的晶型、粒度和幾何形狀。 根據(jù)氧化鋁的物理性能不同，可分為砂狀、粉狀和中間狀。根據(jù)氧化鋁的物理性能不同，可分為砂狀、粉狀和中間狀。7輔助生產(chǎn)材料輔助生產(chǎn)材料NaNa3 3AlFAlF6 6因外觀酷似冰而得名冰晶石，分為天然冰因外觀酷似冰而得名冰晶石，分為天然冰晶石和人造冰晶石，僅格陵蘭島有天然冰晶石，一般晶石和人造冰晶石，僅格陵蘭島有天然冰晶石，一般用人造冰晶石。用人造冰晶石。冰晶石生產(chǎn)方法有：酸法、堿法、干法和磷肥副冰晶石生產(chǎn)方法有：酸法、堿法、干法和磷肥副產(chǎn)法等，其

5、中酸法應(yīng)用最廣。產(chǎn)法等，其中酸法應(yīng)用最廣。冰晶石冰晶石8冰晶石冰晶石-氧化鋁熔體的結(jié)構(gòu)氧化鋁熔體的結(jié)構(gòu) 冰晶石的晶體結(jié)構(gòu)冰晶石的晶體結(jié)構(gòu)nNaNa3 3AlFAlF6 6是離子型化合物；是離子型化合物；n晶格以晶格以AlFAlF6 63-3-原子團(tuán)構(gòu)成的立原子團(tuán)構(gòu)成的立方晶格為基礎(chǔ)，且與方晶格為基礎(chǔ)，且與NaNa(1)(1)+ +, , NaNa(2)(2)+ +離子分別形成的兩個(gè)不離子分別形成的兩個(gè)不同尺寸的體心立方晶格相互同尺寸的體心立方晶格相互穿透形成屬復(fù)式晶格；穿透形成屬復(fù)式晶格；n晶型轉(zhuǎn)變序：晶型轉(zhuǎn)變序：單斜體心晶系單斜體心晶系 565 565 立方體心立方體心晶系晶系 880 88

6、0 立方晶系立方晶系9氟化鹽氟化鹽氟化鹽包括氟化鹽包括NaFNaF、AlFAlF3 3、CaFCaF2 2和和LiFLiF等。其作用如表所示等。其作用如表所示10炭素材料炭素材料炭素材料耐高溫，抗腐蝕，導(dǎo)電良好，有足夠的機(jī)械炭素材料耐高溫，抗腐蝕，導(dǎo)電良好，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。生產(chǎn)炭素陽極的原料：生產(chǎn)炭素陽極的原料：骨料骨料和和粘接劑粘接劑兩部分兩部分1 1、骨料、骨料-石油焦、瀝青焦石油焦、瀝青焦 對骨料的要求：對骨料的要求： 灰分含量不能過高，會(huì)因帶入雜質(zhì)而影響鋁的質(zhì)量；灰分含量不能過高，會(huì)因帶入雜質(zhì)而影響鋁的質(zhì)量； 硫的含量過高，易使炭素制品開裂，電阻率增高；硫的

7、含量過高，易使炭素制品開裂，電阻率增高； 釩元素也會(huì)增大炭素材料的氧化活性，故其含量不宜太高。釩元素也會(huì)增大炭素材料的氧化活性，故其含量不宜太高。 2、粘接劑、粘接劑-瀝青瀝青 其主要功能是粘結(jié)固體骨料，構(gòu)成具有一定塑性的炭糊，并且在炭糊焦其主要功能是粘結(jié)固體骨料，構(gòu)成具有一定塑性的炭糊，并且在炭糊焦化過程中滲入骨料之間，使陽極具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。化過程中滲入骨料之間，使陽極具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。11技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇技術(shù)條件技術(shù)條件電流電流 電流槽的大小一般稱為電流槽的容量，皆以電流大小表示。電流槽的大小一般稱為電流槽的容量，皆以電流大小表示。電流槽的電流

8、反映了電流槽的單槽產(chǎn)能。電流槽的電流反映了電流槽的單槽產(chǎn)能。法國彼斯涅公司對年鋁產(chǎn)量均為法國彼斯涅公司對年鋁產(chǎn)量均為20萬萬t/年、分別采用年、分別采用180kA與與300kA兩種容量電流槽的方案做了比較兩種容量電流槽的方案做了比較(見表見表83)。結(jié)果表明，。結(jié)果表明，建一個(gè)系列建一個(gè)系列240臺(tái)臺(tái)300 kA的電流槽與建兩個(gè)系列的電流槽與建兩個(gè)系列400臺(tái)臺(tái)180kA的電的電流槽相比，總投資節(jié)約流槽相比，總投資節(jié)約15%。12電流電流靜電除塵器的除塵效率靜電除塵器的除塵效率可達(dá)可達(dá)99%以上，壓力損以上，壓力損失小于失小于500Pa。13技術(shù)條件技術(shù)條件面積電流面積電流 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中總是取

9、陽極面積電流作為設(shè)計(jì)與計(jì)算的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中總是取陽極面積電流作為設(shè)計(jì)與計(jì)算的基礎(chǔ)。電解質(zhì)水平與鋁水平電解質(zhì)水平與鋁水平 電解質(zhì)水平是指電解槽中電解質(zhì)的深度。同樣，鋁水平是指電電解質(zhì)水平是指電解槽中電解質(zhì)的深度。同樣，鋁水平是指電解槽中鋁液的深度。電解質(zhì)水平為解槽中鋁液的深度。電解質(zhì)水平為1622cm，鋁水平為，鋁水平為2030cm。極距極距 陽極底面與鋁液鏡面間的距離稱為極距。通常情況下極距不小陽極底面與鋁液鏡面間的距離稱為極距。通常情況下極距不小于于4cm。14技術(shù)條件技術(shù)條件電解質(zhì)分子比電解質(zhì)分子比 電解質(zhì)中電解質(zhì)中NaF與與AlF3的物質(zhì)的量之比稱為電解質(zhì)分子比，簡稱的物質(zhì)的量之比稱

10、為電解質(zhì)分子比，簡稱分子比。目前分子比多選為分子比。目前分子比多選為2.22.8。效應(yīng)系數(shù)效應(yīng)系數(shù) 陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)(簡稱效應(yīng)簡稱效應(yīng))是熔鹽電解過程中發(fā)生在陽極上的特殊現(xiàn)是熔鹽電解過程中發(fā)生在陽極上的特殊現(xiàn)象，電解槽發(fā)生效應(yīng)期間其輸入功率為平常的數(shù)倍，同時(shí)電解過象，電解槽發(fā)生效應(yīng)期間其輸入功率為平常的數(shù)倍，同時(shí)電解過程基本停止，導(dǎo)致電解質(zhì)過熱，電流效率降低，并耗費(fèi)大量電能，程基本停止，導(dǎo)致電解質(zhì)過熱，電流效率降低，并耗費(fèi)大量電能，不利于生產(chǎn)。某一系列電解糟平均每臺(tái)電解槽每天發(fā)生陽極效應(yīng)不利于生產(chǎn)。某一系列電解糟平均每臺(tái)電解槽每天發(fā)生陽極效應(yīng)的次數(shù)稱為效應(yīng)系數(shù)，是電解槽系列是否正常運(yùn)行的標(biāo)志。

11、的次數(shù)稱為效應(yīng)系數(shù)，是電解槽系列是否正常運(yùn)行的標(biāo)志。15技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電流效率電流效率電能效率電能效率=(1000000Q)/(0.3356It)100% 式中式中 電流效率，電流效率，% q每臺(tái)電解槽的鋁產(chǎn)量，每臺(tái)電解槽的鋁產(chǎn)量，t I系列電流，系列電流，A t電解時(shí)間，電解時(shí)間，h100%WW理電能實(shí)-3-610=29800.335610IVVI平均平均式中式中 電流效率，電流效率，% V平均平均電解槽的實(shí)際電壓，電解槽的實(shí)際電壓，V I電解槽的電流，電解槽的電流，A 電解時(shí)間，電解時(shí)間，h 0.3356鋁的電化當(dāng)量，鋁的電化當(dāng)量，g/(Ah)160acacexBVEI RRRR

12、Ve V平()acE0 為氧化鋁可逆分解電壓；為氧化鋁可逆分解電壓； 為陽極反應(yīng)過電壓；為陽極反應(yīng)過電壓； 為陰極過電壓；為陰極過電壓；Ra 為陽極電阻；為陽極電阻； Rc 為陰極電阻；為陰極電阻； Re 為電解質(zhì)電阻；為電解質(zhì)電阻；Rx 為母線電阻；為母線電阻；Ve 為為效應(yīng)分?jǐn)傠妷?；效?yīng)分?jǐn)傠妷海籚B 為槽間電壓和電解廠房到整流所之間母線電壓降的分?jǐn)傠妷褐?。為槽間電壓和電解廠房到整流所之間母線電壓降的分?jǐn)傠妷褐汀?槽平均電壓槽平均電壓+VVVV黑平工作效應(yīng)17 槽平均電壓槽平均電壓VEVVVV電解質(zhì)工作極化陽極陰極母線()24 60minVkVVtVVket效應(yīng)效槽應(yīng)槽效應(yīng)電壓；槽電壓

13、；效應(yīng)系數(shù)；效應(yīng)時(shí)間（）。 槽工作電壓槽工作電壓效應(yīng)分?jǐn)傠妷盒?yīng)分?jǐn)傠妷?VeVe 槽間電壓、廠房外母線分?jǐn)傠妷翰坶g電壓、廠房外母線分?jǐn)傠妷?V V黑黑-V工作總電壓 槽工作電壓總和 效應(yīng)分?jǐn)傠妷嚎偤蜕a(chǎn)槽臺(tái)數(shù)18技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)氧化鋁消耗總量氧化鋁單耗鋁產(chǎn)量 氧化鋁單耗氧化鋁單耗炭陽極單耗炭陽極單耗 氟化鹽單耗氟化鹽單耗氟化鹽消耗總量氟化鹽單耗鋁產(chǎn)量炭素材料消耗總量炭素陽極單耗鋁產(chǎn)量19上世紀(jì)6080年代以前廣為使用現(xiàn)仍有少量存在的側(cè)插陽極棒自焙陽極電解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)20上世紀(jì)6080年代廣為使用的上插陽極棒自焙陽極電解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)在上世紀(jì)6070年

14、代，上插棒自焙陽極電解槽在世界范圍內(nèi)得到了很大發(fā)展，其電解槽的最大電流強(qiáng)度達(dá)到了170180kA。21圖3.3 當(dāng)代的預(yù)焙陽極電解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)22公司或鋁廠槽型電流強(qiáng)度(kA)電流效率(%)直流電耗(kWh/t)槽壽命(Mon.)AlcanP18018094.51440060-80AlcoaA69721694.51390070-80BecancourAP-1818094.91330080-100GrangesP8615095.41317072ZSNF ZiarHAL23023096.313306-DubalCD20020094.01440065LauralcoAP-30319

15、96.01300072-96Aloca PortlandA81730395.01360060-72國外主要槽型的技術(shù)指標(biāo) 國內(nèi)外鋁電解技術(shù)現(xiàn)狀國內(nèi)外鋁電解技術(shù)現(xiàn)狀主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)23國內(nèi)外工業(yè)鋁電解技術(shù)現(xiàn)狀國內(nèi)外工業(yè)鋁電解技術(shù)現(xiàn)狀參數(shù)國外電解槽國內(nèi)200kA 系列國內(nèi)300kA 系列電流強(qiáng)度(kA)300-320200300日鋁產(chǎn)量(kg)247515142295直流電耗(kWh/kg)12.9-13.513.2-13.313.1-13.2電流效率(%)9492-9392-93陽極電流密度(A/cm2)0.8-0.850.720.733槽膛面積(m2)40-4540.156.6陽極

16、面積(m2)3827.740.9陽極/槽膛面積比0.90.690.723陰極鋁液流速(cm/s)平均45最大17最大1617陰極壽命(d)2500-30001500-18002000陽極凈耗(kg/kg)0.430.440.42國內(nèi)外電解槽的典型參數(shù) 主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)24國內(nèi)主要鋁廠國內(nèi)主要鋁廠 撫順鋁廠撫順鋁廠中國最早的鋁廠中國最早的鋁廠 百色平果鋁廠百色平果鋁廠中鋁公司中鋁公司 貴州鋁廠貴州鋁廠 中國鋁業(yè)公司中國鋁業(yè)公司 青海鋁廠青海鋁廠中國鋁業(yè)公司中國鋁業(yè)公司 青銅峽鋁業(yè)集團(tuán)公司青銅峽鋁業(yè)集團(tuán)公司 云南鋁業(yè)股份有限公司云南鋁業(yè)股份有限公司 包頭鋁業(yè)集團(tuán)公司包頭鋁業(yè)集團(tuán)公司 總

17、電投集團(tuán)旗下的鋁廠總電投集團(tuán)旗下的鋁廠 蘭州鋁業(yè)股份有限公司和蘭州連城鋁業(yè)有限公司蘭州鋁業(yè)股份有限公司和蘭州連城鋁業(yè)有限公司 鄭州鋁廠鄭州鋁廠中國鋁業(yè)公司中國鋁業(yè)公司主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)25主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)平果鋁廠平果鋁廠26平果平果320KA320KA鋁電解鋁電解撫順撫順230KA230KA鋁電解鋁電解主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)27主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)貴州鋁廠貴州鋁廠200KA200KA貴州鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)貴州鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)28青海青海200KA200KA鋁電解槽鋁電解槽伊川伊川300KA300KA鋁電解槽鋁電解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)29南山南山300

18、KA300KA鋁電解槽鋁電解槽蘭州蘭州200KA200KA鋁電鋁電解槽解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)30青銅峽青銅峽200KA200KA鋁電解槽鋁電解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)31電解槽的主體結(jié)構(gòu)電解槽的主體結(jié)構(gòu)321號號槽槽控控機(jī)機(jī)系系列列電電流流檢檢測測信信號號交交換換機(jī)機(jī)1 1# #監(jiān)監(jiān)控控微微機(jī)機(jī)電電流流信信號號傳傳輸輸線線CANBUS 通通信信網(wǎng)網(wǎng)MM# #監(jiān)監(jiān)控控微微機(jī)機(jī)1號號電電解解槽槽2號號槽槽控控機(jī)機(jī)2號號電電解解槽槽n號號槽槽控控機(jī)機(jī)n號號電電解解槽槽服務(wù)器接接其其他他監(jiān)監(jiān)控控、管管理理微微機(jī)機(jī)接接車車間間、分分廠廠工工作作站站以以太太網(wǎng)網(wǎng)（TCPIP通通信信）鋁鋁電

19、電解解智智能能模模糊糊控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件配配置置圖圖計(jì)算站電解車間整流車間主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)33出鋁操作（法國出鋁操作（法國300kA槽）槽）主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)34主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)大型預(yù)焙電解槽結(jié)構(gòu)大型預(yù)焙電解槽結(jié)構(gòu)陰極結(jié)構(gòu)陰極結(jié)構(gòu) 、上部結(jié)構(gòu)、母線結(jié)構(gòu)、電氣絕緣、上部結(jié)構(gòu)、母線結(jié)構(gòu)、電氣絕緣。陰極結(jié)構(gòu)陰極結(jié)構(gòu) 槽殼、內(nèi)襯砌體。槽殼、內(nèi)襯砌體。槽殼槽殼槽殼為內(nèi)襯砌體外部的鋼殼和加固結(jié)構(gòu)，是生產(chǎn)期間成槽殼為內(nèi)襯砌體外部的鋼殼和加固結(jié)構(gòu)，是生產(chǎn)期間成裝鋁液、電解質(zhì)的容器。分有底槽和無底槽。裝鋁液、電解質(zhì)的容器。分有底槽和無底槽。內(nèi)襯砌體內(nèi)襯砌體分為四種材質(zhì)：碳

20、質(zhì)內(nèi)襯材料、耐火材料、保溫材分為四種材質(zhì)：碳質(zhì)內(nèi)襯材料、耐火材料、保溫材料、粘結(jié)材料。料、粘結(jié)材料。內(nèi)襯氣體在筑爐過程中自槽殼下部向上依次為：石棉板、硅酸鈣內(nèi)襯氣體在筑爐過程中自槽殼下部向上依次為：石棉板、硅酸鈣板、保溫磚、防滲料、陰極炭塊、扎固糊料、側(cè)部炭塊。板、保溫磚、防滲料、陰極炭塊、扎固糊料、側(cè)部炭塊。側(cè)部炭塊種類側(cè)部炭塊種類|普通材質(zhì)炭塊、碳化硅結(jié)合氮化硅。普通材質(zhì)炭塊、碳化硅結(jié)合氮化硅。35主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)承重桁架、陽極提升裝置、自動(dòng)打殼下料裝置、陽承重桁架、陽極提升裝置、自動(dòng)打殼下料裝置、陽極母線和陽極組、集氣排煙裝置。極母線和陽極組、集氣排煙裝置。陽

21、極提升裝置陽極提升裝置有兩種方式：一種是采用渦輪蝸桿螺旋起重器有兩種方式：一種是采用渦輪蝸桿螺旋起重器陽極升降機(jī)構(gòu)，另一種是采用滾珠絲杠三角板陽極升降裝置。陽極升降機(jī)構(gòu)，另一種是采用滾珠絲杠三角板陽極升降裝置。自動(dòng)打殼下料裝置自動(dòng)打殼下料裝置有打殼系統(tǒng)（打殼氣缸和打擊錘頭）、下有打殼系統(tǒng)（打殼氣缸和打擊錘頭）、下料系統(tǒng)（料倉和筒式下料器）。料系統(tǒng)（料倉和筒式下料器）。陽極母線和陽極組陽極母線和陽極組陽極母線是由兩條平行母線和中間進(jìn)點(diǎn)聯(lián)陽極母線是由兩條平行母線和中間進(jìn)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)母線組成。陽極組由：炭塊、鋼爪、鋁導(dǎo)桿組成。絡(luò)母線組成。陽極組由：炭塊、鋼爪、鋁導(dǎo)桿組成。36主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)母

22、線結(jié)構(gòu)母線結(jié)構(gòu)電解槽的母線結(jié)構(gòu)由陽極母線、陰極母線、立柱母電解槽的母線結(jié)構(gòu)由陽極母線、陰極母線、立柱母線、軟母線一個(gè)一個(gè)串連在一起的?？煞譃閴貉幽妇€、鑄造母線兩線、軟母線一個(gè)一個(gè)串連在一起的?？煞譃閴貉幽妇€、鑄造母線兩種。種。電氣絕緣電氣絕緣電解槽絕緣部位較多，槽殼對地，陽極對陰極等。電解槽絕緣部位較多，槽殼對地，陽極對陰極等。圖圖4-2-837預(yù)焙陽極塊生產(chǎn)的基本工藝流程圖預(yù)焙陽極塊生產(chǎn)的基本工藝流程圖主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)38我國現(xiàn)行大型預(yù)焙槽陽極的主要技術(shù)參數(shù)我國現(xiàn)行大型預(yù)焙槽陽極的主要技術(shù)參數(shù)我國現(xiàn)行的陽極炭塊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（我國現(xiàn)行的陽極炭塊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB874288）主體設(shè)備的設(shè)計(jì)

23、主體設(shè)備的設(shè)計(jì)39國外現(xiàn)代預(yù)焙槽炭陽極質(zhì)量要求國外現(xiàn)代預(yù)焙槽炭陽極質(zhì)量要求主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)40 成型成型制備制備陽極生塊陽極生塊主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)41陽極倉庫陽極倉庫主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)42吊裝陽極生塊吊裝陽極生塊主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)43碳陽極放置圖碳陽極放置圖主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)44碳陽極殘極圖碳陽極殘極圖主體設(shè)備的設(shè)計(jì)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)45電解槽設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇電解槽設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇陽極尺寸陽極尺寸 預(yù)焙陽極炭塊尺寸，視陽極排列與組數(shù)不同，長度各異，而寬度一般為預(yù)焙陽極炭塊尺寸，視陽極排列與組數(shù)不同，長度各異，而寬度一般為500-750cm。高度一般在

24、。高度一般在550mm，過低則殘極率增大，過高則陽極上的平均電壓增高，過低則殘極率增大，過高則陽極上的平均電壓增高。 槽膛深度主要取決于電解質(zhì)水平、鋁水平及操作工藝制度，一般取槽膛深度主要取決于電解質(zhì)水平、鋁水平及操作工藝制度，一般取400600mm。大型。大型預(yù)焙陽極電解槽的預(yù)焙陽極電解槽的槽膛深度通常取槽膛深度通常取550600mm。 槽膛深度槽膛深度 陽極到槽幫的距離陽極到槽幫的距離陽極到槽幫的距離對電解楷的工作影響很大。距離過大，則熱損失大；過小，陽極到槽幫的距離對電解楷的工作影響很大。距離過大，則熱損失大；過小，則不便操作。預(yù)熔陽極電解槽的這個(gè)距離，大多取則不便操作。預(yù)熔陽極電解槽的

25、這個(gè)距離，大多取450mm。 母線面積電流母線面積電流鋁電解槽上母線用量很大。一個(gè)中型電解槽約需鋁母線鋁電解槽上母線用量很大。一個(gè)中型電解槽約需鋁母線69t，而大型電解槽，而大型電解槽鋁母線的用量高達(dá)鋁母線的用量高達(dá)2535t。46計(jì)算舉例計(jì)算舉例:某鋁廠電解槽設(shè)計(jì)電流為某鋁廠電解槽設(shè)計(jì)電流為160kA，電流效率為，電流效率為90%，則每臺(tái)電解槽理論日產(chǎn)原鋁量按下式計(jì)算：，則每臺(tái)電解槽理論日產(chǎn)原鋁量按下式計(jì)算：冶金計(jì)算冶金計(jì)算47一般物料平衡計(jì)算一般物料平衡計(jì)算氟平衡計(jì)算氟平衡計(jì)算 A 鋁電解槽氟的收入量。鋁電解槽氟的收入量。 (2)凈化回收系統(tǒng)回收后隨氧化鋁加入。合計(jì)噸鋁凈化回收系統(tǒng)回收后隨

26、氧化鋁加入。合計(jì)噸鋁27.2-0.544-0.347=26.31kg冶金計(jì)算冶金計(jì)算 (1) 隨氟鹽加入。合計(jì)噸鋁隨氟鹽加入。合計(jì)噸鋁13.42+2.12=15.54kg 上 述 兩 者 之 和 即 為 鋁 電 解 槽 氟 的 收 入 量 ， 共 計(jì) 為 噸 鋁上 述 兩 者 之 和 即 為 鋁 電 解 槽 氟 的 收 入 量 ， 共 計(jì) 為 噸 鋁15.54+26.31=41.85kg48一般物料平衡計(jì)算一般物料平衡計(jì)算氟平衡計(jì)算氟平衡計(jì)算 B 鋁電解槽氟的支出量。鋁電解槽氟的支出量。 (2)隨殘極吸收帶走的氟量為噸鋁隨殘極吸收帶走的氟量為噸鋁0.3kg冶金計(jì)算冶金計(jì)算 (1) 槽內(nèi)襯吸收氟

27、量為噸鋁槽內(nèi)襯吸收氟量為噸鋁6.05kg鋁 電 解 槽 氟 的 支 出 量 ， 共 計(jì) 為 噸 鋁鋁 電 解 槽 氟 的 支 出 量 ， 共 計(jì) 為 噸 鋁6.05+0.3+27.2+3+5.3=41.85kg (3)水解、揮發(fā)、飛揚(yáng)進(jìn)入煙氣的氣態(tài)和固態(tài)氟量為噸鋁水解、揮發(fā)、飛揚(yáng)進(jìn)入煙氣的氣態(tài)和固態(tài)氟量為噸鋁27.2kg (4)機(jī)械損失氟量為噸鋁機(jī)械損失氟量為噸鋁3kg (5)電解質(zhì)增量消耗氟。耗氟量為電解質(zhì)增量消耗氟。耗氟量為5.3kg49一般物料平衡計(jì)算一般物料平衡計(jì)算鑄造金屬平衡計(jì)算鑄造金屬平衡計(jì)算冶金計(jì)算冶金計(jì)算以年產(chǎn)能力為以年產(chǎn)能力為10萬噸萬噸/年的電解鋁廠為例，原鋁鑄造損失率為年

28、的電解鋁廠為例，原鋁鑄造損失率為0.5%,鑄造金屬平衡見表鑄造金屬平衡見表8-10收入收入支出支出項(xiàng)目項(xiàng)目數(shù)量數(shù)量/t項(xiàng)目項(xiàng)目數(shù)量數(shù)量/t原鋁原鋁102233普通鋁錠普通鋁錠101722鑄造損失鑄造損失511合計(jì)合計(jì)102233合計(jì)合計(jì)102233表表8-10 鑄造金屬平衡表鑄造金屬平衡表50鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算冶金計(jì)算冶金計(jì)算 在穩(wěn)定狀態(tài)下，供給電解楷體系的能量等于電解過程在穩(wěn)定狀態(tài)下，供給電解楷體系的能量等于電解過程需要的能量與從電解槽體系損失的熱能之和，這就是電需要的能量與從電解槽體系損失的熱能之和，這就是電解槽的能量平衡。解槽的能量平衡。目的：目的：在設(shè)

29、計(jì)電解槽工程中，通過能量平衡計(jì)算可以確在設(shè)計(jì)電解槽工程中，通過能量平衡計(jì)算可以確定出電解槽適宜的保溫條件，即確定出適宜的熱損失與定出電解槽適宜的保溫條件，即確定出適宜的熱損失與恰當(dāng)?shù)臉O間距離，并為調(diào)整電解槽的熱損失的分配與事恰當(dāng)?shù)臉O間距離，并為調(diào)整電解槽的熱損失的分配與事先估計(jì)電能效率提供必要的資料。先估計(jì)電能效率提供必要的資料。51能量平衡計(jì)算的溫度基礎(chǔ)、體系、體系電壓及時(shí)間能量平衡計(jì)算的溫度基礎(chǔ)、體系、體系電壓及時(shí)間溫度基礎(chǔ)溫度基礎(chǔ)指計(jì)算所假定采取的初始溫度。通常取電解溫度為計(jì)算基礎(chǔ)，或者取指計(jì)算所假定采取的初始溫度。通常取電解溫度為計(jì)算基礎(chǔ)，或者取0或或25作作計(jì)算基礎(chǔ)。計(jì)算基礎(chǔ)。計(jì)算對

30、象的邊界范圍，它應(yīng)該包括電解槽體。對有罩預(yù)焙槽，可取槽底計(jì)算對象的邊界范圍，它應(yīng)該包括電解槽體。對有罩預(yù)焙槽，可取槽底槽壁槽壁槽罩槽罩槽壁為邊界范圍。對無罩預(yù)焙槽，可取槽底槽壁為邊界范圍。對無罩預(yù)焙槽，可取槽底槽殼槽殼槽面槽面陽極為邊陽極為邊界范圍。界范圍。 體系體系 體系電壓體系電壓計(jì)算對象邊界范圍以內(nèi)的電壓降。對于帶罩的預(yù)焙槽，體系電壓是從鋁導(dǎo)桿起計(jì)算對象邊界范圍以內(nèi)的電壓降。對于帶罩的預(yù)焙槽，體系電壓是從鋁導(dǎo)桿起至陰極樟頭為止一段線路上的電壓降。對于不帶罩的預(yù)焙槽來說，體系電壓則至陰極樟頭為止一段線路上的電壓降。對于不帶罩的預(yù)焙槽來說，體系電壓則取從鋼爪起到陰極棒頭止一段線路上的電壓降。

31、取從鋼爪起到陰極棒頭止一段線路上的電壓降。 時(shí)間時(shí)間通常取通常取1h或或24h。鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算52鋁電解槽的能量平衡式鋁電解槽的能量平衡式以以0為計(jì)算溫度基礎(chǔ)，解槽能量平衡涉及的項(xiàng)目如圖為計(jì)算溫度基礎(chǔ)，解槽能量平衡涉及的項(xiàng)目如圖8-14所示所示.鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算圖圖8-14 以以0為計(jì)算溫度基礎(chǔ)的能量平衡示意圖為計(jì)算溫度基礎(chǔ)的能量平衡示意圖53鋁電解槽的能量平衡式鋁電解槽的能量平衡式鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算能量收入項(xiàng)為：能量收入項(xiàng)為： (1)電力供給計(jì)算體系的能量電力供給計(jì)算體系的能量Q電能電

32、能； (2)原料帶入計(jì)算體系的能量原料帶入計(jì)算體系的能量Q原料原料t1-0；(3)陽極氣體在離開計(jì)算體系之前放出的熱量陽極氣體在離開計(jì)算體系之前放出的熱量(其中包括其中包括因氣體溫度降低和烘燒而放出的熱量因氣體溫度降低和烘燒而放出的熱量) Q氣體氣體t3-t2 。能量支出項(xiàng)為能量支出項(xiàng)為：(1)電解反應(yīng)消耗的能量電解反應(yīng)消耗的能量Q反應(yīng)反應(yīng)0 ；(2)鋁液帶走的熱量鋁液帶走的熱量Q鋁液鋁液0-t3 ；(3)陽極氣體帶走的熱量陽極氣體帶走的熱量Q氣體氣體0-t3；(4)殘極帶走的熱量殘極帶走的熱量Q殘極殘極0-t3；(5)電解格計(jì)算體系向周圍環(huán)境通過傳導(dǎo)、對流和輻射而電解格計(jì)算體系向周圍環(huán)境通過

33、傳導(dǎo)、對流和輻射而損失的熱量損失的熱量Q損失損失。54鋁電解槽的能量平衡式鋁電解槽的能量平衡式鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算以以0為計(jì)算溫度基礎(chǔ)，能量平衡式為為計(jì)算溫度基礎(chǔ)，能量平衡式為55鋁電解槽的熱損失鋁電解槽的熱損失鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算傳導(dǎo)熱損失傳導(dǎo)熱損失鋁電解槽槽底與槽幫由內(nèi)向外的熱損失屬于傳導(dǎo)熱損失鋁電解槽槽底與槽幫由內(nèi)向外的熱損失屬于傳導(dǎo)熱損失56鋁電解槽的熱損失鋁電解槽的熱損失鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算對流熱損失對流熱損失57鋁電解槽的熱損失鋁電解槽的熱損失鋁電解槽的能量平衡及其計(jì)算鋁電解槽的能量平衡

34、及其計(jì)算輻射熱損失輻射熱損失58電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)電解鋁廠生產(chǎn)系統(tǒng)包括電解、鑄造、氧化鋁儲(chǔ)運(yùn)、煙氣凈化、陽極電解鋁廠生產(chǎn)系統(tǒng)包括電解、鑄造、氧化鋁儲(chǔ)運(yùn)、煙氣凈化、陽極組裝等工段或車間。組裝等工段或車間。鋁電解車間的主要任務(wù)是生產(chǎn)液態(tài)原鋁，主要生產(chǎn)和輔助設(shè)備為鋁電解鋁電解車間的主要任務(wù)是生產(chǎn)液態(tài)原鋁，主要生產(chǎn)和輔助設(shè)備為鋁電解槽、電解多功能機(jī)組，母線轉(zhuǎn)接裝置。槽、電解多功能機(jī)組，母線轉(zhuǎn)接裝置。 電解車間電解車間電解車間通常由兩層互相平行的兩層樓式廠房組成，一樓安裝槽體和電解車間通常由兩層互相平行的兩層樓式廠房組成，一樓安裝槽體和陰極母線等。二樓為工作面。陰極母線等。二樓為工作面。車間配置車間配置電解槽在廠房內(nèi)呈單排橫向或雙排縱向配置，采用槽罩密閉。車間內(nèi)電解槽在廠房內(nèi)呈單排橫向或雙排縱向配置，采用槽罩密閉。車間內(nèi)設(shè)有壓縮空氣管道，電解煙氣凈化系統(tǒng)、新鮮氧化鋁儲(chǔ)槽等。設(shè)有壓縮空氣管道，電解煙氣凈化系統(tǒng)、新鮮氧化鋁儲(chǔ)槽等。59電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)鑄造車間的主要任務(wù)將原鋁鑄造成重熔鋁錠、合金鋁錠等商