350KA電解槽物理場(chǎng)綜合測(cè)試報(bào)告

1、.350kA預(yù) 焙 陽(yáng) 極 鋁 電 解 槽物理場(chǎng)綜合測(cè)試報(bào)告長(zhǎng)沙高新開(kāi)發(fā)區(qū)奧西機(jī)電科技有限公司中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院*; 目 錄目 錄1、概述12、電平衡測(cè)試報(bào)告42.1 測(cè)試說(shuō)明42.1.1 測(cè)試目的42.1.2 測(cè)試內(nèi)容42.2 電壓平衡測(cè)量與計(jì)算方法42.2.1 陽(yáng)極壓降42.2.3 電解質(zhì)壓降及反電動(dòng)勢(shì)52.2.4 母線壓降52.3 電壓平衡測(cè)算結(jié)果及其分析62.4 陰、陽(yáng)極電流分布及斜立母線電流分析72.4.1 陰極電流分布72.4.2 陽(yáng)極電流分布102.4.3 斜立母線電流分配133、能量平衡測(cè)試報(bào)告173.1 測(cè)試說(shuō)明173.1.1 測(cè)試目的173.1.2 測(cè)試內(nèi)容173.

2、1.3 測(cè)試方法173.2 能量平衡計(jì)算方法簡(jiǎn)介183.3 槽殼溫度分布183.4 槽體系散熱損失計(jì)算結(jié)果及其分析223.5 總熱損失計(jì)算結(jié)果及其分析263.6 能量平衡計(jì)算結(jié)果及其分析293.7 槽膛內(nèi)形344、磁場(chǎng)測(cè)試報(bào)告404.1 測(cè)試說(shuō)明404.1.1 測(cè)試目的404.1.2 測(cè)試儀器404.1.3 坐標(biāo)及極性定義404.1.4 測(cè)點(diǎn)布置404.2 測(cè)試數(shù)據(jù)404.3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比454.3.1 測(cè)量結(jié)果圖示454.3.2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比454.4 分析與討論525、鋁液流動(dòng)測(cè)試與分析報(bào)告545.1 概述545.2 測(cè)點(diǎn)布置545.3 測(cè)定結(jié)果及其分析555.3.1 鋁液流動(dòng)方向555.

3、3.2 鋁液流速565.3.3 鋁液高度和沉淀厚度575.3.4 鋁液流動(dòng)圖像596、綜合分析與評(píng)價(jià)616.1 關(guān)于槽內(nèi)磁場(chǎng)616.2 關(guān)于電壓平衡616.3 關(guān)于能量平衡626.4 關(guān)于鋁液流速場(chǎng)656.5 關(guān)于強(qiáng)化電流運(yùn)行的討論666.6 關(guān)于進(jìn)一步降低槽電壓的討論677、結(jié)論與建議697.1 主要結(jié)論697.1.1 電壓平衡結(jié)論697.1.2 能量平衡結(jié)論707.1.3 磁場(chǎng)方面的結(jié)論707.1.4 流場(chǎng)方面的結(jié)論717.2 電流強(qiáng)化運(yùn)行方面的小結(jié)717.3 降低槽電壓?jiǎn)栴}的小結(jié)727.4 建議72致謝74附：研究人員名單7538 1、 概 述1、概述鋁電解槽物理場(chǎng)的綜合測(cè)試，對(duì)鋁電解槽

4、結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)的優(yōu)化及生產(chǎn)過(guò)程的控制具有十分重要的意義。通過(guò)測(cè)試，能系統(tǒng)地了解電解槽的槽電壓構(gòu)成、陽(yáng)極與陰極電流的分配、各區(qū)域能量損失、槽內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布及熔體流速分布與流動(dòng)圖象，可以對(duì)鋁電解槽的母線配置、工藝技術(shù)條件和加工操作制度的合理性以及槽子工況進(jìn)行定量分析和科學(xué)評(píng)價(jià)，為提高鋁電解主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，采取有針對(duì)性的技改措施提供科學(xué)依據(jù)。*公司現(xiàn)有350kA系列預(yù)焙鋁電解槽276臺(tái)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能25萬(wàn)噸年，已于2009年7月起陸續(xù)啟動(dòng)運(yùn)行。該系列槽由沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，均為大面六點(diǎn)進(jìn)電方式，采用不對(duì)稱母線配置。為了全面深入了解電解槽在實(shí)際生產(chǎn)中各物理場(chǎng)的分布特性，評(píng)價(jià)該槽型結(jié)構(gòu)與工藝條件的

5、合理性，由*公司和中南大學(xué)聯(lián)合組成的測(cè)試小組，于2010年9月23日9月29日，根據(jù)系列電解槽的生產(chǎn)運(yùn)行情況，選擇2307#、2128# 、1123#、1215#四臺(tái)電解槽進(jìn)行了物理場(chǎng)測(cè)試。具體測(cè)試時(shí)間如下：2307#槽：9月26日10:0017:002128#槽：9月27日9:0015:001123#槽：9月28日9:0015:001215#槽：9月29日9:0014:00為了完成好測(cè)試任務(wù)，廠校雙方就測(cè)試方案及所用工具進(jìn)行了精心準(zhǔn)備。各項(xiàng)目的測(cè)試方法、工具及數(shù)據(jù)計(jì)算方法主要依據(jù)“YS/T4812005”和“SLB-88-01”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。測(cè)試的詳細(xì)內(nèi)容及日程安排如表1-1所示。測(cè)試期間的電解

6、槽工藝條件如表1-2所示。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作完成后，校方利用自行研制的計(jì)算分析軟件，對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析，形成了本綜合測(cè)試報(bào)告。表1-1測(cè)試項(xiàng)目及分組任務(wù)一覽表（一臺(tái)槽）組別任務(wù)時(shí)間第一組第二組第三組第四組第五組9:0011:00陽(yáng)極部分：極間壓降陽(yáng)極母線系統(tǒng)壓降陰極部分：極間壓降母線系統(tǒng)壓降陰極母線等距壓降陰極母線溫度上部槽表面溫度：槽頂、槽罩、陽(yáng)極導(dǎo)桿、槽沿板、上部槽殼、側(cè)立柱下部槽表面溫度：下部槽殼、側(cè)立柱、槽底煙氣流量、溫度測(cè)定11:0012:00打開(kāi)槽罩陽(yáng)極導(dǎo)電系統(tǒng)壓降、導(dǎo)桿等距壓降爆炸塊壓降陰極軟帶壓降陰極軟帶溫度陰極棒溫度A側(cè)：各母線段、導(dǎo)桿表面溫度鋼爪、碳?jí)K、覆蓋層表面溫度

7、B側(cè)：各母線段、導(dǎo)桿表面溫度鋼爪、碳?jí)K、覆蓋層表面溫度準(zhǔn)備：儀器、工具、測(cè)孔，配合鐵碳?jí)航禍y(cè)定12:0013:00午餐午餐午餐午餐午餐13:0014:30開(kāi)測(cè)孔(24點(diǎn))流場(chǎng)測(cè)定磁場(chǎng)測(cè)定流場(chǎng)測(cè)定磁場(chǎng)測(cè)定A側(cè)：電解質(zhì)溫度，鋁液溫度，流場(chǎng)測(cè)定磁場(chǎng)測(cè)定B側(cè)：電解質(zhì)溫度，鋁液溫度，流場(chǎng)測(cè)定磁場(chǎng)測(cè)定電解質(zhì)取樣流場(chǎng)測(cè)定磁場(chǎng)測(cè)定14:3016:00(天車擴(kuò)孔)A側(cè)：碳?jí)K壓降、槽底壓降極距B側(cè)：碳?jí)K壓降、槽底壓降極距A側(cè)，TE端：兩水平、槽膛內(nèi)形B側(cè)，DE端： 兩水平、槽膛內(nèi)形電解質(zhì)取樣16:0017:00數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)整理表1-2測(cè)試期間電解槽工藝與操作參數(shù)匯總表工藝與操作參數(shù)2307#槽2128#槽

8、1123#槽1215#槽啟動(dòng)時(shí)間2009/11/122009/8/22009/8/72010/2/17說(shuō) 明末批啟動(dòng)槽第一批啟動(dòng)槽第一批啟動(dòng)槽二次啟動(dòng)槽測(cè)試日期2010/9/262010/9/272010/9/282010/9/29測(cè)試時(shí)槽齡 /月10.513137槽電壓 /V4.1704.2054.1684.130體系內(nèi)電壓降 /V3.9303.9603.9403.893電流強(qiáng)度 /kA350.9350.44350.45350.06電解質(zhì)溫度 /946.0936.9945.5955.6鋁液溫度 /944.6935.4943.7952.7電解質(zhì)水平 /cm15.920.319.813.6鋁液水

9、平 /cm25.722.223.123.2平均極距 /cm4.714.754.774.51電流效率/%93.2794.0094.7092.20產(chǎn)鋁量/.h-1109.9110.6111.5108.4煙氣溫度 /120126100113煙氣流量 /Nm3.h-110194851393209132分子比2.372.352.372.49Al2O3 /%4.084.624.373.62MgF2 /%0.320.320.280.30CaF2 /%4.093.913.734.25注：1）產(chǎn)鋁量與電流效率系采用測(cè)試日前一個(gè)月的統(tǒng)計(jì)值，經(jīng)計(jì)算獲得（平均值）。2）電流強(qiáng)度、槽電壓為該槽在當(dāng)日實(shí)測(cè)時(shí)間段內(nèi)平均值。

10、3）兩水平、兩溫度、極距、電解質(zhì)成份、煙氣流量均為多點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)平均值。 2、 電平衡測(cè)試報(bào)告2、電平衡測(cè)試報(bào)告2.1 測(cè)試說(shuō)明2.1.1 測(cè)試目的1） 根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行電解槽電壓平衡計(jì)算，對(duì)各部分壓降進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)其合理性；2） 根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析各部分壓降不合理的原因，探討改進(jìn)的措施，為改善電解槽工藝技術(shù)條件，降低槽電壓和減少直流電耗提供依據(jù)；3） 測(cè)量陰、陽(yáng)極電流分布和母線電流分配，評(píng)價(jià)進(jìn)電母線斷面選擇的合理性；4） 對(duì)進(jìn)電母線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。2.1.2 測(cè)試內(nèi)容1） 電壓平衡測(cè)試按鋁電解槽電壓平衡測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（SLB8801）進(jìn)行，測(cè)量?jī)?nèi)容包括：陰極壓降、陽(yáng)極壓降、極間壓降及母線壓降等

11、；2） 陰極電流分布及陽(yáng)極電流分布； 3） 斜立母線電流分配。2.2 電壓平衡測(cè)量與計(jì)算方法2.2.1 陽(yáng)極壓降 陽(yáng)極壓降由卡具壓降、導(dǎo)桿壓降、爆炸焊壓降、鋼爪壓降、鐵碳?jí)航?、碳?jí)K壓降構(gòu)成。對(duì)各部分壓降按電流分配系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算公式如下： Ui為各部分電壓測(cè)量值，Ki為電流分配系數(shù)，計(jì)算公式為：l 卡具壓降：， n:為實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)l 導(dǎo)桿壓降：， n:為實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)l 爆炸焊壓降：，n:為實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)l 鋼爪壓降： n:為實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)l 鐵碳?jí)航担海?n:為實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)，其中l(wèi) 碳?jí)K壓降： , n:為實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)2.2.2 槽底壓降： ， n為測(cè)點(diǎn)數(shù)2.2.3 電解質(zhì)壓降及反電動(dòng)勢(shì)1） 電解質(zhì)壓降電解質(zhì)壓

12、降采用“電壓極距 ”法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)，先上升陽(yáng)極10mm，記錄槽電壓、電流值，然后將陽(yáng)極下降回原位，記錄槽電壓和電流值；重復(fù)上述步驟二次，由此計(jì)算出每毫米極距壓降變化值，同時(shí)在不同位置測(cè)量極距值。采用算術(shù)平均方法分別計(jì)算極距平均值和每1mm極距壓降平均值。對(duì)2307#槽：U電解質(zhì)=單位長(zhǎng)度平均壓降×平均極距=1671.46mV對(duì)2128#槽：U電解質(zhì)=單位長(zhǎng)度平均壓降×平均極距=1637.99mV對(duì)1123#槽：U電解質(zhì)=單位長(zhǎng)度平均壓降×平均極距=1615.82mV對(duì)1215#槽：U電解質(zhì)=單位長(zhǎng)度平均壓降×平均極距=1604.97mV2） 反電動(dòng)勢(shì)

13、（極化電壓）為避免停電造成槽況波動(dòng)，此次測(cè)量未測(cè)量反電動(dòng)勢(shì)，按經(jīng)驗(yàn)取為1.65V。2.2.4 母線壓降為了準(zhǔn)確計(jì)算母線系統(tǒng)的壓降，分析各部分局部壓降變化情況，母線系統(tǒng)分幾個(gè)部分進(jìn)行測(cè)量，各部分當(dāng)量壓降按功率法求之： 對(duì)于不能確定其電阻值的部分，如壓接口等，先依據(jù)與其串聯(lián)母線的電壓值和電阻值求得電流值，然后再依據(jù)電流值及電壓測(cè)量值求其當(dāng)量壓降： 采用上式計(jì)算相對(duì)來(lái)說(shuō)比由接口壓降直接求算術(shù)平均值更為合理。為了處理電壓平衡計(jì)算中大量測(cè)試數(shù)據(jù)和相關(guān)計(jì)算工作，我們編制了一個(gè)“鋁電解槽電平衡測(cè)試計(jì)算專用軟件”。利用該軟件計(jì)算的被測(cè)槽各部分壓降計(jì)算結(jié)果匯總于表2-1。表2-1350kA鋁電解槽各部分電壓測(cè)試

14、與計(jì)算結(jié)果槽號(hào)項(xiàng)目2307#2128#1123#1215#平均值母線壓降陰極軟帶, /mV陰極母線, /mV陰極爆炸焊, /mV3.83138.224.234.76148.654.015.11128.623.378.72133.082.355.61137.143.49陽(yáng)極壓接, /mV已計(jì)入各部分壓降中橫梁母線, /mV4.463.263.393.383.62陽(yáng)極軟母線, /mV3.063.243.373.863.38陽(yáng)極母線, /mV85.9180.4776.7585.3782.13總計(jì), /mV239.72244.39228.36236.77237.31陽(yáng)極壓降卡具, /mV8.286.9

15、58.327.727.82導(dǎo)桿, /mV18.2317.3015.4916.2716.82爆炸焊, /mV7.356.044.795.866.01鋼爪, /mV30.8826.1322.9922.3625.59鋼碳，/mV51.8155.3064.4872.3360.98碳?jí)K, /mV141.14144.83143.69135.33141.25總計(jì), /mV257.69256.51259.76259.87258.46反電動(dòng)勢(shì), /mV16501650165016501650電解質(zhì)壓降極距, /cm4.714.754.774.514.69壓降, /mV1671.461637.991615.821

16、604.971632.56槽底壓降, /mV358.05341.99345.72317.74340.88槽電壓總和, /mV4187.814152.634104.014073.784129.562.3 電壓平衡測(cè)算結(jié)果及其分析將以上計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?-2。表2-2電壓平衡測(cè)算結(jié)果匯總表 槽號(hào)項(xiàng)目2307#2128#1123#1215#平均值陽(yáng)極壓降, /mV257.69256.51259.76259.87258.46陰極壓降, /mV358.05341.99345.72317.74340.88電解質(zhì)壓降, /mV1671.461637.991615.821604.971632.56極化電壓,

17、/mV16501650165016501650效應(yīng)分?jǐn)? /mV10.8821.724.374.4310.35母線壓降, /mV239.72244.39228.36236.77237.31系列母線分?jǐn)? /mV槽電壓, /mV4187.804152.604104.034073.784129.55平均工作電壓, /mV4135.004205.004168.004170.004169.50誤差，-0.431.251.541.360.93系列電流，kA350.90350.44350.45350.06350.46表2-2中，效應(yīng)分?jǐn)傠妷褐?，是根?jù)所測(cè)槽在測(cè)試前一個(gè)月的效應(yīng)報(bào)表數(shù)據(jù)，由下列公式計(jì)算確定：

18、，mVU效：陽(yáng)極效應(yīng)電壓, /V；U：槽電壓平均值, /V；：效應(yīng)延續(xù)時(shí)間, /分鐘。K：為效應(yīng)系數(shù)，次/日。平均工作電壓測(cè)量值為電平衡測(cè)試時(shí)間段內(nèi)槽電壓的值，由計(jì)算機(jī)記錄的歷史曲線，由設(shè)計(jì)的專用程序計(jì)算得到。由表2-1及表2-2可以看出，各項(xiàng)測(cè)量值之和與直接測(cè)得的平均槽電壓值基本達(dá)到平衡，最大誤差不超過(guò)63.99mV（最大相對(duì)誤差1.54），在測(cè)量誤差允許范圍（2）之內(nèi)，表明測(cè)算結(jié)果是可信的。2.4 陰、陽(yáng)極電流分布及斜立母線電流分析2.4.1 陰極電流分布陰極電流分布根據(jù)各陰極軟帶壓降的測(cè)量值，按下式計(jì)算得出： 式中，Ui電壓降測(cè)量值，Ri為軟帶電阻值，由軟帶長(zhǎng)度、斷面積及電阻率（考慮溫度

19、修正）計(jì)算得到。各陰極電流的計(jì)算采用自編軟件進(jìn)行，并將計(jì)算結(jié)果繪制成電流分布圖，如圖2-1圖2-4所示。由圖2-1圖2-4給出的四臺(tái)槽的陰極電流分布情況來(lái)看，陰極軟帶電流分布均勻性較差，部分陰極電流明顯偏大或偏小。軟帶電流最大差異出現(xiàn)在1123#槽，陰極電流最大值(10677A)與最小值(2379A)相差約有4.49倍之多；總體而言，端部各極電流偏??；此外，四臺(tái)槽中A側(cè)的總電流都大于B側(cè)的總電流，具體結(jié)果見(jiàn)表2-3。其中2307#槽兩側(cè)陰極電流差異最大，A側(cè)電流占總電流的比例為53.95%，B側(cè)電流比例為46.05%，A、B兩側(cè)相差7.9個(gè)百分點(diǎn)，電流相差27.72KA，差距較大；其他各槽也有

20、不同程度的差別?？傮w而言陰極電流分布欠合理。7186732588117236777667385402433372777982677066995476569178477893702448205032842569694318546390865755451253225846729375137469770695068773544491418156888673099536111488331824891308647921080678378陰極編號(hào)A側(cè)I=189.32kA占53.95% B側(cè)I=161.58kA占46.05% 圖2-12307槽陰極電流分布圖5040645384885432616771957

21、603779282844035849482828461773281368965754560068996864784159731675680753336735567857130876670157379666848616162790066537388736357947003755076037212108458897865152786114 陰極編號(hào)A側(cè)I180.73kA占51.57%. B側(cè)I169.71kA占48.43圖2-22128槽陰極電流分布圖78685588798577486098506056038720677910677854075177463493770265912635582616

22、55791027025428477102379874657396551910053287565872575778483493268609170551061546185909284728400800580417565778565916310陰極編號(hào)A側(cè)I185.26kA占52.86 B側(cè)I165.19kA占47.14圖2-31123槽陰極電流分布圖641284377768652184596924508658388170890873777648589160715973740874176427701974427645450561447603714686909385662058865422683286

23、9482105299483384266102528370647269916885129359944796641031078597493陰極編號(hào)A側(cè)I182.97kA占52.27 B側(cè)I167.09kA占47.73圖2-41215槽陰極電流分布圖2.4.2 陽(yáng)極電流分布陽(yáng)極電流分布由測(cè)量每根陽(yáng)極導(dǎo)桿的等距離壓降求得，其計(jì)算式為：由各槽測(cè)量結(jié)果繪制成的陽(yáng)極電流分布圖見(jiàn)圖2-5圖2-8。圖中可見(jiàn)，各陽(yáng)極電流分布存在較大的不均勻性，存在部分陽(yáng)極電流偏大或偏小的現(xiàn)象。差異最大的為2307#槽，最大陽(yáng)極電流（9382）與最小陽(yáng)極電流（4658A）相差4724A，前者為后者的2倍。此外，所測(cè)的四臺(tái)槽中112

24、3#、1215#槽B側(cè)電流均比A側(cè)要大一些，而2307#、2128#槽A側(cè)電流大于B側(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2-3。其中，2307#槽、2128#槽A、B兩側(cè)電流差異較為明顯，2307#槽A側(cè)為52.15%，B側(cè)為47.85%，相差4.3個(gè)百分點(diǎn)；2128#槽A側(cè)為51.89%，B側(cè)為48.11%，相差3.78個(gè)百分點(diǎn)。其余兩臺(tái)槽的A、B兩側(cè)電流較為接近。陽(yáng)極電流分布不均，主要與陽(yáng)極高度（換極次序）、當(dāng)?shù)貥O距、壓接質(zhì)量等因素有關(guān)。此外，注意到換極是每相鄰二塊極為一組同時(shí)更換，但其電流并不完全一致。9347 9102 7907 8302 7968 8295 9382 9346 4796 4658 7127

25、8052 7878 7568 7591 6830 5033 5640 8172 8185 7759 7636 8246 81846892 6789 6987 6949 6525 6486 5712 5582 6174 5947 7505 7795 7748 8015 7828 7690 7777 7795 7471 7998 7302 7230 5914 5789導(dǎo)桿編號(hào)A側(cè)I183.00k A占52.15 B側(cè)I167.90kA占47.85圖2-52307槽陽(yáng)極電流分布圖7394 7498 6902 6949 6448 6486 6173 5582 6494 6125 7086 7360 7

26、315 7590 7529 7373 7504 7360 7053 7549 7055 6529 8015 72168845 8603 7218 7498 8174 8095 5800 5527 7423 7498 7076 5960 6429 7401 7885 8197 7808 8254 5643 6440 9255 8936 9107 8784導(dǎo)桿編號(hào) A側(cè)I=181.86kA占51.89% B側(cè)I=168.58kA占48.11%圖2-62128槽陽(yáng)極電流分布圖7431 7203 7701 7998 6604 6595 6181 5827 7854 8126 7822 7460 757

27、4 7516 7608 8375 8381 8006 7166 6732 4601 4270 7248 69867071 7298 7448 7049 7394 7499 6523 6382 7673 7390 7298 8563 7902 8473 7952 8002 7649 7816 7390 7866 7293 7129 6908 7216導(dǎo)桿編號(hào)A側(cè)I=171.27kA占48.87% B側(cè)I=179.18kA占51.13%圖2-71123槽陽(yáng)極電流分布圖7766 8018 6897 7056 7907 7091 6842 7361 7418 6311 7259 7553 7079 7

28、495 6899 7102 7349 7464 7353 6451 6695 7576 8965 93106440 7135 6864 7024 7326 7876 6993 7003 7026 7820 6792 7192 6881 7632 6661 6552 7771 7414 7046 7283 7067 7216 7830 7998導(dǎo)桿編號(hào) A側(cè)I=172.84kA占49.38% B側(cè)I=177.22kA占50.62%圖2-81215槽陽(yáng)極電流分布圖將陰極和陽(yáng)極電流分配測(cè)算結(jié)果列于表2-3，可以看出：2307#槽A、B兩側(cè)陽(yáng)極電流相差4.3個(gè)百分點(diǎn)，陰極電流相差7.9個(gè)百分點(diǎn)，A、B

29、側(cè)陽(yáng)極間電流共相差1.8個(gè)百分點(diǎn)，即相差6320A，說(shuō)明槽內(nèi)存在由B到A的水平電流（6320A）；同理，2128#槽內(nèi)存在由A到的B水平電流（1130A）；1123#槽內(nèi)存在由B到A的水平電流（13990A），1215#槽內(nèi)存在由B到A的水平電流（9930A）。水平電流與垂直磁場(chǎng)作用是導(dǎo)致鋁液運(yùn)動(dòng)的主要因素，從這點(diǎn)來(lái)看，各槽水平電流偏大。因此，總的來(lái)說(shuō)兩側(cè)電流的分配不是很合理。 表2-3陰極與陽(yáng)極電流分配的比較項(xiàng)目槽號(hào)陽(yáng)極電流陰極電流A側(cè)B側(cè)A側(cè)B側(cè)電流,/kA電流,/kA電流,/kA電流,/kA2307#槽183.0052.15167.9047.85189.3253.95161.5846.0

30、52128#槽181.8651.89168.5848.11180.7351.57169.7148.431123#槽171.2748.87179.1851.13185.2652.86165.1947.141215#槽172.8449.38177.2250.62182.9752.27167.0947.732.4.3 斜立母線電流分配*公司電解槽采用大面六點(diǎn)進(jìn)電母線配置，本節(jié)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果分析各立柱母線進(jìn)電電流的分配關(guān)系。由于對(duì)陽(yáng)極母線各節(jié)點(diǎn)壓降及斜立母線壓降均做了細(xì)致的測(cè)量，因此，采用這些測(cè)量數(shù)據(jù)以及各陽(yáng)極導(dǎo)桿電流和母線其它部分的測(cè)量數(shù)據(jù)，即可對(duì)斜立母線的電流分配進(jìn)行分析。計(jì)算公式經(jīng)推導(dǎo)為如下表達(dá)式

31、：式中：斜立母線等距電壓；斜立母線截面積；斜立母線電流。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-4，各立柱電流走向及比例如圖2-9圖2-12所示。表2-4 大面斜立母線進(jìn)電電流（KA）及比例（%）2307#T1T2T3出鋁端合計(jì)，/kA占總電流比例56.28 56.58 62.41 175.27 49.95%D1D2D3煙道端合計(jì)，/kA占總電流比例54.11 58.95 62.57 175.63 50.05%2128#T1T2T3出鋁端合計(jì)，/kA占總電流比例57.33 53.76 65.88 176.97 50.50%D1D2D3煙道端合計(jì)，/kA占總電流比例56.35 52.78 64.34 173.47 49

32、.50%1123#T1T2T3出鋁端合計(jì)，/kA占總電流比例54.44 61.09 63.01 178.54 50.95%D1D2D3煙道端合計(jì)，/kA占總電流比例60.77 55.31 55.83 171.91 49.05%1215#T1T2T3出鋁端合計(jì)，/kA占總電流比例61.58 54.19 59.44 175.21 50.05%D1D2D3煙道端合計(jì)，/kA占總電流比例57.27 54.54 63.05 174.85 49.95%D1D2D3T1T2T354.11kA，占15.42% 62.57kA，占17.83% 62.41kA，占17.79% 56.58kA，占16.12% 56

33、.28kA，占16.04% 58.95kA，占16.80% A側(cè)B側(cè)出鋁端煙道端圖2-92307槽立柱母線電流分布圖D1D2D3T1T2T356.35kA，占16.08% 64.34kA，占18.36% 65.88kA，占18.80% 53.76kA，占15.34% 57.33kA，占16.36% 52.78kA，占15.06% A側(cè)B側(cè)煙道端出鋁端圖2-102128槽立柱母線電流分布圖D1D2D3T1T2T360.77kA，占17.34% 55.83kA，占15.93% 63.01kA，占17.98% 61.09kA，占17.43% 54.44kA，占15.53% 55.31kA，占15.7

34、8% A側(cè)B側(cè)煙道端出鋁端圖2-111123槽立柱母線電流分布圖D1D2D3T1T2T357.27A，占16.36% 63.05kA，占18.01% 59.44kA，占16.98% 54.19kA，占15.48% 61.58kA，占17.59% 54.54kA，占15.58% A側(cè)B側(cè)煙道端出鋁端圖2-121215槽立柱母線電流分布圖由表2-4及圖2-9至圖2-12可以看出，四臺(tái)槽的各立母線進(jìn)電電流分布來(lái)看，所測(cè)四臺(tái)槽與等進(jìn)電比設(shè)計(jì)（每立柱16.67%）都存在有一定的偏差，其中2128#槽偏差最大，T3最大，D2最小，電流相差13.08KA，即相差3.73個(gè)百分點(diǎn)；2307#槽，D3最大，D1

35、最小，電流相差8.471kA，即相差2.41個(gè)百分點(diǎn)；1123#槽，最大，T1最小，電流相差8.56kA，即相差2.44個(gè)百分點(diǎn)；1215#槽，D3最大，T2最小，電流相差8.86kA，即相差2.53個(gè)百分點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是T3、D3立柱的截面積為400×450mm=0.18m2，其它四個(gè)立柱的截面積為460×460mm=0.2116m2。盡管中間二立柱截面積小，但從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，所傳輸?shù)碾娏魅员绕渌⒅蟆Ａ硗?，從出鋁端、煙道端的各三個(gè)立母線的電流之和來(lái)看，四臺(tái)槽中2128#、1123#、1215#的出鋁端三立柱電流之和均大于煙道端三立柱的電流之和，其中相差最大的是1123

36、#槽，出鋁端三立柱電流之和比煙道端三立柱的電流之和大1.88個(gè)百分點(diǎn)，即相差6.62kA；而2307#的出鋁端三立柱電流之和小于煙道端三立柱的電流之和，出鋁端三立柱電流之和比煙道端三立柱的電流之和小0.12個(gè)百分點(diǎn)，即相差0.359kA。從圖2-9至圖2-12中不難發(fā)現(xiàn)，立柱母線進(jìn)點(diǎn)側(cè)靠近槽中部的母線電流大，而靠近煙道端和出鋁端的立柱母線電流較小。 3、能量平衡測(cè)試報(bào)告3、能量平衡測(cè)試報(bào)告3.1 測(cè)試說(shuō)明3.1.1 測(cè)試目的(1) 根據(jù)測(cè)試進(jìn)行鋁電解槽能量平衡計(jì)算，對(duì)各部分能量收支狀況進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)；(2) 根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析各部分能量收支不合理的原因，探討改進(jìn)措施，為改善槽工藝技術(shù)條件提供依據(jù)

37、。3.1.2 測(cè)試內(nèi)容能量平衡測(cè)試主要依據(jù)有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋁電解槽能量平衡測(cè)試與計(jì)算方法（YS/T4812005）進(jìn)行，測(cè)試內(nèi)容包括：各部分散熱損失、槽膛內(nèi)形、電解槽工藝及操作參數(shù)等。能量平衡測(cè)試點(diǎn)布置要求合理、全面、能較好地反映槽子實(shí)際散熱情況。為此，將陰極槽殼分三個(gè)區(qū)域布點(diǎn)測(cè)試，即熔體區(qū)（一帶）、陰極碳?jí)K區(qū)（二帶）、耐火層與保溫層區(qū)（三帶），其中每帶（區(qū)域）又分為若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)；槽底板以工字鋼梁劃分測(cè)試帶；槽罩分塊測(cè)量，每塊分上、中、下三個(gè)區(qū)域布點(diǎn)測(cè)試；對(duì)于電解質(zhì)與鋁液溫度、兩水平、極距及槽膛內(nèi)形等參數(shù)，每臺(tái)槽子分別測(cè)1012個(gè)點(diǎn)。能量平衡的計(jì)算所取體系為：槽底槽殼側(cè)部（包括陰極棒頭）四面?zhèn)炔坎?/p>

38、罩上部水平罩鋁導(dǎo)桿所構(gòu)成的密封型體系。以環(huán)境溫度為計(jì)算基礎(chǔ)溫度，以單位小時(shí)為能量收入支出時(shí)間計(jì)量單位。3.1.3 測(cè)試方法(1) 煙氣流量的測(cè)量是在排煙管上開(kāi)孔后，采用TH880煙氣采樣分析儀（可同時(shí)測(cè)量排煙溫度及煙氣流速），每次在煙道斷面上測(cè)取四個(gè)點(diǎn)，然后將各點(diǎn)煙氣流速平均后換算成煙氣流量。(2) 極距、槽膛內(nèi)形、兩水平、電解質(zhì)與鋁液溫度每臺(tái)槽測(cè)1012點(diǎn)，1小時(shí)內(nèi)測(cè)完；其中極距和槽膛內(nèi)形采用自制的專用工具進(jìn)行測(cè)定。(3) 槽體系各點(diǎn)表面溫度測(cè)法：1) 槽罩、集氣罩分塊測(cè)量，每塊取多點(diǎn)平均值；2) 槽殼上分三帶測(cè)量(對(duì)應(yīng)熔體帶、陰極碳?jí)K帶、耐火保溫層帶)，每帶按筋板劃分為格，并對(duì)每個(gè)金屬表面

39、(包括槽沿板)布多點(diǎn)測(cè)量，最后對(duì)溫度取平均值；3) 槽底板以鋼梁劃分為測(cè)試帶，每帶等距測(cè)3點(diǎn)；各點(diǎn)表面溫度主要采用紅外測(cè)溫儀測(cè)定，并用表面熱電偶對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定和修正。(4) 測(cè)量順序說(shuō)明：先測(cè)槽周表面溫度與環(huán)境溫度、煙氣流量與溫度，然后打開(kāi)槽罩，測(cè)碳?jí)K表面溫度、覆蓋層溫度，再開(kāi)測(cè)孔進(jìn)行極距、兩水平、電解質(zhì)和鋁液溫度及槽膛內(nèi)形的測(cè)定。3.2 能量平衡計(jì)算方法簡(jiǎn)介能量平衡以環(huán)境溫度為計(jì)算基礎(chǔ)溫度，以小時(shí)為能量收入支出時(shí)間計(jì)量單位。計(jì)算所取體系為：槽底槽殼側(cè)部（包括陰極棒頭）四面?zhèn)炔坎壅稚喜克秸咒X導(dǎo)桿所構(gòu)成的密封型體系。計(jì)算體系內(nèi)壓降：能量平衡方程式： 式中：電能給體系的能量，千焦/時(shí)； 在計(jì)

40、算溫度下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所耗的能量，千焦/時(shí)； 氣體由計(jì)算溫度升高到時(shí)，從體系中排出時(shí)帶走的能量，千焦/時(shí)；實(shí)際計(jì)算時(shí)包括陽(yáng)極氣體（CO和CO2）和流經(jīng)體系的空氣帶走的能量；產(chǎn)物鋁從計(jì)算溫度升高到時(shí)，鋁液帶走的能量，千焦/時(shí)；包括槽體系向四周的散熱損失和換塊作業(yè)帶走的能量，千焦/時(shí)。電能：，千焦/時(shí)。鋁電解反應(yīng)耗能、氣體帶走的能量、產(chǎn)物鋁帶走的能量、槽體系向四周的散熱損失和換塊作業(yè)帶走的能量均按鋁電解槽能量平衡測(cè)試與計(jì)算方法（YS/T4812005）所列的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。3.3 槽殼溫度分布圖3-1圖3-4分別給出了四臺(tái)槽的槽殼溫度數(shù)據(jù)。表3-1表3-4分別給出了四臺(tái)槽的槽殼平均溫度和最高溫度

41、。 3、能量平衡測(cè)試報(bào)告圖3-12307#槽槽殼溫度分布圖圖3-22128#槽槽殼溫度分布圖圖3-31123#槽槽殼溫度分布圖3-41215#槽槽殼溫度分布 3、能量平衡測(cè)試報(bào)告 表3-12307#槽表面溫度統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目熔體區(qū)陰極碳?jí)K區(qū)保溫層區(qū)槽底平均最高平均最高平均最高平均最高A側(cè)溫度/231.7 269 187.5 214 100.9 114 90.9 100B側(cè)溫度/234.1 251 193.8 215 104.8 121 出鋁端溫度/208.1 224 169.0 218 85.6 94 煙道端溫度/212.3 251 158.1 163 102.0 106 表3-22128#槽表面溫度

42、統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目熔體區(qū)陰極碳?jí)K區(qū)保溫層區(qū)槽底平均最高平均最高平均最高平均最高A側(cè)溫度/252.1 293 156.9 17195.3 108 95.0 141 B側(cè)溫度/271.0 300 160.2 173 100.4 183 出鋁端溫度/73.4 104 230.1 237 85.6 94 煙道端溫度/247.7 280 219.1 235 102.0 106 表3-31123#槽表面溫度統(tǒng)計(jì)表項(xiàng)目熔體區(qū)陰極碳?jí)K區(qū)保溫層區(qū)槽底平均最高平均最高平均最高平均最高A側(cè)溫度/255.5 275 142.9 157 81.5 97 83.6 91B側(cè)溫度/252.3 283 138.3 160 81.8 9

43、3 出鋁端溫度/241.2 274 169.8 237 101.2 113 煙道端溫度/271.2 299 99.4 113 98.6106 表3-41215#槽表面溫度統(tǒng)計(jì)表項(xiàng)目熔體區(qū)陰極碳?jí)K區(qū)保溫層區(qū)槽底平均最高平均最高平均最高平均最高A側(cè)溫度/235.3 261 168.7 176 93.6 133 98.8 111B側(cè)溫度/267.5 302 166.7 181 94.9 105 出鋁端溫度/241.1 272 181.5 196 107.0 113 煙道端溫度/239.8 262 193 216 110.8 127 從表3-1表3-4中可以看出，除個(gè)別區(qū)域以外，槽殼表面溫度側(cè)部熔體區(qū)

44、最高，其次是陰極碳?jí)K區(qū)、保溫層區(qū)，槽底則最低。這符合槽殼溫度分布的一般規(guī)律；2128#槽出鋁端熔體區(qū)溫度較低，其主要原因是在該部位有保溫磚，所測(cè)試的溫度保溫磚外側(cè)溫度。比較而言，2128#和1215#槽的槽底溫度偏高，局部達(dá)141。局部溫度過(guò)高有可能會(huì)是槽底早期破損的征兆，因此值得密切關(guān)注。3.4 槽體系散熱損失計(jì)算結(jié)果及其分析槽體系散熱損失在一定程度上可以用來(lái)評(píng)價(jià)鋁電解槽陰極設(shè)計(jì)和加工操作的合理性，現(xiàn)代大型預(yù)焙鋁電解槽在設(shè)計(jì)上要求側(cè)部加強(qiáng)散熱、底部加強(qiáng)保溫，在加工操作上力求上部有一個(gè)合理的氧化鋁覆蓋層。為比較各槽的散熱損失狀況，根據(jù)所測(cè)槽殼溫度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，按有關(guān)計(jì)算方法編制計(jì)算軟件，得到

45、四臺(tái)槽的散熱損失，如表3-5表3-8所示。表3-52307#槽體系散熱損失表散熱面散熱量(kJ/h)折合功率(kW)折合電壓(V)%陽(yáng)極槽罩A側(cè)37026.7 10.285 0.0293 2.45 B側(cè)26626.7 7.396 0.0211 1.76 TE端2447.9 0.680 0.0019 0.16 DE端3852.7 1.070 0.0030 0.26 水平頂部66336.5 18.427 0.0525 4.39 鋁導(dǎo)桿4873.4 1.354 0.0039 0.32 小計(jì)141164.0 39.212 0.1117 9.35 陰極槽沿板A側(cè)8768.0 2.436 0.0069 0.58 B側(cè)7403.0 2.056 0.0059 0.49 TE端10242.0 2.845 0.0081 0.68 DE端12101.0 3.361 0.0096 0.80 槽殼底部A側(cè)56374.6 15.660 0.0446 3.73 B側(cè)59934.6 16.649 0.0474 3.97 A側(cè)一帶263629.8 73.231 0.2087 17.46 二帶121982.4 33.884 0.0966 8.08 三帶40103.5 11.140 0.0317 2.66 B側(cè)一帶259676.8 72.132 0.2056 17.2