课程设计铝电解

1、280KA 20万吨预焙阳极铝电解车间设计说明书 冶金1104班 郭明明 20091382一、已知条件3二、设计内容31、概述31.1铝电解工艺原理及生产技术发展情况31.1.1铝电解工艺原理及生产技术发展情况31.1.2工艺流程41.1.3设备流程51.2铝电解的原、辅料情况51.2.1原料51.2.2辅料62、技术经济指标62.1技术条件62.1.1电流62.1.2电流密度72.1.3电解质水平与铝水平72.1.4极距72.1.5电解质分子比72.1.6电解温度82.1.7效应系数82.2技经指标82.2.1电流效率82.2.2槽电压92.2.3原铝直流电耗92.2.4铝锭交流电耗92.2

2、.5氧化铝消耗92.2.6炭耗102.2.7氟化盐消耗103、预焙槽设计103.1技经指标计算103.1.1电解槽台数计算103.1.2槽电压设计113.1.3直流电耗113.1.4电流密度123.2物料衡算123.2.1原铝产量123.2.2氧化铝消耗量123.2.3氟化盐消耗量133.2.4阳极炭块消耗量133.2.5反应生成的气体量133.3热平衡计算143.3.1 计算体系的选择143.3.2 能量平衡计算数据基础143.3.3 能量收入143.3.4 能量支出153.4槽体的设计163.4.1主要设计参数163.4.2阳极炭块组193.4.3阴极装置203.4.4铝母线设计213.4

3、.5槽体上部结构22参考文献：24一、 已知条件年产量：20万吨；电流强度：280KA；电流效率：90%；电解槽单槽年实际工作天数：360天；阳极尺寸：1600mm×660mm×550mm；二、 设计内容1、 概述1.1铝电解工艺原理及生产技术发展情况1.1.1 铝电解工艺原理及生产技术发展情况铝在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为8%，仅次于氧和硅，居第三位。但在各种金属元素中，铝居首位。铝的化学性质十分活泼，故自然界中极少发现元素状态的铝。含铝的矿物质总计有250多种，其中主要是铝土矿、高岭土、明矾石等。铝的电负性较负，无法通过水溶液电解铝的化合物获得金属铝，而只能通

4、过熔盐电解或有机物电解获得。铝的电解最初方法是HallHeroult(霍尔一埃鲁)法，基本原理为A12O3的电化学分解反应，冰晶石是熔剂，并有添加剂AlF3，CaF2，MgF2和LiF等，将氧化铝熔入其中形成一种复杂的熔盐体系，并且熔体中可产生传导电流的离子(钠离子和各种络合离子)，用碳素材料作为阴、阳极材料，通入直流电，含氧络合离子在阳极放电并氧化碳素阳极析出CO2和C0气体，同时含铝络合离子在阴极放电得到熔融金属铝，沉积于阴极，反应式为：Al2O3+3/2C=2Al + 3/2CO2而现代工业主要在上述方法的基础上进行的改进，其主要原理和HallHeroult(霍尔一埃鲁)法一样，知识在上

5、述方法上进行改进。冰晶石氧化铝熔盐电解法（现代电解铝的主要方法）制取金属铝，熔融的冰晶石是熔剂，氧化铝作为溶质溶解在其中，以碳素体为阳极，以铝液为阴极，当强大的直流电流通过电解槽，于930960下发生电化学反应，阳极产物主要是CO2和CO气体，电解反应方程式（总、阴、阳）为：阳极反应: 3O2-（络合的）+1.5C-6e=1.5CO2（气）阴极反应: Al3+3e=Al(液)总反应为: Al2O3+1.5C=2Al(液)+1.5CO2（气）铝液用真空抬包抽出，经净化和澄清之后，浇铸成商品铝锭，其质量可达99.5%99.8%Al，或直接加工成线坯、型材等。阳极气体中含有70%80%CO2和20%

6、30%CO，以及少量氟化物（HF)、沥青烟气和固体粉尘，经过净化之后，废气排放入大气，回收的氟化物返回电解。电解铝过程的简单描述为：溶解的氧化铝通入直流电960液态铝（阴极）+气态物质（阳极）1.1.2 工艺流程在铝电解工业生产中，冰晶石氧化铝作为熔剂，铝液的密度大于电解质溶液，铝液在下层。随着电解过程的不断进行，铝液也不断增加，然后通过天车用真空包定期性的从电解槽中将铝液吸出，运往铸造车间，再经过净化、浇铸成商品铝锭。阳极生成的CO和CO2经过净化回收，从烟囱排入大气，其工艺流程图见下图1。图1 铝电解生产工艺流程1.1.3 设备流程图2 铝电解设备流程图1.2铝电解的原、辅料情况1.2.1

7、 原料铝电解的原料是氧化铝，工业氧化铝是从铝土矿中提炼出来的，为白色粉状物，熔点为2050，沸点为3000，它的流动性很好，不溶于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于原料氧化铝的要求，首先是化学纯度，其次是物理性质。在化学纯度方面，要求氧化铝中杂质的含量和水分要低，工业氧化铝中通常含有少量的SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO和H2O。在电解过程中，SiO2和Fe2O3优于氧化铝被还原，产生Si和Fe进入铝液，降低铝的品位，而Na2O、CaO会分解冰晶石，使电解质组分发生变化并增加氟盐消耗量。另外，水分也会分解冰晶石，会引起氟盐消耗，增加铝液中的氢含量且会产生HF气体污染环境。在物理

8、性能方面，通常要求其具有较小的吸水性，粒度适宜，能够较多较快地溶解在熔融冰晶石里，加料时的飞扬损失要小，并且能够严密地覆盖在阳极炭块上，防止其暴露于空气中被氧化。另外，氧化铝覆盖在电解质结壳上，还起到良好的保温作用。用于气体净化时，要求氧化铝具有较好的活性和足够的比表面积，从而能够有效地吸收HF气体。工业用氧化铝通常是两种同素异构体的混合物，即Al2O3和Al2O3，它们之间的比例，对氧化铝的物理性质能有直接影响。1.2.2 辅料 冰晶石是铝电解中氧化铝的溶剂，而氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂等氟化盐则是用作调整和改善电解质性质的添加剂，这些氟化盐是铝电解生产中的副原料。氧化铝是铝电解生产中主

9、要的添加剂，主要用于降低电解质的分子比，从而降低电解质温度。氟化钙是由天然萤石经过精选而得，其成分是CaF2>95%，CaCO3<2%,SiO2<1%，初期便于形成炉膛，提高电流效率。氟化镁和氟化锂是由精氟酸分别与有关的碳酸盐作用而制得，工业氟化镁含MgF290%95%，有利于碳和电解质分离，有利于Al和电解质分离，有利于打开结壳。2、 技术经济指标2.1 技术条件2.1.1 电流铝电解槽的电流经历了由小到大的发展过程,它反映了电解槽的单槽产能.随着电解槽电流的增加,可带来如下好处:电解厂房及电解槽单位产品的基建投资降低；变电所整流所等必要的辅助生产设施及工人的生活福利设施等

10、都相对减少。 本设计的电流选择280 KA2.1.2 电流密度面积电流是电解槽的一个重要技术参数，其定义是电流对导电面积的比值，即D=IS，其中 D电流密度，A/cm2；I电流，A；S导电面积，cm2。由于铝电解槽中导电的电解质的断面不是均一的，导致电解质面积电流的实际计算比较困难。因此，在设计与生产中总是取阳极面积电流作为设计与计算的基础。2.1.3 电解质水平与铝水平电解质水平是指电解槽中电解质的深度。铝水平是指电解槽中铝液的深。通常电解质水平为1622cm，铝水平为2030cm。设计取电解质水平为：20cm，铝水平为：20cm。2.1.4 极距阳极底面与铝液镜面间的距离称为极距。极距的变

11、化会引起电解质压降的变化，从而造成槽电压波动，影响电解槽的能量平衡，进而引起氧化铝浓度的改变，结果影响电流效率。所以极距要保证在一定的范围内，通常极距不小于4.0cm。本设计取极距为：4.5cm。2.1.5 电解质分子比电解质中NaF的摩尔数与AlF3的摩尔数之比称为电解质分子比，简称分子比。电解质分子比与电解温度相适应，一般选择高分子比的电解质，其电解温度也相应提高。目前国内铝厂多选择较低分子比的电解质组成，一般为2.22.6。本设计取电解质分子比为：2.4。2.1.6 电解温度为使电解能正常进行，电解温度一般至少高于电解质初晶温度20以上，但随电解温度升高，电流效率会有一定程度的降低。电解

12、温度一般在930960。本设计取电解温度为：950。2.1.7 效应系数阳极效应(简称效应)是熔盐电解过程中发生在阳极上的特殊现象,电解槽发生效应期间其输入功率为平常的数倍,同时电解过程基本停止,导致电解质过热,电解效率降低,并耗费大量电能,不利于生产。某一系列电解槽平均每台电解槽每天发生阳极效应的次数称为效应系数,是电解槽是否正常运行的标志。随着自适应控制技术在铝电解槽上的应用,效应系数已可控制在0.5/(日·台)以下。本设计取效应系数为0.2/ (日·台)。2.2 技经指标铝电解经济技术指标有电流效率、槽电压、原铝直流电耗、炭耗、氟化盐消耗等，简要介绍如下。2.2.1

13、电流效率某台电解槽的日产原铝量与理论日产原铝量之比称为该电解槽的电流效率。=×100%式中 ：电流效率； Q：电解槽的原铝日产量，t； I：系列电流，A； t：电解槽日工作时间，h。本设计取电流效率为：=90%。2.2.2 槽电压槽电压是指电解槽电压表上所指的电压值，也称工作电压。它一般是由本槽的立柱母线下端起到本槽的阴极母线的一段电压降。不同的槽型，不同的槽容量，其槽容量也不相同。本设计槽电压为4.20V2.2.3 原铝直流电耗铝电解槽内析出每吨铝所消耗的直流电能称为原铝直流电耗，单位为kW·h/t Al。我国少数铝厂可达1350014000kW·h/t Al，

14、多数为1400015000kW·h/t Al，个别铝厂高达16000 kW·h/t Al以上。本设计取原铝直流电耗为17200kW·h/t Al2.2.4 铝锭交流电耗计算原铝生产成本中的电力费用时，除了考虑电解法生产原铝所消耗的直流电能，还应包括电解槽的启动用电、原铝重熔用电、动力用电以及整流损失。生产每吨铝锭所需的交流电能为铝锭交流电耗，单位为kW· h/t Al。铝锭交流电耗一般比原铝直流电耗高12001500kW·h/t Al。本设计铝锭交流消耗取13000+1300=14300 kW·h/t Al。2.2.5 氧化铝消耗生产

15、每吨铝所需的氧化铝的质量为氧化铝消耗，单位为：/t Al。按化学反应方程式：Al2O32Al+3/2O2可得氧化铝消耗：实际生产中由于运输、机械、飞扬等损失,实际消耗量大于理论消耗量的1.56。设计取氧化铝消耗为：1930Kg/t Al。2.2.6 炭耗生产每吨铝消耗的阳极糊或阳极炭块的质量，单位为Kg/t Al。一般平均消耗为430-600Kg/t Al。根据反应方程式： Al2O3+3/2C2Al+3/2CO2计算理论炭耗量: 由于阳极副反应,实际生产中生成的气体是CO与CO2的混合物,其中CO约占30，CO2约占70。根据反应方程式 ： Al2O3+30/17C2Al+21/17CO2+

16、19/17CO实际炭耗量为: C=30/173/2×333.33=392.15 Kg/t Al本设计取炭耗为450 Kg/t Al2.2.7 氟化盐消耗由生产实践可知，生产每吨铝所消耗的冰晶石、氟化铝、氟化锂等氟化盐的总量，通常为2040 Kg/ t Al。本设计取氟化盐总量为40 Kg/ t Al。3、 预焙槽设计3.1技经指标计算3.1.1 电解槽台数计算（1）电解槽寿命论证： 国外大型预焙槽寿命均在1800天以上，国内也普遍达到1800天，故本设计中取槽寿命为1800天，即1800/3605年。（2）单槽原铝日产量：吨/（台·天）其中： Q电解槽原铝日产量；I电流强度

17、（A）；t电解槽日工作时间（24小时）；电流效率(%)；0.3356铝的电化当量（g/A·h）；则：Q = 0.3356×280000×24×0.90×106 2.02971 吨（台·天）（3）电解槽台数： 台其中：C电解槽台数；Y原铝年产量；360单槽年实际工作天数；本设计取274台3.1.2 槽电压设计V平均=V槽+V母线均摊+V效应均摊其中：V槽=E极化+V电解质+V阳极+V阴极+V内线查手册可得：V内线=0.10V V母线均摊=0.20V V阴极=0.35V V阳极=0.25V V效应均摊=0.10V V极化=1.70V V电

18、解质=1.50VV平均=0.25+0.35+0.20+0.10+0.10+1.70+1.50=4.20V3.1.3 直流电耗 W=V 0.3356×1000 =13905.44 其中：W直流电耗；V槽电压；本设计 取直流电耗为17200kW·h/t Al3.1.4 电流密度先假设电流密度为D=0.80由公式 D=I/S其中：S导电面积得：S=I/D=280000/0.80=350000 cm2阳极炭块的面积S1=1600mm×660mm=1056000 mm2 = 10560 cm2阳极炭块的个数为：n=S/ S1=350000/10560=33.14取阳极炭块个

19、数为34个。验算：S实=36×S1=34×10560=359040 cm2 D=I/S=0.78。所以，经验算，选取阳极炭块适当。本设计取34个炭块，分两行各行17个排列。3.2物料衡算正常生产时，电解槽已达到完全自我调节能力，产铝量与氧化铝投入量相匹配，对氧化铝浓度过欠程度产生敏感反应。氧化铝浓度控制在1.5% 2.5%范围，并排除外界对氧化铝浓度的控制干扰。氧化铝和AlF3加入量，与“能量平衡”相适应，为“能量平衡”创造条件。以下均以每吨铝计算：3.2.1 原铝产量以1小时为计算基础，平均电流强度为280kA，平均电流效率为95%，阳极气体成分：CO2 75% 、CO

20、25% 。3.2.2 氧化铝消耗量由前面计算可得氧化铝单耗为：1930 Kg/t Al，即1.93 Kg/Kg Al；氧化铝实际消耗量：84.57×1.93=163.22 Kg/h 氧化铝理论消耗量：84.57×10254=159.74 Kg/h氧化铝损失量：163.22 Kg/h-159.74 Kg/h=3.48 Kg/h3.2.3 氟化盐消耗量氟盐消耗量为：40 Kg/h Al，其中冰晶石单耗为：10 Kg/h Al，氟化铝单耗为：20 Kg/h Al，氟化镁单耗为：10 Kg/h Al，故：冰晶石消耗量=84.57×0.01=0.85 Kg/h氟化铝消耗量=

21、84.57×0.02=1.69Kg/h氟化镁消耗量=84.57×0.01=0.85 Kg/h3.2.4 阳极炭块消耗量由于阳极副反应,实际生产中生成的气体是CO与CO2的混合物,其中CO约占25, CO2约占75。根据反应方程式 ： Al2O3+30/17C2Al+21/17CO2+19/17CO理论炭消耗量: Kg/h实际炭消耗量：450Kg/t Al，故： 实际炭消耗量：84.57×0.45=38.06Kg/h 炭损失量：38.06-33.16=4.90 Kg/h炭耗指数：3.2.5 反应生成的气体量根据反应方程式 Al2O3+3/2C2Al+3/2CO2计算

22、理论碳耗量：18×1000/27×2=333.33kg/TAL由于阳极副反应，实际生产中生成的气体是CO2和CO的混合物，其中CO2约占75%，CO占25%。 Al2O3+12/7C2Al+9/7CO2+3/7CO 理论实际碳耗量为：(12/7×12×84.57)/27×2=32.22kg/槽·h;生产CO2为：(9/7×44×84.57)/54=88.60kg/槽·h;生产CO为：(3/7×28×84.57)/54=18.79kg/槽·h。 由于机械损失等原因，阳极碳块的实

23、际消耗量比理论值多18%20%，根据国内外生产实践，从优化设计的角度考虑，取每吨铝实际碳耗为：420kg/TAl。 实际单槽每小时碳耗为：420×84.57×10-3=35.52kg/槽·h 碳损失为：35.52-32.22=3.30kg/槽·h物料平衡表收入支出项目 Kg/h项目 Kg/h氧化铝 163.22原铝 84.57冰晶石 0.423冰晶石 0.423氟化铝 2.114氟化铝 2.114氟化镁 0.423氟化镁 0.423氟化钙 0.338氟化钙 0.338阳极炭块 35.52炭损失量 3.30CO2生成量 88.60CO生成量 18.79合计

24、 202.04氧化铝损失量 3.48合计 202.043.3热平衡计算3.3.1 计算体系的选择该电解槽为敞开体系，故选择槽底-槽壳-槽面阳极为计算范围。体系内的电压降从阳极钢爪头开始到阴极棒头止。3.3.2 能量平衡计算数据基础输入部分：a. 电流强度 280kAb. 平均电压 4.20V 其中：阳极电压降0.25V，阴极电压降0.35V,电解质电压降1.50V，极化电压1.70V，效应均摊电压0.10V，母线均摊和内线电压降0.30V。输出部分：a. 反应温度 950b. 电流效率 90%c. 阳极气体成分 CO2 70% , CO 30%3.3.3 能量收入1瓦电1秒产生0.239卡热，

25、每小时则产生0.86 KCal/h以电解温度为温度计算基础，电解槽的能量收入部分仅为电能。Q收入=IV热=0.860×280000×4.20×4.184=4231530 kJ/h3.3.4 能量支出(1)电解反应所需能量电解温度=1223K(950)阳极气体成分为CO2 70% 、CO 30%，则电解反应为： Al2O3C=2AlCO2+CO H=(-94.49×27.05×402.6)×4.184 =1136.19 kJ/molAl2O3 =21040.60 kJ/Kg Al铝产量=84.57 Kg/h，则电解反应能量=21040.

26、60×84.57=1779403.54 KJ/h(2)加热氧化铝所需能量由上面计算氧化铝消耗量=1.93/ Al从25加热到950所需能量=249×4.184=1042 kJ/Al2O3 加热氧化铝的能量=1.93×84.57×249×4.184=170045.31 kJ/h(3) 加热阳极所需能量由上面得阳极炭消耗量：0.45Kg/Kg Al从25加热到950所需能量：380×4.184=1590 kJ/炭加热阳极所需能量：0.45×84.57×380×4.184=60506.79 kJ/h(4) 加热

27、氟盐所需能量有前面得氟盐消耗量：0.040/ Al从25加热到950所需能量=426×4.184=1783 KJ/Kg氟盐加热氟盐所需能量=0.040×84.57×426×4.184=6029.45 kJ/h所以：加热原材料所需能量=170045.3160506.796029.45 =236581.55 KJ/h(5)铝电解槽热损失量(按差值)：4231530-1779403.54-236581.55=2215544.91 kJ/h320kA预焙阳极铝电解槽的能量平衡表能量收入(kJ/h)能量支出(kJ/h) 4231530 (100%)电解反应 177

28、9403.54 42.05%加热氧化铝 170045.31 加热阳极 60506.79 236581.55 5.59%加热氟盐 6029.45 电解槽热损失量2215544.91 52.36%合计 4231530 (100%)合计 4231530 (100%)电解槽的电能消耗率： = =13.91 kW·h/Kg Al电解槽的电能利用率： 电能= =45.43%其中6.32为理论上所需的电耗率(kW·h/Kg Al)电解槽的热损失系数：热损=2.20该数字可用来比较不同电解槽的热损失量的多少。3.4槽体的设计3.4.1 主要设计参数(1)阳极尺寸阳极尺寸设计值为1600mm

29、×660mm×550mm(2)槽膛深度槽膛深度主要取决于电解质水平、铝水平及操作工艺制度，一般为400600mm。槽膛过深，则电解槽造价增加，且日生产中热损失大。因此槽膛深度常取400500mm。本设计槽膛深度取400mm(3)阳极到槽帮的距离阳极到槽帮的距离对槽子工作影响很大。过大，则热损失大，电解槽相对造价也高；过小则不利于操作。本设计：取阳极炭块到纵侧槽帮(所谓的“大面”)的距离为450mm；阳极炭块到横侧槽帮(所谓“小面”)的距离为400mm；两排阳极间的中缝宽度一般为：200-250mm，本设计取200mm；各阳极块之间取45mm间隙。则电解槽膛数据计算如下：槽膛

30、宽度：2×4502×1600200=4300mm； 槽膛长度：17×66016×452×400=12740mm； 槽膛深度：400mm。(4)阳极棒尺寸 阳极棒是由自焙阳极电解槽的重要导电部件，阳极棒的直径和长度是其重要参数。而阳极棒的直径又受到阳极上所能容许的棒数及棒的面积电流制约，三者互为联系。要追求这样一个阳极棒直径，在该直径下存在一个合理的阳极棒数量或合理的阳极棒面积电流。在这个合理数值下，阳极棒上的总花费达到最小。钢制阳极棒的面积电流，上插槽一般为0.100.20A·mm-2，侧插槽一般为0.150.25 A·mm

31、-2。 选取阳极棒尺寸为：80/45mm , 棒长750mm ，阳极棒间距选200mm ，钢棒中心至阳极边部距离选300mm(5)阴极棒及阴极炭块尺寸一定容量的电解槽选择阴极棒数，实际上就是要确定阴极棒经济和合理的面积电流。在此面积电流下，花费于阴极棒上的电耗费用与阴极棒投资的折旧费用等总和应为最小。 还有一种考虑是从技术角度即从能量损失角度出发，也就是在阴极棒数目一定的情况下，阴极棒的断面加大（即面积电流降低），电压降低，从而电能损失减小，但同时通过阴极棒的热损失增加，而这又使电能损耗加大。反之，减小阴极棒断面，则电压升高但热损失减小。因此，必有一适宜值，使二者的能量损失总和达到最小。达到这

32、一点的技术条件是，阴极棒的高温不接受由槽内传出的热量。而要保持这一条件，文献证明，需要保持IL/A（A/cm）为一个适宜的数值，这里I为通过倒替的电流，A；L为导体的长度，cm；A为导体的端面cm2。这一个适宜数值，只与导体冷热两端温度及导体材料的热电性质有关。根据上述理论对阴极钢棒所作的计算表明，大中型槽采用130mm×130mm的方钢，小型槽采用100mm×100mm的方钢较为合理。这大致相当于钢棒的面积电流为0.180.25 A·mm-2。另外还有一种设计，对阴极导电棒采取改变端面的方法，使槽底电压降显著减少。即把电解槽槽底炭块下部阴极棒的断面加大一些。小断

33、面和大断面之比（f）可由下式求出： 式中 I通过一根阴极棒的电流，A； 温度为1/2（T1-T2）时阴极棒的电阻，； L小断面部分的长度，m； 剩在阴极块内部分的焦耳热系数； 温度为1/2（T1-T2）时阴极棒的导热系数，J·（m·h·）-1； T1槽底部分大断面阴极棒的温度，；T2槽侧及槽外小断面阴极棒的温度，；A大断面部分阴极棒的断面，m2。阴极炭块可采用“长短”型，也可采用通长阴极炭块。本设计采用通长阴极炭块，设计规格为3270mm×660mm×450mm的阴极炭块。取阴极炭块到槽膛端壁的距离为420mm，炭块间的炭糊扎缝为40mm，可计

34、算（由阳极的出的槽膛长度）阴极炭块的数量n：12740-40×（n-1）-660n=420×2，解得：n=17；炭块到端壁边缘尺寸为：（12740-17×660-16×45）/2=400mm炭块到侧壁边缘尺寸为：（4300-3270）/2=515mm阴极钢棒规格4480mm×220mm×180mm。由于阴极钢棒数可以与阴极炭块数一样，故阴极钢棒数为17根。(5)阳极升降速度及下料点数厂家槽形系列电流/KA升降速度/（mm/min）起重量/t升降距离/mm下料点数/个沁阳预焙槽28050604004青海预焙槽160100324506兴旺

35、预焙槽135100324004包头预焙槽60100404004蜜县预焙槽60100204502青铜峡上插槽803050600加料车加料包头三期侧插槽7068.5308STLY-8侧插槽6068.5308上图为一些国内电解槽的升降速度、起重点、升降距离及电解槽的下料点数的设计数据。本设计阳极升降速度及下料点数：升降速度：50mm.min-1；下料点数：4个；起重60t；升降距离：400mm。（6）铝母线的面积电流铝电解槽有阳极母线、阴极母线、立柱母线，都是用铝制作。母线用量大即断面增大时，母线上的电耗小，但是相应的就要增加投资费用，同时折旧、检修费用增高，经营费用也增高；反之减少母线用量，则母线

36、上点好增加，电费增大。因此，在一定条件下，存在一个适宜的母线面积电流，在此母线面积电流下，母线上的总投资和母线的总运行费用二者配合，其总费用为最低。这个面积电流即是母线的经济面积电流。铝母线的面积电流一般为0.25-0.40A/mm2。这里取0.30A/mm2。3.4.2 阳极炭块组阳极炭块组由阳极导杆、钢爪、炭块构成。（1）由上面计算得：阳极炭块数为34，则阳极导杆为34根，选取阳极导杆规格为130mm×130mm×2278mm，则导杆电流密度为：D导杆= 200000130×130×34=0.348A·mm-2（2）铝导杆与钢板的连接采用爆

37、炸焊，钢板下面焊接圆柱形钢爪。钢爪分别插入此炭碗中。在钢爪与炭碗之间浇注铸铁，在铸铁之上面用炭糊捣固在铝环内。铝钢爆炸焊片：铝板规格为165mm×165mm×12mm，钢板规格为165mm×165mm×40mm。铝钢接触面积超过98%，抗拉强度不小于0.8MPa，抗弯强度不小于0.7 MPa，耐热不小于350。（3）钢爪钢爪头直径为 160mm，长280 mm。根据设计所用的阳极尺寸选择每组阳极炭块共有四个钢爪头，钢爪占有阳极面积为0.236m2/个，钢爪间距为 200 mm，炭块顶部有四个装配爪头用的炭孔，孔直径为200 mm，深100 mm。每个炭孔

38、浇注生铁10kg。（4）阳极炭块阳极炭块尺寸为3.4.3 阴极装置（1）槽壳槽壳采用摇篮式结构，摇篮架是弹性变形体，这种槽壳受力不产生应力集中，在电解槽的端角部位，不会发生断裂现象，这是摇篮式槽壳的最大的优点。摇篮支架选用360mm工字钢、后钢板焊制而成，槽侧及端壁都设有一些摇篮架。（2）内衬及保温绝热结构1.槽侧部内衬选择电解槽侧部用一层炭块，以使电解槽呈侧部散热型，抑郁形成侧部槽帮。炭块与电解槽之间有一定的间隙，作为伸缩缝，以满足电解槽投入生产厚朴炭块膨胀的需要。在侧部炭块与底部炭块之间有用炭糊扎呈人造伸腿，一边形成侧部电解质炉帮。2.槽底部内衬选择侧部为散热型结构，一般底部和上部要加强保

39、温。阴极炭块为两层耐火砖，每层厚65mm，耐火桩之间用耐火泥粘结并错缝垒砌，耐火砖下是一层65mm的干式防渗料，干式防渗料能防止电解质渗透能力并与渗透的电解质作用生成一层坚硬的防渗层，有利于提高电解槽寿命及降低氟化盐单耗。干式防渗料下面是两层保温砖，每层厚65mm，中间用2mm厚的氧化铝粉填缝和整平，最底部是一层65mm厚的硅酸钙特种绝热板。底部内衬厚度共为392mm。保温砖和耐火砖的周边充填有耐火颗粒。3.槽壳结构及尺寸计算由上面计算得到的槽膛尺寸可以计算出槽壳结构的各项数据：槽壳长度：12740+2×120（内衬）+2×10（钢板）=13000mm槽壳宽度：4300+2

40、×120（内衬）+2×10（钢板）=4560mm槽壳深度：400+450（阴极炭块尺寸）+392（底部内衬）+10（钢板）=1252mm3.4.4 铝母线设计整流后的直流电通过铝母线引入电解槽上，槽与槽之间通过铝母线串联而成，所以电解槽有阳极母线、阴极母线、立柱母线和软带母线；槽与槽之间、厂房与厂房之间还有联络母线。阳极母线属于上部结构的一部分，阴极母线排布在槽壳周围和底部，阳极母线与阴极母线之间通过联络母线、立柱母线和软带母线连接。这样将电解槽一个一个串联起来，构成一个系列。 在大型预焙槽的设计中，母线不仅被人看成把电流导入引出的导体而且更看重它所产生的磁场，母线磁场是影

41、响槽内铝液稳定的重要因素，直接制约着铝的氧化损失和电流效率的高低。而所设计的母线系统必须很好的平衡磁场，以减少铝液的流速和波动。另外母线所占电解槽基建费用的25左右，确定合理的母线配置和结构是十分重要的。阳极母线断面为550mm×220mm，面积电流为0.274A/mm2，阳极母线采用铸铝母线，两端设软母线，以便阳极升降，与立柱母线的连接采用压接。立柱母线断面为125mm×440mm，面积电流为0.38A/mm2，两侧进电比为50：50。阴极母线也采用铸造铝线，远电端母线面积电流为0.25A/mm2，近电端母线汇集引入下一台电解槽，从而使电流分布均匀，减少了母线用量，减少了大容量电解槽生产的磁场影响。槽中心的垂直磁场感应强度小于20×10-4T,角部小于45×10-4T。3.4.5 槽体上部结构铝电解车间的日常工作主要包括母线转接，打壳，加料，下料，更换