KA预焙阳极铝电解槽设计方案

辽宁科技学院（2013届）本科毕业设计题目：255KA预焙阳极铝电解槽设计专题：铝电解全氟化碳减排途径研究专业：冶金工程班级：冶金BG092姓名:学号：0711109202指导教师：说明书58页,图纸2张,专题7页，译文12页255KA预焙阳极铝电解槽设计摘要容量为255KA的铝电解槽设计的主要内容是铝电解槽电压的平衡计算，能量和物料平衡概算，电解槽选型、台数的计算以及产量的衡算，辅助设备选择及计算，电力制度设计及电解槽配置选择计算等工作，并且进行专题研究和外文资料的翻译工作。现代铝电解追求高效、低污染、低能耗的工艺,其发展方向是大容量、大型化、自动化程度高的预焙阳极电解槽。本设计槽体为侧部散热、底部保温型,采用通长半石墨质阴极炭块,阳极投影与阴极正对,化学防渗技术与焦粒焙烧技术，以达到延长槽寿命的目的；进电方式采用大面四点进电,以有效减少磁场干扰，保证电解槽生产平稳进行.关键词:铝电解，铝电解槽,电流效率，阳极炭块，阴极炭块Designacapacityof255KAoftheprebakedanodealuminumreductioncellAbstractDesignacapacityof255KAofthealuminumreductioncell。Designarethemaincontentsofaluminumcellvoltagebalancecalculation,materialandenergybalanceestimates,cellselection，numbercomputationandoutputbalance,auxiliaryequipmentselectionandcalculation，powersystemdesign,electrolytictankconfigurationchoiceofcalculationwork.Andtoundertakespecialsubjectstudiesandforeign-languagetranslationofinformation.Inmodernaluminumelectro1ysispeoplepursuehighlyefficiency，lowpo1lutionandimbecilityenergyconsumption.Itsdevelopmentdirectionisprebakedanodecellwhichhasbigcapacity,large-sizecellstructureandhighlyautomationcontrolsystem。Thedesignedcellisside-hot-spreadingandbottom—hot-keeping，adaptinghalf—graphitecokecathode.Whosewitchiscoincidewiththeprojectionoftheanodeandchemicallyforestallingseepagetechniqueandcokepreheattechniqueprolongcell’slife．Themodeofcurrentinputisfourpointsinthebigsurfacesoastoefficientlydecreasethemagneticfielddisturbanceandaccordinglytomakethecellrunmorestably．Keywords：aluminiumelectrolysis,aluminiumelectrolysiscells，currentefficiency，Anodecarbonblock，cathodecarbonblock目录TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc359427157"绪论 1_Toc359427160”1.2电解所用原材料 5HYPERLINK\l”_Toc359427161”1.2。1主原料 5_Toc359427163”1。2。3阳极材料 7HYPERLINK\l”_Toc359427164"2铝电解槽的构造 8HYPERLINK\l”_Toc359427165”2。1铝电解槽的发展 8HYPERLINK\l”_Toc359427166”2。1.1铝电解槽的分类 92.1.2中间点式下料预焙阳极电解槽简介 9HYPERLINK\l”_Toc359427168"2。2铝电解槽的结构 11_Toc359427170”2.2。2上部结构 123电解铝厂的主要技术指 15_Toc359427174”3。2单槽原铝产量 153。4计算阳极炭块数 153。5计算槽膛尺寸 15_Toc359427179”3。7槽壳底层 164铝电解槽电压的平衡计算 174.2电解质压降 18_Toc359427184"4.4阳极压降 19HYPERLINK\l”_Toc359427185”4.5阴极压降 19HYPERLINK\l”_Toc359427186”4。6母线压降 19_Toc359427188"5.1物料平衡计算 21HYPERLINK\l”_Toc359427189”5.2能量平衡 235。2.1电能收入 24HYPERLINK\l”_Toc359427191”5。2.2能量支出 24_Toc359427196”6.4产量衡算 29HYPERLINK\l”_Toc359427197”7辅助设备选择及计算 307.1多功能机组 307.1.1工艺操作时间 307。1.2工作制度 30_Toc359427203"7。2。1换阳极作业 327.2.2出铝作业 32HYPERLINK\l”_Toc359427205"7.2.3抬阳极母线作业 33HYPERLINK\l”_Toc359427206”7.2.4其它作业 33_Toc359427208"7。4槽控机 34_Toc359427210”7.6铝锭铸造机台数 35参考文献 38HYPERLINK\l”_Toc359427213"专题研究 39HYPERLINK\l”_Toc359427214”外文翻译 46致谢 58绪论铝是地壳中储量居第三位的元素（约8%)，在各种金属元素中铝居首位,但自然界为发现游离状态的金属铝。铝是许多矿物的重要组成，包括泥土，铝土矿,云母，氟石，冰晶石等,以若干氧化物形态矿物,如刚玉，玉石,红宝石等都含铝元素。虽然自然界中铝的资源储备很高，但铝的工业生产却很晚，直到19世纪到20年代才真正制备出来,比金属铜和铁晚了两千年。主要原因是铝和氧结合得十分牢固，难以把铝分离出来。目前冰晶石—氧化铝熔盐电解法仍然是工业炼铝的唯一方法。铝是银白色的金属，纯铝质地柔软,有良好的可塑性和延展性，是电和热的优良导体,其化学符号为Al，原子虚数为13，相对原子质量26。98；具有面心立方晶格；熔点为660。37°C，沸点2467°C，密度2.6989g/cm3，化合价+3。铝具有很多其他会属不具有的优势——质轻，有很好的导电性、导热性和反光性，且极富延展性、防腐性，没有毒性，也不带磁性，与氧气有很好的亲和力。纯铝的强度较低，一般不做结构材料使用，但可以在铝中加入镁、铜、锰、硅、锌等合金元素，制成铝合命,可大大提高其机械性能.出于其具有上述特性,所以铝广泛用于航天航空、军事工业、电子、船舶、辆、建筑、家用电器、工艺美术、食品和药物包装等各种领域。世界上铝的产量仅次于钢铁，居金属产量的第二位。它和钢铁一样，已经成为现代经济的筋骨;工业起飞的基础。而且，材料的革命使铝的用途还在不断地扩大。铝的优异性能和丰富的储量，必将使铝工业成为最有前途的重要产业之一.国家统计局数据显示，前3个月有色金属冶炼及压延加工业累计利润为240.2亿元，较去年同期下降3.8％。按金属品种来看，铜行业盈利情况最好，铅锌行业次之，铝、锡行业较差.其中,铝为有色金属行业中最大的“困难户”.数据显示，进入2013年铝行业再次陷入亏损泥潭，前3个月累计亏损额为30198万元，同比降低78.42%。

一方面，进入2013年铝价延续去年低迷的态势，目前已经跌至平均经营成本线以下。根据电解铝的生产工艺流程，电解铝的生产成本大致包括原材料成本、能源成本、人力成本等几部分，目前生产成本在14000元/吨以上,加上设备折旧、财务费用等其他成本，电解铝的综合经营成本约为15500元/吨.而目前现货市场上铝锭的价格仅为14500元/吨左右。长期的收入成本倒挂使得整个行业亏损面不断扩大.国家统计局数据显示,截至3月底,全国规模以上铝冶炼278家,亏损企业为97家，占比达34。9%，较2012年同期上升0.6个百分点。

另一方面，供给大于需求的行业格局将长期限制铝价反弹。伴随着铝价的持续弱势，部分铝冶炼厂选择减产、停产,然而在新增产能等因素的影响下，全球电解铝产量仍然位于高位。国际铝业协会最新公布数据显示，4月全球原铝产量达374。5万吨，同比增长4.59％。值得关注的是中国依旧是全球原铝产量持续增长的主要拉动点.数据显示，4月我国原铝产量为170。7万吨，同比上涨17。6万吨,涨幅达10。31％.在全球经济复苏乏力的大背景,下游终端需求难现明显改观,供给的增加加剧了原本就失衡的行业格局，并将长期制约铝价的反弹。

中国产业洞察网监控数据显示:供给过剩限制铝价反弹已经在近期有色金属价格走势上得到印证。进入5月份，受消费旺季等因素的影响，有色金属行业迎来一波小反弹，但分化较为严重。从反弹幅度上看，基本面相对较好的铜、锡等金属表现较好，其中铜反弹幅度达8%以上。而供需情况相对较差的铝、铅、锌等金属走势不尽如人意，表现出明显的反弹乏力。主要用途物质的用途在很大程度上取决于物质的性质.因为铝有多种优良性能，所以铝有着极为广泛的用途。(1）铝的密度很小,仅为2.7g/cm,虽然它比较软,但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其铝合金.例如，一架超音速飞机约由70％的铝及其铝合金构成.船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。(2)铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半.铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。（3)铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。(4)铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银），在100°C～150°C时可制成薄于0。01mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品.（5)铝的表面因有致密的氧化物保护膜,不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。（6）铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉末状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。（7）铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物(如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等）和照明混合物(如含硝酸钡68％、铝粉28%、虫胶4％).(8)铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂.铝粉和石墨、二氧化钛（或其他高熔点金属的氧化物）按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。(9)铝板对光的反射性能也很好,反射紫外线比银强,铝越纯,其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。（10）铝具有吸音性能,音响效果也较好,所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。（11）耐低温，铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想的用于低温装置材料，如冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、氧化氢的生产装置.（12）是两性氧化物1铝电解生产概况1.1铝电解生产概况铝电解在电解槽中进行的，电解所用的原料为氧化铝,电解质为熔融的冰晶石，采用炭素阳极。电解作业一般在940～960°C下进行的，电解的结果是阴极上得到熔融铝和阳极上析出CO2。由于熔融铝的密度大于电解质，因而沉在电解质下面的炭素阴极上.熔融铝定期用真空抬包从槽中抽吸出来，装有金属铝的抬包运往铸造车间,在那里倒入混合炉，进行成分调整,或者配制合金，或者经过除气和排杂质等净化作业后进行铸锭。槽内排出的气体，通过槽上补集系统送往干式净化器中进行处理，达到环境要求后排放到大气中去。从整流所供给的直流电是通过槽上炭阳极,流经熔融电解质进入铝液层熔池和炭素阴极的。铝液层熔池同炭块阴极联合组成了阴极，铝液的表面为阴极表面。阴极炭块内的钢棒汇集了电流，再由地沟母线导向下一台电解槽的阳极母线。操作良好的电解槽是处于热平衡之中的，此时在槽侧壁上形成凝固的电解质，即所谓的“炉帮"。氧化铝输送到槽上料箱,在计算机控制下通过点式下料器经打壳下料加到电解质中.炭阳极的净耗为410Kg/t（Al）,炭阳极消耗到一定程度时用新组装好的阳极更换,约四周更换一次，换阳极的频率由阳极的设计和电解槽操作规程决定。残阳极送往阳极准备车间处理.现代铝电解流程图如图1.1。图1。1现代铝电解流程图1.2电解所用原材料1.2。1主原料氧化铝俗称铝氧粉，分子式Al2O3，它是一种白色粉末状物料，熔点为2050°C，沸点为3000°C，真空密度3.5~3。6g/cm3,假密度约为1.0g/cm3.它的流动性很好,不溶于水，能溶于冰晶石熔体中,它是铝电解生产中的主要原料。工业用氧化铝是由氧化铝厂从铝矿石中提取出来的。铝电解对于氧化铝质量的要求，主要是考核它的化学纯度和物理性能。1、化学纯度对氧化铝质量的要求首先是化学纯度要高，杂质含量和水分要低。因为氧化铝中那些电位比铝离子更正电性的元素的氧化物,如SiO2,Fe2O3,在电解过程中会被铝还原，或者优于铝离子在阴极析出，析出的硅，铁进入铝内，降低铝的质量；而那些电位负于铝元素的氧化物，如Na2O、CaO会分解冰晶石，使电解质成分改变，并增加氟化盐消耗.氧化铝中的水分同样会分解冰晶石造成损失，并增加铝中含氢量，逸出大量的氟化氢，污染环境。P2O5,V2O5，TiO2等杂质，则降低电流效率。2、物理性质氧化铝的物理性质对于电解过程的正常进行具有重要作用.通常要求氧化铝具有吸水性小，活性大，粒度适宜，在电解质中溶解性好等，同时要求加料时飞扬损失小，能够严密的覆盖阳极，以防止阳极暴露于空气中被氧化，保温性能要好。在气体净化中有较好的活性,足够大的比表面积,能够有效的吸收HF气体，这些物理性质主要取决于氧化铝的晶格，粒度和形状。按氧化铝物理性能的不同,一般分为三类：砂状，中间状。我国现行生产的氧化铝细粒比例大，中间状，粉状氧化铝居多。现代铝工业中，砂状氧化铝由于具有流动性好，溶解快,对HF气体吸附能力强等特点，使得工厂多采用砂状氧化铝。1。2.2副原料铝电解生产所用的熔剂主要是冰晶石和氟化铝，还有一些添加剂，如氟化钙，氟化镁，氟化钠,氟化锂。1、冰晶石冰晶石有天然和人造两种，天然冰晶石储量极少，现代生产用的冰晶石绝大多数为人工合成制取的。天然冰晶石是一种白色或无色晶体，密度为2。95g/cm3，硬度为2。5，熔点1010°C.人造冰晶石实际上是正冰晶石与亚冰晶石的混合物，其分子比为2.1左右，呈酸性，白色粉末，略粘手微溶于水。冰晶石作为一种熔剂，理论上不消耗，在实际生产中由于挥发损失，炭素材料的吸附和机械损失等原因，使冰晶石在生产中有一定的损失量。2、氟化铝氧化铝是一种白色细微粉末，颗粒比氧化铝稍大，流动性次之.它作为一种添加剂，既可以补充电解质中氟化铝的损失，又可以调整电解质的分子比，降低电解质温度使分子比保持在一定范围，以保证生产技术条件的稳定。氟化铝在电解槽中消耗最大，主要是挥发和飞扬损失，故要经常向电解槽补充,但在添加时，应该注意添加方法.3、氟化钙氟化钙又称“萤石”，是电解质的成分之一，其作用主要是对槽帮的形成有好处，即可以使槽帮比较坚固，同时降低电解质的出晶温度。生产过程中氟化钙的含量要随电解质的损失而减少,由于电解质中少量的氧化钙和氟化铝反应可以生成氟化钙，所以平时并不经常添加氟化钙.氟化钙只是在新槽启动时加入。4、氟化镁氟化镁可以改善电解质的性质，降低电解质温度，减小电解质对炭电极的湿润性,有利于炭渣和电解质的分离，并减小电解质向炭电极内部的渗透，它的使用对铝的质量稍有影响。5、氟化钠氟化钠是一种白色的细微粉末，易溶于水，作为一种电解质的添加剂,在装新槽料和启动初期时，主要添加氟化钠以提高电解质的分子比。6、氟化锂氟化锂的添加，可以降低电解质的出晶温度，提高电解质的导电率，减小电解质的密度，使电解质在较低温度下进行。因此能够提高生产率，降低铝的能量消耗.所有添加剂都能使电解质的出晶温度降低，在含量相同的情况下,锂盐最为明显。但因其价格比较昂贵，在生产中没有得到大量应用。1。2.3阳极材料电解铝生产是采用高温并具有很大腐蚀性的冰晶石—氧化铝熔盐电解，作为阴、阳两级的导电材料，目前能够抵御这种侵蚀性，并且价格低而又能良好导电的，唯有碳素制品，因此,铝工业上均采用碳素电极：炭阴极和炭阳极。在电解过程中，炭阴极原则上不消耗，只破损；炭阳极则由于直接参与电化学反应而不断被消耗。在大型预焙槽铝电解生产中,阳极炭块不仅承担着导电的作用，而且还参加电化学反应.阳极炭块质量好坏,直接影响到铝电解的正常生产操作，阳极的消耗，原铝的质量和电流效率等经济指标。因此，对阳极炭块要求很严格，在化学成分上要求阳极炭块中杂质含量少,如铁、硅、矾、硫等氧化物含量不仅影响炭阳极的理化指标，还会在电解过程中进入铝液而影响铝质量.除此之外，还要求阳极灰分少,灰分中杂质少，密度大，比电阻低，气孔率低，抗热冲击性能好，抗压强度高，抗氧化性能好和具有较小的掉渣率。外观要求如下：1、成品表面粘结的填充料要清理干净；2、成品表面的氧化面积不得大于该表面面积的20℅,深度不超过5mm，无爆凸、弯曲；3、成品掉棱角不大于100mm×100mm，掉棱长度不得大于300mm,深度不大于60mm,且不多于两处。4、孔边裂纹长度不大于80mm,孔与孔之间不能有连通裂纹。5、大面裂纹不大于200mm,数量不能超过3处。在电解生产中，由于阳极炭块因受热不同而产生的形变不同，这就要求阳极炭块具有一定的抗张强度，抗弯强度和较大的热膨胀率。如阳极钢爪受热膨胀，就要求炭块也有一定的热膨胀，以抵消钢爪的热膨胀应力，避免炭块发生断裂。阳极炭块底部受热,引起底部膨胀弯曲,产生断裂.这就要求炭块具有较高的抗弯强度.2铝电解槽的构造2.1铝电解槽的发展冰晶石-氧化铝熔盐电解炼铝方法自1888年用于工业生产以来，世界铝工业生产一直沿用该法。一百年来，随着铝电解生产技术的不断发展,以及能源成本的不断上涨和环境保护要求的日趋严格，电解铝槽的结构和容量也发生了重大变化，并不断的向大型化自动化发展，其中最为明显的是阳极结构的变化。其阳极结构的改进顺序大致是：小型预焙阳极-侧部导电自阳极—大型不连续及连续预焙阳极—中间下料预焙阳极。2.1.1铝电解槽的分类铝电解槽按阳极结构类型分为两大类四种形式：自焙阳极电解槽：侧插棒式自焙电解槽，上插棒式自焙电解槽。预焙阳极电解槽：不连续预焙阳极电解槽，连续预焙阳极电解槽。铝电解槽按电流强度分为三大类：小型电解槽:电流强度80KA以下;中型电解槽:电流强度80～160KA；大型电解槽：160～350KA.2。1。2中间点式下料预焙阳极电解槽简介在20世纪80年代初，由于电解槽磁场问题得到较好的解决,大功率，高功率的硅整流器在电解厂的使用,使电解槽的容量发展到300KA中心下料预焙槽,并由双端进电及大面四点进电发展到大面多点进电及母线优化设计，到目前以发展到350KA.吨铝电耗降到12。8～3。5Kw/h，其结构如下图所示。中间下料预焙阳极电解槽是采用点式下料器，每台电解槽有3～6个打壳下料装置，定期向槽中加料，具有保持工艺条件稳定，保持电解质中氧化铝浓度稳定的优点，并能实现计算机模糊智能控制，是一种具有较高电流效率,能耗低，产量高,劳动生产频率高的槽型，同时生产烟尘少，便于采用干式净化回收。在电解槽阳极结构发展饿同时，阴极结构，母线结构,进电方式等都发生了较大改变。阴极槽体结构由无底槽发展成有底槽；母线由简单的沿槽周走向发展到穿过槽底的复杂走向;进电从一端进电发展到两端进电及多端进电。这些改变对电解槽使用寿命的延长和生产技术指标的提高都起到了良好的作用。电解槽型的选择是电解厂的核心技术选择,必须考虑当地地理条件和交通运输条件及电力供应和资金筹措等因素,一般来说,现今建设规模为10万吨/年的铝厂采用160~230KA的电解槽，建设规模20万吨/年的铝厂适合采用300～350KA的电解槽。由于新技术的创新，新工艺的采用，中间点式下料大型预焙阳极电解槽应用越来越广,其技术创新点主要表现在如下几方面：1、采用大面多点进电方式,阴极母线采用非对称性母线配置以抵消相邻列电解槽磁场影响.2、采用窄加工面技术，单围栏槽壳和双阳极大阳极炭块六个钢爪结构，一方面可以节省电解槽材料用料，同时还能提高相应的生产指标，节省材料用料，降低投资。中间下料预焙电解槽如图2.1。图2.1中间下料预焙电解槽1。氧化铝；2。气缸；3。阳极母线；4。阳极导杆；5。可移动槽罩;6。电解质结壳;7边部结块；8.碳素内衬;9。阴极炭块；10.阴极棒;11。保温层。3、氧化铝输送系统采用全密闭的浓相和超浓相输送技术，该结构简单，能耗低，无污染。4、采用干法净化技术用氧化铝吸附含氟烟气，往大气排出的烟气应达到国家环保排放标准。2.2铝电解槽的结构工业铝电解槽通常分为阴极机构，上部结构，母线结构和电气绝缘四大部分。各种槽型的基本结构形状虽大体相类似，但是由于电流强度和工艺制度的不同，各部分结构也有较大差异.2。2.1阴极结构阴极结构指电解槽槽体部分,它由槽壳,内衬砌体构成.1、槽壳槽壳为内衬砌体外部的钢壳和加固结构,它不仅是盛装内衬砌体的容器，而且还起着支撑电解槽，克服内衬材料在在高温下产生的热应力和化学应力,约束槽壳不发生变形的作用。槽壳在熔池部位必须具有较大的刚度和强度。为此,一般采用12～16mm厚的钢板焊接而成，外部用型钢加固.槽壳结构由无底槽的槽钢结构、有底槽的槽钢和型钢结构,发展到臂撑式结构槽壳。现在，大容量的预焙电解槽都采用摇篮式槽壳。2、内衬电解槽内衬材料常见有四类：碳质内衬材料、耐火材料、保温材料、粘结材料.炭质内衬材料与电解质和铝液直接接触,受热冲击和腐蚀最大，内衬材料设计与筑炉质量，直接影响到电解槽的生产指标和槽寿命.为满足槽子热平衡的特殊要求，在槽侧下部和底部需要良好保温，节省电能，底部保温材料的选择和组合确保900℃温度线落在阴极炭块之下，800℃等温线位于保温砖之上。槽底由挤压或振动成型的阴极炭块铺成，炭块中留有阴极棒沟槽.阴极炭块与阴极钢棒用糊或磷生铁粘接，阴极炭块的砌筑,可以采用两个短炭块两个阴极钢棒或一根通常炭块和一根阴极钢棒，炭块间的缝隙用专制的“中间缝糊”轧固。现在新建铝厂普遍采用通长的半石墨化底部阴极炭块铺成。熔池侧部由一层厚度为123mm的普通或半石墨背贴炭胶贴到钢壳体上。现今大型预焙槽多采用抗熔体侵蚀性强、抗氧化性强和抗磨蚀性强的侧衬材料—炭化硅侧部块。侧底部炭块和侧部炭块之间四周的边缘捣成斜坡形，以形成人造伸腿，有利于形成伸腿，有利于形成槽帮.侧部用80mm宽，10mm厚的钢板紧贴炭块顶部并留有少量的空隙焊接在槽壳上作槽缘板,可保护侧部炭块不受机械损伤并有效防止炭块上抬。2。2。2上部结构槽体之上的金属结构部分，统称上部结构,可以为承重桁架，阳极提升装置、打壳下料装置、阳极母线和样机组、排气和排烟装置。1、承重桁架承重桁架采用钢制的实腹板梁和门型立柱，板梁由角钢及钢板焊接而成，门形立柱由钢板制成门字形,下部用铰链连接在槽壳上，一方面抵消高温下桁架的受热变形，同时有便于大修时的拆卸搬运.门形立柱起着支承上部结构的全部重量的作用.2、阳极提升装置阳极升降装置有两种方式,一是采用蜗轮蜗杆螺旋起重器阳极升降机构,一是采用滚珠丝杆三角板阳极升降装置.蜗轮蜗杆螺旋起重器阳极提升装置由螺旋起重机、减速机、传动机构和电机组成,其工作原理如下：整个装置由4个（或8个）螺旋起重机与阳极大母线相连，由传动轴带动起重机，传动轴与减速箱齿轮通过连轴节相连，减速箱由电机带动.当电机转动时便通过传动机构带动螺旋起重机升降阳极大母线，固定在大母线上的阳极随之升降。变速机构可以安装在阳极端部和中部.与蜗轮蜗杆螺旋起重器阳极提升装置相比，滚珠丝杠三角板阳极提升装置具有结构简单，使用的减速器少，既简化了上部金属结构,又相应增大了料箱体积，便于阳极操作控制.同时机械加工件少，易于制造和维护，传动效率高，造价低的优点，但其提升精度不高。3、自动打壳下料装置该装置由打壳和下料系统组成.一般从电解安槽烟道端置4～6套打壳下料装置，出铝端设一个打壳出铝装置，出铝锤头不设下料装置.打壳装置是为加料而打开壳面的,它由打壳气缸和打击头组成。打击头为一长方形钢锤头,通过锤头杆与气缸活塞相连。当气缸充气活塞运动时，便带动锤头上.下运动而打击熔池表面结壳.下料装置由槽上料箱，下料器组成。料箱上部与槽上风动溜槽或原料输送管相通；筒式下料器安装在料箱的下侧部。4、阳极母线及阳极组阳极母线通过吊耳悬挂在螺旋起重机上，并和连接两者的平衡母线构成一个框架结构。阳极母线依靠卡具吊起阳极组，并通过卡具使阳极导杆与其通过摩擦力与卡具接触在一起。进线端立柱母线与一侧阳极大母线通过软铝带焊接在一起。在正常生产操作中，对换阳极,抬母线作业时,都要对母线，导杆进行吹灰,以降低阳极组电压。5、集气和排烟装置电解槽上部敞开面由上部结构的顶板和槽周边若干铝合金槽盖板构成集气烟罩，槽顶板与铝导杆之间用石棉布密封，电解槽产生的烟气由上部结构下方的集气箱汇集到支烟管，再进入墙外主烟管送到净化系统。为了保证产生的烟气不滞留在集气箱内，在集气箱上部开出一排集气孔.为了保证换阳极和出铝打开部分槽罩作业时烟气不大量外逸，支烟管上装有可调节烟气流量的控制闸阀，当电解槽打开槽罩作业时，将可调节阀开到最大位置,通过加大排烟量,使作业时烟气捕集率仍能保证达到98％.2。2。3母线结构和配置1、母线种类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，软带母线；槽与槽之间、厂房与厂房之间还有连接母线。阳极母线属于上部结构中的一部分，阳极母线是指从阴极钢棒头到下台立柱母线一段,它排布在槽壳周围或底部。阳极母线与阴极母线之间通过连接母线、立柱母线和软母线连接，这样将电解槽一个一个地串联起来，构成一个系统。铝母线压延母线和铸造母线两种，为了降低母线电流密度,减小母线电压降，降低造价，大容量电解槽均采用大截面铸造母线，只在软带和少数异型连接处采用压延铝板焊接.2、母线配置在大型电解槽的设计中，母线不仅承担导电、又承担阳极重量。其产生的磁场是影响槽内铝液稳定的重要因素，并直接影响着工艺条件和生产指标的好坏.电解槽四周的母线中的电流产生强大磁场，磁场产生电磁力导致熔体的流动、铝液隆起以及铝液电解质界面波动，严重时冲刷炉帮危及侧部炭块.随着电解技术的发展，现代大型预焙槽，多采用大面四点进电或多点进电。利用相邻立柱产生的磁场相反，叠加相抵的原理，阴极母线采用非对称母线配置以抵消相邻列电解槽磁场影响，使槽中大部分区域铝液的磁场强度较小，而外侧部立柱母线造成的小面和角部的不平衡磁场，则采用部分阴极母线沿槽周及槽底汇流的母线补偿配置方案。最末端槽的不平衡磁场容易造成末端槽的电压摆动，可以采用调整该槽的部分阴极母线配置走向和在地沟母线加磁场屏蔽的方法，以减小该电解槽的电压摆动。3电解铝厂的主要技术指标3。1基础数据产量：100万吨/年铝锭；容量：255KA；阳极电流密度：0.733A/cm2;效应系数：〈0。2次/槽·日;电流效率:94%；阳极碳块尺寸：1550×660×550。3。2单槽原铝产量日产255×0.94×0.3355×24=1930.06Kg年产1930。06×365×0。001=704。47t3.3阳极尺寸选择S阳===347885.402（cm2）3.4计算阳极炭块数每块阳极截面1550×660=9900cm2则阳极炭块组N=347885.402/9900≈35。13即2组，分两行排列之，每行18组炭块.3。5计算槽膛尺寸根据经验,阳极炭块组至大面一般为300~500mm，取400mm。至小面一般为450～500mm,取500mm。极炭块之间的缝隙一般采用40~50mm，取45mm，槽子中间缝隙要安装下料装置，一般采用200~300mm，取300mm。则槽膛宽度为：.槽膛长度为：。槽膛深度一般为500～600mm，根据阳极炭块的尺寸选择600mm。由槽膛尺寸及槽膛内衬尺寸可算出槽壳尺寸：槽壳长度=13645+2×150(内衬)+2×12(钢板）+2×25(伸缩缝)=14019mm槽壳宽度=4200+2×150（内衬)+2×12（钢板）+2×25（伸缩缝）=4574mm槽壳深度=600+450（底部炭块）+667（内衬）+12(钢板）+40（槽沿板)=1669mm3.6计算侧壁先预设炭块的厚度为=120mm，则对于同一墙体的值都是相同的，所以，考虑到砖的尺寸标准选65mm。核算合理性，所以合理。3.7槽壳底层预设炭块的厚度为，下面的碳素垫=40mm。则,对于同一墙体的值都是相同的,所以根据砖的标准厚度，选取两层粘土质耐火砖130mm,外加3mm的水泥堵缝共133m。，选取2层红砖，所以=106mm。核算合理性：所以此设计是合理的。4铝电解槽电压的平衡计算在系列电流不变的情况下,电解槽的电压高低直接决定着电解槽的能量收入,因而也就直接影响到电解槽的能量平衡.改变电解槽电压的主要手段是调节电解槽极距来改变电解质的电压降。可见，维持电解槽的“电流通道”中各部分电压降有一个合理的，稳定的分布，既对维持电解槽的能量平衡有重要意义,又对维持合适的极距有决定性作用。槽电压是指电解槽进电端与出店端之间的电压降（对于相邻的电解槽,上台槽的进电端就是下台槽的出电端）。槽电压一般分为四个组成部分:极间电压降(△V极间），阳极电压降（△V阳），阴极电压降(△V阴），即△V槽=△V极间+△V阳+△V阴△V平均电压是槽电压的日平均值，与阳极效应分摊电压（日均值）和槽外母线电压降(日均值）之和。极间电压降（△V极间）又可分为反电动势（E反）和电解质电压降(△V质）两个组成部分，即△V极间=E反+△V质电解过程中为克服反电动势而所需要施加的电压称为极化电压.极化电压可又可分为理论分解电压和过电压两部分.V平=△V槽+△V槽外母+△V效应;△V槽:电解槽的工作电压；△V母：槽外母线电压降；△V效应:阳极效应分摊压降。4.1电极压降E反=4.241－0.147×0.0177×Al203%+0.027×MgF2％－0.001×CaF2％－0。012×NaCl%－0。0195×LiF%+0.125×d阳－0.0022×t℃取分子比为:2。4；Al2O3为2％；CaF2为5％；t：955℃；E极=1。87V。用该式算出的极化电压偏高，大约高出实测量0。05—0。1V，因此取E极间=1.8V左右。4.2电解质压降一般可由下式取得△V质=K其中:I:为电流强度，（A)；S阳：为阳极水平截面积（cm2);△L：为极距改变值（cm）；X：为电解质导电率(欧-1·厘米-1)；K：为校正值，一般取8。4。3阳极效应分担压降阳极效应分担压降可按下式进行计算，即△V效应=其中：K:为阳极效应系数,（次/槽·日），在此为0。2次/槽·日；△V效应：为发生阳极效应时的槽电压,35（V)；U槽：为槽电压4。06-4.22(V);t：阳极效应持续的时间(min）,在此为3min；1440:每天的分钟数(24×60);U效应=（0.2×30。82×3）/1440=0。017V.需要指出，生产制作日报时，一般不考虑阳极效应系数,即取消上式中的系数K，这意味着当日发生的阳极效应所增加的电压全部分摊在当日，若当日无阳极效应，则当日效应分摊电压为零.但在进行电压平衡测试时，一般要考虑阳极效应，并采用较长时间段来计算效应分摊电压。4。4阳极压降由卡具压降，导杆压降，爆炸焊压降，钢爪压降，铁碳压降，炭块压降构成。夹具压接压降：6mv；铝导杆压降：10mv；铝一钢爆炸焊片压降：15mv;钢爪压降：50mv;钢炭接触压牌:70mv；阳极炭块压牌：200mv；△V阳=0.36V.4.5阴极压降铝电解阴极电压降称为槽底压降，它指从阴极炭块表面到阴极钢棒出口处，即钢棒与软带的连接处的电压降,因此它包括了阴极炭块压降，铁碳压降，导杆（钢棒)压降以及由于槽底沉淀与结壳引起的电压降。△V阴=0。35V4。6母线压降槽母线电压降包括发生在下列各部位的电压降:阴极软带，阴极母线，母线焊接，阳极压接，横梁母线,阳极软母线及斜立母线。母线压降在槽上基本不变，其实际值取决于电解槽的母线配置及安装，母线配置一旦确定，母线本体压降即确定，各焊接点压降取决于第一次安装时焊接的质量,但立柱母线与阳极大母线同焊接点的压降每次大修后视接触面清理程序而有变化，电解槽通电后此值不会改变。△V母=0.18V△V平=1。80+1。50+0。02+0.35+0。18=4。20V，铝电解槽电压平衡见表4。1。表4.1铝电解槽电压平衡电压平衡（V）255KA预焙电解槽E反=0.3V0.3△V质1.50△V效应0.02△V阳0。36△V阴0。35△V母0.18△V极间1.80合计4.205能量和物料平衡概算5.1物料平衡计算加入电解槽中的物料总量（投入)只有与离开电解槽的物料总量（产出）保持一种平衡关系才能保持电解槽的平稳运行。以氧化铝为例:如果添加的氧化铝量小于消耗的氧化铝量，那么电解质中的氧化铝浓度便会更底，当降低到一定程度，便会发生阳极效应，电解槽便无法维持正确运行.反之,如果添加的氧化铝量大于消耗的氧化铝量，那么电解质中的氧化铝浓度便会升高，当升高到一定程度（接近电解质中氧化铝的饱和溶解度）,氧化铝便会从电解质中析出，沉淀于槽膛和槽底，而槽底沉淀的大量产生会导致电解槽无法正确运行。添加氧化铝原料的控制是铝电解槽物料平衡控制的中心内容.如果电解质中的氧化铝被控制在一个理想范围,便达到了维持氧化铝物料平衡的目的.以1小时为计算基础，平均电流强度取255KA，电流效率94％1、电解槽铝产量：η=CIη=0.3355×255×0.94=80.41935=80.42kg/h2、氧化铝的消耗量:取Al2O3单耗为1920kg/t·Al氧化铝实际消耗量=80.42×1。92=154。4kg/h氧化铝理论消耗量=80.42×1。89=151。99kg/h氧化铝的损失量=154.4－151。99=2.41kg/h3、氟盐消耗量:取冰晶石单耗为5kg/t·Al;氟化铝单耗27kg/t·Al；氟化钙1kg/t·Al.冰晶石消耗量=80。42×0。005=0.40kg/h氟化铝消耗量=80。42×0.027=2.17kg/h氟化钙消耗量=80。42×0。001=0。08kg/h4、阳极炭块消耗量：铝电解的总反应式：Al2O3+3/(1+N)C=2Al＋3N/(1+N）CO2＋3（1—N)/（1+N)CO，其中N：CO2的质量分数；当一次阳极气体的成份为100％CO2，则CO是产生的Al与作CO2用的结果，一次反应电流利用率100%,由此一次反应为:Al2O3+1.5C=2Al+1。5CO2,若电流效率为η，其二次反应:2(1－η）Al+3（1－η）CO2=(1－η)Al2O3+3(1－η)CO，N=，N=0。88理论炭耗量=（3×12。011×80。42）/(1。88×54）=28.54kg/h；炭耗量为425kg/t·Al；实际炭耗量=425×80。42×10—3=34。18kg/h；炭损失量=34。18－28.54=5.64kg/h;炭耗指数=（34。18/28.54）×100％=120%；5、反应生成的气体量:CO2生成量=（3×0.88×44×80。42）/[(1+0。88)×54］=92。01kg/h;CO的生成量=[3×（1-0.88）×28×80。42］/［（1+0.88）×54］=7.98kg/h。物料收入支出表见表5。1、5。2。表5。1物料收入表项目kg/hkg/天kg/年%氧化铝154.43705。6135254480。8冰晶石0.49。635040。21氟化铝2。1752.0819009.21。14炭块34。18820。32299416.817.88合计191。154587。61674474100.1表5.2物料支出表项目kg/hkg/天kg/年%原铝80.421930。08704479。242。09冰晶石0。49.635040。21氟化铝2.1752。0819009.21.14氟化钙0。081.92700.80。04碳损失量5。64135.363248。642。95CO2生成量92.012208。24806007。648。16CO生成量7。98191。5269904.84。18合计188.74528。85。2能量平衡电解槽的能量平衡指单位时间内电解槽中能量的收、支相等。换言之,同一时间内，输入到电解槽的能量只要等于电解槽支出的能量,电解槽才能维持一种平衡状态,电解槽的状态才能稳定。以1小时为计算基础，取电解温度为950℃，在计算中以电解温度作为能量平衡的温度基准，并以电解槽整体作为计算体系：由能量的平衡式：A电=A反+A材+A损失A电:反应过程所需能量；A损失：电解槽散热和其他能量损失；A材：加热物料所需能量，即理论电耗。5。2。1电能收入A电=U平均I=4。20×255=1071kw5。2。2能量支出1、补偿电解反应所需的能量当电解生产的电流效率为100％时，其补偿反应热效应的能量是5.63kwh/kgAl，但电流效率不可能达到100％,因此，考虑到电流效率的电解反应是:Al2O3+3/2ηC=2Al+3（2η－1）/2ηCO2+3（1－η）/ηCO，根据热力学第一定律，反应效应△H0T：△H0T=(△H0T)CO2+3(－1)(△H0T0)CO－(△H0T0)Al2O3KWh/kgAl。△H0TCO2:CO2生成热（kg/mol）；△H0TCO：CO生成热(kg/mol）；△H0TAl2O3：Al2O3生成热（kg/mol）。3600—千焦换算成瓦时的换算系数.经整理得：△H0T=(201.33+)=4。34+Kwh/kg.Al因此，在单位时间内,铝的产量为0。3355Ikg时，则补偿电解反应的热效应的能量A:A反=0。3355I（△H0T）=0.3355I（4。34+）=0。3355255（4。34+）=489.6kwh/h2、补偿加热原材料所需的能量在电解反应中,生成2molAl（54g)就需要1mol的碳，于是：△H0T材=△H0T)Al2O3+△H0T)kwh/kg.Al,（△H0T）Al2O3=109.75KJ/mol则△H=0。56+kwh/kg.Al，同理：A材=0。3355I（0。56+）=0。940.3355255=56.16kwh/h3、母线损失的能量A母=2550。18=45.9kw4、电解槽的热损失（按差额）A损=1071－45。9－489。6－45。9=489.6kw若电解槽的能量平衡被打破,则最直观的现象是电解槽的温度会发生变化，因此，对能量平衡的考察常常简化为对热平衡的考察。如电压升高使能量输入大于能量输出，电解槽的温度便会升高。温度升高的结果是电解槽散热增大，能量支出增大，使电解槽趋于新的能量平衡.可见电解槽的能量平衡是动态的平衡，电解槽具有自我调节保持一种动态平衡的能力，这就是电解槽的自平衡能力。因电解槽炉膛和炉面结壳厚度可随温度变化而改变且槽内熔体处于较强烈对流状态，所以电解槽有较强自平衡能力。然而，如果电解槽的能量平衡被严重打破,那么电解槽就无法尽快回复一种新的平衡状态，要么回复时间很长，要么回复到新的平衡，但却不是理想的平衡状态.能量平衡见表5.2。电解槽的电能消耗率：W=4。2/0。3355/0。94=13。32kwh/kg。Al根据不朗特兰（Bratland)的报道理论上生产1000克铝电解槽消耗的电能为:W=△HT°+△H材t1-t3=5。72+0。7=6.42kw。电解槽的电能利用率：η电能=(6。42/13.32）×100％=48。2％。表5。3能量平衡能量收入项目kwh/h％能量支出项目kwh/h％A电1071100A材56.165。24A反489.645。71A母45.94。29A损489.644.44总计1071100总计1081.261006电解槽选型及台数的计算以产量的衡算6.1电解槽寿命论证电解槽寿命是指电解槽投入使用并运行一段时间后，从技术角度考虑无法继续运行,或从经济角度考虑不宜继续使用,需要停槽或大修，从电解槽启动运行至挺槽大修的天数，即为电解槽寿命.根据停槽的性质可将电解槽寿命分为物理寿命,经济寿命和技术寿命。物理寿命主要是指由于内衬破损的原因发生漏炉，而被迫挺槽;经济寿命是指随着槽龄的延长主要技术经济指标下降，由于电解槽继续运行经济上不合理而停槽；技术寿命主要由于病槽或限电等技术故障,而非正常停槽。在现代铝电解工业中，电解槽大修费用可占原铝总成本3%以上.因此，电解铝厂为了降低原铝生产成本，除了努力提高电流效率，降低原材料消耗,减少不必要的生产费用之外，就是要尽可能延长电解槽寿命,以节省电解槽维修费用。特别是，电解槽容量越大，生产成本和相对基建投资也越低的考虑,开发应用更大容量的预焙铝电解槽以成为铝电解工业的重要发展方向。但是随着电解槽容量的增大，内衬的修建费用也随之增加。大型电解槽降低成本的前提是能够达到先进的技术经济指标,特别是能够具有较长的槽寿命，否则达不到降低成本的目的还能造成更大的经济损失。目前，国外大型预焙槽寿命都在2500天以上,而国内的平均水平约为1800天以上本设计槽寿命为2000天，即2000/365＝5。48年.铝电解槽寿命受到设计、材料、筑炉、焙烧启动、操作等多方面的综合作用.要保证上述槽寿命，从设计上，因石墨化碳块的电解槽运行平稳，优先选用石墨化阴极碳块。同时，也可以考虑采用高润湿、抗磨蚀、低钠蚀、低电阻的新型阴极技术，如铝电解TiB2涂层新技术，经工业试验验证，TiB2涂层可延长槽龄1至2年、吨铝节电200kWh以上、提高电流效率1%以上,目前，该技术已被列为国家重点新技术加以推广。此外，还可以采用阴极炭块采用硼化钛涂层改善铝液对阴极的润湿性，焙烧阴极温度分布均匀，阴极表面温度梯度小。洁净炉底，减少了沉淀的生成,降低炉底压降.减少电解槽早期破损的机率，延长阴极炭块的使用寿命。对由于电解槽热平衡不佳引起的侧都破损槽,采用侧部炭块重塑法，重塑侧部炭块，平均延长侧部炭块的使用寿命252天左右。提高了电解槽寿命，减少大修期间费用及焙烧启动费用，减少了电解槽停槽大修期间母线电流的空耗。减轻了工入的劳动强度，改善了工入静工作环境.燃油焙烧在75KA预焙槽上的试验，可改善阴极电流分布和升温速度,减小热应力的产生，改善焙烧质量.加强侧部散热，优化电解槽内衬结构，用干式防渗料替代耐火砖和氯化铝粉，用氮化硅结合碳化硅代替普通侧部炭块，保护糟侧部不受侵蚀，同时在不改变槽壳的情况下增加产量，延长槽寿命。优化电解槽生产技术指标，保持平稳生产，稳定槽况.6.2电解槽单槽日产量和年产量槽日产量：电解槽当日铝产量.这一指标在车间，大组的核算中经常使用,可按当时的电流强度，实际效率计算,也可按实际总产量以及生产槽日来计算。选用255KA中间点式下料预焙阳极铝电解槽，设计电流强度为75KA，电流效率为94%，则Q日＝0.3356Iηt×10—3＝0。3356×255000×0.94×10—3×24＝1930。06（kg/槽·日)Q年＝1930。06×365＝704.47（t/槽·年）6。3电解槽数量设定规模：1000000t/a；铸造成品实收率：99。2%；设计槽寿命：2000天，停槽周期：60天;则：开动率=2000/（2000+60）×100%=97.08％生产槽数:NP=1000000/（704.47×99。2％×97。08%）=3391。5台，取3400台；大修槽数：Nr＝生产槽数/槽寿命＝3400/5.48≈582台,取582台；备用槽数：Nb＝K×大修槽数×大修时间=1。5×124×60/365≈143。5；取上式中K为备用槽系数，一般为1～2,本设计取为1.5;取大修时间为60天；总槽数＝生产槽数＋备用槽数＝3400+144＝3544台。6。4产量衡算系列原始产量：1、3400台生产时：704.47×3400=2395198t2、3544台生产时：704.47×3544=2496641。68t取铸造成品实收率为99.2％,故3400台槽生产时相应的铸造产品产量为：2395198×99。2％＝2376036.41t,即所设计的电解槽能达到所要求的年产量。7辅助设备选择及计算7.1多功能机组多功能机组是电解车间不可缺少的关键性专用设备，主要有以下7种功能：1、打壳；2、往电解槽内加氧化铝；3、更换阳极；4、从电解槽内用真空抬包抽吸铝液；5、吊运母线提升架转接阳极母线；6、吊运电解槽槽壳；7、吊运其它重物。电解槽四点进线对多功能机组有特殊要求，应用高位多功能机组，其技术规格及要求简介如下：7。1.1工艺操作时间更换阳极：≤12分钟／块料仓充科:≤15分钟／次（换24组极充一次料4。5m3）出铝:≤15分钟／槽更换真空拾包：≤2分钟／次(每3台槽换一次包）阳极母线提升：≤30分钟／次（每2台槽为一次)吊运阳极母线提升框架：≤10分钟／次(每2台槽为一次)辅助打壳：≤20分钟／槽添加保温料：≤8分钟／槽7。1.2工作制度全年365天，每天3班，每班8小时连续运转，每周维护时间不少于8小时.7。1.3总体参数外形尺寸:轮距≥4。27m总重(空载)：<90吨最大垂直轮压:275kN最大水平轮压:40kN最大平轮压电器总装机容量：182kw大梁在l00％的静载荷下挠度：<l／l000大车：跨度22。5m液压系统：工作压力12Mpa运行速度：94m/min油流量：25l/min电动机功率：11×2台kw主小车：运行速度：33m/min运行机构电动机功率:3。7kw司机空回转速度2-3r/min对阳极拔力：11t阳极拔出速度：4。45m/min扭转夹具力矩：250N·m料箱装氧化铝量：4。0m3打击头冲击次数：21Hz冲击力：85~100J(相当于压缩空气压力为0.5Mpa时)副小车：起重量12t运行速度：33/5。5m/m运行电动机功率：3.7kw提升速度：4。6-4.9m/min提升电动机功率：15kw固定式起重机：额定起重量t：12×2台最大提升高度：12m提升速度：5m/min提生电动机功率kw：13×2台7。2。母线提升机共用4台，每栋2台,为带有32个隔膜气缸驱动的吊挂装置及松闭卡具的风动扳手,另带两个为风动扳手跨越立柱的提升气缸.7。2.1换阳极作业预焙电解槽所用阳极块是在阳极工厂按规定尺寸成型、焙烧，阳极导杆组装后，送到电解使用。每块阳极使用一定天数后就需换出残极,重装上新极，此过程称为阳极更换。阳极更换周期是由阳极高度与阳极消耗速度所决定.阳极消耗速度与阳极电流密度,电流效率与阳极假密度有关。阳极的消耗速度hc=8.054d阳·η·Wc×10—3/dc=8。054×0.7×0。94×425/1000/0。8=1。41cm/日如阳极高度为54cm，残极高度为17cm，则每块阳极使用周期为（54－17)/1。41=26天；换阳极时,每台槽16组阳极，每换一组阳极需15分钟,换阳极周期26天/组,则每天每班更换阳极时间为：491×16×15/26=4532min如果在生产中一味地利用阳极的阳极可用有效高度,会使电解质浸蚀阳极钢爪而影响原铝的质量。有些工厂采用高度为60～70mm，能保护磷生铁体的一套半轴瓦型环状碳素体来保护阳极钢爪.这样可以延长阳极的使用周期,减少阳极的更换频率和设备运行频次，减轻工人的劳动强度，相应地减少阳极炭块的消耗量，降低阳极组装的压力和组装费用。同时由于换极周期的延长，也相对减轻了换极操作对电解生产的影响。若阳极电流密度增大，电流效率提高，阳极消耗量大,阳极更换周期也将缩短。根据阳极使用周期和电解槽阳极安装组数，便可确定阳极更换顺序。7。2。2出铝作业电解产出的铝液积存于炉膛底部，必须定期抽取出来,送往铸造车间生产成产品。国内中小型电解槽一般2~3天出一次铝，大型电解槽每天出一次铝。出铝任务的数量是根据电解槽系列电流以及槽子生产达到的电流效率而定。每槽吸出的量原则上应等于在周期内所产出的铝量，具体由区长下达,或由计算机给出指示量。吸出工根据指示量,使用喷射式台包进行出铝操作。出铝多选用高压喷射真空台包出铝，即真空出铝时把出铝包的一部分空气抽出来，使其包内气压减少，在槽铝液面上的大气压力作用下把铝液压入真空台包中,真空台包须密封，形成一定的负压真空度即可满足出铝需要。使用真空台包出铝时为减少在多功能天车的使用频度，每一台包可吸2～3台槽铝液，随后用专用运输车送往铸造车间。每出一台槽（包括辅助作业)所需时间为10分钟，每槽每1天出一次铝，则所需出铝槽时间为：1016×10=10160min7。2。3抬阳极母线作业阳极导杆固定在阳极大母线上，随着阳极不断消耗，母线位置不断下降，母线接近上部结构中的密封盖板时，必须进行抬母线作业。两次作业之间的时间称为抬母线周期，周期长短与阳极消耗速度和母线有效行程有关。母线行程长，抬母线周期相应就长些。每抬一次需时间30分钟，每台槽18天抬阳极母线，每天抬阳极需时间:1016×30/18=1693min抬母线作业使用专门的母线提升机,由多功能天车配合作业。母线提升机为一框架结构，上面装有与电解槽阳极数目相对应的夹具,按槽上阳极位置排成两行,每边安装一个滑动扳手，每个夹具上装有一隔膜气缸，隔膜气缸和滑动扳手与框架上的高压总气管相通，以天车空压机输出的高压风作为动力。操作时，用天车卷扬机吊起母线提升机支撑在槽上部横梁上，高压风驱动隔膜气缸动作，带动夹具锁紧阳极导杆，使阳极重量改由夹具、框架、横梁支撑并固定位置，操纵提升机上的滑动扳手，松开阳极卡具，借助母线与导杆之间的摩擦导电，按下槽控箱的阳极提升按钮，母线上升,阳极不动。当母线上升到要求位置时停止,降阳极卡具拧紧，松开提升机夹具，由天车吊出框架，完成一台槽抬母线作业，每台约耗时20～30分钟。7.2。4其它作业每班取60分钟,则每天需180分钟以上四项工作时间总计为：t总=532+4910+818+180=10440min，考虑到多功能机组的运转率一般为50～60％，则需多功能机组的台数为：n=10440/1440/0。55=13.2台为保证电解正常生产,每栋厂房各用14台,多功能机组的台数为2台。7.3出铝抬包技术性有效容量：6吨;出铝能：1.2吨/分钟;压缩空气压力：0.6～0.7Mpa；每分钟压缩空气耗量:4。0m3/min;手轮回转力:19公斤；外形尺寸：4。55×3。1×3。4m。每台槽出铝时间10分钟，3班制，每抬包每次装3台槽的出铝量.每包铝由电解车间送至铸造部的往返时间为20分钟,因此每班作业时间为:1017×（3×10+20)/（3×3）=5650min每台抬包每班有效工作时间为150min，则每班需抬包数为：5650/150=37。67考虑到检修备用等，本设计60台，具体分：工作台数：38台维修台数：6台停槽启动台数:6台备用台数:10台7.4槽控机工作方式:联机/自动/人工单动；内藏系统：手机NB、AEB、RC;操作用联系按钮:有AC、TAP联系按钮、自动、扫描、解析、执行程序；继电器工作方式：有联机、扫描、解析、执行程序与接口机通讯程序.显示槽行程状态，可显示十余种。主要软、硬件功能：正常槽电阻控制；正常加料控制;效应检出、效应报警和效应处理控制；效应预报加料控制；边部加工跟踪；抬母线操作跟踪；出铝检出及出铝后的槽电阻控制；换极检出及换极后的槽电阻控制;电压摆检出及其控制；氧化铝浓度控制。辅助功能:提升机机械极限保护；提升机限时动作保护；槽压高低限禁止升、降极保护;提升机动作软件限时保护；提升机控制回路自动检测；提升机动作硬件限时电路自动检测；参数设置和显示；参数掉电保护;电流、电压数显。7.5混合炉容量仪台数铸造车间按满足电解车间最大原铝产能207881吨进行设计，考虑电解出铝的不均匀性和冷材回炉等因素,铸造的生产能力为：207881.78×1.1=228670。0吨/年设计选用40吨燃气（煤气）保温炉作铝混合炉。1、日最大原铝处理量：（228670。0/365）×1。1=689.14吨；2、混合炉容量40吨，设计按38吨计算使用；3、铸造车间采用动态配铝连续铸造的生产方式，则每炉每天完成炉数以8炉计算；4、混合炉台数：N=689。14/（38×8。0)=2.27台，考虑到炉子检修等因素，设计选用4台燃气式(煤气）混合炉，其中1台备用。7.6铝锭铸造机台数设计选用20kg铝锭连续铸造机组。1、日原铝产量：按704470/365=569。5吨计；2、铸机运转率:50%3、成品合格率：99.5%4、铸机产能：16吨/时5、铸机台：N=（569。5×0.995）/（16×24×0。50）=2。93台，设计选用20kg铝锭连续铸造机组3台8电解厂房及电解槽配置1、根据电解槽的数量,本设计的电解厂房为六栋，两厂房平行排列，为便于管理,设计成为两个车间。厂房为二层楼结构,底层安装槽体及阴极母线,二层操作面标高+2。700米；2、取槽间距6。5米，则每栋厂房长为:6。5×508＋14×15＋20+6.5×2＝3545米,宽24米；3、每栋厂房横向单排配置508台电解槽,包括7台备用槽，分为4个区，每1个区127台，两栋厂房间有5个通道连接,供出铝，新旧阳极的运输及其他物料、设备等运输用，每个通道宽15米，第一个通道取20米，以方便2台天车的排放及修理。两栋厂房之间的距离为40米,配制有2组净化系统和供配料系统，电解槽距安放槽控箱一边的墙为1.5米；4、槽纵向中心线距厂房轴线分别为9.5米和14.5米。厂房两端柱中距首尾两台电解槽中心线分别为29.75米和24。75米。电解槽采用槽罩密闭，电解产生的烟气经槽排烟支管汇集于附设在厂房外的总管至净化系统;5、每栋厂房内配置有多功能机组14台，备用5台，供更换阳极、出铝、运输等作业，天车轨道标高+9。35米.电解槽技术经济指标见表8.1。表8。1电解槽技术经济指标序号指标名称单位数量1电流强度KA2552电解槽数台35443电流效率％944阳极电流密度A/cm20。7335电解温度℃950—9606极距cm4。2-4.57铝水平cm21~238电解质水平cm20～229阳极效应系数〈0。210电能消耗率kWh/t-Al<1332011平均工作电压V4。1212氧化铝单耗Kg/t—Al192013阳极碳块单耗Kg/t-Al43014冰晶石单耗Kg/t-Al515氟化铝Kg/t-Al2716氟化钙Kg/t—Al117分子比2.48~2.5218氧化铝浓度％1。5~2。519槽寿命天2000参考文献［1]郭俊光。铝电解槽内衬结构的优化。轻金属。2001(1）：45—4.［2]殷恩生.160kA中心下料预焙铝电解槽生产工艺及管理[M］。中南工业大学出版社，1997:12—19。［3]高子忠.轻金属冶金学[M]。冶金工业出版社，1993：105-118.［4］蔡祺风。有色冶金工厂设计基础.冶金工业出版社，1991:56—67.［5]王捷。电解铝生产工艺与设备［M]。冶金工业出版社,2006：78—89。［6］刘业翔.功能电极材料及应用[M].中南工业大学出版社，1996。［7]陈一胜，朱志云，王勇．稀土对紫杂铜精炼效果的研究[J］．铸造．2004，（3)：36—41．[8］王祝堂，田荣璋．铜合金及加工手册[M]．北京：冶金工业出版社．2002．［9]屠海令,赵国权，郭青蔚．有色金属冶金、材料、再生与环保[M］．北京：化学工业出版社．2003．[10]邱竹贤．冶金学（下卷)有色金属冶金[M］．沈阳:东北大学出版社．2001．[11］赵越超，孟繁盛。工程材料[M]．北京：化学工业出版社．1995．［12］Gomes．GuilhenneLopes．UltrasoundEnh-AncementofAluminaManufacturefromBauxite［M]．Braz．Pedido（Brazil）．1999．［13］ANumericalModelforCoolingRateDependenceottheDegreeofUndercoolingduringRapidSolidificationof180r~NiStainlessSteel．ISIJInternatlonal[J］．1997，37(11）：1107—1111．专题研究铝电解全氟化碳减排途径研究摘要:铝电解技术迈入了新的发展阶段，铝电解技术与设备的环保节能研究已成为技术发展的主题。在过去20年间，单位铝电解产品的全氟化碳（PFCs）排放削减量达86％。由于PFCs目前被认为具有高温室气体暖化潜势的气体，也是《京都议定书》要求控制的6种温室气体之一，对气候的影响能力不可忽视.全球电解铝企业、环保部门及相关研究机构正在不断努力探索各种减排措施。本专题从铝电解工业中PFCs的排放状况、产生与排放机理、控制途径、激励措施等方面进行了减排途径的研究和分析。关键词:全氟化碳，阳极效应，铝电解,减排Abstract：ThetechnologyofAluminumElectrolysisenteredthenewdevelopmentera,whichisanimportanttopicintechnologydevelopmentfieldwithenvironmentalprotectionandenergysavingofequipments.Inthepast20years，thereducedPFCsemissionsperelectrolyticaluminiumproductreached86%.PFCswasregardedasagreenhousegaswiththehighestglobalwarmingpotentialandwasoneofthecontrolgreenhousegasesintheKyotoProtocol,sotheimpactonclimatecouldn'tbeignored。Theelectrolyticaluminumenterprise，environmentaldepartmentandresearchinstitutesalloftheworldarestillmakingeffortstoreduceemission。Emissionreductionwayswerediscussedandanalyzedfromcurrentemissionsituation，formingandreleasingmechanisms，controlapproachesandincentiveplans。Keywords：Perfluorocarbons,Anodeeffect,Aluminumelectrolysis,Emissionreduction1引言铝电解工艺日趋成熟,原铝生产效率不断提高。由于世界各国对铝的需求量巨大，铝生产过程中的资源、能源消耗和污染物排放仍较大。根据IPCC调查统计，铝电解工业是最大的CF4、C2F6排放源。铝电解生产过程中产生大量的CO2和全氟化碳（主要是CF4少量的C2F6）等温室效应气体，排放所造成的温室效应与环境污染问题备受全球关注。减少PFCs气体排放量，已成为控制温室气体排放的重要手段之一，也是全球的社会责任.原铝生产过程中产生和排放的PFCs被认为是全球PFCs的最大来源。目前，中国铝产量占全世界铝总产量的33％，控制温室气体PFCs的排放已成为我国铝电解工业污染治理的重点。我国已经确定了到2020年碳减排目标，以应对全球气候变化，并将碳减排列入“十二五”国民经济和社会发展规划中.提高铝电解行业对“低碳经济"的认识，深入推进电解铝PFCs减排工作，对实现我国已承诺和制定的2020年温室气体减排目标具有十分重要的意义。全氟化碳（PFCs）主要包括CF4，C2F6，CF8，C4F8，CF10，C6F14，C7F16，C8F18等其C-F键非常稳定,具有极端稳定性、不可燃性、低毒性、不易分解性。由于PFCs很强的红外光线吸收能力，能吸收大量的地表及低空热辐射能，其造成全球变暖潜值很高。PFCs的绝对排放量相对于CO2等温室气体而言，其在温室气体排放总量中的占比很小，相应在大气中的含量也很低.大气测量显示，大气中CF4和C2F6的体积分数分别为80×10－12和3×10－12.按体积浓度计，其在大气中的浓度约为CO2浓度的1/5000000。从对温室效应的总体贡献率来看，PFCs气体对温室效应的短时作用极小，但是由于PFCs在大气中不易分解,对全球变暖的潜在影响却相当高。根据IPCC研究，其相对于CO2的100年的全球变暖潜能值(GWP100）是CO2的6500～12000倍。CF4和C2F6在大气中的寿命估计为50000年和10000年,因此PFCs温室气体对环境的影响是长时间的.同时，由于PFCs是增温潜势能力非常强的温室气体，并会不断地累积在大气中，所以作为被控制排放的人造长寿命的温室气体而被列入了《京都议定书》,成为其中所强调的6种需减排的温室气体之一。2铝电解中PFCs的产生机理电解铝生产中直接产生的温室气体主要分为2类，即CO2与PFCs，PFCs主要成分为CF4，C2F6。目前，铝电解中PFCs的产生机理仍是一个正在研究中