年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计

年4月19日年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计文档仅供参考一座年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计 8摘要 8前言 9第一章市场分析 101.1铝的性质 101.2铝的发现简史 111.3中国铝工业发展近况 111.3.1铝业背景 111.3.2制约瓶颈 121.3.3发展前景 121.3.4中国铝型材行业的概况 131.4国际铝工业发展状况 181.5对中国铝工业发展前景的认识 19第二章厂址选择与论证 242.1铝厂厂址选择区域概况 242.1.1地理优势 242.1.2地形地貌 252.1.3区位优势 252.1.4水文地址 252.1.5气候条件 262.1.6政策优势 262.2.1资源优势 282.2.2水能电力资源 28第三章技术经济指标 303.1电解方案的选择与论证 303.2主要技术经济指标的选择与论证 313.2.1电流效率 313.2.2电解质温度 323.2.3极距 333.2.4电解质成分 333.2.5电解质水平和铝水平 353.2.6阳极效应系数 363.2.7阳极电流密度 373.2.8槽工作电压 383.2.9铝电解生产中的主要技术经济指标的确定 38第四章电解槽结构设计与计算 404.1概述 404.2上部结构 424.2.1打壳下料装置 424.2.2．阳极升降装置 434.2.3桁架与门式支架 444.2.4槽密闭排烟系统 454.2.5阳极结构 454.3阴极结构 464.3.1槽壳 474.3.2内衬以及保温绝热结构 484.3.3电解槽基础 504.4母线配置电压衡算 504.4.1母线结构及配置 504.5能量和物料平衡核算及电压衡算 554.5.1物料平衡 554.5.2电压平衡 574.5.3能量平衡 644.6电解槽选型、台数、产量以及结构计算 754.6.1电解槽寿命论证 754.6.2电解槽单槽日产量和年产量 764.6.3电解槽数量 764.6.4系列原始产量 764.6.5电解槽结构计算 774.7辅助设备选择计算 78第五章铝电解槽的预热与启动 835.1预热方法概述 835.2铝电解槽的启动 855.2.1铝电解启动条件 855.2.2干法启动 855.2.3湿法无效应启动 865.2.4湿法效应启动 865.2.5效应启动与无效应启动的对比 875.3预焙槽启动初、后期的管理 885.3.1电解质水平和铝水平的管理 885.3.2槽电压和效应系数的管理 885.3.3电解质分子比的管理 88第六章铝电解槽正常生产管理 906.1电解车间的生产管理 906．2电解车间工艺技术条件管理 946.2.1槽电压管理 946.2.2铝水平及出铝管理 966.2.3极上保温料的管理 976.2.4效应管理 976.2.5效应间隔管理 1006.2.6原铝质量管理 100第七章烟气净化及原料输送 1047.1铝电解烟气中的有害物质 1047.2铝电解烟气净化方法 1057.3烟气干法净化工艺设备配置 1067.3.1烟气捕集部分 1067.3.2新鲜氧化铝供给部分 1077.3.3载氟氧化铝回收部分 1077.4原料输送及电解槽供配料 1087.4.1原料输送 1087.4.2电解槽供配料 108第八章技术经济评价及成本核算 1138.1企业工作制度 1138.2劳动定员、工资及劳动生产率 1138.2.1劳动定员 1138.2.2工资 1148.2.3劳动生产率 1158.2.4人员培训 1158.3投资估算 1158.4生产成本 1168.4.1主要原材料、动力燃料价格确定 1168.4.2单位产品制造成本和总成本费用 1178.5销售收入、税金和利润 1208.5.1销售收入 1208.5.2税金 1218.6项目综合评价 1228.6.1贷款偿还期 1228.6.2投资回收期 1228.6.3盈亏平衡点(REP)分析 123第九章冶金环境保护 1259.1环境保护的重要性 1259.2铝电解厂烟气中的污染物及其危害 1269.3铝电解的环境保护 127结论 132谢辞 133参考文献 134一座年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计昆明理工大学冶金工程级高艳军摘要本设计是毕业设计,依据毕业任务书进行了一年产16万吨铝锭的铝电解车间的设计。在查阅有关文献、翻阅了自己所学的相关课程下,对中国铝工业的发展、国际炼铝的综合情况进行了简明的论述;并经过对冰晶石熔盐电解法同其它电解法法比较,确定了冰晶石熔盐电解的方案,选用并论证了280KA电解槽的技术经济指标。作了厂址的选择与论证及铝电解槽的设计计算、物料平衡及能量衡算、铝电解烟气净化及原料输送、环境保护、技术经济评价及成本核算等内容。并绘制1＃图纸一张,CAD三张,以及完成了一份毕业实习报告书。经过论证与计算,获得了以下主要技术经济指标:1、年产量:16万吨铝锭2、电流强度:280KA3、阳极电流密度:0.73A/cm24、效应系数:0.2次/槽·次5、电流效率:94％关键词:电解铝电解槽毕业设计前言中国铝业广西分公司(全称中国铝业股份有限公司广西分公司,

以下简称中铝广西分公司

)是中国铝业股份有限公司的成员单位之一,属非法人企业

。

中铝广西分公司的前身是平果铝业公司。

年

2

月,应中国铝业公司改制上市的需要,平果铝业公司被

改制重组分为上市和存续两个部分。上市部分命名为中国铝业股份有限公司广西分公司;存续部分延用”平果铝业公司”名称。

中铝广西分公司传

承原平果铝业公司的经营性资产,是集矿山开采和氧化铝、电解铝生产于一体的特大型铝冶炼联合企业。中国铝业广西分公司一期工程设计建设规模为年产铝土矿65万吨、氧化铝30万吨、电解铝10万吨,1991年5月开工建设,1995年底全面建成投产。6月中旬开始实施消除瓶颈技术改造工程,11月完成,并经过性能考核,达到了设计产能,使一期氧化铝产能从40万吨/年提升至45万吨/年。

中国铝业广西分公司氧化铝二期工程是在一期的基础上扩建的一条年产40万吨的氧化铝生产线。该工程于5月10日正式开工,6月22日全线竣工投产,比计划提前6个月建成,并实现了两个月达产达标。

电解铝320KA生产系列工程(简称320工程),于1998年10月20日正式动工建设,1999年5月20日建成投产。4月引进并使用瑞士ABB公司的技术和设备,对320KA生产系列的直流供电系统进行技术改造,于当年11月完成,并经过了性能考核,达到了设计要求。

随着重大技改项目的成功实施和氧化铝二期工程建成投产,中国铝业广西分公司现有生产能力为:年产铝土矿190万吨,氧化铝85万吨,电解铝13.5万吨。

中国铝业广西分公司的主要产品是注册商标为”右江”的系列产品”右江”牌氧化铝、氢氧化铝、重熔用铝锭。本设计是一个年产16万吨铝锭的铝电解车间,根据焦作铝业股份有限公司选用的280KA大型预焙电解槽技术,并取得良好的经济效益。因此,本设计选用了280KA的预焙槽进行铝的生产。铝电解槽的设计计算、物料平衡及能量衡算、铝电解烟气净化及原料输送、环境保护、技术经济评价及成本核算等内容。并绘制1＃图纸一张,CAD三张,详细说明车间的布置及电解槽结构。限于本人水平有限,在设计过程中难免有错误,敬请各位老师和同学及时的给予批评指正。第一章市场分析1.1铝的性质铝是银白色的轻金属,较软,密度2.7g/cm3,熔点660.4℃,沸点2467℃,铝和铝的合金具有许多优良的物理性质,得到了非常广泛的应用。

铝对光的反射性能良好,反射紫外线比银还强,铝越纯,它的反射能力越好,常见真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜。真空镀铝膜和多晶硅薄膜结合,就成为便宜轻巧的太阳能电池材料。铝粉能保持银白色的光泽,常见来制作涂料,俗称银粉。

纯铝的导电性很好,仅次于银、铜,在电力工业上它能够代替部分铜作导线和电缆。铝是热的良导体,在工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和民用炊具等。

铝有良好的延展性,能够抽成细丝,轧制成各种铝制品,还可制成薄于0.01mm的铝箔,广泛地用于包装香烟、糖果等。

铝合金具有某些比纯铝更优良的性能,从而大大拓宽了铝的应用范围。例如,纯铝较软,当铝中加入一定量的铜、镁、锰等金属,强度能够大大提高,几乎相当于钢材,且密度较小,不易锈蚀,广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。当温度降到-196℃时,有的钢脆如玻璃,而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高,因此是便宜而轻巧的低温材料,可用来贮存火箭燃料液氧1.2铝的发现简史铝是我们非常熟悉的金属,早在公元前5世纪就有了应用明矾作收敛剂、媒染剂的记载。1825年,丹麦化学家和矿物学家厄斯泰德(OerstedH.C.,1777-1851,丹麦)用钾汞齐还原无水卤化铝,第一个制备出不纯的金属铝。1827年,德国化学家维勒(WohlerFriedrich,1800-1882,德国)用金属钾还原无水氯化铝,制备出较纯的铝,并用它的许多性质。由于维勒制取铝的方法不可能应用于大量生产,在这以后的一段很长时间里,铝是珠宝店里的商品、帝王贵族的珍宝。直到1886年两位青年化学家分别独立地用电解法制铝获得成功,使铝成为普通商品。这两位年轻的化学家一位是21岁的美国大学生豪尔,另一位是大洋彼岸的21岁法国大学生埃罗。她们的工作奠定了今天电解铝的方法。铝的命名源自拉丁文Alumen,这一名词中世纪在欧洲是对具有收敛性矾的总称,它的英文名称是Aluminium,元素符号为Al,中国从它的第二音节译为铝。1.3中国铝工业发展近况1.3.1铝业背景中国铝工业经过50年的发展,到已建立了庞大的产业群,涵盖了铝矿、氧化铝、电解铝、铝加工等门类齐全的铝工业体系。铝及铝加工产业进入了一个高速发展时期,铝材的应用越来越广泛。,中国电解铝产量约1240万吨,其中型材660万吨,压铸材40万吨,板带箔约540万吨。作为朝阳产业,铝工业以展现出十分诱人的发展前景。1.3.2制约瓶颈尽管中国已稳居全球铝业大国的宝座,但受以下因素制约,中国远非铝业强国!1、中国是铝矿资源相对缺乏的国家。尽管现存的铝矾土矿保有量约7亿吨,但含量大多是铝硅比为4-7的铝石矿,与国外铝硅比10以上的铝土矿相比,选矿成本高出2倍以上。低品位的矿产资源,将会逐步制约铝工业的发展;2、电解铝能耗太高,与先进的工艺相比,能耗高出约30%;3、建筑型材所占百分比太高,型材产能过剩,过度竞争,利润太低,严重制约了技改、创新及环保投入;4、合金研发投入不足,严重制约了铝金属在工业领域的推广应有;5、大型铝加工设备严重依赖进口,加大管理及产品成本。1.3.3发展前景虽然中国铝工业的发展遇到上述种种困难,但经许多同仁和专家的不断探索,许多领域取得不错的进展,展现出十分诱人的发展前景。1、国家已把低品矿脱硅技术列为973重点专项,由中南大学张天明教授带领课题组研发,一旦工业化,将使中国的铝矿资源多使用50年!2、已有不少关于电解铝惰性电极的研究,一旦突破,电解铝成本将大幅下降;3、,中国铝压铸业厂家约家,年产量达40万吨,产值约200亿元;4、以河南为中心的板带箔得到较大发展,开始打破了以铝材为重点的格局;5、佛山市南海区铝型材行业协会于底组建技术专家委员会,为南海铝型材的发展提供技术支持。1.3.4中国铝型材行业的概况中国铝型材工业经过50多年的发展,成为了世界上铝型材生产大国。截至,中国在产的铝挤压厂600多家,挤压生产线约3500条企业数量、生产能力、产量均居世界第一,已成为世界铝挤压材生产大国;经过近几年产品结构的调整和市场调节,铝加工厂数减少,分布在逐步分散;产品出口增加,成为世界上最主要的铝型材生产和净出口国家。1、产量:中国铝加工材快报产量1175.9万吨,与快报数814.8万吨相比增加44.3%。估计型材为660万吨,比增长36.2％。表1－1中国近年来铝加工材产量单位:万吨

表中所有数据均来自中国有色金属工业协会信息统计部,除了1175.9万吨为快报数外,其它数据为实际产量。2.分布从铝加工行业来看,珠江三角洲、长三角、环渤海等三地区,以河南为代表的中部地区发展较快。新世纪以来,全国铝加工材产量前10位省区总产量占全国总产量的所占比率在逐渐上升,为82.1%,为84.7%,达到87.1%,87.63%。广东和河南两省产量排位继续保持前两名,所占比例仍在上升。产量增幅较快的省份是山东和湖南,山东排位由的第六上升到第三,产量接近100万吨,达到99.48万吨,比增加85.6%。湖南省以21.12万吨的好成绩后来居上,把产量增幅相对不大的河北省挤出前十名。广东省的建筑铝型材业在国内具有突出的地位,具有绝正确优势。广东省是中国铝型材加工、制造的大省,同时又是铝的消费大省。当前,广东省的铝加工量超过300万吨/年,综合产值超过1000亿元,已形成具有明显规模优势和品牌优势的产业。据中国有色金属工业协会统计,全国获得生产许可证铝型材厂有560多家,广东省有210余家;全国铝挤压材产量前10名的企业中广东省占了6家,广东省铝型材生产量占全国55％左右,市场占有率超过全国的45％。全国拥有中国名牌的铝加工企业共有17家,广东省有10家单位,其中9家为铝型材厂,1家为板带箔生产企业。3、出口,中国铝材净出口量增加了110.0%(见表2)。其中,平轧产品的贡献明显。型材出口84.5万吨,比仅增加了24.1%,增幅同比下降56.1%。主要受欧美房地产业不景气和国家7月1日取消出口退税的影响。表1－2中国铝材进出口情况

4.动向(1)中国铝加工企业积极上市融资,铝加工企业利用国内外资本市场,积极开展多种方式进行融资,为企业的发展壮大获得必要的资金支持。已经上市的铝加工企业有中铝西北铝,山东南山、浙江栋梁、常熟铝箔、新疆众和等。正在准备上市的企业有河南明泰、广东兴发、闽发、山东鲁丰铝箔、厦顺、苏州罗普斯金等。(2)高速列车车体型材成功应用在中国自主知识产权的300km/h列车上,标志着中国已经跨入世界上能够生产300km/h高速列车型材国家的行列。(4)工业型材、高档节能型建筑型材产品比例增加。(5)各种新技术在铝加工生产中得到了应用。二、铝型材行业发展存在的主要问题和机遇1、主要问题:虽然中国已成为铝型材生产和消费大国,但与世界铝型材生产强国间的差距还很大。中国铝型材消费还主要集中在建筑业,占总消费量的75%左右,而世界发达国家如日本和北美,其建筑型材消费量分别占总消费量的62.5%和44.5%。这种差距一方面反映了中国建筑业的篷勃发展,另一方面也反映出中国在工业铝型材的生产、开发和应用方面的不足,同时也预示着中国工业用铝型材存在着巨大的市场和发展空间。当前铝加工业发展的突出问题表现在:(1)中国是铝工业大国,但不是铝工业强国。中国铝工业的特点是总量大,但整体发展水平偏低,资源和环境代价较高。铝加工企业数量较多,技术力量相对薄弱,自主创新能力较差。经过近几年激烈的市场竞争和淘汰,铝加工企业规模迅速扩大,出现了一定程度的的集中,例如,全国铝挤压型材厂产量位居前10家的产量占全国的15％左右。当前,在技术、设备水平,竞争白热化的市场环境和国家发展战略及政策措施等方面正在形成前所未有的压力下,迫使企业从产量增长型向质量效益型,进而向技术创新型转变,中国迎来了加快迈向世界铝加工强国的发展机遇。(2)资源消耗严重,环保压力大,节能减排任务繁重。。1-5月中国电解铝平均综合耗电为14456千瓦时/吨,同时,氧化铝在生产过程中能耗也是很高的,每吨耗能0.8吨标准煤。铝加工企业不规范的生产方式,造成一定程度的环境污染。中国铝加工业能耗指标与国外先进水平还存在较大差距,对业界既是挑战,又是发展的机遇。(3)国家政策调整带来严重挑战,企业达标任重道远。中国当前已开始限制高污染、高能耗、资源型产品的出口。7月1日起,取消了铝加工产品的出口退税,在8月1日起,取消了原铝的进口关税。铝作为高能耗材料,同时也是高储能材料和绿色材料,是推动社会前进的一种不可替代的材料。中国经济将继续保持较高的增长性,由此一方面对铝工业的发展提供巨大的需求空间,另一方面也增加了铝工业发展的重要性和紧迫性,社会发展需要大力发展铝工业。根据国家产业政策,中国铝工业发展以满足内需为主,不鼓励并限制利用一般贸易、加工贸易等方式出口电解铝等高能耗初级产品。在政策上将继续鼓励技术含量和附加值高的铝产品的出口。当前国家经过取消原铝进口关税,12月海关总署将铝型材加工列入出口禁止名单,上述措施主要是为了抑制铝资源的大量出口。在国内需求十分旺盛的情况下,采取”堵”和”疏”两种手段的并用,一方面控制电解铝增量,控制出口;另一方面积极扩大内需,大力发展高附加值的铝材产品,增加国内存铝量,引导中国铝工业实现又好又快的发展。国家发改委第64号公告发布了<铝行业准入条件>,进一步提高了准入门槛,而且要求现有企业的能源消耗、金属消耗和成品率等指标在底之前达到门槛水平。在未来短短3年之内,使中国铝加工业达标,难度是相当大的,充满了挑战。(4)企业产业链短,竞争力不强,受上下游控制,抗风险能力弱,产品同质化严重,生产企业利润下滑,风险加大。近年来,人民币汇率持续走高,原铝的价格波动较大,铝加工企业受到很大的影响。(5)技术水平低,研发实力弱。体现在绝大多数企业都是在从事低档的建筑型材生产,产品研发不够,相互抄袭,相互竞争,造成整体水平低下。(6)专业人才缺乏。铝加工专业管理、技术人才薄弱,不利于铝加工行业的长足发发展。(7)社会的发展对铝型材行业提出了更高的要求。为适应中国铝行业的发展,随着铝表面技术处理技术的发展和市场对铝合金表面处理更高的要求,有新的铝及铝合金相关的国家标准发布实施。新的国家标准基本上与工业发达国家接轨,对企业生产,保证产品质量提出了更高和新的要求,也将进一步规范铝行业的生产,促进产业的健康发展。另外,欧盟、北美等地对六价铬、镍、铅、镉、汞等重金属的使用也做出了严格的限制,对此,国内铝加工企业必须积极应对,采取相应措施。2、发展机遇(1)铝业是朝阳产业。从市场需求来看,中国建筑门窗中,铝窗约占60%左右,塑窗(PVC)约占30%左右、钢窗5%左右,木窗在城市几乎没有使用。中国铝型材有75%左右是使用在建筑行业上用于制作建筑门窗和幕墙。中国总建筑面积21亿平方米,比增长21%左右,中国建筑业使用铝合金门窗产量约3.2亿平方米左右,建筑幕墙每年竣工面积约5100万平方米。新型建筑铝合金门窗逐年增加,建筑结构用铝合挤压材尚待开发,市场潜力巨大。交通运输业大量使用工业型材是拉动工业铝型材快速增长的动力,21世纪交通运输业发展的首选材料就是铝合金。轨道交通、城市交通、快速客车、轻轨列车使用中强韧耐蚀宽幅铝合金型材,需求量达到10万吨。集装箱型材:中国铝制集装箱的用铝量已超过5万吨,据预测,集装箱铝型材需求量约达到10万吨左右。散热器型材:大截面、薄壁散热器的需求量将达到10万吨。船舶制造:中国造船产量1451载重吨,占世界市场19%。船舶夹板和船体上大量的壁板、支撑件是高强韧耐蚀铝合金材的潜在市场,据预测,,此类型材的需求将有大量增长。(2)多种铝业技术有待研发,每项技术的研发成功并产业化,会带来巨大的效益。广东铝工业路线图中列举了56项有得研发的养分技术,需要企业、科研机构集中开展研发。(3)人才需求旺盛,高素质铝业人才的机遇。依靠技术进步、技术创新,实行技术管理和经营是中国铝型材加工企业求得生存和发展,保持竞争力的必要条件。也是企业为铝门窗幕墙行业提供优质产品、一流服务的基本保证。从以上能够看出建造一座铝厂还是适合当前形式的发展的1.4国际铝工业发展状况据<国际金融报>报道,全球铝业的格局正在转变。几十年来,西欧和北美企业一直处于行业前列,控制了大部分的生产和交易。

美国铝业和加拿大铝业主导这个行业多年,随着加拿大铝业在收购法国法铝集团,这种格局得到进一步巩固。这笔收购使加拿大铝业在冶炼技术方面取得了领先地位。

近两年,俄罗斯的俄罗斯铝业公司和乌拉尔铝业公司显露出进军全球的雄心,而且制定了一系列扩张计划,但它们在上月采取了迄今最具决定性的举措。乌拉尔铝业公司同意被规模更大的俄罗斯铝业公司收购,组成俄罗斯联合铝业公司,一跃成为全球最大的铝生产商。

,俄罗斯铝业公司和乌拉尔铝业公司共生产380万吨铝,总产量略高于美国铝业。然而,两家俄罗斯企业拥有一系列引人瞩目的新冶炼厂建设计划,使其可在未来与竞争对手拉开更大的差距。

俄罗斯铝业公司在西伯利亚南部Khakassia新建的一家炼铝厂不久将投产,这是前苏联解体以来,俄罗斯即将投产的第一家炼铝厂。该公司还计划在靠近西伯利亚Krasnoyarsk的Boguchansk建设一家新炼铝厂,产能可能高达60万吨。

俄罗斯铝业公司还在与俄罗斯原子能机构商谈合作,以帮助在俄罗斯远东地区新建一家核电站。该公司将在附近建立一家炼铝厂,并从俄罗斯东部的一处港口向亚洲客户出口铝。

对于俄罗斯铝业公司收乌拉尔铝业公司的交易,俄罗斯以外的铝生产商担心,建立这样一个占据支配地位的国家冠军企业,将使外国集团更难打入俄罗斯市场。挪威海德鲁铝业公司负责铝金属业务的副总裁托尔施泰因·达勒·舍斯滕表示:”你能够想象,其它企业将无法进入任何俄罗斯项目。”

许多业内人士现在正思考这样一个问题:西方世界的铝生产是否还有未来。炼铝是一个能源密集型产业,而能源成本高涨是近年推动铝价上涨的主要因素之一。如果厂商无法在本土签订低成本电力供应合同,它们会把生产迁至世界上能源资源充分的地方。

与许多西欧国家一样,美国作为铝生产国的地位也在没落。这反映出一个事实:中东和俄罗斯等能源成本更低的地区正在建设新产能。1.5对中国铝工业发展前景的认识

一、中国铝消费将持续增长

经验表明在工业化阶段,原铝消费量呈S型增长。在工业化中期,铝、铜、钢、水泥等基础材料和能源消耗都进入了加速期,增长率都高于GDP的增长。人均GDP1000美元以上,铝消费会进入加速增长期。社会财富的积累和经济水平的提高都是以原材料和能源的消耗为基础的。从各方面来看,满足中国电解铝需求主要靠我们自己的生产能力。

中国原铝消费量增长的一个基点和两个特点:

一个基点:中国正在成为世界制造业的中心,铝制零部件及制造工业品出口规模正在增加。

两个特点:特点一;中国社会城市化、工业化进程的加快,加速对铝的消费(交通、建筑、电器等领域);2020年以前,是中国建设全面小康社会的时期,GDP增长在7%以上。

特点二;要全面客观评价铝材料及铝工业的贡献。铝是减重、节能、环保可循环使用的绿色材料,铝在其生命周期中对人类与环境的贡献远远大于其一次性生产中的负面影响,对建立资源节约型可持续发展社会意义重大。铝工业用电等级高,用电量大,能够实现电网调峰,有利于电网安全运行,对整个社会能源效率的提高起到重要作用,对每一个电网用户经济性用电都是不可或缺的。铝工业对区域经济,以及产业、制造业发展有重要支撑作用。

当前,中国铝工业仍需稳定、健康发展。中国铝工业将依托国内市场,有着良好的市场空间。中国铝工业产业规模、产业集群、上下游一体化的优势正在显现。中国幅员广阔,地区条件差异性导致部分地区仍具有投资优势。产业重组、企业竞争仍未到位,结构优化与产业升级任重道远。

总之,中国铝工业发展前景是光明的,而发展是曲折的,困难与问题是暂时的。

二、中国铝工业对国际铝市场的影响

1、中国铝工业与铝市场在全球中的地位越来越重要

中国原铝工业不会成为出口主导型的产业,中国铝加工市场竞争力将进一步提高,中国仍需扩大利用国外低成本氧化铝资源,中国铝工业国际合作空间不断扩大。这些均显示,中国铝工业对国际铝市场的影响越来越重要。

中国电解铝是全球铝产量增长的主导力量。世界原铝产量年均增长率为5%,西方世界为1.2%,北美产量年均下降4.3%。中国铝产量的增长是导致-全球铝市场出现过剩的原因之一,但由于全球消费复苏,全球铝市场出现短缺。在过去几年中,世界原铝的消费量年均增长率为4.6%,欧洲为3.76%,北美为0.37%,亚洲为8.3%,而中国的年均增长率为15.5%。-间,中国原铝消费的增量占到同期全球铝消费增量的一半以上。中国对进口氧化铝需求的增长拉高了氧化铝价格。由于中国铝产量的增长,国际氧化铝市场供求关系失衡,-处于供不应求的状态。中国氧化铝进口量587.5万吨,占整个西方向东方出口量的72.7%,是国际现货市场上的最大买家。国际市场氧化铝现货价格自10月起被迅速拉高,现货平均价为381美元/吨,上涨31%,最高达到455美元/吨,现货价格的每一次波动都源自中国供求因素和政策因素。中国电解铝是全球铝产量增长的主导力量。中国年均进口价格为350美元/吨,大大高于氧化铝正常价格。氧化铝供不应求及现货价格升高,正在引发全球更多的氧化铝投资、扩建和新建项目。由于氧化铝市场供应的增加和中国铝产量增速的减缓,国内外氧化铝市场供求关系将在转为基本平衡,但价格回落速度可能比较缓慢。

国际铝市场价格受中国因素影响波动加大。国内外铝市场价格已经接轨,密切相关。中国铝产量的高速增长对全球铝价新一轮上涨产生抑制作用。下半年以来,中国的政策性因素引发国际铝价剧烈波动。中国限制铝出口的政策导致国内外市场的价格走势背离,上海与伦敦市场比价开始下降。

2、中国铝工业与铝市场在全球中的地位越来越重要

中国铝工业与铝市场在全球都是不可或缺的组成部分,为全球铝市场平衡做出了贡献,当然也付出了巨大的代价。中国铝工业与铝市场的发展也为全球铝工业带来了生机与活力。中国因素也成为全球铝期货与现货市场最重要的因素。

中国铝加工业市场竞争力将进一步提高。中国铝挤压材已经连续4年实现净出口,是具有出口增长潜力和竞争力的产品,,中国铝箔实现净出口,未来出口市场份额将扩大。中国一部分铝板带材在产能迅速扩张的形势下会很快呈现净出口的局面。中国铝制成品和铝制部件出口竞争力正在提高,如铝轮毂、门窗、铝制家具、导线等。

中国仍需扩大利用国外低成本铝土矿氧化铝资源。中国对氧化铝需求的增长是确定的,不会因宏观调控而改变这一结论。中国解决氧化铝供应危机有多种途径,增加国内产量与扩大利用国外资源将会并重。低成本,有竞争力价格将是氧化铝资源开发的合理趋向。

3、中国铝工业国际合作空间不断扩大

中国需要铝土矿氧化铝的长期战略合作伙伴。她们一定会在中国市场获得长期利益,而不是短期利益。中国原铝工业仍具有发展空间,也存在发展的机遇,特别是在当前存在着合资合作的机遇,跨国铝业公司将中国市场纳入其一体化体系,将是明智的选择。中国交通运输业制造业发展,为国外公司提供了发展铝深加工产品的市场机会。能够实施以中国为基地的全球化战略。中国铝工业服务贸易体系的建立过程中,也有诸多商机,如物流、融资、技术服务、设备制造、信息咨询等。

4、中国铝工业国际化程度正在提高

美铝:购买中铝股份8%股份,与中铝合资经营平果铝项目,在上海、秦皇岛、昆明建有3个轧制厂;

加铝:投资宁夏加宁铝业公司

在深圳合资铝挤压厂与汽车零部件厂;

海德鲁铝业:在无锡、苏州建有3家铝业独资合资企业;

日本投资者:在中国建有30家铝独资合资企业;

我们相信,中国铝工业的蓬勃发展将会吸引更多的海外投资者,贸易商,用户。

1.6结论

1、中国铝工业已经和正在全球铝市场中扮演重要的角色。

2、在全球铝市场链条中,中国因素已经是最活跃的因素,充满确定也有着诸多不确定,应该善于在不确定中把握确定的因素。

3、随着中国市场经济体制的不断完善和铝工业市场化、国际化的发展,对市场的所有参与者来说都是有益的。由此可见,我们应充分利用国内资源与能源优势,抓住机遇,顺应国内外市场需求,加快发展铝工业。因此,新建一座年产16万吨铝的电解铝厂,是明智的选第二章厂址选择与论证2.1铝厂厂址选择区域概况厂址的选择不但直接影响基建投资生产经济与发展,还影响地区的交通运输环境保护农业生产和城镇建设等的发展。因此,厂址选择必须详细勘察调查研究综合分析多方案比较论证。评选出经济效益社会效益环境效益最优的厂址,总结过去的实践经验,厂址选择应遵守一定的基本原则;符合铝工业的总体布局;充分的水电能源供帔;靠近原料生产基地或产品主要䶈费地点;发达的交通运输基础;合适的建设场地条件;满足环境保护的要求;良好的外部协作环境;良好的地理条件。我选择平果县作为设计厂址的选择,其具体理由如下:被誉为"南国铝都"的平果县坐落在右江河畔,为百色市东大门。东与马山县、东南与武鸣县、东北与大化瑶族胪治县相邻,西与田东匿、西南与天等县交界、南与隆安县毗邻,北与巴马瑶族自治县、都安瑶族自治县接壤。全县辖8个镇9个乡,共180个行政村(社区),县人民政府驻地是马头镇。全县总面积2473平方公里,其中耕地面积30.76万亩,总人口45.65万人,聚居着壮、汉、瑶、苗等20个民族。2.1.1地理优势平果县位于东经108度18分至107度53分、北纬23度12分膳23度54分之间。平果县具有优越的区位优势,处在国家”西部大开发”形成的”南(宁)—贵(阳)—昆(明)”经济带的咽喉地带,又处于”中国—东盟自由贸易区”,是大西南出海的重要通道,是右江河谷经济开发带的重要组成部分。境内有国家特大型企业——中铝广西分公司、西南华南电力系统重要枢纽——500千伏超高压变电站等,南昆铁路、324国道、南百二级公路和右江穿境而过,两条省级公路经县城辐射到周边各县;右江河上溯百色,下达南宁、梧州、广州出海,形成了公路、铁路、水路四通八达的交通网络。县城处在南宁至百色线的中心,距南宁市118公里,距百色市129公里,是南宁至百色政治、文教、科技交流及经济发展的桥梁,是南宁中心城市向桂西北地区辐射的重镇。中铝广西分公司坐落在广西壮族自治区百色市平果县城西郊的右江之滨,建厂初期距平果县城7公里。平果曾是邓小平领导创立的右江革命根据地的组成部分,东距南宁和西往百色城均约为120公里,南百(南宁－百色)二级公路和南昆铁路从此经过,加上右江的水运,交通条件十分优越。2.1.2地形地貌百色地区东西长320公里,南北宽230公里,地形为南北高中间低,地势走向由西北向东南倾斜,属于典型的山区,在总面积中,山区占95.4%,丘陵、平原紧占4.6%。2.1.3区位优势平果是中国大西南出海通道上的重镇,为滇、黔、桂三省区的交通要冲,桂西重要的商贸物资集散地。在广西宏观经济战略布局中,平果处于桂东南开放与桂西开发的结合部,是右江河谷经济开发带的重要组成部分,是国家大型骨干企业"平果铝"及西南、华南电力系统重要枢纽50万伏超高压变电站所在地。县城驻地处在广西首府南宁市和桂西中心城百色市之间,与两地距离约为120km,成为承接并发挥南宁中心城市向桂西山区经济辐射与吸引的"二传手"。区位优势十分突出。2.1.4水文地址平果铝厂位于广西山字型构造前弧西冀外的北西向右江构造带(右江系)中,右江大断裂在果化复向斜中经过,形成长条形断陷槽地～岩溶准平原地貌(简称溶原),按岩溶的埋藏条件分类,属裸露型岩溶。该区域地处湿热气候区,多年平均降水量1356毫米,平均气温21.08c°,极适合于岩溶发育。其地下水由大气降水补给。低山～峰丛区是补给区,溶原区是径流——排泄区,右江是泄水道。在枯水季节,地下水经过岩滩期地下水通道穿越溶原区直接泄入右江。但在雨季,峰丛区的岩溶水能够大量地在边缘部沿着准平原期岩溶通道以暗河出口或上升泉形式涌出地面,再沿溶原中的”干沟”流动一段或长或短距离后又与溶原区本身接受的降水—道沿落水洞或溶蚀裂隙下渗,再次转化为地下径流,再沿岩滩期暗河通道泄入右江,形成地面——地下——地面——地下多次转化的径流景观。溶原中的地下水主要是以管道流形式沿岩滩的岩溶通道存在和运动。地面以下至右江岩滩期岩溶顶面为垂直岩溶带,右江岩滩期岩溶以下为水平循环带。长期观测获得的水位年变化幅度达10米左右,丰水期高水位可接近地表。初勘期间有过遇到大雨后一天之内落水洞中水位从15米深度涌出地面的记录,但不会发生右江水沿地下通道倒灌厂区的现象。岩溶初期查明,当地岩溶发育的基本特点是受岩性、构造、地下水、右江(区域岩溶水排泄基面)和新构造运动等因素的综合控制,由于这些因素存在多种多样的组合形态,才导致了复杂多样的岩溶现象。2.1.5气候条件地处北回归线西侧的低纬度地带,属高温多雨亚热带季风气候,光照充分,雨量充沛,全县各地年平均气温为21.5C,年无霜期长达345天以上,多年平均降雨量为1356毫米,一年四季均宜耕作。全县以石山丘陵为多,发展林业、畜牧业有广阔天地。主要粮食作物有水稻、玉米、大豆等,主要经济作物有甘蔗、木薯等,主要林木有杉木、松木、竹子等。2.1.6政策优势

<铝工业产业发展政策>提出,无论是电解铝企业还是氧化铝企业都应重点向西部发展。氧化铝企业应在靠近矿产资源丰富的地区建厂,今后重点发展的地区是山西、广西、贵州等省份;电解铝生产要向水电和煤电资源丰富的西部地区转移,逐步关闭东部电力供应短缺、发电成本昂贵地区的电解铝生产能力;在东部沿海地区大力发展废杂铝的回收利用,建设铝工业循环经济基地。

从起国家就规定:凡设在西部地区、以国家鼓励类产业项目为主营业务,且主营收入占企业总收入70％以上的企业,在至期间,按15％的税率减征企业所得税。民族自治地区政府在一定范围内享有对本地区企业减征或免征企业所得税的权利。

随着国家”西部大开发”战略的实施和”中国一东盟自由贸易区”的建立,广西已将铝工业定为自治区的支柱产业,计划把百色建成全国乃至亚洲重要的铝工业基地,力争到”十一五”中期,百色铝工业形成年产500万吨氧化铝、100万吨电解铝、70万吨铝加工的规模。为了实现这一目标,百色市委、市政府出台了一系列鼓励铝工业发展的优惠政策。<关于进一步扩大对外开放的决定><关于工业立市的决定><关于加快非公有制经济发展的决定><关于整治投资环境二十条规定>等”六个决定”和<关于促进个体私营经济加快发展的实施办法><关于支持非公有制经济发展若干用地政策的实施办法>等加快非公有制经济发展的17个配套文件,为百色工业经济的发展创造了良好的政策环境。

为了鼓励工业特别是铝工业的发展,百色市政府已经在百色市建立了”百色工业园区”,平果县政府也建立了”平果工业园区”,对工业园区的企业实行优惠政策。例如:对入园企业,执行<国务院关于实施西部大开发若干政策措施的通知>(国发[]33号)并享受国家西部大开发的各种优惠政策和执行<广西壮族自治区人民政府关于贯彻实施国务院西部大开发政策措施若干规定的通知>(桂政发[]100号)。新办企业从项目投产之日起,两年内免征企业所得税,从第三年至第五年,按15％的税率减半征收企业所得税。

2.2能源优势2.2.1资源优势

广西是有色金属之乡,特别是铝土矿储量巨大。而百色市的铝土矿、铜矿、水晶、褐煤等储量居广西首位,其中,铝土矿探明量为7.2亿吨,远景储量超过10亿吨;煤炭储量达7亿多吨,扩大勘探后,预计储量超过10亿吨。百色煤的产量在广西超过60％,广西最大的煤矿之一右江矿务局距平果铝厂仅60公里,广西另一个主要煤矿合山矿务局距平果铝厂也不过200多公里。在平果县境内已探明的铝土矿达2.9亿吨,三氧化二铝含量高达60.45％,品位全国第一,是世界上少有的堆积型铝土矿,可全部露天开采。

广西煤炭资源相对比较匮乏,质量不太好。可是,中国西南著名煤都贵州省兴义市距平果铝厂仅300公里,那里蕴藏着非常丰富的煤炭资源。百色还有较丰富的水力发电资源,可开发利用的水电资源约600万千瓦,占全自治区的1/3,已开发和正在开发的水电资源约450万千瓦,现在还有20％的水电没有开发。右江不但常年川流不息,落差巨大,水流湍急,而且穿越平果铝厂区,在右江上建设自备水力发电厂可最大限度地缩短输电距离,减少输电成本。2.2.2水能电力资源全县雨量充沛,溪河众多,多年平均降雨量1356毫米,径流量74.38亿立方米,流域面积50平方公里以上的河流有6条,河道长度共302.2公里,水能理论蕴藏量2.13万千瓦,可开发量1.07万千瓦,年发电量3500万千瓦小时。境内有中、小型水库49座,塘坝174处,有效库容1.5亿立方米;有3座水电站,年发电量为959万度。另外,平果是广西重要输电走廊经过的重镇,三回天广500千伏输电线路穿城而过,县城有1座500kv变电站、2座220kv变电站2座110kv变电站,能够便利地下载电能,电力充分。综上所述,本设计的厂址选在平果县,原平果铝厂的位置上是合理的。总而言之,平果县依托平果铝,以氧化铝带动电解铝,以电解铝带动铝材深加工,建立”氧化铝——电解铝——铝材深加工”一体化的铝产业集群,拉长铝产业链,并大力发展碳素、氟化盐、硫酸、烧碱、钢球、石灰、水泥等配套产业以及有色金属加工回收、零配件供应、辅助材料供应、模具制造、包装材料生产等配套附属产业。平果县在它带动下一定会赢得飞速的发展。

第三章技术经济指标3.1电解方案的选择与论证对于制铝的方法很多,当前比较常见的有冰晶石－氧化铝熔盐电解法、氯化铝熔盐电解法以及电热法。铝工业生产主要采用冰晶石－氧化铝熔盐电解法。氯化铝电解法是以氯化铝为原料,以碱金属和稀土金属为电解质进行电解制铝的方法,氯化铝电解工艺主要包括两个过程,一是氯化铝的制备;二是氯化铝的电解,氯化铝电解法较之于霍尔－埃鲁特法在电解温度、极距、电解质粘度、生产能力以及电能消耗等一些指标上有一些优点,可是氯化铝需要工业氧化铝制取,而且每产一吨铝需要5吨氧化铝,就整体而言,能耗不会低于传统的霍尔－埃鲁特法。氯化物对设备的腐蚀又是它的另一个显著缺点;另外,氯化铝的水解容易使电解槽中产生沉淀,即降低电流效率,又因必须捞渣而对正常生产有所影响,这些都是氯化铝电解法所存在的严重问题。由此可见氯化铝电解法当前无法得到工业上大规模应用。电热法炼铝是一种非电解炼铝方法,它和传统电解法相比,有流程简单,设备投资少,产能大,能量利用率高,不用整流设备;对原料要求不高,不需要氟化盐等优点,但此法只能得到铝硅合金,得不到纯铝,必须又要从铝硅合金中提取纯铝,此方法又过于麻烦,能耗也同样不低于传统法。硫化铝电解法最早是由布赫耳于1892年提出,她建议,把Al2S3·3Na2S化合物深解在碱金属和碱土金属氟化物进行熔盐电解以制取纯铝。到当前为止,这种研究工作都是实验室规模的。由于自然界中缺少天然的硫化铝,不得不用合成的方法去制造,这就有经济上的问题,因此也就无法在工业上大规模的应用。现代铝工业生产,采用冰晶石－氧化铝熔盐电解法。熔融冰晶石是熔剂,氧化铝作溶质被溶解在其中,以碳素体作为阳极,铝业作为阴极,在温度950C~980C之下通入直流电,通入直流电后,在电解槽的两极上进行电化学反应,即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳,但其中含有一定量的HF和CF4等有害气体和固体粉尘。阳极产物是铝液,铝液经过真空抬包从槽内抽出,送往铸造车间,在保温炉内经净化澄清之后,浇铸成铝锭,或直接加工成坯和型材等。采用冰晶石－氧化铝熔盐电解法有以下特点:原料氧化铝易制备、电解槽容量大、电解技术发展快,可得到高纯铝,而且经过技术改造能够降低能耗、环境污染减少。综上几种方法的论述,冰晶石－氧化铝熔盐电解法是最成熟、应用最广泛的电解法,此电解法在其能耗、操作等方面比以上的方法具有优势,一次本设计选用冰晶石－氧化铝熔盐电解法进行铝的电解是合理的。3.2主要技术经济指标的选择与论证正常生产的技术经济指标包括有:电流效率、电解温度、电流密度、阳极电流密度、极距、铝水平、电解质水平、阳极效应系数、电能消耗率、平均电压、氧化铝单耗、阳极炭块单耗、冰晶石单耗、氟化铝单耗、氟化镁单耗、分子比、单槽日产量等。其中其主要技术经济指标包括有:电流效率、电解温度、极距、分子比、阳极电流密度、铝液水平、电解质水平、阳极效应系数等。她们之间相互影响、相互关联。总的来说,在一定时期内尽可能地保持其相对稳定,下面我分别对她们进行选择与论证。3.2.1电流效率电流效率是铝电解生产过程中的一项非常重要的技术经济指标。它在一定程度上反映着电解生产的技术和管理水平。电流效率的大小是用实际铝产量和理论铝产量之比来表示的,即:电流效率=实际产铝量(M实际)/理论上应产铝量(M理论)或者,在获得一定量产品时,电流效率=理论上所需的电量(Q理论)/实际上供给的电量(Q实际)二式是等价的。在电解生产过程中,一方面金属铝在阴极析出,另一方面又以各种原因损失掉,故电流效率总是不能达到百分之百。当前,全世界电解炼铝的电流效率一般都在90%以上。经研究表明,电流效率降低的原因有:铝的溶解和再氧化损失,铝的不完全放电,其它离子放电以及诸如水的电解、碳化铝的形成等其它损失。降低电流效率的原因中,除机械损失外,都与铝电解的技术条件有关,其中影响较大的主要是电解温度、电解质组成、极距、电流密度以及铝液的高度等作业参数。国外的大型预焙铝电解的电流效率比较高,在94%左右,而国内大多数是低于94%的,但随着中国铝工业技术的进步和管理机制的改进,和国外先进水平的差距将会日渐减少。综合有关条件考虑,我的设计选取的电流效率为94%。3.2.2电解质温度所谓电解质温度,即电解槽在正常生产状态时的温度。它是铝电解生产中一项最重要的技术参数,也是生产中比较难控制的技术条件。电解质温度的高低首先取决于电解质成分,一定的电解质成分具有一定的初晶点。降低电解质温度,电解质粘度增大,其密度增大,电解质循环运动减慢。如果电解质温度长期偏低,铝液与电解质分离不好,阳极气体不易顺畅排出,电解质溶解AL2O3的能力降低,阳极效应系数增大。电解质温度正常与否,对电解槽的工作指标有决定性的影响。温度影响铝在电解质中的溶解度特别是溶解铝的扩散速度。因为扩散到阳极氧化区的速度越快,电流效率的损失就越大。温度过低也是不利的,它使电解质发粘,导致铝液与电解质分离困难,亦使电解质中的炭渣分离困难,反而易造成铝的损失,使电流效率降低。综上所述,电解质应有适宜的电解温度,高于或低于此温度,电流效率都会降低。设计时选择电解温度为950℃3.2.3极距极距是铝电解槽中铝液界面至阳极底掌的距离。经研究表明,随着极距的增大,电流效率-极距曲线的变化率越来越小。对于工业槽,极距增大到7cm左右,电流效率-极距曲线的变化率接近于0,意味着进一步提高极距,电流效率不再提高。极距小时,使得溶解铝扩散到氧化区的距离短,有时阳极气体直接地将铝液面上的铝氧化。极距增大后,熔体的对流搅拌作用减弱,扩散层厚度增大,铝损失减少。因此电流效率提高。可是,当极距超过一定程度后,电解温度将明显提高,粘度也明显变小,使对流循环加快,铝的溶解度增大,故电流效率的提高很慢,其变化率接近于0。电解生产中的极距一般在4.0～4.5cm之间,一定的电解槽和一定的电解质成分下有一定的极距。提高极距,则电解质电压降增大,使槽电压升高。根据测定,每提高极距1厘米,大约升高槽电压300～400毫伏。缩短极距可降低槽电压并节省电能。可是,如前所述,过度的缩短极距则会使电流效率降低。因此工业电解槽应在不影响电流效率的情形下保持尽可能低的极距,以便节省电能。在当前的电解条件下,一般选择极距为4.5cm。本设计选择极距为4.0~4.5。3.2.4电解质成分1氧化铝理论及实验研究表明,电流效率是随着氧化铝浓度的增加而增大的,其变化范围为1.3～6%。在高氧化铝浓度下,电流效率变化平缓。当前,国外电解槽趋也向于在低氧化铝浓度下进行电解,其主要优点是:氧化铝很快地溶解,熔体中无悬浮的氧化铝固体颗粒,对熔体的粘度、导电度以及防止在槽底产生氧化铝沉淀都有很好的作用,有利于稳定生产、提高电流效率。从以上数据,可设计氧化铝浓度在1.5—2.5%。2电解质分子比以电解质中NaF与AIF3的分子数之比表示．称为冰晶石比。俗称分子比。以K表示:K=电解质中NaF分子数/电解质中AlF3分子数就电解质的分子比而言,随着分子比的降低,熔体初晶温度下降;铝液-电解质界面张力增大,镜面收缩,铝的溶解度下降;熔体中Na+的活度降低,放电的可能性减少;因而电流效率提高。国外铝电解中间下料预焙槽生产中的电解质分子比大都在2.4以下,电流效率达到94％～95％,电耗降到13000～13500kWh/t—Al。由此能够看出,低分子比电解质是铝电解生产实现高效率低消耗的重要途径。根据设计要求,设计电解质分子比在2.1～2.3.3添加剂邱竹贤教授的研究表明,氟化钙和氟化镁在5～10%的范围内都使得铝损失减少。氟化钙和氟化镁的主要作用在于使初晶温度降低和增大铝液～电解质的界面张力;促进熔体中的炭渣分离。在摩尔比为2.4～2.7,氧化铝3～4%的电解质中添加5%氟化镁,电流效率提高1.5～2%。增加氟化镁,能够在930～940℃的温度下进行正常电解,电流效率可达90%。表3—1常规电解质成分范围内各种添加剂在固态电解质液态电解质中的物相添加剂固态物相液态物相CaF2NaCaAlF6CaF2MgF2Na2MgAlF7NaMgF3LiFNa2LiAlF6Li3AlF3表3—2各种添加剂的酸碱性添加剂酸性固体电解质碱性固体电解质液态电解质CaF2碱性碱性中性MgF2碱性酸性酸性LiF碱性碱性碱性下表2-3列出了一些厂家的电解质成分。表3—3一些厂家的电解质成分厂名电流强度(kA)分子比氧化铝浓度(%)氟化镁浓度(%)氟化钙浓度(%)斯堪提纳罗832.5～2.63～5

6～7路易江1002.3～2.553

前苏联实验槽2602.752～482～3郑州铝厂752.7

5.6东予铝厂1752.5～2.6

3.52～4综上所述,设计的280KA电解槽的电解质成分为:氧化铝浓度:1.5%～2.5％;分子比为2.1～2.33.2.5电解质水平和铝水平两水平的保持:高铝水和低电解质水平都能够导致AE(AE代表阳极效应)系数的增加,这也是阳极效应突发的一个重要原因,铝水平一个相当重要的作用就是导热,随着铝水平的增加其导热量相应增加,从而热量的损失增加,最终导致炉内温度降低.如果此现象未引起注意,长期下去,势必引起电解温度大幅度降低,电解质严重萎缩,同时产生大量沉淀或结壳,进而引发突发效应,导致阳极效应系数增大。表3－4某厂某月两水平与阳极效应系数表月份87611两水平(cm)22.3/1823/18.722.9/18.822.6/19效应系数(次/槽昼夜)0．10．0770．0920．082在铝电解槽内,电解液和铝液两层液体按照密度差别而分为上下两层。所谓电解质水平和铝液水平,是指她们各自的厚度而言。实践证明,铝电解生产中,铝水平有一定值,高于或低于此值均使电流效率下降。铝水平高有她有利的一面,它可降低槽中各部分温度差,特别是可使阳极底掌易于散热,避免局部过热,减小铝的二次损失,这些均使电流效率增加。可是炉膛有一定深度,铝水平过高,散热快,已生成沉淀,从局部导致槽电压降增加,甚至导致病槽,反而会使电流效率下降。铝水平太低时,则槽子散热性不好,易变成热槽。另外此时,会使水平电流加大,垂直磁场增强,导致生产不平衡,这些都会造成电流效率下降。电解质水平标志着电解质量的多少,电解水平高则热稳定性好,氧化铝溶解多,但高电解质水平不但使阳极埋入电解质过深,同时又易熔化炉帮,均不利于提高电流效率。而电解质水平过低则热稳定性差,氧化铝溶解少,不宜操作。本设计的电解质水平选为2224cm,铝液水平为1821cm3.2.6阳极效应系数阳极效应次数是指每日分摊到每台槽子上的阳极效应次数。阳极效应是铝电解生产中发生在阳极上的一种特殊现象,它的发生一般与阳极近层液中缺乏氧化铝有着密切关系。阳极效应的发生有以下点:⑴可根据阳极效应发生的情况来判断电解槽的生产状态,并决定下一步的加料程序;⑵在阳极效应发生时,电解质对炭粒的湿润性不良,故炭粒可方便的跟电解质分离;⑶阳极效应发生时产生的热量,有60%可用于熔解氧化铝,这有助于控制槽内沉淀量;⑷容易发生阳极效应的电解槽,它的电流效率总是高些。可是从另一方面说来,阳极效应宜适当的减少,这是因为:⑴阳极效应发生的时候,槽电压很高,耗费很多的电能;⑵电解槽发生阳极效应的时候,由于蒸发,损失了氟盐,这是很贵重的,以后还要往槽内添加氟化铝以补充其损失;⑶在阳极效应发生前后的一段时间内,电流效率会明显降低,并减产铝;⑷当阳极效应发生时,系列电流往往会下降,因而使系列中其它电解槽减产,并使它们的温度降低。因此阳极效应对铝电解有利也有弊,权衡两方面的作用,应适当的限制并减少阳极效应,这对进一步稳定生产,降低电耗和增加产量是非常必要的。本设计选择阳极效应系数为0.2次/槽.日。3.2.7阳极电流密度阳极电流密度是电解槽设计一个重要参数,一般来说,低面积电流槽电压低,电耗随之降低,但并不是每个技术上可行的面积电流都是合理的,因为面积电流过低,会使电解槽各部尺寸加大,使基建成本费加大。中国电解铝厂的大型预焙阳极电解槽电流密度一般在0.7/cm2左右,属于低电流密度电解槽,中国电解铝厂阳极质量低,不能承受更大的阳极电流密度。阳极电流密度的改变存在两种情况:①

阳极面积增加,如加宽阳极,而电流不变;②

阳极不变,而电流增加,如强化生产时。对于加宽阳极时,电流密度降低。此时,单位面积上的气体析出量减少,排出速度降低,搅拌作用减弱,氧化区域缩小,扩散厚度增大。使得铝损失降低,电流效率提高。对于强化生产时的情况下,阳极电流密度增大,则有可能使上述因素向不利方面转化,而使电流效率降低。由此可见,随着阳极电流密度的增大而使电流效率降低。表3－5铝电解槽选用的阳极电流密度铝厂电解槽型阳极电流密度/A·cm－2美国A697180kA0.772沁阳铝厂280kA0.73法国PH－280280kA0.74青铜峡铝业200kA0.72法国AP50500kA0.8新西兰迪拜200kA0.88焦作万方铝业280kA0.733综合考虑我所设计的280KA电解槽选择阳极电流密度为η=0.73A/cm2。此上就是我对主要技术经济指标的选择与论证。3.2.8槽工作电压槽工作电压是指电解槽正常工作的电压,由电解槽的阳极压降,阴极压降,槽周围母线压降,分解与极化压降,电解质压降组成。在同一台电解槽上,槽电压常随生产操作而变动,因此只能控制在一定电压范围之内。现代电解槽系列,由于采用了计算机,能够对每台电解槽槽电压进行自动调节,因而能节省电能消耗量。本设计根据计算得出槽工作电压为4.06～4.12V3.2.9铝电解生产中的主要技术经济指标的确定铝电解生产中的主要技术经济指标包括:电流强度、电解槽数、电流效率、电解温度、极距、阳极电流密度、电解温度、平均电压等等。各项经济指标如下表3－6所示。序号指标名称单位数量备注1电流强度kA280设计值2电解槽数台224其中备用槽10台3电流效率%94设计值4阳极电流密度A/cm20.735电解温度℃9506极距cm4.0～4.57铝水平cm18～218电解质水平cm22～249阳极效应系数次/槽·日≤0.210电能消耗率kWh/t-Al13400直流电耗11平均电压V4.1212氧化铝单耗kg/t-Al194013阳极炭块单耗kg/t-Al430净耗14冰晶石单耗kg/t-Al515氟化铝单耗kg/t-Al2516氟化钙单耗kg/t-Al217分子比2.1～2.318单槽日产量kg2119.92理论值以上就是本设计的一些技术经济指标。第四章电解槽结构设计与计算基础数据:1、产量:16万吨/年铝锭2、容量:280KA3、阳极电流密度:0.73A/cm24、效应系数:小于等于0.2次/槽.日5、电流效率:94%6、直流电耗:13400KWh/tAL当前,世界各国正在竞相发展大型中间下料预焙槽,此种预焙槽并不是简单的重复,而是向大型化、大电流、自动下料、自动处理阳极效应,电子计算机控制的具有当前先进科学技术水平的现代化方向发展。如图所示大型中间下料预焙槽。铝电解槽是炼铝的主要设备,现代铝工业主要两类四种形式电解槽:(1)自焙阳极电解槽:侧插棒式自焙阳极电解槽和上插棒式自焙阳极电解槽(2)预焙阳极电解槽:不连续式预焙阳极电解槽和连续式预焙阳极电解槽4.1概述工业电解槽一般分为阴极结构、上部结构,母线结构和电气绝缘四大部分。阴极结构指电解槽槽体部分,由槽壳、内衬砌体构成。上部结构可分为桁架门支架、阳极提升装置、打壳下料装置、阳极母线和阳极组、槽密闭排烟装置、氧化铝超浓相输送管道。母线结构分为阳极母线、阴极母线、立柱母线和软带母线、联络母线。联络母线用于槽之间、厂房之间联络。在电解槽系列上,由于系列电压高达数百伏甚至上千伏,电解用直流电,电气设备用交流电,为了人员和设备安全,防止直流窜入交流系统,因此电解槽的很多部位都需要进行电气绝缘以保障生产中人员和设备的安全。预焙阳极电解槽根据下料的方式能够分为边部打壳下料电解槽和中心下料打壳电解槽,其之间的不同是中心下料打壳电解槽有自动打壳和下料装置。本设计为280KA中心下料预焙电解槽。其采用点式下料器,每台电解槽有5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,并能够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,劳动生产率高的槽型,同时,生产烟尘少,便于采用干式净化回收。本设计选用了大型中间下料预焙电解槽槽型。其具体槽型如图4.1所示。图4.1大型中间下料预焙槽结构示意图4.2上部结构4.2.1打壳下料装置每台槽共有5套打壳下料机构,其中4套是正常加工打壳下料装置,另外一套是出铝打壳下料装置,另外一套是出铝打壳下料装置。其结构如图4.2所示。图4.2打壳下料装置打壳机构由气缸和打击锤头组成,气缸内径为125mm,行程为550mm,出铝打壳气缸内径为150mm,行程为650mm,打击速度40cm/s,气缸工作温度为80～90℃,打壳用压缩空气压力为0.7MPa,由空压机经过压缩空气管供给。氧化铝等原料进入压力容器,采用浓相输送经单管输送到40t缓冲仓中,然后经超浓相风动溜槽至下料装置,再经下料管加入电解槽中。风动溜槽用风动安装在槽旁的风机供给,其风压力为10kPa,风量为3.2m34.2.2．阳极升降装置阳极提升装置由螺旋起重机、起重机架、减速机、换向器、联接轴和电机组成,如图4.3所示。图4.3阳极升降装置螺旋起重机中包括:7.5KW的电动机,公称提升重量为40吨,当起重重量超过48吨时,装在减速箱中的防过载摩擦离合器打滑,使装置得到保护。螺旋起重机行程为400mm,上部有导向轨,升降速度为100mm/min。减速比为24,螺旋起重机使转动方向变化。减速机速比为7.252,换向器的使用是使转动方向直接换向,速比为1:1,联接轴直径为60mm,两侧联接轴之间距离为900mm,起重机构有4台螺旋起重器。母线吊挂装置由吊头,轴和夹板组成,经过螺栓(M40×300)与阳极横母线联在一起,为了便于阳极母线升降值的计量,在减速机后安装了软轴和回转计,回转计的量程为0～400mm,但由于小夹板占据了一定的空间,因此生产中应注意只能抬到回转计数字380mm为止。4.2.3桁架与门式支架电解槽的上部结构承重均由钢制的桁架和门式支架承担,如图4.4所示。图4.4桁架与门式支架示意图桁架由角钢焊制而成,形状呈倒梯形,高1.3m,与门式支架相连的边长为12.9m,桁架中部由角钢制成的三角形支撑,以加强桁架承载的能力。门式支架由钢板制成门字形,其下端铰接在槽壳上,这种连接方式既消除了高温下桁架伸长的变形,又便于大修时拆卸。门式支架支承着上部结构的其它部分,既支承着整个上部结构的重量。门式支架与槽壳的连接出有绝缘垫板。4.2.4槽密闭排烟系统槽密闭排烟系统由排烟管道、槽顶密封、槽侧部铝制罩子组成。排烟管下部与槽顶水平密封罩板焊在一起,上部有绝缘和调节阀门,槽顶水平密封罩板与桁架焊在一起,密封罩板A、B侧各留有8个缺口,以便能进入阳极导杆。为提高烟气和粉尘的捕集效率,槽顶密封板和铝杆之间石棉布密封。电解槽烟罩密闭时,烟气的捕集效率,若按规程作业可达98%。铝制槽罩板上部与水平密封罩板绝缘,下部与槽沿板绝缘,以防止阳极母线与槽壳间形成短路。4.2.5阳极结构阳极由盒式夹具压在阳极母线上,夹持力235200KN,扭转力矩392N·M。阳极碳块组由铝导杆、铝钢爆炸焊片、钢连接板梁、钢爪头和预焙阳极碳块组成。(1)．铝导杆经计算阳极组数是38组,故阳极导杆是38根,取阳极导杆电流密度D导=0.42A/mm2,则单根导杆断面积为S导=280000/(0.42×38)=17543.9mm2。设计阳极铝导杆规格为130mm×130mm×2280mm,铝导杆的长度低于1700mm,铝导杆的断面尺寸为:130mm×130mm。,距杆顶782mm处有一内装钢套直径为520.03mm的圆孔,圆孔是用来装换阳极用的,导杆由螺旋夹具压紧在阳极母线上,夹具每个重35kg,压紧力为196KN。(2)．爆炸复合焊结构铝导杆与钢板的联结采用铝钢爆炸复合焊,钢板下面焊接圆柱型钢爪。铝钢爆炸焊片的铝板规格为165×165×12mm3,钢板规格为165×165×40mm3,铝钢接触面积超过98%,抗弯强度不小于0.7MPa,抗拉强度不小于0.8MPa,耐热不小于350℃。钢连接板规格为1060×160×80mm(3)．钢爪钢爪头直径为160mm,长280mm。选择每组阳极炭块共有4个钢爪头,钢爪间距为300mm。配套使用ZG15铸钢整体铸造钢爪。钢爪与碳块浇注处装有阳极保护环,由于阳极钢爪被电解质侵蚀现象时有发生,被侵蚀的钢爪、磷升铁熔化到铝液中,使铝液品位下降,降低了阳极钢爪的利用率,给生产带来了不利影响,因此采用阳极保护环加以保护。阳极保护环由两个半圆环组合而成,在预焙槽阳极炭块的每个钢爪上套一个。用石墨冷捣糊将两半圆环粘接。再用细铁丝固定。组装到预焙槽阳极钢爪上后,利用电解槽的热量,使保护环经过软化-排出-分解-聚合-焦化后,达到足够的温度,能有效抵御电解质的侵蚀与冲刷,达到防止阳极钢爪被电解质侵蚀的目的,延长了钢爪的经济使用寿命。(4)．阳极炭块阳极炭块尺寸为1500mm×660mm×540mm,阳极碳块上部有4个直径180mm,深100mm的孔,用于生铁浇注钢爪固定,阳极电流密度为0.73A/cm2,阳极板总面积为SA=280000/0.73=383562则每槽阳极碳块书N=383562/150×66=38.74取38块6槽膛尺寸每个电解槽有38块阳极炭块,阳极炭块采用两排配置,每排各19块。电解槽采用中间自动打壳下料,取阳极到槽膛侧壁(大面)尺寸为300mm,到槽膛端壁(小面)距离为420mm,阳极炭块组间距取40mm,阳极行间距为200mm。槽膛深度选取550mm,电解槽槽膛结构如图所示。由此可计算:槽膛长度=2×420+19×660+18×40=14100mm槽膛宽度=2×300+2×1500+200=3800mm槽膛深度=550mm4.3阴极结构阴极结构指电解槽槽体部分,由钢制槽壳、阴极炭块和保温材料砌体三部分构成。4.3.1槽壳铝电解槽的槽壳是用钢板焊接而成的,它分为有底和无底槽壳,而且有背撑式和摇篮式两种支撑方式。本设计采用有底摇篮式结构,摇篮架是弹性变形体,其优点是槽壳受力不会产生应力集中,这样在电解槽的端角部位,不会发生断裂现象。摇篮支架用工字钢和厚钢板焊接而成,槽侧以及端壁都设有一些摇篮架。摇篮架共有14个,其中摇篮支架两端最外的两组与壳体焊成一体,其余14个用螺栓与翼板联结在一起,中间垫以10×285×300mm的隔热石棉板。槽壳结构如图4.5所示图4.5槽壳结构示意图摇篮架和槽体之间以钢垫块隔开,钢垫块焊在槽壳上,其规格为13×50×200mm,槽底和摇篮架顶部垫有尺寸10×140×4370mm的石棉板,以使摇篮架在低于200℃下工作,槽壳座落在两根规格为250×13000mm4.3.2内衬以及保温绝热结构⑴槽侧部内衬选择本设计采用的电解槽是侧部散热、底部保温型的电解槽,电解槽侧部用一层碳块,使电解槽成侧部散热型,易于形成侧部炉帮。内衬侧部炭块规格为520×400×125mm,侧部炭块与电解槽侧壁钢板间有一定的间隙作为伸缩缝,一般约5mm,避免电解槽投入生产后碳块受热膨胀以使槽内衬侧部变形。底部碳块和侧部碳块之间的周边缝用”周围糊”扎成高200mm,宽250mm的坡形伸腿,以便形成侧部的电解质炉帮。⑵槽底部内衬选择由于槽侧部为散热型结构,因此底部要加强保温。槽底部内衬为两层耐火砖,每层厚65mm,耐火砖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,能够防止电解质渗透,并与电解质作用产生一层坚硬的防渗层,有利于提高电解槽寿命。干式防渗料下面是两层保温砖,每层65mm,中间用20mm厚的氧化铝粉填缝和整平,最底部是一层65mm厚的硅酸钙特种绝缘板,保温砖与耐火砖的周边用耐火颗粒充填。这样的底部结构就能达到底部保温的要求。⑶阴极结构参数的选择及计算为了使电解槽电场分布均匀,减少磁场对铝液产生的流动、隆起等不利于生产的影响,本设计采用阴极炭块宽度等于阳极炭块的宽度,对槽壳通风冷却和形成良好槽帮也有好处。阴极钢棒与阴极组合类型如图4.6所示ABCD图4.6阴极钢棒与阴极炭块组合类型图阴极钢棒与阴极炭块组合类型图中A、B、C型比较而言,C型的最好,炭块接缝数目一样而且更均匀。而D型长炭块几乎贯穿全槽的宽度,炭块接缝数是最少的,可使电解质和铝液渗出的可能性减少至最小,同时减少由于上抬和推积力引起的机械破损。发展趋势是通长炭块和通长阴极棒。本设计阴极钢棒与阴极组合类型采用D型,即通长阴极碳块。设计规格为3370mm×660mm×450mm。取阴极碳块到槽膛端壁的距离为420mm,碳块间的碳糊扎缝为40mm,可计算阴极碳块的数量n:14100-(n-1)×40-2×420=660×n解之得n=19碳块到端壁边缘尺寸为:(14100-40×18-660×19)/2=420mm碳块到侧壁边缘尺寸为:(3800-3370)/2=215mm取阴极钢棒规格为4480mm×200mm×150mm,阴极电流密度一般取0.20～0.25A/mm2.选择D阴=0.245A/mm2,则阴极截面积为:S=280000/0.245=1166667mm2则阴极钢棒数为:1166667/150×200=38.09;故取38根阴极钢棒。效验阴极钢棒的电流密度:d==0.246A/mm2⑷槽壳结构及尺寸的计算根据上面阴极碳块规格以及槽底部内衬选择以及槽侧部选择和槽膛尺寸情况,现在进行槽壳尺寸的