400kA預(yù)焙槽鋁電解車間設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 .DOC資料. 400kA預(yù)焙槽鋁電解車間設(shè)計(jì)摘 要大型化是當(dāng)今世界鋁電解技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。在現(xiàn)有的320kA350kA大型鋁電解槽基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)并建設(shè)高效、穩(wěn)定和更為節(jié)能的400kA大型鋁電解槽技術(shù)是當(dāng)今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標(biāo)。并且我國(guó)已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級(jí)鋁電解生產(chǎn)線。我們緊隨時(shí)代步伐，設(shè)計(jì)了400kA預(yù)焙槽鋁電解車間。車間設(shè)計(jì)包括廠址選擇、電解槽設(shè)計(jì)、電壓平衡、能量平衡勞動(dòng)定員及成本核算等。該設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量為22萬(wàn)噸，電流效率高達(dá)94%。經(jīng)過多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。關(guān)鍵詞：鋁電解槽，物料平衡，能量平衡，電壓平衡，車間設(shè)計(jì) The Design of

2、 400kA Pre-baked Anode Aluminum Reduction Plant ABSTRACTLarge-scale is the general trend of aluminium electrolysis technological development in the world nowadaysDeveloping more efficient，more stable and more energy-saving 400kA aluminium reduction cell technology，based on the existing 320kA350kA al

3、uminium reduction cell，is the goal studied and chased by worldwide major aluminium companiesAnd there are a few aluminum electrolysis enterprises that have built 400kA grade aluminum electrolytic production lineFollowing the pace of times，we complete the design of the 400kA pre-baked aluminum electr

4、olysis workshopThe designs include site-selection， designs of electrolyzers，voltage balance, energy balance，labor quota and cost accounting and so onYield of the design reaches to the annual output of 220000 tons，and the current efficiency as high as 94%After many discussions，we decide to choose Yic

5、huan County Industrial Park as the site KEY WORDS：aluminum reduction cell，material balance， energy balance，voltage balance，the design of workshop目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc27761 前 言 PAGEREF _Toc27761 1 HYPERLINK l _Toc27556 第一章 鋁電解簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc27556 3 HYPERLINK l _Toc5179 1.1 鋁的性質(zhì)及用途 PAGEREF

6、 _Toc5179 3 HYPERLINK l _Toc31870 1.1.1 鋁的性質(zhì) PAGEREF _Toc31870 3 HYPERLINK l _Toc2383 1.1.2 鋁的用途 PAGEREF _Toc2383 3 HYPERLINK l _Toc3838 1.2 鋁電解簡(jiǎn)史及發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc3838 4 HYPERLINK l _Toc17088 1.2.1 鋁電解簡(jiǎn)史 PAGEREF _Toc17088 4 HYPERLINK l _Toc15743 1.2.2我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc15743 6 HYPERLINK l _Toc

7、7651 1.2.3 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc7651 7 HYPERLINK l _Toc4802 1.3 鋁電解用原料與原材料 PAGEREF _Toc4802 9 HYPERLINK l _Toc6705 1.3.1 鋁電解原料氧化鋁 PAGEREF _Toc6705 9 HYPERLINK l _Toc6449 1.3.2 鋁電解熔劑氟化鹽 PAGEREF _Toc6449 10 HYPERLINK l _Toc17911 1.3.3 鋁電解預(yù)焙陽(yáng)極炭塊 PAGEREF _Toc17911 11 HYPERLINK l _Toc17736 1.4 鋁電解過程描述

8、 PAGEREF _Toc17736 12 HYPERLINK l _Toc28055 1.5 鋁電解槽與電解槽系列 PAGEREF _Toc28055 13 HYPERLINK l _Toc7247 1.5.1 陰極裝置 PAGEREF _Toc7247 13 HYPERLINK l _Toc2539 1.5.2 陽(yáng)極裝置 PAGEREF _Toc2539 13 HYPERLINK l _Toc16832 1.5.3 母線裝置 PAGEREF _Toc16832 14 HYPERLINK l _Toc3705 1.5.4 使用壽命 PAGEREF _Toc3705 15 HYPERLINK

9、l _Toc10515 第二章 廠址選擇與論證 PAGEREF _Toc10515 16 HYPERLINK l _Toc32418 2.1. 電力供應(yīng) PAGEREF _Toc32418 16 HYPERLINK l _Toc22222 2.2. 運(yùn)輸系統(tǒng) PAGEREF _Toc22222 16 HYPERLINK l _Toc10482 2.3. 外圍服務(wù) PAGEREF _Toc10482 17 HYPERLINK l _Toc13051 2.4. 環(huán)境和土地 PAGEREF _Toc13051 17 HYPERLINK l _Toc8757 第三章 技術(shù)經(jīng)濟(jì) PAGEREF _Toc

10、8757 18 HYPERLINK l _Toc16504 3.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇論證 PAGEREF _Toc16504 18 HYPERLINK l _Toc9734 3.2 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算 PAGEREF _Toc9734 19 HYPERLINK l _Toc26569 3.3 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的確定與列表 PAGEREF _Toc26569 21 HYPERLINK l _Toc28905 第四章 物料平衡 PAGEREF _Toc28905 23 HYPERLINK l _Toc14658 4.1 物料平衡的計(jì)算 PAGEREF _Toc14658 23 HYPER

11、LINK l _Toc2102 4.2 物料平衡列表 PAGEREF _Toc2102 24 HYPERLINK l _Toc27085 第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc27085 26 HYPERLINK l _Toc18015 5.1 概述 PAGEREF _Toc18015 26 HYPERLINK l _Toc9879 5.2 陽(yáng)極結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc9879 26 HYPERLINK l _Toc30290 5.3 陰極結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc30290 27 HYPERLINK l _Toc32614 5.3.1 槽殼 PAGEREF _Toc32

12、614 27 HYPERLINK l _Toc24331 5.3.2 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc24331 28 HYPERLINK l _Toc25707 5.4 母線結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc25707 29 HYPERLINK l _Toc26767 5.4.1. 陽(yáng)極母線 PAGEREF _Toc26767 29 HYPERLINK l _Toc23495 5.4.2. 陰極母線 PAGEREF _Toc23495 31 HYPERLINK l _Toc3559 5.4.3 短路母線 PAGEREF _Toc3559 32 HYPERLINK l _Toc2972

13、7 第六章 電壓平衡 PAGEREF _Toc29727 33 HYPERLINK l _Toc11226 6.1 實(shí)際分解電壓 PAGEREF _Toc11226 33 HYPERLINK l _Toc25847 6.2 電解質(zhì)電壓 PAGEREF _Toc25847 33 HYPERLINK l _Toc31337 6.3 陽(yáng)極電壓降 PAGEREF _Toc31337 34 HYPERLINK l _Toc4773 6.3.1 陽(yáng)極大母線電壓降 PAGEREF _Toc4773 34 HYPERLINK l _Toc12139 6.3.2 陽(yáng)極軟母線電壓降 PAGEREF _Toc121

14、39 34 HYPERLINK l _Toc6939 6.3.3 陽(yáng)極立柱母線電壓降 PAGEREF _Toc6939 35 HYPERLINK l _Toc31410 6.4 陰極電壓降 PAGEREF _Toc31410 36 HYPERLINK l _Toc20636 6.4.1 槽底電壓降 PAGEREF _Toc20636 36 HYPERLINK l _Toc1272 6.4.2 陰極軟母線電壓降 PAGEREF _Toc1272 37 HYPERLINK l _Toc24072 6.4.3槽周陰極母線電壓降 PAGEREF _Toc24072 37 HYPERLINK l _To

15、c20830 6.4.4 焊點(diǎn)壓降 PAGEREF _Toc20830 37 HYPERLINK l _Toc6396 6.5 陽(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?PAGEREF _Toc6396 37 HYPERLINK l _Toc17844 6.6 連接母線壓降 PAGEREF _Toc17844 38 HYPERLINK l _Toc15238 第七章 能量平衡 PAGEREF _Toc15238 40 HYPERLINK l _Toc4624 7.1 計(jì)算方法與基礎(chǔ)條件 PAGEREF _Toc4624 40 HYPERLINK l _Toc8863 7.2能量平衡計(jì)算 PAGEREF _Toc88

16、63 40 HYPERLINK l _Toc16348 7.2.1熱量輸入計(jì)算 PAGEREF _Toc16348 40 HYPERLINK l _Toc6418 7.2.2 熱量支出計(jì)算 PAGEREF _Toc6418 41 HYPERLINK l _Toc24985 7.3 能量平衡列表 PAGEREF _Toc24985 51 HYPERLINK l _Toc5817 第八章 勞動(dòng)定員及成本核算 PAGEREF _Toc5817 53 HYPERLINK l _Toc27052 8.1 勞動(dòng)定員 PAGEREF _Toc27052 53 HYPERLINK l _Toc32400 8.

17、2 成本核算 PAGEREF _Toc32400 53 HYPERLINK l _Toc10399 第九章 環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn) PAGEREF _Toc10399 55 HYPERLINK l _Toc31339 9.1 環(huán)境與衛(wèi)生 PAGEREF _Toc31339 55 HYPERLINK l _Toc13962 9.2 安全生產(chǎn) PAGEREF _Toc13962 55 HYPERLINK l _Toc18773 結(jié) 論 PAGEREF _Toc18773 57 HYPERLINK l _Toc26735 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc26735 58 HYPERLINK l _To

18、c15837 致 謝 PAGEREF _Toc15837 59前 言自上世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)電解鋁技術(shù)取得了很大的發(fā)展，尤其在大型預(yù)焙鋁電解槽的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域形成了自己的大型鋁電解技術(shù)體系，開發(fā)成功了300kA400kA大型鋁電解槽。先進(jìn)的300kA350kA大型預(yù)焙槽及其配套技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，從而減少了能量消耗和環(huán)境污染，但與國(guó)外先進(jìn)電解槽相比較，我國(guó)電解槽在設(shè)計(jì)、制作、電解槽單位面積產(chǎn)鋁量及噸鋁直流電耗等方面還存在一定差距1。我國(guó)自主研發(fā)的400kA級(jí)大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽技術(shù)，于08年由中國(guó)鋁業(yè)蘭州分公司、沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院研制開發(fā)獲得成功。并與2008年3月21日

19、通過了由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定?，F(xiàn)安裝于中國(guó)鋁業(yè)蘭州分公司SY400電解槽2，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，同比350kA，300kA電解槽具備投資省，經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，能夠滿足建設(shè)技術(shù)起點(diǎn)高、裝備先進(jìn)、大規(guī)模的鋁電解系列，單系列產(chǎn)能超過320kt/a以上，為中國(guó)鋁工業(yè)的國(guó)際化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)SY400電解技術(shù)具備是世界領(lǐng)先水平的電解技術(shù)，是當(dāng)前世界系列生產(chǎn)電流強(qiáng)度最大，單槽產(chǎn)量最大，綜合指標(biāo)最先進(jìn)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋁電解槽。與之前的300kA和350kA級(jí)的電解槽相比，400kA級(jí)大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：1、優(yōu)化設(shè)計(jì)了合理的母線配置，提高了大型槽磁流體穩(wěn)定性；2、采

20、用5段上煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于提高集氣效率和改善環(huán)境；3、采用電解廠房通風(fēng)和電解槽整體熱平衡相結(jié)合、搖籃架與槽殼整體焊接、槽殼外部焊接散熱片、電解槽小面采用搖籃架與槽殼焊接、電解槽槽殼和內(nèi)襯整體位于操作面下等技術(shù)，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動(dòng)環(huán)境；4、采用陰極炭塊與陽(yáng)極炭塊投影相對(duì)應(yīng)的技術(shù)，有利于陽(yáng)極和陰極的電流分布均勻；5、采用了電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開發(fā)了適應(yīng)大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動(dòng)技術(shù)，形成了400kA電解槽生產(chǎn)操作管理技術(shù)；6、采用四種不同品質(zhì)陰極炭塊進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，均達(dá)到了400kA電解槽試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。使用30%石墨質(zhì)陰極炭塊的電解槽，陽(yáng)

21、極電流密度也達(dá)到了0.82A/cm2，石墨化陰極炭塊的電解槽還有進(jìn)一步提高電流強(qiáng)度的潛力。400kA大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽技術(shù)的研制開發(fā)成功，為我國(guó)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，提供容量更大、技術(shù)更先進(jìn)的電解槽技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)3。400kA級(jí)鋁電解車間設(shè)計(jì)，是適應(yīng)了我國(guó)鋁電解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及十二五規(guī)劃總體要求：淘汰100千安及以下電解鋁預(yù)焙槽，確立綠色發(fā)展的理念，提升工業(yè)節(jié)能發(fā)展水平，推廣新型陰極結(jié)構(gòu)鋁HYPERLINK /supply/class-122.shtml電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁HYPERLINK /supply/class-122.shtml電解槽、高陽(yáng)極電流密度超大型鋁HYPERLINK /su

22、pply/class-122.shtml電解槽，到2015年，新型結(jié)構(gòu)鋁HYPERLINK /supply/class-122.shtml電解槽普及率將達(dá)到80%以上4。本設(shè)計(jì)具有投資省、容量大、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，單槽年產(chǎn)鋁量可增加100多噸，并且有利于提高集氣效率和改善環(huán)境。同時(shí)，采用電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制了電解槽平衡與物料平衡，還采用一套適應(yīng)大型電解槽穩(wěn)定、安全的焙燒技術(shù)，形成了一套與大型電解槽配套的生產(chǎn)操作管理技術(shù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大部分鋁電解廠采用300kA級(jí)電解槽，本設(shè)計(jì)采用400kA大型鋁電解槽，不僅適應(yīng)了電解槽發(fā)展的大型化，而且引領(lǐng)著世界鋁電解行業(yè)發(fā)展方向，為我國(guó)鋁電

23、解走國(guó)際化路線奠定了基礎(chǔ)。 第一章 鋁電解簡(jiǎn)介1.1 鋁的性質(zhì)及用途1.1.1 鋁的性質(zhì)鋁是一種銀白色的輕金屬，位列元素周期表第三周期A族，原子序數(shù)13，原子量26.9814，其主要特性如下：(1)熔點(diǎn)低，鋁的熔點(diǎn)與純度有密切關(guān)系，純度99.996%的鋁熔點(diǎn)為660。(2)沸點(diǎn)高，液態(tài)鋁的蒸氣壓不高，沸點(diǎn)為2467。(3)密度小，鋁的密度只有鋼的1/3，常溫下工業(yè)純鋁的密度為2.702.71g/cm3，隨溫度升高，鋁的密度隨之降低，在950時(shí)鋁液的密度為2.303 g/cm3。(4)電阻率小，純度為99%99.5%的鋁電阻率為(2.802.85)10-8m，在常用金屬中鋁的導(dǎo)電性僅次于銀和銅居

24、第三位。鋁中添加其他元素，都會(huì)增大鋁的電阻率。固體和液體鋁的電阻率均隨溫度降低而減小，靠近0 K時(shí)，鋁的電阻率接近零。(5)鋁具有良好的導(dǎo)熱能力，鋁的導(dǎo)熱性能差不多是不銹鋼的十倍，在20時(shí), 鋁的熱導(dǎo)率為2.1 W/(cm)。(6)鋁具有良好的反光性能，特別是對(duì)于波長(zhǎng)為0.212m的光線。(7)鋁沒有磁性，不產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)，所以在精密儀器中不會(huì)起干擾作用。(8)鋁易于加工，可用一般的方法把鋁切割、焊接或黏接，鋁易于壓延和拉絲。鋁的再生利用率高，易與多種金屬構(gòu)成合金。(9)鋁具有良好的防腐蝕性，鋁表面在空氣中和氧易結(jié)合成一層牢固的氧化鋁薄膜，這層氧化鋁薄膜是連續(xù)的、無(wú)孔的，阻止了鋁的進(jìn)一步氧化，

25、提高了鋁的抗氧化和抗腐蝕能力。(10)鋁沒有毒性，可以用作食品包裝。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲(chǔ)能綠色環(huán)保型金屬。1.1.2 鋁的用途由于鋁具有質(zhì)輕、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、可加工性以及構(gòu)成高強(qiáng)度、耐腐蝕性的合金和可再生循環(huán)利用等優(yōu)良的性能，因而鋁成為有色金屬中應(yīng)用最廣泛的金屬，是僅次于鋼鐵的第二大金屬。鋁工業(yè)現(xiàn)在是世界上最大的電化學(xué)冶金工業(yè)，鋁的產(chǎn)量在金屬中僅次于鋼鐵，居有色金屬之首。它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。(1)輕型結(jié)構(gòu)材料因鋁及其合金質(zhì)輕，機(jī)械性能好，易加工，所以已成為當(dāng)今制造各種交通運(yùn)輸工具的不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái)汽車工業(yè)用材料要求向體形小、 質(zhì)量輕的方向發(fā)展，所

26、以用鋁量不斷增加。每千克鋁材可代替2.2 kg鋼材，這樣就大大減輕了車體的質(zhì)量，這對(duì)節(jié)約燃料是非常有利的。另外，火車車廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。此外，國(guó)防工業(yè)、宇宙航空航天工業(yè)的用鋁量也在日益增長(zhǎng)。(2)建筑工業(yè)材料鋁材已在建筑方面得到廣泛的應(yīng)用。它的應(yīng)用主要是用鋁合金型材制作房屋的結(jié)構(gòu)架和門窗柜櫥一類的設(shè)施，以此代木，經(jīng)久耐用，美觀大方。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)輕，導(dǎo)電又好，所以鋁在電力輸配、器件制造等方面已成為制造電線、電纜、電容器、整流器、母線以及無(wú)線電器材的主要材料。(4)耐腐蝕材料由于鋁表面有一層很堅(jiān)硬、致密的氧化鋁薄膜，所以它有很好的耐腐蝕性。在化學(xué)工業(yè)上常用鋁及其合金制造

27、各種反應(yīng)器、儲(chǔ)槽和管道等。(5)食品包裝材料因鋁是無(wú)毒性的金屬材料，所以在食品包裝方面也得到了廣泛應(yīng)用。目前以大型的倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)槽、容缸到小型的食品罐頭盒子及零用包裝鋁箔都有鋁的應(yīng)用。同時(shí)，它還是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ么毒吆鸵恍┭b飾品的主要原材料。1.2鋁電解簡(jiǎn)史及發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 鋁電解簡(jiǎn)史鋁在地殼中的含量高達(dá)8%，幾乎占地殼中全部金屬總量的三分之一。金屬鋁最初用化學(xué)法制取。1825年丹麥化學(xué)家奧斯特（H.C.Oersted）用鉀汞齊還原無(wú)水氯化鋁，得到一種灰色的金屬粉末，在研磨石呈現(xiàn)金屬光澤，這是人類首次得到金屬鋁。1854年，法國(guó)德維爾(Deville) 用鈉代替鉀還原NaCl-AlCl3配合

28、鹽，制取金屬鋁。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。1865年, 俄國(guó)別開托夫()提議用鎂還原冰晶石來(lái)生產(chǎn)鋁。這一方案后來(lái)在德國(guó) Gmelingen 鋁鎂工廠里被采用。在采用化學(xué)法煉鋁期間，1854年德國(guó)本生(Bunsen)和法國(guó)德維爾(Deville)繼英國(guó)戴維(Davy)之后研究電解法煉鋁，試驗(yàn)了各種以冰晶石為基礎(chǔ)的混合熔鹽與氧化鋁的電解法。但那時(shí)的試驗(yàn)是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價(jià)格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗(yàn)。直到1867年發(fā)明了發(fā)電機(jī)，并在1880年加以改進(jìn)之后，實(shí)現(xiàn)了三相交流輸電，這才給實(shí)現(xiàn)工業(yè)性的電解法煉鋁提供了前提條件。1883 年，美國(guó)Bra

29、dley提出利用氧化鋁可溶于熔融冰晶石的特性來(lái)電解冰晶石-氧化鋁熔鹽的方案，但未獲得專利。1886年美國(guó)霍爾(Hall)和法國(guó)埃魯(Heroult)通過實(shí)驗(yàn)不約而同地申請(qǐng)了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利，獲得批準(zhǔn)。這就是歷來(lái)所稱的Hall- Heroult(霍爾-埃魯)法，簡(jiǎn)稱H-H法。電解法原理就是將氧化鋁溶解在熔融的冰晶石電解質(zhì)中，通入直流電，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)得到金屬鋁。1888年，美國(guó)匹茲堡電解廠開始用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁。瑞士冶煉公司也在同時(shí)采用該法煉鋁。與化學(xué)法相比，電解法成本比較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，故沿用至今。電解法早期采用小型預(yù)焙電解槽，1923年側(cè)插陽(yáng)極棒自焙陽(yáng)極電解

30、槽發(fā)明后，電解槽的電解容量增大，生產(chǎn)指標(biāo)隨之好轉(zhuǎn)，促進(jìn)了鋁工業(yè)的發(fā)展，1952年上插陽(yáng)極棒連續(xù)自焙陽(yáng)極電解槽系列投產(chǎn)并取得良好的生產(chǎn)指標(biāo)。1954年我國(guó)撫順鋁廠投產(chǎn)，采用當(dāng)時(shí)前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的60 kA側(cè)插陽(yáng)極棒自焙陽(yáng)極電解槽，年產(chǎn)鋁2.5萬(wàn)t?，F(xiàn)代鋁電解槽正向大型化發(fā)展，電解槽由20世紀(jì)70年代的10萬(wàn)A發(fā)展到現(xiàn)在的35萬(wàn)50萬(wàn)A，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在電解槽上的應(yīng)用，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)大大提高。目前，法國(guó)有6臺(tái)電流強(qiáng)度達(dá)500kA的電解槽在進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。我國(guó)第一個(gè)500kA系列的288臺(tái)電解槽于2011年在甘肅連城建成、投產(chǎn)。除此法外，世界各國(guó)科學(xué)家也一直在研究許多的煉鋁新方法，如：電熱法煉鋁、氯化

31、鋁電解法、礦石直接煉鋁法、高爐煉鋁法、錳還原法、惰性陽(yáng)極和可濕潤(rùn)陰極電解槽等。這些新工藝新方法有待進(jìn)一步的研究完善和工業(yè)性的試驗(yàn)。1.2.2我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀許多突出的技術(shù)問題，與我國(guó)鋁電解技術(shù)自70年代末引進(jìn)160kA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國(guó)外技術(shù)開始，揭開了我國(guó)現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。九十年代以來(lái)，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320kA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人注目。大容量電解槽的開發(fā)，使我國(guó)鋁電

32、解技術(shù)總體上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。然而由于我們?cè)诟檱?guó)際電解鋁技術(shù)發(fā)展過程中實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點(diǎn)，大型槽技術(shù)尚未經(jīng)過生產(chǎn)過程的逐步完善的過程，在生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)領(lǐng)域缺乏應(yīng)有的技術(shù)積累和支撐，因此仍存在國(guó)際水平仍有較大差距5。 實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)差。由于開發(fā)時(shí)間短，對(duì)我國(guó)大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距。多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。鋁電聯(lián)營(yíng)是我國(guó)電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一，但同時(shí)在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大(一個(gè)系列產(chǎn)能可達(dá)20萬(wàn)噸以上)，巨大的用電負(fù)荷集中在一個(gè)

33、生產(chǎn)系列上(一般達(dá)40萬(wàn)kW以上)，電解系列生產(chǎn)的任何波動(dòng)都會(huì)造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。缺乏建立在對(duì)陰極破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，早期破損率高。影響我國(guó)大型槽槽壽命的問題除了我國(guó)普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計(jì)、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動(dòng)、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，我國(guó)尚缺乏對(duì)鋁電解槽破損(常稱為陰極破損)機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。缺乏

34、先進(jìn)的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。我國(guó)300kA級(jí)的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時(shí)間短，又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)(這些經(jīng)驗(yàn)也有很大局限性)。焙燒啟動(dòng)過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動(dòng)過程中的能耗大；投入運(yùn)行后電解槽的物理場(chǎng)(電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng))容易波動(dòng)，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動(dòng)，陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動(dòng)或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常?？偟膩?lái)說(shuō)，目前就我國(guó)電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國(guó)際先進(jìn)水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：電流效率相差2-3個(gè)百分點(diǎn)；噸鋁電耗相差300800kwh；電解鋁用陽(yáng)極生

35、產(chǎn)過程能耗相差30kg/t左右；噸電解鋁陽(yáng)極消耗相差30-60kg(折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75150kg)；電槽槽壽命相差1000天左右；陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)國(guó)際先進(jìn)為0.1次/天槽以下，我國(guó)目前最好水平在0.3次/天槽左右。1.2.3 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀目前，電解鋁工業(yè)仍以改善和提高霍爾-埃魯法電解槽技術(shù)水平為主，著力于節(jié)能減排，降低能耗、物耗和原鋁成本，在從源頭上就減少氣固廢物料污染的同時(shí)，加強(qiáng)廢物料廢鋁的無(wú)害化和資源化處理，實(shí)現(xiàn)資源再生和循環(huán)利用，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大產(chǎn)品種類?，F(xiàn)代化預(yù)焙電解槽的電流強(qiáng)度繼續(xù)向超大型化發(fā)展。繼法國(guó)AP18和AP30型電解槽技術(shù)后，AP50技術(shù)6已問世。最近，俄羅斯鋁

36、業(yè)啟動(dòng)了電流強(qiáng)度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。該系列是在原300 kA電解槽技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的第二代超大型電解槽，該槽日產(chǎn)量3t，電流效率94%，電耗13800 kWh/t，減少33%污染物。目前正在開發(fā)450500kA電解槽,預(yù)計(jì)將開展RA500電解槽試驗(yàn)。600740 kA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中。國(guó)外大容量(300 kA以上)電解槽陽(yáng)極電流密度為0.82A/cm以上，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：電流效率93%95%，直流電耗1300013500 kWh/t(Al)；最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)電流效率可達(dá)96%，電耗略低于13000 kWh/t(Al)。法國(guó)彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認(rèn)為代表

37、當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先水平。其具有如下幾個(gè)特點(diǎn)6：(1)陽(yáng)極電流密度較高，可達(dá)0.82A/cm以上，單位陰極面積產(chǎn)能大。(2)槽電壓和電解穩(wěn)定性均較高,電解質(zhì)過熱度都較低，不超過10，槽膛內(nèi)形中爐幫和伸腿的固相結(jié)殼厚度穩(wěn)定合理，因此電流效率高，可達(dá)95%96%，電耗可低到13000kWh/t(Al)，槽壽命達(dá)2000天。(3)分子比、氧化鋁和陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)低，說(shuō)明其設(shè)計(jì)操作和控制技術(shù)水平高。國(guó)外鋁電解的數(shù)學(xué)模型、傳感器、控制和新材料等功能化技術(shù)水平較高。采用的物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型精確有效，電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量高，槽電解運(yùn)行穩(wěn)定性好，電流效率可達(dá)95%96%。應(yīng)用了半連續(xù)傳感器實(shí)時(shí)在線檢測(cè)控制溫度、過熱度、分子比、

38、熔體高度和氧化鋁濃度?？刂扑较冗M(jìn)，控制效應(yīng)系數(shù)向零目標(biāo)發(fā)展。在高電流密度、高槽電壓、高電解溫度條件下，通過槽電壓、分子比和過熱度的軟件程序控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電解槽的能量平衡、物料平衡和液固相平衡，即過熱度和爐幫伸腿構(gòu)成的固相電解質(zhì)槽膛內(nèi)型穩(wěn)定合理。這樣不僅電流效率高、炭耗低，而且電解槽壽命長(zhǎng)。開發(fā)應(yīng)用抗熔體滲透的槽襯耐火材料、熱電偶套管、優(yōu)質(zhì)炭素陰陽(yáng)極、可濕潤(rùn)陰極和惰性陽(yáng)極等新型材料。優(yōu)化電解質(zhì)組成，降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效率。對(duì)鋁電解產(chǎn)生的廢渣、廢槽襯等廢物料實(shí)行有價(jià)成分再生回收并循環(huán)利用，或?qū)ζ渥鰺o(wú)害化處理，減輕鋁電解工業(yè)廢物對(duì)環(huán)境污染。美國(guó)鋁電解工業(yè)總排氟量達(dá)到0.7 kg/t(Al)

39、水平。為了大幅度提高電解法能量效率和減少二氧化碳排放量，國(guó)外開展力求降低陰陽(yáng)極之間電壓降的工業(yè)試驗(yàn)，采用炭陽(yáng)極開溝槽、TiB2可濕潤(rùn)陰極、惰性陽(yáng)極、導(dǎo)流式或雙極多室式新型結(jié)構(gòu)電解槽7等新工藝新技術(shù)新材料新設(shè)備。對(duì)于可望替代現(xiàn)有霍爾-埃魯特電解法的一些煉鋁新工藝方法，如炭熱還原法、氯化鋁雙極多室電解法等長(zhǎng)遠(yuǎn)課題還在繼續(xù)進(jìn)行研究。1.3鋁電解用原料與原材料 鋁電解生產(chǎn)所需用的原材料大致分三類：原料氧化鋁；熔劑氟化鹽(包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣和氟化鋰等)；預(yù)焙陽(yáng)極炭塊或炭糊。1.3.1 鋁電解原料氧化鋁氧化鋁是當(dāng)前冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來(lái)的有一定粒度要

40、求的白色粉料，流動(dòng)性很好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，熔點(diǎn)2050，真密度3.53.6 g/cm3，體積密度1.0 g/cm3。氧化鋁有7種晶型，最常見的是-Al2O3，又稱剛玉型氧化鋁。它主要是不斷的補(bǔ)充電解質(zhì)中的鋁氧氟配合離子，使其保持一定范圍的濃度，以保證電解的持續(xù)進(jìn)行。為了取得良好的生產(chǎn)指標(biāo)，對(duì)氧化鋁的要求是非常嚴(yán)格的，主要體現(xiàn)在化學(xué)純度和物理性能上。(1)化學(xué)純度工業(yè)氧化鋁通常含有98.5%的氧化鋁以及二氧化硅、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化鈉、氧化鈣和水等少量雜質(zhì)。在電解過程中，那些電位比鋁正的元素的氧化物雜質(zhì)，如二氧化硅、三氧化二鐵都會(huì)優(yōu)先還原，還原出來(lái)的 Si 和 Fe等雜質(zhì)

41、進(jìn)入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低，且降低電流效率；而那些電位比鋁負(fù)的元素的氧化物雜質(zhì)，如氧化鈉、氧化鈣會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。水分會(huì)分解冰晶石，不僅產(chǎn)生氟化氫氣體，還會(huì)增加鋁液中的氫含量。P2O5等高價(jià)氧化物雜質(zhì)則會(huì)降低電流效率。所以鋁工業(yè)對(duì)于氧化鋁的純度提出了嚴(yán)格的要求。(2)物理性能工業(yè)氧化鋁的物理性能，對(duì)于保證電解過程正常進(jìn)行和提高氣體凈化效率，關(guān)系很大。一般要求它具有較小的吸水性，能夠較多較快地溶解在熔融冰晶石里，粒度適宜、飛揚(yáng)損失少，并且能夠嚴(yán)密地覆蓋在陽(yáng)極炭塊上，當(dāng)氧化鋁覆蓋在電解質(zhì)結(jié)殼上時(shí)，可起良好的保溫作用。在氣體凈化中，要求它具有較好的活性和足夠的比表

42、面積，從而能夠有效地吸收氟化氫氣體。另外，氧化鋁要有良好的流動(dòng)性。這些物理性能取決于氧化鋁晶體的晶型、形狀和粒度。按照氧化鋁的物理特性，可將其分成砂型、中間型和粉型三種。砂型氧化鋁呈球狀，顆粒較粗，安息角小，只有3035，其中 -Al2O3含量少于10%15%，-Al2O3含量較高，具有較大的活性，適于在干法凈化中用來(lái)吸附 HF 氣體，在半連續(xù)下料的電解槽上載氟氧化鋁可用作原料，故砂型氧化鋁得到廣泛應(yīng)用。粉型氧化鋁呈片狀和羽毛狀，顆粒較細(xì)，安息角大，為45，其中-Al2O3含量達(dá)到80%。中間型氧化鋁介乎兩者之間。生產(chǎn)每噸鋁所需的Al2O3量，從理論上計(jì)算等于1889 kg。實(shí)際上由于工業(yè)氧化

43、鋁中大約含有Al2O3 98.5%，以及在運(yùn)輸和加料過程中有飛揚(yáng)和機(jī)械損失，所以生產(chǎn)每噸鋁所需的工業(yè)氧化鋁量是19201940 kg。1.3.2 鋁電解熔劑氟化鹽鋁電解熔劑包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰等，氧化鋁可溶于由冰晶石和其他幾種氟化物組成的熔劑中，構(gòu)成氟鹽-氧化鋁熔液。(1)冰晶石冰晶石分天然和人造兩種。天然冰晶石產(chǎn)于格陵蘭島，無(wú)色或雪白色，密度為2.95 g/cm3，熔點(diǎn)1009.2，在自然界中貯量有限。因此現(xiàn)代鋁工業(yè)則使用合成的人造冰晶石，為灰白色的粉末，易黏于手，不溶于水，熔點(diǎn)為10122。冰晶石的分子式為Na3AlF6，或?qū)懗?NaFAlF3。氟化鈉與氟化鋁

44、的摩爾比稱為冰晶石的分子比，分子比為3時(shí)稱為中性，分子比大于3時(shí)稱為堿性，小于3時(shí)稱為酸性，一般人造冰晶石的分子比為1.62.2。冰晶石是熔劑的主要成分，它的作用第一是能較好的溶解氧化鋁，并且所構(gòu)成的熔體可在純冰晶石熔點(diǎn)以下進(jìn)行電解；第二在電解溫度下，冰晶石熔液的密度比鋁液密度要小10%，故電解出來(lái)的鋁液能沉積在槽底上面；第三冰晶石具有良好的導(dǎo)電性。目前，冰晶石是鋁電解生產(chǎn)中最理想的一種熔劑。從理論上講冰晶石在電解過程中是不消耗的，但實(shí)際上由于冰晶石中的氟化鋁被帶進(jìn)電解液中的水分分解，或自身?yè)]發(fā)，氟化鈉被電解槽內(nèi)襯吸收以及操作時(shí)的機(jī)械損失等原因，故冰晶石在生產(chǎn)過程中是有一定損耗的，在正常情況下

45、大約每生產(chǎn)1 t鋁需耗冰晶石510 kg。(2)氟化鋁氟化鋁(AlF3)是一種白色的細(xì)微粉末，屬菱形六面體結(jié)構(gòu)，其顆粒比氧化鋁稍大, 流動(dòng)性次之，它是冰晶石-氧化鋁熔液的一種添加劑。它既可以彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，以保證生產(chǎn)技術(shù)條件的穩(wěn)定，其單耗為2030 kg/t(Al)。因氟化鋁用量也較大，它沒有熔化溫度，只有升華溫度，沸點(diǎn)為183，易揮發(fā)和飛揚(yáng)，故在向槽內(nèi)添加時(shí)應(yīng)注意操作方法。(3)氟化鈉氟化鈉(NaF)是一種白色粉末，易溶于水，同樣是電解質(zhì)的一種添加劑，但它多用于電解槽的預(yù)熱或開動(dòng)初期，因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)期，新槽的炭素內(nèi)襯對(duì)氟化鈉有選擇性的吸收，使電解質(zhì)的分子比急

46、劇下降，同時(shí)裝新槽所用冰晶石的分子比又較低，而生產(chǎn)條件又要求分子比要高，以便提高爐溫，所以裝爐和開動(dòng)初期，要加一定量的氟化鈉。但在多數(shù)工廠用碳酸鈉代替氟化鈉，這樣更加經(jīng)濟(jì)。(4)氟化鈣氟化鈣(CaF2)也是電解質(zhì)的一種添加劑，屬于面心立方結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)1423。新槽啟動(dòng)時(shí)多添加氟化鈣，它的作用主要是對(duì)爐幫的形成有好處，可使?fàn)t幫比較堅(jiān)固，同時(shí)也可降低電解質(zhì)的初晶溫度，從而降低電解溫度。氟化鈣的含量在生產(chǎn)過程中隨電解質(zhì)的損失而減少，但在生產(chǎn)中并不添加氟化鈣，這是因?yàn)樵涎趸X中含有少量的氧化鈣，氧化鈣與電解質(zhì)中的氟化鋁反應(yīng)可生成氟化鈣，所以它可自行補(bǔ)充累積。(5)氟化鎂氟化鎂(MgF2)和氟化鈣的作用

47、基本相似，對(duì)爐幫形成起礦化劑作用，但在降低電解質(zhì)溫度，改善電解質(zhì)性質(zhì)，分離炭渣，提高電流效率和電解質(zhì)導(dǎo)電率方面比氟化鈣的作用更為明顯，實(shí)踐證明這是一種較好的添加劑。(6)氟化鋰氟化鋰或者碳酸鋰，對(duì)降低電解溫度和提高電解質(zhì)導(dǎo)電率有顯著效果，是提高電流效率和降低電耗的一種良好的添加劑，應(yīng)當(dāng)推廣應(yīng)用。1.3.3 鋁電解預(yù)焙陽(yáng)極炭塊在冰晶石-氧化鋁熔鹽電解生產(chǎn)中，作為導(dǎo)電的陰陽(yáng)極的各種材料，既能良好導(dǎo)電，又能耐高溫、抗腐蝕，同時(shí)價(jià)格低廉的目前只有炭素材料，因此鋁工業(yè)生產(chǎn)都采用炭素材料作陰陽(yáng)極和各種炭糊。預(yù)焙陽(yáng)極炭塊是利用一定粒度、配比的石油焦和殘極，與一定比例的煤瀝青(黏結(jié)劑)，經(jīng)過混捏、成型、焙燒而

48、成的陽(yáng)極炭塊。其用途是做預(yù)焙電解槽的陽(yáng)極。采用預(yù)焙陽(yáng)極的好處是避免了自焙陽(yáng)極在電解過程中有瀝青煙和其他有害氣體的散發(fā)，同時(shí)使用預(yù)焙陽(yáng)極后槽電壓降低，更有利于電解槽大型化和自動(dòng)化控制。預(yù)焙陽(yáng)極凈耗大約每噸鋁400450 kg，毛耗(包括殘極)為500550 kg。因預(yù)焙陽(yáng)極的消耗使得其中的雜質(zhì)被還原后以硅、鐵、鈦、釩等元素雜質(zhì)進(jìn)入到鋁液中，故對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極的理化指標(biāo)要求嚴(yán)格，在化學(xué)成分上要求灰分越低越好，尤其是對(duì)硅、鐵、鎳、釩、鈉、硫等的控制，在物理性能上要求比電阻和氣孔率要小。1.4 鋁電解過程描述 現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)主要采取冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽(yáng)極和炭素陰極。直流電流通入電解槽，在陰極

49、和陽(yáng)極上起電化學(xué)反應(yīng)。電解產(chǎn)物在陰極上是鋁液，陽(yáng)極上是CO2和CO氣體。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化和澄清之后，澆鑄成商品鋁錠，其質(zhì)量達(dá)到99.5%99.8%Al。陽(yáng)極氣體中含有70%80% CO2和20%30%CO，還含有少量氟化物和SO2等氣固混合物，經(jīng)過凈化之后，廢氣排放入大氣，收回的固體氟化物返回電解槽5?，F(xiàn)代鋁電解槽系列配置如圖1-1所示。圖1-1 鋁電解槽系列配置圖為了減少鋁工業(yè)溫室氣體的排放，全球鋁工業(yè)也致力于研制惰性陽(yáng)極和惰性陰極等鉛電解新工藝，一旦成功，將在節(jié)能減排上取得新進(jìn)展。1.5 鋁電解槽與電解槽系列工業(yè)鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)主要包括陰極裝置、陽(yáng)極裝置、母線裝置和氣體回收裝

50、置等8。1.5.1 陰極裝置 由槽殼、陰極碳?jí)K、側(cè)部碳?jí)K、耐火磚和保溫材料組成。通常采用長(zhǎng)方形槽殼，槽殼型式有框架式、臂撐式和搖籃式三種。槽殼用型鋼和鋼板焊成。鋁電解槽的槽膛深度一般為450600mm。槽膛底部是一層陰極碳?jí)K，其下面依次是炭素墊、耐火磚層和保溫磚層，有的用氧化鋁或其他保溫材料取代保溫磚層或部分保溫磚層。陰極碳?jí)K以碳?jí)K組型式砌筑于電解槽內(nèi)。陰極碳?jí)K組由陰極碳?jí)K同埋設(shè)其中的導(dǎo)電鋼棒(陰極棒)組成。陰極棒與碳?jí)K之間澆鑄磷生鐵或用碳糊搗固。陰極碳?jí)K組在槽殼內(nèi)排成兩行，碳?jí)K組與碳?jí)K組間用碳糊搗固或用碳糊漿液灌注。但縱向中縫一般要用碳糊搗固。有些電解槽為提高爐底導(dǎo)電性和減去縱向中縫，特意采

51、用通長(zhǎng)陰極碳?jí)K，其中放置一根通長(zhǎng)陰極棒。陰極棒通過槽殼側(cè)壁上的洞口(窗口)伸出槽殼，其末端與陰極母線連接。槽膛側(cè)壁有一層或兩層陰極碳?jí)K。側(cè)部碳?jí)K與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。近年來(lái)，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的側(cè)部保溫層有所減薄，以利于凝結(jié)固體電解質(zhì)作為保護(hù)層。有的電解槽還在側(cè)部碳?jí)K下部用碳糊搗固成斜坡狀，構(gòu)成人造伸腿，用來(lái)保護(hù)側(cè)部碳?jí)K并收縮鋁液鏡面。1.5.2 陽(yáng)極裝置視槽型而異，有三種形式。(1)側(cè)插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。由陽(yáng)極框架、碳陽(yáng)極糊、陽(yáng)極導(dǎo)電棒、氧化鋁料倉(cāng)及陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。陽(yáng)極框架由鋼板和型鋼焊接而成。框架內(nèi)周為厚1mm左右的鋁板(鋁殼)

52、，中間填充陽(yáng)極糊，陽(yáng)極棒從陽(yáng)極框架外部與水平方向成15角度插入陽(yáng)極糊內(nèi)。陽(yáng)極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽(yáng)極用。陽(yáng)極棒一般有4排，排向距離200mm，其中下面的兩排棒通電，上面的兩排作為后備。隨著陽(yáng)極消耗，取出最下面的一排陽(yáng)極棒，在上方插入一排新的陽(yáng)極棒。陽(yáng)極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電片來(lái)與陽(yáng)極大母線聯(lián)接。陽(yáng)極框架借助滑輪組或螺旋機(jī)構(gòu)懸吊在電解槽的上部金屬結(jié)構(gòu)上，因此陽(yáng)極可以上下升降。(2)上插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。由陽(yáng)極框套、陽(yáng)極糊和組合陽(yáng)極棒及陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。陽(yáng)極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽(yáng)極糊。陽(yáng)極鋼棒為組合式，它由鋼質(zhì)導(dǎo)電棒與上端的鋁導(dǎo)桿聯(lián)接而成，一般采用爆炸焊接。鋼質(zhì)導(dǎo)電棒由上部垂直插入

53、陽(yáng)極糊內(nèi)，分4排插入，高度分若干層次。組合陽(yáng)極棒用夾具直接連接到陽(yáng)極母線上。陽(yáng)極有兩套提升機(jī)構(gòu)。隨著陽(yáng)極的消耗，用主升降機(jī)構(gòu)降低陽(yáng)極母線大梁，亦即陽(yáng)極本身的高度。與此同時(shí)靠輔助升降機(jī)構(gòu)以精確的相等速度提升陽(yáng)極框套的位置，其結(jié)果是陽(yáng)極框套的位置移動(dòng)等于零，它相對(duì)于槽殼并未作任何移動(dòng)，但陽(yáng)極可以下降，補(bǔ)償其消耗。(3)預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。由陽(yáng)極碳?jí)K組和陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。現(xiàn)代大容量中部下料鋁電解槽還配備定時(shí)打殼下料裝置和氧化鋁、氟化鋁料倉(cāng)。陽(yáng)極碳?jí)K組由陽(yáng)極碳?jí)K、鋼爪和鋁導(dǎo)桿三部分組成。依據(jù)槽容量大小及碳?jí)K規(guī)格不同可有單塊組、雙塊組和三塊組。鋁導(dǎo)桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳?jí)K上的洼穴

54、(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。也有用碳糊搗固的。陽(yáng)極碳?jí)K表面噴一層鋁液以防止其氧化，也有不噴鋁液的。鋁導(dǎo)桿用夾具緊固于陽(yáng)極母線梁上。下料機(jī)構(gòu)包括46個(gè)打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉(cāng)。加料點(diǎn)位于鋁電解槽的中心部位自成一列。打洞加料自動(dòng)進(jìn)行，間隔時(shí)間短的不過3min，長(zhǎng)者為12h?，F(xiàn)代化鋁電解槽的下料已采用自動(dòng)控制方式，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度波動(dòng)在一個(gè)很小的范圍(23)內(nèi)。大容量鋁電解槽的陽(yáng)極升降，一般選用蝸輪絲杠或滾珠絲杠搖板式機(jī)構(gòu)。1.5.3 母線裝置由陽(yáng)極母線、陰極母線和立柱母線組成。母線為鋁質(zhì)壓延母線或鋁質(zhì)鑄造母線。鋁母線的配置方式，視電解槽的排列方式和容量的不同而異。配置母線需經(jīng)過

55、精心設(shè)計(jì)，以求減弱磁場(chǎng)對(duì)電解運(yùn)行的有害影響并節(jié)省母線用量。現(xiàn)代化大容量預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽一般采用橫向排列，母線配置采用多端(4端或5端)進(jìn)電方式。中小型鋁電解槽一般采取縱向排列，母線配置采取雙端或單端進(jìn)電方式。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽帶有鋼質(zhì)卷簾或吊門，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導(dǎo)出。上插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽由安裝在陽(yáng)極框套下部的集氣罩將煙氣收集于燃燒氣中，經(jīng)燃燒后的煙氣排入煙道。預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽用帶有筋板的鋁板構(gòu)成多片單槽罩或整體槽罩，將電解槽密封。1.5.4 使用壽命鋁電解槽的陰極內(nèi)襯在使用一段時(shí)期后就會(huì)破損，這時(shí)候便需停槽大修?，F(xiàn)代鋁電解槽的平均使用壽命可達(dá)45a，長(zhǎng)者可達(dá)

56、78a。鋁電解槽破損停槽的主要標(biāo)志為槽內(nèi)鋁液中鐵含量連續(xù)不斷的增加以至于超過1，表明碳陰極已發(fā)生破損，鋼質(zhì)陰極棒已被鋁液侵蝕，此時(shí)需停槽大修。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。同時(shí)碳陰極下部的耐火磚和保溫材料中也發(fā)生嚴(yán)重變化，鋼質(zhì)槽殼也伴有嚴(yán)重變形或破裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，破損現(xiàn)象9有：(1)碳陰極中出現(xiàn)大而深的裂紋；(2)碳陰極出現(xiàn)沖蝕深坑；(3)碳陰極呈層狀剝落；(4)碳陰極向上隆起并開裂；(5)陰極棒受鋁液侵蝕并熔化，陰極棒發(fā)生變形，向上隆起；(6)槽底耐火磚和保溫材料受電解質(zhì)侵蝕，其中間部位存在棱鏡狀灰白層；(7)側(cè)部碳?jí)K受電解質(zhì)和鋁液沖刷磨蝕產(chǎn)生孔洞；(8)鋼質(zhì)槽殼向外膨脹呈橢圓形，底

57、部鋼板向下鼓出甚至開裂。這些破損現(xiàn)象彼此相互聯(lián)系，可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。在鋁電解過程中，鈉始終向碳陰極滲透。鈉是由兩種反應(yīng)產(chǎn)生的，一種是鈉離子在陰極上放電生成的，另一種是鋁和電解質(zhì)中氟化鈉起反應(yīng)置換出鈉。鈉滲透到炭素材料中導(dǎo)致炭素材料體積膨脹并產(chǎn)生裂紋，鋁和電解質(zhì)沿裂縫侵入陰極，最終導(dǎo)致停槽大修。為了延長(zhǎng)鋁電解槽的使用壽命，要從多方面采取措旎。在設(shè)計(jì)時(shí)通過精確計(jì)算，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度高的槽殼，并使槽內(nèi)的熱場(chǎng)和磁場(chǎng)分布合理。建造時(shí)要采用高質(zhì)量的砌筑材料和進(jìn)行精確的施工。操作上要采用合適的焙燒和啟動(dòng)方式，并建立平穩(wěn)的正常運(yùn)行制度等。第二章 廠址選擇與論證廠址的選擇不僅直接影響基建投資、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和發(fā)展，還影響地區(qū)

58、的交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)等的發(fā)展。所以選擇必須詳細(xì)勘察、調(diào)查研究、綜合分析、多方案比較論證。評(píng)選出經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益最優(yōu)的廠址，總結(jié)過去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，廠址選擇應(yīng)遵循一定的基本原則：符合鋁工業(yè)的總體布局；充足的電、水能源供應(yīng)；靠近原料生產(chǎn)基地或產(chǎn)品消費(fèi)主要地點(diǎn)；發(fā)達(dá)的交通運(yùn)輸基礎(chǔ)；合適的建設(shè)場(chǎng)地條件；滿足環(huán)境保護(hù)的要求；良好的外部協(xié)作環(huán)境；良好的地理?xiàng)l件10。2.1.電力供應(yīng)具有充裕、穩(wěn)定而廉價(jià)的電力供應(yīng)條件，是電解鋁廠廠址選擇必須首先考慮的因素。洛陽(yáng)伊川工業(yè)園區(qū)是以伊川電力為依托，集煤電鋁鋁深加工一體化的大型工業(yè)園區(qū)，廠址選于此處，將會(huì)有伊川電力為其提供充足的電能，保證

59、電解鋁正常的生產(chǎn)。 同時(shí)廉價(jià)的煤電供應(yīng)，保證了鋁電解的長(zhǎng)久地經(jīng)濟(jì)效益11。2.2.運(yùn)輸系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，如果廠址有方便的、低成本的外部運(yùn)輸系統(tǒng)，如鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，則可以大大地降低運(yùn)輸費(fèi)用。而且，由于工廠的人員流動(dòng)、零星貨物運(yùn)輸、消防保安等需要，方便的道路系統(tǒng)也是必不可少的。伊川縣地貌特殊，為了提高土地使用效率，該縣將產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)分為東西兩園，共8.719平方公里。東園以原鋁電工業(yè)園為依托，最西接近焦柳鐵路伊川站，與伊川縣規(guī)劃伊河?xùn)|縣城新區(qū)接壤，西園北至西南環(huán)高速公路，西至老洛欒路，東到洛欒快速通道。產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)交通便利，二廣高速伊川出口、焦枝鐵路伊川站等均集聚區(qū)內(nèi)。該工業(yè)園區(qū)交通便利，保障了原材料和產(chǎn)品

60、的運(yùn)輸。2.3.外圍服務(wù)這里所說(shuō)的外圍服務(wù)，是指地方提供的價(jià)格合理的人力資源、維修服務(wù)和其它生活保障體系。現(xiàn)代化大型電解鋁廠是一個(gè)技術(shù)密集型企業(yè)，需要各種高素質(zhì)人才。伊川縣緊鄰洛陽(yáng)市，有河南科技大學(xué)、HYPERLINK /view/27072.htm中國(guó)人民解放軍外國(guó)語(yǔ)學(xué)院、HYPERLINK /view/2356820.htm中國(guó)民航飛行學(xué)院洛陽(yáng)分院、HYPERLINK /view/14628.htm洛陽(yáng)師范學(xué)院、HYPERLINK /view/830736.htm洛陽(yáng)理工學(xué)院等多所高校為其提供人才保障。同時(shí)，洛陽(yáng)市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國(guó)內(nèi)唯一以有色金屬加