年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋁電解車(chē)間設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、作品）題目：年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋁的電解車(chē)間設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明

原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名:日期：年月導(dǎo)師簽名:日期：年月注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等）文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它目錄TOC\o"1-5"\h\z1緒論2鋁的物理化學(xué)性質(zhì)2國(guó)內(nèi)外鋁工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)3國(guó)內(nèi)外電解鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀3電解鋁工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)42電解鋁的生產(chǎn)工藝流程選擇4鋁電解工藝流程4鋁電解的原料與輔助原料5電解鋁機(jī)理93主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算及設(shè)備選擇11鋁電解槽的簡(jiǎn)介11電解槽的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算12單個(gè)電解槽日產(chǎn)量計(jì)算12電解槽槽數(shù)的確定12備用槽槽數(shù)12電解槽理論噸鋁直流電耗的計(jì)算13電流密度13鋁電解槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定14陽(yáng)極尺寸14槽膛尺寸14槽殼尺寸15陰極炭塊數(shù)目15鋁母線16極距16鋁電解槽的電壓平衡計(jì)算17極化電動(dòng)勢(shì)17電解質(zhì)電壓降18陽(yáng)極電壓降19陰極電壓降19鋁母線電壓降、陽(yáng)極效應(yīng)均攤電壓降20槽平均電壓204物料平衡計(jì)算（簡(jiǎn)單的冶金計(jì)算4、5部分可以合在一起）21鋁產(chǎn)量21Al2Q消耗量21實(shí)際消耗量21氟化鹽的消耗量21陽(yáng)極炭塊的消耗22物料平衡列表225電解鋁熱量平衡計(jì)算（簡(jiǎn)單的冶金計(jì)算4、5部分可以合在一起）........23電能收入23能量支出：23補(bǔ)償電解反應(yīng)所需的能量23補(bǔ)償加熱原料所需的能量24母線損失的能量24電解槽的熱損失246電解鋁車(chē)間配置圖257參考文獻(xiàn)26摘要電解槽是鋁生產(chǎn)的主要設(shè)備，本設(shè)計(jì)在分析了大量文獻(xiàn)資料和實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)鋁電解槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)生產(chǎn)電解鋁工藝過(guò)程的能量平衡、電壓平衡、物料平衡進(jìn)行了計(jì)算，以熟悉鋁電解過(guò)程，并在計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行選型和車(chē)間平面設(shè)計(jì)及總圖確定。本文也介紹了鋁的物理化學(xué)性質(zhì)以及鋁電解過(guò)程物理化學(xué)反應(yīng)，鋁電解質(zhì)體系的性質(zhì)，電解槽種類、電解槽的基本結(jié)構(gòu)和其參數(shù)以及電解車(chē)間設(shè)計(jì)的基本原理。設(shè)計(jì)中選用現(xiàn)行鋁電解工藝中較為成熟的基本工藝參數(shù)，電流強(qiáng)度選用比較常見(jiàn)的240KA槽型選用中間下料四點(diǎn)下料預(yù)焙槽。電解槽的電流效率為94%車(chē)間總生產(chǎn)能力為年產(chǎn)10萬(wàn)噸。編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制電解槽結(jié)構(gòu)圖，車(chē)間平面圖和工藝流程圖。關(guān)鍵詞：鋁電解槽能量平衡設(shè)計(jì)1緒論鋁的物理化學(xué)性質(zhì)鋁是地球上含量極豐富的金屬元素，其蘊(yùn)藏量在金屬中居第2位。至19世紀(jì)末，鋁才嶄露頭角，成為在工程應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的金屬，且風(fēng)行一時(shí)。航空、建筑、汽車(chē)三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨(dú)特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬。1854年，法國(guó)化學(xué)家德維爾把鋁磯土、木炭、食鹽混合，通入氯氣后加熱得到NaCl,AlCl3復(fù)鹽，再將此復(fù)鹽與過(guò)量的鈉熔融，得到了金屬鋁。1886年，美國(guó)的豪爾和法國(guó)的海朗特，分別獨(dú)立地電解熔融的鋁研土和冰晶石的合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。近一個(gè)世紀(jì)的歷史進(jìn)程中，鋁的產(chǎn)量急劇上升，到了20世紀(jì)60年代，鋁在全世界有色金屬產(chǎn)量上超過(guò)了銅而位居首位，這時(shí)的鋁已不單屬于皇家貴族所有，它的用途涉及到許多領(lǐng)域，大至國(guó)防、航天、電力、通訊等，小到鍋碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常廣泛，不同的含鋁化合物在醫(yī)藥、有機(jī)合成、石油精煉等方面發(fā)揮著重要的作用。鋁及其合金的優(yōu)良特點(diǎn)是其外觀好、質(zhì)輕，可塑加工性、物理和力學(xué)性能好，以及抗腐蝕性好，從而使鋁及鋁合金在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。純凈的鋁是具有銀白色光澤的金屬，密度為2.70g/cm3,熔點(diǎn)為660.4C,沸點(diǎn)為2467C。鋁具有良好的低溫強(qiáng)度特性，強(qiáng)度隨溫度降低而增大，即使溫度降低到-198C鋁仍不變脆。鋁沒(méi)有磁性和毒性，具有良好的延展性、導(dǎo)熱性以及良好的反射光、熱的能力；鋁的導(dǎo)電性僅次于銀和銅（導(dǎo)電率為銅的64%而密度為銅的30%）。鋁的表面具有高度的反射性。輻射能、可見(jiàn)光、輻射熱和電波都能有效地被鋁反射，而陽(yáng)極氧化和深色陽(yáng)極氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，拋光后的鋁在很寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有優(yōu)良的反射性，因而具有各種裝飾用途及具有反射功能性的用途。鋁元素位于元素周期表第三周期第三主族，最外層有3個(gè)電子，容易發(fā)生還原反應(yīng)失去這3個(gè)最外層電子形成+3價(jià)鋁離子。鋁具有兩性的特點(diǎn)，遇酸顯堿性，遇堿顯酸性，和堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽，和酸反應(yīng)生成鋁鹽。應(yīng)指出的是，在常溫下濃硫酸和濃硝酸會(huì)使鋁鈍化，但加熱時(shí)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)；只有鹽酸和稀硫酸等才會(huì)跟鋁發(fā)生置換反應(yīng)，生成鹽并放出氫氣。鋁在空氣中表面會(huì)生成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，因此它不易被腐蝕，但能被堿所溶解⑴。鋁粉可燃貨，和氧氣反應(yīng)發(fā)出強(qiáng)烈白光，生成氧化鋁；鋁能與非金屬發(fā)生反應(yīng)（如硫等）生成鋁的化合物（如Al24等）；鋁也能與不活動(dòng)金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的混合物就是我們熟知的鋁熱劑；此外鋁還能與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)，能與熱水發(fā)生緩慢的反應(yīng)生成Al（OH）3并釋放氫氣等。1.2國(guó)內(nèi)外鋁工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外電解鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀中國(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(kāi)始，揭開(kāi)了中國(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(guò)程控制及配套技術(shù)等方面展開(kāi)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(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開(kāi)發(fā)成功了280KA、320KA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人矚目。大容量電解槽的開(kāi)發(fā)，使中國(guó)鋁電解技術(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。實(shí)際運(yùn)行方面比較差，由于開(kāi)發(fā)時(shí)間短，對(duì)中國(guó)大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開(kāi)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。就中國(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300-800Kwh;電解鋁用陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程能耗相差3kj/t左右；電解鋁陽(yáng)極消耗相差30-60Kg（折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75-150Kg）;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，中國(guó)最好水平在0.3次/天.槽左右。二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，國(guó)外新增電解系列已普遍采用大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，系列電流強(qiáng)度普遍達(dá)到180?350kA,噸鋁直流電耗降至12900?14000kw.h.t-10目前，西方國(guó)家用于生產(chǎn)的電解槽最大電流強(qiáng)度為350kA,且絕大多數(shù)企業(yè)為280?320kA的超大型預(yù)焙槽，電流效率平均達(dá)到了94%?96%。但是大型槽能耗并不低于較小的電解槽，因?yàn)椴蹆?nèi)混合效率不高而存在氧化鋁濃度梯度，下料比較頻繁，電解質(zhì)的混合長(zhǎng)度不高造成的⑵。電解鋁工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)目前世界電解鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面[3]：(1)世界鋁工業(yè)的組織結(jié)構(gòu)日趨規(guī)?；⒓瘓F(tuán)化、國(guó)際化；(2)鋁電解槽日趨大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越來(lái)越高；(3)電解鋁生產(chǎn)的指標(biāo)向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽和低污染的方向加快進(jìn)步；(4)世界鋁工業(yè)向電力充裕廉價(jià)、鋁土礦資源豐富的地區(qū)轉(zhuǎn)移。2電解鋁的生產(chǎn)工藝流程選擇鋁電解工藝流程現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)，主要采取冰晶石一氧化鋁融鹽電解法。直流電流通入電解槽，在陰極和陽(yáng)極上起電化學(xué)反應(yīng)。陰極上是鋁液，陽(yáng)極上是CO和CO氣體。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過(guò)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%A1。陽(yáng)極氣體中大約含有70-80%CO和20-30%CO4],還含有少量氟化物和瀝青煙氣，經(jīng)過(guò)凈化之后，廢氣排放入大氣，收回的氟化物返回電解槽。

22OKY交流,也排入大氣—1I葩焙租機(jī)決直流電氤化鹽新鮮氧化鋁凈化后煙氣鋁快圖1-1鋁電解生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖電解鋁就是通過(guò)電解得到的鋁?，F(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽(yáng)極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在950C-970C下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，即電解。重要通過(guò)這個(gè)方程進(jìn)行：2Al2Q=4Al+3QT。陽(yáng)極：2c2一一4e=2Od陰極：Al3++3e=Al鋁電解的原料與輔助原料鋁電解所用的原料為氧化鋁，輔助原料為冰晶石、氟化鋁、氟化鈣、及氟化鎂[5]氧化鋁鋁電解的主體原料是氧化鋁。生產(chǎn)每噸鋁所需的A12Q量，從理論上計(jì)算等于1889kg。實(shí)際上由于工業(yè)氧化鋁大約含有A12Q98.5%左右，，以及在運(yùn)輸和加料過(guò)程中有塵散損失，所以生產(chǎn)每噸鋁所需的氧化鋁量大約是1920?1940kg。氧化鋁是從鋁土礦、霞石、藍(lán)晶石、明磯石、高嶺石、粘土中提取出來(lái)的。我國(guó)目前主要采用鋁土礦作為制取氧化鋁的原料。生產(chǎn)氧化鋁的方法主要有拜爾法、堿石灰燒結(jié)法、拜爾-燒結(jié)聯(lián)合法等，具體采用何種方法，視鋁土礦的性質(zhì)而定。氧化鋁是當(dāng)前冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)鋁的主體原料。其主要作用是不斷補(bǔ)充電解質(zhì)中的鋁離子（A13+）,使其保持適宜范圍的濃度，以保障電解生產(chǎn)持續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行a:化學(xué)純度的要求工業(yè)氧化鋁中通常含有Al2c399%左右，其他成分通常為少量的SiO2,FezQ,TiO2,NaO,CaO和Kd在電解過(guò)程中，那些電位正于鋁的元素的氧化物性質(zhì)，如SiO2和FezQ,都會(huì)被鋁還原，還原出來(lái)的Si和Fe進(jìn)入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低；而那些電位負(fù)于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如NaO和CaO會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)成分發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。P2Q則會(huì)降低電流效率。水分進(jìn)入電解槽內(nèi)不僅可以水解冰晶石造成損失，引起電解質(zhì)成分的改變，而且還要產(chǎn)生大量的氟化氫，惡化環(huán)境。若水分過(guò)大時(shí)，還能引起電解質(zhì)爆炸，危及工人的安全。水分還會(huì)增加鋁液中氫含量。所以鋁工業(yè)對(duì)氧化鋁的純度提出了嚴(yán)格的要求。現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)對(duì)于氧化鋁的化學(xué)組成提出一些新的要求[6]o例如，氧化鋁中各項(xiàng)雜質(zhì)的含量應(yīng)符合表格1-1條件表1-1NaOV2QSiO2P2QFeQZnOTiO2<0.04%<0.003%<0.04%<0.003%<0.04%<0.005%<0.005%b:物理性質(zhì)的要求工業(yè)氧化鋁的物理性能，對(duì)于保證電解過(guò)程正常進(jìn)行是很重要的電解生產(chǎn)對(duì)氧化鋁的物理性能的要求有：一：吸水性小，防止因水分過(guò)多水解冰晶石，甚至引起爆炸；二：溶解度大，避免氧化鋁未及時(shí)溶解而生成大量沉淀，且能夠較快溶解在熔融電解質(zhì)里；三：飛揚(yáng)損失小，并且能夠嚴(yán)密地覆蓋在陽(yáng)極碳?jí)K上，防止陽(yáng)極氧化和減少熱量損失；四：有較大的活性及足夠的比表面積，能很好地吸收煙氣中的氟化氫。這些物理性能取決于氧化鋁晶體的晶型、粒度和幾何形狀。根據(jù)氧化鋁的物理特性不同，可分為三類：砂狀、粉狀和中間狀，安息角大小是其主要區(qū)分點(diǎn)(見(jiàn)表1-2)。表1-2不同類型氧化鋁的物理特性a-Al2O3比表面積堆積比重真比重安息角灼減粒度(-44m)%2m/g,~3g/cm,~3g/cmo%%砂狀10?2050?600.95-1.05<3.7<300.9?1.2<10中間狀40?50>35>0.85<3.735-400.512-20粉狀60?702?10<0.75>3.9>420.3>40物料的安息角取決于它的一部分顆粒在另一部分顆粒上滑動(dòng)或滾動(dòng)的阻力。砂型氧化鋁呈球狀，顆粒較粗，平均粒度約為40-50以皿安息角小,只有30°?50°,其中a—AI2Q含量少于20%,丫—AI2Q含量較高，具有較大的活性，適于在干法氣體凈化中用來(lái)吸附HF氣體，以及在半連續(xù)下料的電解槽上用作原料，故目前得到廣泛應(yīng)用口。粉型氧化鋁呈片狀和羽毛狀，顆粒較細(xì)，安息角大，約為45°,a—AI2Q含量達(dá)到80%。中間型氧化鋁介乎二者之間。鋁電解的輔助原料鋁電解生產(chǎn)中所用的氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，止匕外，包括氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰［8⑼等。在鋁電解過(guò)程中，生產(chǎn)每噸鋁的氟鹽的消耗指標(biāo)是：冰晶石5?20kg,氟化鋁15?30kg,氟化鋰2?3kg。a:冰晶石鋁電解所用的熔劑主要是冰晶石(3NaF-AlF3)0其中氟化鈉與氟化鋁的分子數(shù)之比稱為冰晶石的分子比。分子比為3時(shí)，冰晶石呈中性；分子比小于3時(shí)，冰晶石呈酸性；分子比大于3時(shí)，冰晶石呈堿性。氧化鋁能夠溶解在由冰晶石和其它幾種氟化物組成的熔劑里，構(gòu)成冰晶石-氧化鋁熔液。這種熔液在電解溫度在電解溫度9500c左右能夠良好的導(dǎo)電。它的密度大約是2.1g/cm3,比同一溫度下鋁液的密度2.3g/cm3小10%左右，因而能夠保證鋁液跟電解液分層。在這種熔鹽里基本上不含有比鋁更正電性的元素，從而能夠保證電解產(chǎn)物鋁的質(zhì)量。天然冰晶石(3NaF-AlF3)產(chǎn)于格陵蘭島，屬于單斜品系，無(wú)色或雪白色，密度2.95,硬度2.5,熔點(diǎn)1010Co但是它的儲(chǔ)量有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足全世界鋁工業(yè)的需要，所以現(xiàn)代鋁工業(yè)采用合成冰晶石，具化學(xué)成分見(jiàn)表1-3。表1—3人造冰晶石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4291-1999)等級(jí)化學(xué)成分(%不小于雜質(zhì)成分(%不大于FAlNaSiO2FezQSO2CaOBQHbO550c30min灼減特級(jí)5313320.250.020.42.5二級(jí)5313320.360.030.53.0三級(jí)5313320.4000.030.83.0b:氟化鋁工業(yè)氟化鋁是白色極細(xì)的粉末，不粘手。在常壓下加熱不熔化，但在高溫下升華。工業(yè)上廣泛采用氟化鋁來(lái)調(diào)整電解質(zhì)成分，既可彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的揮發(fā)損失，又可調(diào)節(jié)電解質(zhì)的分子比。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4292-1999)如表1-4。表1-4氟化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB4292-84)等級(jí)化學(xué)成分，％筋量)F三Al三Na二SiOz+FeQ全SO2-二P2Q三HO二一級(jí)613057二級(jí)603057.5c:氟化鈣添加氟化鈣一般在焙燒裝爐時(shí)用之，其作用是起到礦化劑的作用，可以加速爐幫的形成，而形成的爐幫有較為堅(jiān)固。同時(shí)可以降低電解質(zhì)的初晶溫度，從而降低電解溫度。工業(yè)用氟化鈣質(zhì)量要求如表1-5所示

表1-5氟化鈣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(YB326-70)成分CaF2(%)雜質(zhì)含量(％不大于等級(jí)不小于SiO2CaCOH2O一級(jí)980.81.00.5二級(jí)971.01.20.5三級(jí)9四級(jí)932.0一0.5d:氟化鎂氟化鎂(MgF2)跟氟化鈣作用基本相似，但氟化鎂一般在電解槽啟動(dòng)后期添加，可加速爐幫的形成。槽中添加MgF,其作用比CaE作用強(qiáng)烈，實(shí)踐證明這是一種較好的添加劑。工業(yè)上對(duì)氟化鎂質(zhì)量要求如表1-6所示。表1-6氟化鎂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)化學(xué)成分(%)一級(jí)FMg4532SO42-SiO2R2OH2O1.0電解鋁機(jī)理鋁電解的總反應(yīng)鋁電解基本原理就是熔體中各種離子在陰、陽(yáng)兩極上的電化學(xué)行為。到目前為止，有關(guān)鋁電解基本原理的兩大觀點(diǎn)分別為鋁被鈉置換和與Al+直接放電[9]0兩種觀點(diǎn)的總反應(yīng)方程式均為：2Al2O3(aq)+3C(s)=4Al(l)+3CO(g)陰極反應(yīng)NaAlF6-Al2Q熔體中Ns+是電流的主要傳遞者[10],所傳輸?shù)碾娏鬟_(dá)到總數(shù)的99%在單一熔鹽電解過(guò)程中，傳輸電流的離子往往就是在電極上放電的離子。但是在復(fù)雜的熔鹽體系中，如NaAlF6-Al2Q熔體究竟是何種離子放電，則要根據(jù)它們的電極電位來(lái)確定。在其他條件相等時(shí)陽(yáng)離子電位愈正，則在陰極上放電的可能性愈大，反之亦然。因此，在復(fù)雜的熔鹽體系電解過(guò)程中，可能出現(xiàn)某種離子傳遞大部分電流，而在電極上放電的卻是另外的離子的現(xiàn)象。陰極上析出的金屬主要是鋁，即鋁是一次陰極產(chǎn)物。陰極反應(yīng)是：Al3+（配離子）+3e=AlNcfeAlFe-Al2Q熔體中并不存在單獨(dú)的Al3+,鋁是包含在鋁氧氟配離子中因此，Al3+的放電之前首先發(fā)生含鋁配離子的解離，但也不排斥配離子直接放電的可能性。陽(yáng)極反應(yīng)NaAlF6-Al2Q熔體電解過(guò)程是比較復(fù)雜的。這是由于陽(yáng)極與陰極不同，炭陽(yáng)極本身也參與電化學(xué)反應(yīng)。鋁電解時(shí)的陽(yáng)極過(guò)程是配位陰離子中的氧離子在炭陽(yáng)極上放電析出Q,然后與炭陽(yáng)極反應(yīng)生成CO。陽(yáng)極反應(yīng)：2Q2-（配離子）+2C-4e=2CO2[11]3鋁電解槽設(shè)計(jì)鋁電解槽的簡(jiǎn)介鋁電解槽是煉鋁的主要設(shè)備。鋁電解槽分為自焙槽、預(yù)焙槽和試驗(yàn)槽預(yù)焙槽的陽(yáng)極是預(yù)先焙制好的，預(yù)焙槽中又分為不連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽和連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽。不連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽又分為邊部下料和中間下料槽。這兩種槽尤其是后者為目前鋁電解生產(chǎn)的主力槽型。自焙槽的陽(yáng)極是電解生產(chǎn)中在電解槽上自行焙燒的，按照陽(yáng)極棒的插入方式又分為側(cè)插陽(yáng)極電解槽及上插陽(yáng)極電解槽兩種。由于自焙槽能耗大，且電解過(guò)程中產(chǎn)生有害的氣體不便收集而極易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此這種槽型正在不斷淘汰或被改造成預(yù)焙槽。下面的圖分別為不連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽、連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽、上插棒陽(yáng)極自焙槽和側(cè)插陽(yáng)極電解槽[12]。圖2-1圖2-1不連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽簡(jiǎn)圖圖2-2連續(xù)陽(yáng)極預(yù)焙槽簡(jiǎn)圖圖2-3上插棒陽(yáng)極自焙槽簡(jiǎn)圖圖2-3上插棒陽(yáng)極自焙槽簡(jiǎn)圖圖2-4側(cè)插陽(yáng)極電解槽簡(jiǎn)圖電解槽的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算本設(shè)計(jì)要求鋁年產(chǎn)量為10萬(wàn)噸，原則上說(shuō)，大廠用大電流的電解槽，小廠用小電流的電解槽。產(chǎn)量大的鋁廠，如年產(chǎn)20萬(wàn)t以上，以大電流為好，280kA、300kA、皆可；而年產(chǎn)量在5-20萬(wàn)t的鋁廠，則以160-280kA為主；年產(chǎn)5萬(wàn)t一下可選擇60-160kA0本次設(shè)計(jì)選用240kA電解槽。選擇中間下料預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，設(shè)計(jì)電流強(qiáng)度為240KA,電流效率指某臺(tái)電解槽的日產(chǎn)原鋁量與理論日產(chǎn)原鋁量之比。4=（1000000Q/0.33561t）*100%。本設(shè)計(jì)中的電流效率為94%3.2.1單個(gè)電解梢日產(chǎn)量計(jì)算電解槽日產(chǎn)原鋁量按下式計(jì)算Q=0.3356I4tX101（t/d）[12],式中:0.3356鋁的電化學(xué)當(dāng)量，g/（A?h）I電流強(qiáng)度,A4電流效率,%t日工作時(shí)間,h則Q=0.3356I4tX10-6=0.3356X240X1000X0.94X24X10-6=1.817（t/臺(tái)?天）電解梢梢數(shù)的確定工作槽數(shù)的確定年產(chǎn)鋁10萬(wàn)噸，則電解槽臺(tái)數(shù)N計(jì)算如下N=100000N=100000Qa式中：Q電解槽日產(chǎn)原鋁量（t/臺(tái)?天）a年工作天數(shù)定為340天N=100000/1.817X340=162（臺(tái)）備用梢梢數(shù)備用槽槽數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式[13]2000此處取為30天t此處取為30天N系列生產(chǎn)槽數(shù)臺(tái)2000電解槽內(nèi)襯平均壽命dn=220t=162X30/2000=2.43取為3臺(tái)電解梢理論噸鋁直流電耗的計(jì)算W=VX103(KW-h/t)0.3356式中：V電解槽平均電壓取4.068VW=4.068X103=12895(KWh/t)0.33563.2.5電流密度電流密度也是鋁電解槽的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，隨著電解槽電流強(qiáng)度的提高，電流密度降低，電解槽電流密度的降低，單位產(chǎn)品的電耗會(huì)隨之下降，這使鋁的單位成本降低。但同時(shí)電流密度的降低又會(huì)使電解槽尺寸加大，使基建投資等費(fèi)用增加。反映到成本上，又使成本增加。因此，在一定條件下，應(yīng)有一個(gè)最適宜的電流密度。在此電流密度下，作用相反的因素互相處于那樣一種條件下，使得生產(chǎn)單位成本達(dá)到最低，此時(shí)的電流密度即成本電流密度QD=「式中：D成本方面的經(jīng)濟(jì)電流密度A/cm2A電解槽及所有附屬設(shè)備，建筑物與低平等的費(fèi)用￡電價(jià)元/(KW-h)B電解槽的總電阻包括效應(yīng)電阻平均值？由于經(jīng)濟(jì)電流密度的計(jì)算需要大量技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料，而這些資料的獲得,總是帶有或大或小的誤差，一定程度上影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以目2前鋁電解槽設(shè)計(jì)中多米用經(jīng)驗(yàn)值，取D=0.733A/cm鋁電解槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定2.3,1陽(yáng)極尺寸陽(yáng)極尺寸是鋁電解槽一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。一般說(shuō)來(lái)，電解槽容量越大，則陽(yáng)極尺寸也要越大一些。預(yù)焙陽(yáng)極炭塊尺寸，視陽(yáng)極排列與組數(shù)不同，長(zhǎng)度各異，而寬度在500-750mm之間［15］。在這里，炭塊的高度是一個(gè)主要參數(shù)。一般傾向于采用稍高一些的炭塊，綜合各種因子的考慮，本設(shè)計(jì)陽(yáng)極尺寸設(shè)計(jì)取為1550mm<660mm<550mm陽(yáng)極電流密度:I=0.733A/cm2,則陽(yáng)極總面積S陽(yáng)為：S陽(yáng)=240000=327421.555cm20.733每塊陽(yáng)極的水平截面積S=155X66=10230cm2故需陽(yáng)極炭塊數(shù)目N=327421.555/10230=32陽(yáng)極炭塊組由陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿，鋁鋼爆炸焊片，鋼連接板梁，鋼爪頭和陽(yáng)極炭塊組成，陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿長(zhǎng)2278mm斷面為130mm<130mm^屯鋁材質(zhì)，面積電流0.888A/mni;鋁鋼爆炸焊片其中鋁板規(guī)格165mm<165mm<12mm鋼板規(guī)格165mnrK165mmX40mmi鋁鋼接觸面積超過(guò)98%,抗拉強(qiáng)度不小于0.8MPa,抗彎強(qiáng)度不小于0.7MPa,耐熱不小于350C。鋼連接板梁的鋼板規(guī)格為150mm<890mm<16mm面積電流0.094A/mnm,共5片組成。鋼爪頭直徑160mm長(zhǎng)280mm爪間距200mm面積電流0.1866A/mm2,每組陽(yáng)極炭塊一般共有四個(gè)鋼爪頭。取32塊陽(yáng)極，分兩行排列，每行16組炭塊。行間距離要便于安裝下料裝置，一般采用200mm?300mm,本次設(shè)計(jì)取250mm,組間距離一般采用40mm-50mm,本設(shè)計(jì)取為50mm。陽(yáng)極升降速度和下料點(diǎn)數(shù)選擇經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，升降速度50mm/min,升降距離400mm下料點(diǎn)數(shù)4個(gè)。梢膛尺寸a:槽膛深度槽膛深度主要取決于槽中電解質(zhì)與鋁液水平及操作工藝制度。一般在400mm-600mm之間，槽膛過(guò)深則使電解槽造價(jià)增加，生產(chǎn)中熱損失大，因此，目前不喜歡過(guò)深，常采用400m個(gè)500mm而在預(yù)焙槽上由于向陽(yáng)極表面上加一厚層氧化鋁，因此槽膛有些深，故本設(shè)計(jì)槽膛深度取為550mmb:槽膛寬度與長(zhǎng)度陽(yáng)極炭塊至槽膛側(cè)壁之距離（大面），一般在300mm-500mm之間，本設(shè)計(jì)取500mm陽(yáng)極炭塊至槽膛側(cè)壁之距離（小面）稍小些，一般在450mrrr550mm之間，本設(shè)計(jì)取450mm。所以槽膛寬度=2X500+2X1550+250=4350mm槽膛長(zhǎng)度=16X660+15X50+2X450=12210mm梢殼尺寸電解槽有長(zhǎng)方形剛體槽殼，槽外壁和槽底用型鋼加固，槽殼側(cè)壁砌一層炭塊，總厚180mm槽底鋪一層陰極炭塊（450mn）,兩層耐火磚（2X65mn）,一層氧化鋁粉（40mm和兩層保溫磚（2x65mn>,以及一層65mm9的硅酸鈣特種保溫磚。止匕外，在槽膛內(nèi)砌一道斜坡。在中部下料預(yù)焙槽上，其側(cè)壁保溫層有所減薄，故敷設(shè)100mm碳化硅層，以適應(yīng)生長(zhǎng)邊部凝固電解質(zhì)層的需要。槽殼長(zhǎng)度12210+2X180+2X100=12770mm槽殼寬度4350+2X180+2X100=4910mm槽殼深度550+450+40+2X65+40+2X65+65=1405mm陰極炭塊數(shù)目本設(shè)計(jì)陰極炭塊設(shè)計(jì)規(guī)格為3250mm<515mm450mmW陰極炭塊。陽(yáng)極氧化為：新陽(yáng)極0,殘極7.6cm,平均氧化3.8cm。每個(gè)陽(yáng)極實(shí)際尺寸：長(zhǎng)：155-2X3.8=147.4cm寬：66-2X3.8=58.4cm扇形參數(shù)：F=1.27+0.6X4.0=3.67陽(yáng)極有效面積：AA=(147.4+2X3.67)(58.4+2X3.67)X36=366213.87cm2陰極有效面積：AC=(147.4+3X3.67)(58.4+3X3.67)X236=395828.57cm每塊陰極的水平截面積：325X51.5=16738cm2陰極炭塊數(shù)NN=395828.57=24(塊)16738鋁母線鋁電解槽有陽(yáng)極母線，陰極母線和立柱母線，都用鋁制作。鋁母線有兩種：壓延母線和鑄造母線，后者通用于高電流的大型電解槽，鋁母線的電流密度一般為0.25?0.40A/mm2。電解槽陽(yáng)極母線斷面為550mnK200mm面積電流為0.35A/mm2,陽(yáng)極母線采用鑄造鋁母線，兩端用軟母線連接，以便陽(yáng)極母線升降，與立柱母線的連接米用壓接。立柱母線斷面為320mnX480mm面積電流為0.38A/mm2。陰極母線也采用鑄造鋁母線，遠(yuǎn)電端母線面積電流為0.40A/mm2,近電端陰極母線經(jīng)電解槽槽底沿縱向中心引出，與遠(yuǎn)電端母線匯集引入下一臺(tái)電解槽，從而使電流分布均勻，減少了母線用量，減少了大容量電解槽產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響。極距所謂極距，是指陰陽(yáng)兩極之間的距離。在工業(yè)電解槽上，浸在電解質(zhì)里的陽(yáng)極表面都是陽(yáng)極工作面，而槽底上的鋁液表面實(shí)際上就是陰極工作面。為便于測(cè)量起見(jiàn)，一般取陽(yáng)極底掌到鋁液鏡面之間的垂直距離作為極距。工業(yè)電解槽中，提高極距，則電解質(zhì)電壓降有所增大。根據(jù)實(shí)測(cè)，每提高極距10mm引起電壓降增加400mV（旁插棒槽）或350mV（預(yù)焙槽）。因此在工業(yè)生產(chǎn)上宜在取得高電流效率的情況下，保持盡可能低的極距，以便減少單位鋁產(chǎn)量的電能消耗量。本設(shè)計(jì)取極距為4.0cm。表2-1鋁電解槽基本尺寸槽殼外形尺寸（mm12770X4910X1405槽膛尺寸（mm12210X4350槽膛深度（mm550陽(yáng)極組數(shù)（組）32陽(yáng)極炭塊尺寸（mm1550X660X550陰極炭塊尺寸（mm3250X515X450陰極炭塊組數(shù)（勢(shì)1)24陽(yáng)極導(dǎo)桿尺寸（mm2278X130X130陰極棒尺寸（mm4300X180X65母線規(guī)格（mm550X200鋁電解槽的電壓平衡計(jì)算電解槽電壓平衡計(jì)算設(shè)計(jì)[16]由下述已知條件計(jì)算中間下料預(yù)焙陽(yáng)極電解槽的電壓分配電流：240KA;槽膛：12770義550mnrK4350mm陽(yáng)極：1550mm660mm<550mm電解質(zhì)溫度：950C；極距：4.0cm；電解質(zhì)成分：Al2C33%,CaF25%;LiF0.04%。分子比?。?.2。槽電壓是陽(yáng)極母線至陰極母線之間的電壓降，它由與電解槽并聯(lián)的直流電壓表來(lái)指示。槽電壓的數(shù)據(jù)包括電解槽的極化電壓和各部分導(dǎo)電體的電壓降值。電解槽內(nèi)有兩類導(dǎo)電體，第一類導(dǎo)體包括鋁，銅，炭；第二類導(dǎo)體是冰晶石一氧化鋁熔融電解質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)上，為了核算電解槽的電能消耗量，通常需要計(jì)算電解槽的平均電壓。平均電壓一般是指下列各項(xiàng)的總和：(1)槽電壓(槽上電壓表讀數(shù))的平均值；(2)發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)的電壓分?jǐn)傊担?3)槽上電壓表測(cè)得范圍以外的系列線路電壓降的分?jǐn)傊?。具體包括極化電動(dòng)勢(shì)、陽(yáng)極電壓降、陰極電壓降、電解質(zhì)電壓降、母線電壓降、陽(yáng)極效應(yīng)均攤電壓。極化電動(dòng)勢(shì)極化電動(dòng)勢(shì)是指在實(shí)際電解情況下，兩極的不平衡電位之差。它由如下三部分組成：E極化=￡分解+4陽(yáng)極+”陰極式中：E°分解按鋁電解一次反應(yīng)所求得的理論分解電壓V“陽(yáng)極陽(yáng)極過(guò)電壓V“陰極陰極過(guò)電壓VE0分解隨溫度(T)的變化是：E0分解=1.896-5.725X10-4T(V)在T=1223K(950C)時(shí)，E0分解=1.196V

“陽(yáng)極，這是過(guò)電壓中占有分量最大的部分,一RT『T]陽(yáng)極——lnc.n]P—F<v式中ii陽(yáng)極電流密度式中ii-反應(yīng)極限電流密度，在Al2。濃度在2?8%（質(zhì)量）時(shí),=0.0039-0.0085,止匕處取i=0.008A/cm2P-i=1.00?1.12,此處取為1.101.9871223、，?0.733貝U刀陽(yáng)極=XIn=0.0039-0.0085,止匕處取i=0.008A/cm2P-i=1.00?1.12,此處取為1.101.9871223、，?0.733貝U刀陽(yáng)極=XIn1.0123.060.008=433mV“陰極是擴(kuò)散過(guò)電壓，7］陰極的半經(jīng)驗(yàn)式為_(kāi)RT1.375-0.125CR,=陰極一1.5F■i陰ln0.257式中:CR電解質(zhì)的NaF/AlF3摩爾比2.2,陰極電流密度，i陰=300000/433758=0.6916A/cm2_1.98712231=陰極一.375一0.12592）坨31.523.0620.257=76.5mVE極化=曰分解+“陽(yáng)極+”陰極=1.196+0.433+0.0765=1.7055V3.4.2電解質(zhì)電壓降般可由下式取得I…LV質(zhì)=KX?S陽(yáng)其中：I:為電流強(qiáng)度，（A）;S陽(yáng)：為陽(yáng)極水平截面積（cm2）;AL:為極距改變值（cm）;X:為電解質(zhì)導(dǎo)電率（歐-1?厘米”），由電解質(zhì)的分子比和電導(dǎo)率的關(guān)系知，分子比為2.2時(shí)，電導(dǎo)率為1.798（歐-1?厘米”）;K:為校正值，一般取8。則有V質(zhì)=1.51V陽(yáng)極電壓降對(duì)于預(yù)備陽(yáng)極電解槽，陽(yáng)極壓降包括陽(yáng)極導(dǎo)桿與陽(yáng)極母線接點(diǎn)壓降，陽(yáng)極導(dǎo)桿壓降，鋼爪壓降，鋁鋼爆炸過(guò)度接頭電壓降，鋼爪與陰極炭塊接點(diǎn)(Fe—C)電壓降，現(xiàn)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取如下數(shù)值：夾具壓接壓降：6mv；鋁導(dǎo)桿壓降：10mv;鋁-鋼爆炸焊片壓降：15mv;鋼牙壓降：50mv;鋼炭接觸壓降：70mv;陽(yáng)極炭塊壓降：200mv;則V陽(yáng)=0.351V。陰極電壓降陰極電壓降也稱槽底電壓降。它約占整個(gè)電解槽電壓的10?15%槽底電壓降主要是受陰極結(jié)構(gòu)的影響，主要包括鋁液一槽底接觸點(diǎn)壓降，槽底炭塊本身電壓降，炭塊一陰極棒接點(diǎn)壓降，陰極棒上電壓降。陰極電壓降分項(xiàng)計(jì)算，比較復(fù)雜，這里采用模擬經(jīng)驗(yàn)式[17]0丫陰=〔L導(dǎo)P103+(3.93X10-2A2+2.87a樂(lè))D陽(yáng)式中L-炭塊中的電流導(dǎo)程cmP炭塊電阻系數(shù)0.0045Q-cmA槽膛寬度的一半4350/2=2175mmS澆鑄時(shí)陰極鋼棒截面積(65+20)(180+20)=17000mrn0側(cè)部結(jié)殼尺寸，取150mmB炭塊寬度與炭縫之和515+40=555mmD-陽(yáng)極電流密度，為0.733A/mm2電流通過(guò)陰極炭塊路徑的長(zhǎng)度L導(dǎo)按下式計(jì)算：L導(dǎo)=2.5+0.92H-1.1h+132/b式中H陰極炭塊高度450mmh陰極棒截面寬度9.5cmb陰極棒截面長(zhǎng)度21cm故L導(dǎo)=2.5+0.92H-1.1h+132/b=2.5+0.92X45-1.1X9.5+132/21=39.7cm將選擇與求得的值代入公式中，得到槽底電壓降：BV肝〔L導(dǎo)P103+(3.83X10-2A2+2.87a夜)一〕S=〔39.7X0.0045X103+(3.83X10-2X217.52+2.87X15XV15)X555〕x0,733170=0.463V鋁母線電壓降、陽(yáng)極效應(yīng)均攤電壓降鋁母線包括陰極母線和陽(yáng)極母線壓降，取0.167VV效應(yīng)均攤=k(Vi-V)t2460式中i陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)的槽上電壓Vi=30V平均槽電壓VK效應(yīng)系數(shù)次/天0,3次/天效應(yīng)持續(xù)時(shí)間3mink(Vi-V)tV效應(yīng)均攤=2460=0,3(30-4)3=0.0i63V24603.4.6梢平均電壓V平土=1.7055+1.50+0.351+0.463+0.167+0.0163=4.20V則電解槽平衡電壓表如表2-2所示。表2-2電壓平衡(V)240KA預(yù)焙槽E極化1.7005V質(zhì)1.50V陽(yáng)0.351V陰0.463V效應(yīng)均攤0.0163母線電壓0.167總計(jì)4.20

4物料平衡計(jì)算物料平衡的計(jì)算原理，是根據(jù)電解槽物料的進(jìn)入量和出來(lái)量相等的原理計(jì)算4.1鋁產(chǎn)量以1h為計(jì)算基礎(chǔ)，取平均電流強(qiáng)度為240KA，取平均電流效率為計(jì)算單楷廠里：--3P=0.3356IT]tiX10=0.3356X240000X0.94乂10-3=75.71Kg/（槽?h）A2O3消耗量根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式Al2Q-Al+3/2O2計(jì)算理論消耗量（按每噸鋁計(jì)算）Al2Q消耗量=102X1000/27X2=1888.89Kg/TAl實(shí)際消耗量在實(shí)際生產(chǎn)中由于運(yùn)輸、機(jī)械、飛濺等損失，實(shí)際消耗要大于理論值的1.5-6.0%。Al2O3實(shí)際消耗量?。?930Kg/TAlAl2O3理論每小時(shí)單耗為：1888.89X75.71X10-3=143心/槽?h;Al2Q實(shí)際每小時(shí)單耗為:1930X75.71X10-3=146.12Kg/槽?h;AlzQ損失量為：146.12-143=3.12Kg/槽?h。氟化鹽的消耗量取每噸鋁冰晶石單耗量為：5kg/TAl;氟化鋁單耗為：25kg/TAl;單耗量：5kg/TAl;氟化鈣單耗為：4kg/TAl。則冰晶石消耗量為：5X75.71X10-3=0.379/槽?h;氟化鋁消耗量為：25X75.71x10-3=1.893kg/槽?h;氟化鎂消耗量為：5X75.71x10-3=0.379kg/槽?h;[18]094%氟化鎂氟化鈣消耗量為：4X75.71x10-3=0.303kg/槽?[18]094%氟化鎂陽(yáng)極炭塊的消耗根據(jù)反應(yīng)方程式Al2Q+3/2C-2A1+3/2CO2計(jì)算理論碳耗量：18X1000/27X2=333.33kg/TAL由于陽(yáng)極副反應(yīng)，實(shí)際生產(chǎn)中生成的氣體是CO和CO的混合物，其中CO約占75%CO占25%Al2Q+12/7C-2A1+9/7CO2+3/7CO理論實(shí)際碳耗量為：(12/7X12X75.71)/27X2=28.84kg/槽?h;生產(chǎn)CO為：(9/7X44X75.71)/54=79.85kg/槽?h;生產(chǎn)CO為：(3/7X28X75.71)/54=16.82kg/槽?h。由于機(jī)械等原因，陽(yáng)極碳?jí)K的實(shí)際消耗量比理論值多18%-20%根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐，從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度考慮，取每噸鋁實(shí)際碳耗為：420kg/TAl。實(shí)際單槽每小時(shí)碳耗為：420X75.71x10-3=31.80kg/槽?h碳損失為：31.80-28.84=2.96kg/槽?h物料平衡列表根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果編制物料平衡表如表3-1所示。表3-1物料平衡表收入支出項(xiàng)目Kg/h項(xiàng)目Kg/h氧化鋁146.12原鋁75.71冰晶石0.379冰晶石0.379氟化鋁1.893氟化鋁1.893氟化鎂0.379氟化鎂0.379氟化鈣0.303氟化鈣0.303陽(yáng)極炭塊31.80炭損失量2.96CO生成量79.85COfc成量16.28氧化鋁損失量3.12合計(jì)180.87合計(jì)180.875電解鋁熱量平衡計(jì)算以1小時(shí)為計(jì)算基礎(chǔ)，取電解溫度為950C,在計(jì)算中以電解溫度作為能量平衡的溫度基準(zhǔn)，并以電解槽整體作為計(jì)算體系：由能量的平衡式：A電=A反+A木^+A損失"I電能收入A電=U平均I=4.20X240=1008kw能量支出：補(bǔ)償電解反應(yīng)所需的能量當(dāng)電解生產(chǎn)的電流效率為100%寸，其補(bǔ)償反應(yīng)熱效應(yīng)的能量是5.63kwh/kgAl，但電流效率不可能達(dá)到100%因此，考慮到電流效率的電解反應(yīng)公式是：Al2Q+3/24C=2Al+3(24-1)/24CO+3(1-4)/4CO20］a.根據(jù)熱力學(xué)第一定律，反應(yīng)效應(yīng)A「t：b.AHfV［錯(cuò)誤！未找到引用源。(2-錯(cuò)誤！未找到引用源。)(AH°t)co+3(錯(cuò)誤！未找到引用源。-1)(AHt)co-(AHt)Al2oa］父kwh/kgAl543600AHtCO2AHtC6AH0TAl2O3——C@CO和Al2Q生成熱(kg/mol);3600——千焦換算成瓦時(shí)的換算系數(shù)；經(jīng)整理得：AHt=(201.33+^022)父1000錯(cuò)誤!未找到引用源。543600130=4.34+130kwh/kgAlqkg時(shí)，則補(bǔ)償電解反應(yīng)的熱因此，在單位時(shí)間內(nèi)，鋁的產(chǎn)量為0.3355I效應(yīng)的能量qkg時(shí)，則補(bǔ)償電解反應(yīng)的熱A反=0.335514(A$)=0.335514(4.34+黑)=0.3355父240M0.94父13(4.34+J-^3-)=433.17kwh/h0.94補(bǔ)償加熱原料所需的能量3在電解反應(yīng)中，生成2molAl(54kg)就需要1mol的Al2。與一mol的碳，于2是：AH材=[(AH0T)Al2O3+：(AF0T)c=17.41kJ/mol貝UAH材=0.56+0.13kwh/kgAl,0.130.13、A材=0.3355I4(0.56+)=0.3355x240x0.94黑(0.56+)=52.85kwh/h;0.94母線損失的能量母線損失的能量：A母=240父0.18=43.2kw電解梢的熱損失電解槽損失的能量：A損=1008-43.2-433.17-52.85=478.78kw表4-1能量平衡表項(xiàng)目Kwh/h占比％能量支出項(xiàng)目Kwh/h占比％A電1008100A材52.855.24A反433.1742.97A母43.24.29A損478.7847.50總計(jì)1008100總計(jì)10081006電解鋁車(chē)間設(shè)計(jì)系列電解槽分設(shè)在兩座電解廠房?jī)?nèi)，電解車(chē)間占地如下計(jì)算：由于電解槽外形尺寸12770X4910及相關(guān)參考文獻(xiàn)，電解車(chē)間鋁電解槽按單行橫向排列，將165臺(tái)電解槽排列在一座廠房中，電解槽長(zhǎng)12.77米,寬4.91米。槽間距取為1.5m,每36臺(tái)槽留15米間隙，便于生產(chǎn)上操作，廠房?jī)蓚?cè)各留20米間距，則廠房總長(zhǎng)為：4.91X165+1.5X(165-4)+4X15+2X20=1151.65(mj)則電解槽總長(zhǎng)為1151.65米。電解鋁廠房的寬度有9米、12米、15米、18米、21米、24米、30米數(shù)種［21］?？紤]到車(chē)間布置等因素，取廠房跨度24米。平面布置圖參考文獻(xiàn)ProperofAlminumandResultingEndUses.Aluminum

Association,Inc.,2003[2]陳萬(wàn)坤.有色金屬進(jìn)展輕金屬卷.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1995BerkinAR.ProductionofAluminumandAlumina.UK:JohnWiley&SonsInc.,1987DownsAJ.ChemistryofAluminum,Gallium,IndiumandThallium.UK:Chapman&HallInc.,1993:81—86[5]HaraldAOye.MaterialsUsedinAluminumSmelting.LightMetals2000,editedbyR.D.Peterson（TMS,Warrendale,Pa）:3-15[6]王平甫，宮振.鋁電解炭陽(yáng)極技術(shù)（一）.北京：冶金工程出版社，2002[7]邱竹賢.鋁電解（第2版）.北京：冶金工程出版社，1995[8]殷恩生.160kA中心下料預(yù)焙電解槽生產(chǎn)工藝及管理.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2003[9]楊重愚.輕金屬冶金學(xué).北京：冶金出版社，1991[10]邱竹賢，鋁冶金物理化學(xué)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985.[11]戴小平，吳智明.200kA預(yù)焙電解槽生產(chǎn)技術(shù)與實(shí)踐.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2006.7[12]青鋁人.現(xiàn)代大型預(yù)焙槽生產(chǎn)技術(shù).東北大學(xué)出版社，2000版[13]劉業(yè)翔，李勛.現(xiàn)代電解鋁.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.8[14]王化章，李劫.鋁電解生產(chǎn).長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)，1994版[15]黃曉明，影響200kA預(yù)焙電解槽電流效率的因素，有色設(shè)備，2002[16]田應(yīng)甫.大型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)實(shí)踐.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1997[17]邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁（第三版）.北京：冶金工業(yè)出版社，2005[18]劉業(yè)翔，李勛.現(xiàn)代電解鋁.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.8[19]李章存，鋁的能耗分析，輕金屬，1998[20]張紅亮，呂曉軍等，160kA預(yù)焙鋁電解槽電流強(qiáng)化后熱平衡的數(shù)值計(jì)算輕金屬，2011年11期[21]郭鴻發(fā)，冶金工程設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)設(shè)計(jì).冶金工業(yè)出版社,2006**老師致致謝**老師致這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在**老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在此，謹(jǐn)向以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。這次設(shè)計(jì)是對(duì)我以前所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，其目的是通過(guò)設(shè)計(jì)，提高我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，是我們?cè)谧呦蚬ぷ鲘徫磺暗囊淮巫钫?guī)的知識(shí)和使我們更加牢固地、系統(tǒng)地掌握所學(xué)專業(yè)知識(shí)，并最大限度地提高專業(yè)知識(shí)水平能力訓(xùn)練，在一定程度上使我們的知識(shí)和能力都產(chǎn)生了“質(zhì)的飛躍”，得到了升華。具體來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)擴(kuò)大了我的知識(shí)面，提高了我對(duì)書(shū)本知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，鍛煉了我吃苦耐勞的精神，培養(yǎng)了我嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍的學(xué)習(xí)。但由于時(shí)間較短，本人知識(shí)和能力水平有限，本設(shè)計(jì)并未做得完美無(wú)缺，在此，敬請(qǐng)各位導(dǎo)師諒解。止匕外，還要感謝在論文撰寫(xiě)過(guò)程中，幫助過(guò)我、并且共同奮斗四年的大學(xué)同學(xué)們，使我能夠順利完成論文，是因?yàn)橐宦飞嫌心銈儯俅沃孕牡馗兄x所有在我論文撰寫(xiě)過(guò)程中給予過(guò)我?guī)椭娜藗?，謝謝！畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明

原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名:日期：年月導(dǎo)師簽名:日期：年月指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神口優(yōu)口良口中口及格口不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度口優(yōu)口良口中口及格口不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力口優(yōu)口良口中口及格口不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性口優(yōu)口良口中口及格口不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況口優(yōu)口良口中口及格口不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？口優(yōu)口良口中口及格口不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？口優(yōu)口良口中口及格口不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義口優(yōu)口良口中口及格口不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？口優(yōu)口良口中口及格口不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平口優(yōu)口良口中口及格口不及格建議成績(jī)：口優(yōu)口良口中口及格口不及格（在所選等級(jí)前的口內(nèi)畫(huà)）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？?jī)?yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？?jī)?yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？?jī)?yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：口優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的口內(nèi)畫(huà)）評(píng)閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況口優(yōu)口良口中口及格口不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況口優(yōu)口良口中口及格口不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)口優(yōu)口良口中口及格口不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？口優(yōu)口良口中口及格口不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？口優(yōu)口良口中口及格口不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義口優(yōu)口良口中口及格口不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？口優(yōu)口良口中口及格口不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平口優(yōu)口良口中口及格口不及格評(píng)定成績(jī)：口優(yōu)口良口中口及格口不及格

（在所選等級(jí)前的口內(nèi)畫(huà)）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）：（簽名）年月日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任：（簽名）年月日

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者（本人簽名）學(xué)位論文由版授權(quán)書(shū)本人及導(dǎo)師完全同意《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》、《中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》（以下簡(jiǎn)稱“章程”八愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）電子雜志社”在《中國(guó)博士